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1、 气候变化对全球海洋蒸发量的影响本文根据19582011年OAFlux海洋蒸发量资料，分析了全球海洋蒸发量的时空特征，全球海洋蒸发量在空间上呈现显著的经向分布特征，蒸发高值区主要集中在副热带海域各海域洋流主要路径。而且全球海洋蒸发量在1978年左右发生了明显的转折，80年代之前体现出明显的线性减少趋势，除西太平洋、中印度洋有显著的线性增加趋势外，其他地区主要存在线性减少趋势；而80年代以后则体现出逐年递增的变化特征，尤其是西北、中西、西南太平洋海域以及北印度洋存在着显著的气候增长趋势。本文还分析了蒸发量与海温、海面风速的联系，从而进一步总结了海洋蒸发量趋势变化的主要原因：80年代以前全球大部分
2、地区蒸发量随时间减小，而西太平洋和45以南的南大洋蒸发量随时间的增大主要是海温的贡献，海温在这一时段随时间明显升高。而在80年代以后，整个太平洋和大西洋蒸发量随时间增大的空间范围更广，受海温增大和风速增强的共同作用：:赤道太平洋地区海温升高，Hadley环流增强，对流层低层东风增强。而在45以南南大洋蒸发量随时间减少则主要是海温随时间降低。在分析海温与Nino3.4指数的关系时，我们发现Nino3.4指数越大，中东太平洋海温越高，导致该地区蒸发量变强；同时，Nino3.4指数越大，导致赤道东西太平洋温差越大，赤道西太平洋风速增强，导致赤道西太平洋蒸发量也增强。13第一章 引言 近百年来，地球气
3、候正经历一场显著的增暖变化【1】，受到国内外许多学者的关注【2】。研究表明，20 世纪70 年代末全球气候态发生了1 次突变，从而导致80 年代开始全球气温出现明显上升趋势，特别是90 年代急剧增暖。海气相互作用越来越成为气候变化背景下的研究热点课题，海气界面和能量的传输是海气相互作用影响气候的重要机制，其中热带海洋是能量的集中区域，也是水汽的主要来源地。蒸发是水循环和状态变化过程中的关键环节。因此，在全球变暖背景下，大尺度海水蒸发成了学者广泛着重关注的话题【3】。研究全球变暖背景下海水蒸发的变化，并揭示蒸发变化的原因，能够使我们深入了解全球气候变化对海水蒸发的改变机制。 全球海洋和大气温度一
4、直有上升的趋势，尤其是过去从80年代到90年代的20年间更加显著【4】。根据Clausius-Clapeyron方程可知，全球变暖的最直接的影响是使得大气的水分保持能力应该上升，从而温暖的大气拥有更多的水分，温暖的海洋更容易蒸发，导致海表盐度升高。Boyer等【5】对海表盐度观测资料进行研究，研究表明：热带和副热带大西洋的大部分海域0500m深度上盐度升高，这些浅层海水盐度的升高很大程度上是由于海水蒸发变强。Curry等【6】指出，1950-1990年大西洋副热带盐度的升高10%是由于蒸发作用。可见，在全球变暖条件下，海表盐度也发生了很大的改变，进一步会引发海洋大尺度环流的改变【7】。而我们知
5、道，大尺度海洋环流在气候系统中扮演着重要角色，它通过向北输送温暖的热带、副热带表层水和向南输送冷的北大西洋深层水，能够将巨大的热量自热带输送到高纬【8】。因此，海水蒸发量会对海洋的热量输送起着间接作用。海水蒸发不光对海洋环流有重要影响，对大气环流也有不可忽视的作用。大尺度海水蒸发能够将水汽从海洋传送给大气，影响大气降水和热量输送【9】，对全球气候起着不可忽视的作用。 本文分别讨论了全球海洋蒸发量、海温、海表风速的时空和气候趋势变化，通过他们的对应关系初步总结了一般规律。并进一步研究了气候变化背景下ENSO对全球海洋蒸发量的影响。首先描述了全球海洋蒸发量的空间、年际变化和各海区的蒸发量统计图，研
6、究了海洋蒸发量的时空变化，同时又以1977（1978）年为分界点，探讨了19581977、19782011年两个时间段的海洋蒸发量、海温、风速气候趋势系数和气候倾向率。最后，再利用全球海洋蒸发量、SST与19582011年逐月Nino3.4指数进行线性回归，研究ENSO变化全球海洋蒸发量的影响。第二章 资料与处理方法2.1 资料 本文主要使用了美国Woods Hole海洋研究所提供的客观分析海气通量的全球海洋蒸发量（ocean evaporation）月平均数据以及全球逐月平均风速和海表温度的NCEP再分析资料。以上资料时段均为1958年1月至2011年12月。海洋蒸发量可以用以下的公式表示：
7、 ， （1）其中是海表面某一海温下的比湿，是近海面空气的比湿，是和的差，U是海表面的风速大小，是与大气稳定度、海洋-大气温差以及海表风速有关的湍流交换系数。从公示可以看到海洋蒸发量是由、U和三者综合作用的结果，而、又是和SST紧密联系在一起的，所以我们可以通过研究SST和U的分布和趋势变化，来研究海洋蒸发量的变化和分布。2.1 数据处理方法 气候趋势系数rxt能够反映气候变化过程中某气象要素的升降具体程度。它定义为n个时刻（年）的要素序列与自然数列1,2，n的相关系数【10】 ， (2) 其中n为年数，xi是第i年要素值，为其样均值，。显然，rx为正负时表示该要素在所计算的n年内有线性增（降）
8、的趋势。 气象要素的趋势变化一般用一次线性方程表示，即： (3)， (4) 10称为气候倾向率【11】，单位为某要素单位/10a。第3章 全球海洋蒸发量时空分布特征3.1 空间分布特征 图1 1958-2011年全球海洋蒸发量的平均分布场 图1显示的是1958-2011年54年全球海洋平均蒸发量的分布图，由图可总结以下重要特征：一是在无冰海洋上, 供水是充足的，此时影响海洋蒸发量的气象因素主要是饱和水汽压差、空气饱和差、风速、温度和相对湿度等【12，13】，因此各海区蒸发量存在着明显的差异；二是全球海洋蒸发量存在明显的经向分布，中低纬海域蒸发量要明显高于高纬海域，且蒸发量高值区位于副热带海域，
9、蒸发量一般都超过170cm/yr；蒸发量低值区大多处于南北极等高纬地区，蒸发量一般都低于30cm/yr。从而说明了低纬高，两级低的能量分布对海洋蒸发量有显著的作用；三是太平洋和大西洋的西边界流路径上，海洋蒸发量出现异常区域（220cm/yr以上）。从而造成了全球海洋平均蒸发量的几个异常区域：美国以东海域的墨西哥湾流、亚洲东部沿海的黑潮、澳大利亚以东海域的东澳大利亚暖流、巴西以东海域的巴西暖流以及非洲东南角的阿古拉斯海流，L Yu【14】的结果一致。3.2 时间变化特征图2 全球海洋蒸发量的年代际变化 图2为全球海洋年平均蒸发量的年际趋势图。在20世纪80年代之前全球蒸发量逐渐减小，1977年蒸
10、发量最小，为104cm/yr；随后全球海洋平均蒸发量逐渐呈波动上升趋势，到1999年达到最大值，为116cm/yr，之后蒸发量又开始减小。我们可以看到，蒸发量在20世纪70年代发生了一次突变，这和20 世纪70 年代末全球气候态发生突变有很大的关系。第四章 气候变化对海洋蒸发量的响应机理分析4.1气候变化背景下海洋蒸发量变化的空间特征 以上分析表明，全球海洋蒸发量在20世纪80年代发生突变，因此，本文将对1958-1977年和1978-2011年的蒸发量分别进行分析。图3 全球海洋蒸发量的气候趋势图阴影为气候倾向率，斜线代表通过显著性检验的气候趋势系数a图为19591977年，b图为19782
11、011年 由图3可见，全球海洋蒸发量在两个时间段表现出几乎相反的特征。图3a显示，1958-1977年大部分海域蒸发量随着时间的增长而减小，能很好的解释图2的结果。然而，在西太平洋、50S以南的海洋及各大陆沿岸，蒸发量随着时间的增长反而增加，气候倾向率极值可达15cm/10yr2。图3b显示，1978-2011年大部分海域蒸发量随着时间的增长而增大，气候倾向率大多在3cm/10yr2以上。但在东太平洋及50以南的海洋变化趋势却与之相反，均为-5cm/10yr2左右。从图3也可以看出，尽管大部分地区蒸发量在气候突变的前后两个时间段随时间变化趋势不同，有的区域蒸发量随时间变化的趋势是一定的。如西太
12、平洋、北美东岸大西洋、南美西海岸太平洋、及澳洲沿岸的蒸发量随时间的推移一直是增加的，北美西侧东太平洋和低纬度北大西洋蒸发量随时间的推移一直是减小的。由此看到气候变化对全球海洋蒸发量的分布有着重要的影响。4.2气候变化背景下海洋蒸发量的变化机制 海洋蒸发量是通过海温和风速决定的，所以分析全球海洋蒸发量气候趋势的变化机制需要分析气候变化背景下海温和风速的变化。图4 全球海表温度气候趋势图阴影为气候倾向率，斜线代表通过显著性检验的气候趋势系数a图为19591977年，b图为19782011年 图4表明，全球海表温度在气候突变的前后两个时间段表现出明显不同的空间分布特征。总的来说，80年代以前，全球大
13、部分地区海表温度的气候倾向率均为负值，如太平洋大部分地区和整个北大西洋，尤其是北美西侧太平洋海表温度的气候倾向率负值最大，在-1/10yr。整个南大西洋、印度洋和南大洋海表温度的气候倾向率为正值，即随着时间的推移，其海温在升高。80年代以后全球大部分海表温度的气候倾向率均为正值，如整个大西洋、中西太平洋及印度洋，气候倾向率平均在0.3/10yr左右。而东太平洋和南大洋的气候倾向率为负值，平均在-0.2/10yr左右。 结合图a和图b，我们可以发现，大部分海域的还表温度在全球气候突变的背景下也发生了突变，最明显的区域体现在北大西洋、南大洋和中印度洋。北大西洋和中印度洋在80年代以前随着时间的推移
14、海温是降低的，而在80年代以后海温升高。南大洋的变化与之相反，即在80年代以前海温随时间的推移升高而在80年代以后，海温随时间的推移降低。而在其他海域，海温在这两个时间段的变化趋势较为一致。如在东太平洋，海表温度随时间的推移而降温，太平洋西部和南部、整个南大西洋和印度洋的大部分地区海温随时间的推移而增温。 图5 全球海表风速的气候趋势图a图为19591977年，b图为19782011年 我们知道，海温的变化可以引起大气环流的改变，从而导致全球风场发生相应的变化。图5展示了全球10米风速在两个时段的气候趋势。两个时段中，风速的气候倾向率在北大西洋、南大洋和中印度洋发生了突变，即在80年代以前北大
15、西洋高纬度、中印度洋的气候倾向率为正值，而在80年代以后为负值，60以南的南大洋变化与之相反。结合图4和图4我们可以看出：在80年代以后，赤道太平洋海温随着时间的推移升高，中低纬度温度梯度增大，Hadley环流增强，导致80年代以后对流层低层东风信风随着时间的推移也增大；与此同时，60以南的南大洋在80年代以后降温，导致极地温度降低，极地环流增强，导致极地南半球副极地西风带增强。 结合海温和风速在两个时段的气候趋势，我们可以知道：在80年代以前，西太平洋和45以南的南大洋蒸发量随时间的增大主要是海温的贡献，海温在这一时段随时间明显升高。而在80年代以后，整个太平洋和大西洋蒸发量随时间增大的空间范围更广，受海温增大和风速增强的共同作用。而在45以南南大洋蒸发量随时间减少则主要是海温随时间降低。4.3 海洋蒸发量与ENSO循环的联系4.3.1海洋蒸发量与Nino3.4指数的关系 图5：19582011年全球海洋蒸发量月矩平场与Nino3.4指数之间的线性回归系数空间分布 图4可看出，太平洋中东、东北部地区以及澳大利亚以东（1500E1200W）海域和nino3.4指数之间为主要的正值区，回归系数都在5以上，尤其是在中东太平洋地
