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本文利用美国大气科学研究中心(National Center of Atmospheric Research,NCAR)的气候系统耦合模式(Community Climate System Model,CCSM v.2),对OkyBP和6kyBP这两个切片的ENSO演变情况进行了模拟,并通过比较两个切片的模拟结果,回答6kyBP厄尔尼诺年际变率为什么会减弱的问题,并进一步使用大气环流模式CAM对全新世岁差变化进行了模拟,指明岁差决定南半球季节性进而影响ENSO的机制.主要模拟结果如下:
第一,在年平均洋流气候态上,6k较Ok在赤道太平洋垂直切片上存在顺时针环流,即东太平洋涌升流减弱,西太平洋下沉流也减弱,距平意义上呈现类厄尔尼诺的洋流结构.与海洋相伴随的是大气中6k时太平洋高压与印度洋低压的差值较现代弱,这和海洋的类厄尔尼诺态相一致.这表明在大尺度海、气基本气候态方面,早中全新世时期更类似今天厄尔尼诺时的特点.
第二,在年际变率上,6k时期也存在ENSO循环,并非完全消失,但振幅小于现代的振幅.即早中全新世时期,高频弱暖、弱冷事件比现代多,而强暖、强冷事件明显比现代少.
第三,在季节循环上,发现每年10月份赤道中东太平洋海温的异常增长都受到明显抑制,原因是6k时南半球仍处于季节性较弱的时期,10月份太阳往南半球回归时由于恰逢南半球太阳辐射异常强烈的冬春时节,所以ITCZ南抬无力,相匹配的东南信风异常强大,这导致赤道东太平洋离岸流和涌升流加强,在10月前后明显抑制了ENSO异常信号的进一步发展.除了以6k为例讨论季节性对ENSO的影响外,探讨了全新世中岁差因子对南、北半球季节性的长期影响.模拟结果表明:全新世以来,南半球季节性逐渐加强,而北半球季节性逐渐减弱.全新世中南半球季节性的"前弱后强"特点,与全新世厄尔尼诺年际变率的"前弱后强"的格局是吻合的.
总的来说,在整个全新世ENSO的演变过程中,轨道要素之一的岁差起着决定性作用.由于全新世前半期南半球季节性弱,因此ITCZ在9-12月春夏时期的南抬过程中始终无力,在赤道东太平洋及南美沿岸东南信风异常强盛,通过Ekman输送导致Nino海区涌升强烈,有效抑制了ENSO的适时发展.而在全新世后期,南半球进入季节性强的时期,南美大陆的ITCZ在夏天(年底)异常南抬,甚至导致赤道东太平洋被东北信风控制,风应力通过Ekman输送作用加速海水东传,并抑制了涌升,使得ENSO在此时很容易发展起来.总之,岁差在过去的一万年中经历了1/2个位相,南半球相应的经历了季节性由弱到强的变化,直接导致了ENSO变率也经历了由弱到强的变化,通过两套数值试验的结果分析并解释了以上变化的机制.