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学科主题: 地理学::自然地理学
题名: 能量平衡模式对冰期-间冰期旋回的数值模拟研究
作者: 张悦
答辩日期: 2010-06-22
导师: 田立德 ; 石广玉
专业: 自然地理学
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
学位: 硕士
关键词: 冰期-间冰期旋回 ; 能量平衡模式 ; 日射量 ; 辐射强迫 ; 物理反馈
摘要: 南极冰芯同位素显示,在过去80万年,全球气候一直以10万年为准周期旋回变化。造成更新世晚期冰期-间冰期旋回的机制仍然存在。上个世纪初,Milankovitch提出,北半球冰原的周期性变化是由北半球高纬度日射量的变化引起的。受起理论的影响,在之后的古气候模拟研究中,往往选用北半球高纬度日射量去驱动古气候模式,但是,模拟的结果并不理想。因此,除了日射量,应该还有其他的强迫机制和物理反馈存在。本研究通过数值模拟,探索与讨论了导致更新世晚期以来气候变化的关键物理机制。 本文的古气候模式是简单的能量平衡模式。模式中主要的自然强迫是日射量、温室气体强迫和沙尘气溶胶强迫。日射量充分考虑了纬度分布与季节旋回的综合气候效应,没有选用经典Milankovitch理论中的65°N夏至日日射量;温室气体的辐射强迫由EPICA DOME C冰芯钟记录的二氧化碳和甲烷浓度获得,并且考虑了甲烷和氧化亚氮的吸收带重叠效应;沙尘气溶胶的直接辐射效应由EPICA DOME C冰芯中记录的沙尘通量计算得到。另外,在模式运行时还考虑了水汽反馈带来的增温效应和下垫面反照率对地表温度的影响。 本文的模拟时段是现在到过去80万年,输出的结果是65°N地表温度,参照试验是用EPICA DOME C冰芯同位素重建的温度距平。为了分别检验日射量、二氧化碳、甲烷、水汽和沙尘气溶胶对过去80万年地表温度变化的贡献,文中一共设置了五组敏感性试验。对模拟结果采用Pearson积矩相关性系数和FFT功率谱两种方法进行分析。结果表明,第一组试验模拟的65°N地表温度和南极温度距平的Pearson积矩相关性系数仅为0.24,第二组为0.43,第三组为0.44,第四组为0.55,而第五组试验的相关性系数高达0.60,为强相关;在65°N地表温度的FFT功率谱周期图中发现了400kyr、94kyr和41kyr信号,400kyr信号主要受二氧化碳和沙尘影响,94kyr信号主要受水汽和沙尘影响,41kyr信号主要受日射量影响;总体来说,第五组试验模拟的结果最好。 模拟结论显示,65°N夏季日射量不是一种合理的驱动方案,而考虑纬度分布和季节旋回的综合日射量的数值模式更具有物理意义;温室气体、水汽和沙尘对更新世晚期以来的气候变化影响显著,是不可忽略的自然因子,对地表温度贡献由大到小依次是温室气体、水汽和沙尘;气候系统对日射量、温室气体强迫、水汽物理反馈和沙尘气溶胶强迫的响应是非线性的。 模拟的结果也存在一些明显缺陷。首先,各项辐射强迫和物理反馈对地表温度的影响小于其理论数值。其次,模拟的65°N地表温度比实际情况要低,模拟的赤道温度偏高。最后,功率谱信号较弱。这些缺陷可能与气候敏感银子、模式过于简化和相关参数化方案有关。在未来的工作中,将继续对模式做进一步改进。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.itpcas.ac.cn/handle/131C11/1340
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张悦.能量平衡模式对冰期-间冰期旋回的数值模拟研究[硕士].北京.中国科学院研究生院.2010
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