海洋的变化及其对中国气候的作用(2)
1.2 海平面和极值水位的变化
观测表明,1902—2010年全球海平面上升速率为1. mm/a[3, 27-28],1901—1990年、1993—2018年期间上升速率分别为1. mm/a和3. mm/a[3, 29];期间,2006—2015年海平面明显加速上升,达3.58(3.10~4.06) mm/a[27-28]。20世纪,海平面上升的主要贡献来自海水热膨胀和陆地冰川冰盖融化;2006年以来,陆地冰川和冰盖融化对海平面上升的贡献已超过海洋热膨胀的影响,主要归因于人为强迫引起的气候变化(高信度)[27-28](图2)。1980—2019年,中国沿海海平面上升速率为3.4 mm/a,高于同时段全球平均水平;并且,2010—2019年中国沿海平均海平面处于近40年来高位(图3)[30]。预估显示,21世纪,全球和中国海平面将继续上升,并有显著的区域性特征(证据量中等,一致性中等)[27-28, 31-33];到21世纪末,东海海平面上升幅度将高于南海(证据量充分,一致性中等)[31-33]。
图2 观测和模拟的全球海平面变化(a)1901—2015年,(b)1993—2015年注:引自Oppenheimer et al[27]和蔡榕硕等[28]。图中蓝色实、虚线为模拟值,其他颜色为验潮站观测值,黑色实线为卫星高度计观测值;图中阴影为不确定性范围。
图3 1980—2019年中国沿海海平面变化注:引自自然资源部《2019年中国海平面公报》[30]。
在不同气候情景下(RCPs),未来海平面的变化将进一步引起沿海地区台(飓)风-风暴潮、潮汐特征和极值水位的明显变化[27-28]。其中,在RCP2.6,8.5情景下,到21世纪末,全球海平面相对于1986—2005年平均将分别上升约0.43 m(0.29~0.59 m)和0.84 m(0.61~1.10 m)(中等信度),这将进一步抬升沿海发生极值水位的基础高度。在RCP8.5情景下,当前沿海地区较少发生的百年一遇极值水位事件将变为一年一遇或更频繁(高信度),以长江口吕泗和福建厦门海域验潮站为例,当前百年一遇的极值水位为4.5和7.5 m,到21世纪末,将变为几年一遇和低于一年一遇(RCP8.5)[27-28, 34]。
2 太平洋-印度洋海气相互作用及其气候效应
20世纪50年代末以来,气候变暖改变了海洋的能量,全球海洋温度和海平面上升明显、海气相互作用加强[1]。20世纪70年代以来,热带中太平洋海温分布型态如厄尔尼诺年际信号发生年代际变化,中部型厄尔尼诺增多,中部型和传统型(东部型)厄尔尼诺型的海温异常对中国气候产生了不同的影响[35-37]。海洋的升温变暖还引起台(飓)风和海洋热浪的发生频次、强度和影响范围产生很大的变化[1, 3, 27-28, 34]。
2.1 热带太平洋的厄尔尼诺-南方涛动(El Nio-Southern Oscillation,ENSO)
ENSO既是热带太平洋海域,也是全球热带海洋最强的年际变化信号,对全球及中国气候都有重要的影响。但是,在全球变暖背景下ENSO信号出现了显著的年代际变化。一是ENSO振幅增大。1970年以来由于厄尔尼诺事件中赤道太平洋对流的东移加强,海洋层结强化,ENSO振幅有所增大(中等信度)[38],持续时间更长,中国东部地区的降水与ENSO之间的联系较之前变得更为紧密。不过,随着全球变暖的加剧,热带印度洋海温的显著上升使得热带印度洋-太平洋间的海温纬向梯度发生改变,大气环流的调整将可能抑制ENSO的振幅[39],因此,未来ENSO振幅的变化及对我国气候的影响仍存在较大的不确定性。二是厄尔尼诺类型发生年代际变化。1990年以来,中部型厄尔尼诺事件的发生频率明显超过东部型厄尔尼诺事件(高信度),并对中国气候产生不同于传统东部型厄尔尼诺的影响(高信度)。例如,在中部型厄尔尼诺发展年,夏季的长江流域降水偏少、气温偏高,华南降水偏多[40-41],秋季和冬季的中国大部分地区温度偏低[42-43],西南冬季降水偏多[44],次年春季华南降水偏少[45];在东部型厄尔尼诺期间,上述情形不显著或大致相反(证据量充分,一致性中等),这也使得我国降水和气温随之发生了显著变化。当前气候模式对热带气候态和ENSO特征的模拟普遍存在偏差,对未来ENSO影响中国气候变化的预估存在不确定性[46-47]。
2.2 热带印度洋的海盆模态(IOB)和偶极子模态(IOD)
气候变暖改变了海洋增暖的空间分布以及海气耦合模态的响应,也使得印度洋海温发生异常并对中国气候的影响出现了显著的变化。印度洋SST海盆模态(IOB)和偶极子模态(IOD)分别是SST年际变率的主导模态和第二模态。当前者为暖位相时,我国夏季华南气温偏高、东北气温偏低、长江流域降水偏多[48],且晚夏江南区域容易出现极端高温灾害[49];后者为正位相时,对我国秋季气候有显著影响。
IOB的变化与ENSO密切相关。1958—2001年,热带西南印度洋温跃层呈现变浅的趋势,厄尔尼诺激发的海洋波动更易引起该海域表层海水变暖,而低层大气环流响应有利于夏季北印度洋表层海水增暖,IOB的年际变率随着ENSO年际变率的增加而增加[50-52];同时,随着1970年代中期之后ENSO振幅的显著增强,其持续时间也更持久,IOB的持续时间也随之变长,与中国气候异常的联系在1976/77之后变得更为紧密(证据充分,一致性高)[36,53]。
文章来源:《海洋工程》 网址: http://www.hygczz.cn/qikandaodu/2021/0315/606.html