大西洋多年代際變率（AMV）是指發生在北大西洋區域海表溫度周期性冷暖的變化，其周期為60~80年。AMV可以調節大西洋颶風活動並影響非洲薩赫勒地區荒漠草原乾旱環境，所以對這一變化特徵的了解對於預測幾十年或者更長時間尺度上的氣候變化非常重要。北大西洋多年代際變率和北半球溫度以及其他區域氣候之間的聯繫是氣候系統內部的真實聯繫。
基本介紹
- 中文名：北大西洋多年代際變率
- 外文名：Atlantic Multidecadal Variability，AMV
主要特徵,形成原因,海洋環流,海氣耦合,氣溶膠,
主要特徵
早在20世紀60年代，Bjerknes就發現北大西洋海溫在1920—1960年有增暖趨勢，存在年代際差異。隨後的研究表明，這種海盆尺度的冷暖位相存在著年代際交替變化，其周期是50~70年。不同的代用資料（包括樹輪、冰芯和珊瑚等）也證實了北大西洋海溫存在40~80年的年代際變化，儘管不同的重建數據之間也存在一些差別。在空間分布上，整個北大西洋海溫變化符號一致，但是呈現南北異常偏強、副熱帶偏弱的馬蹄型分布特徵；海溫異常變化最明顯的區域位於紐芬蘭東側，異常值約0.3 °C。例如，正位相AMV的主要特徵是北大西洋偏暖（異常大值區主要位於副極地地區），而南大西洋偏冷，形成南北半球反位相變化。在時間變化上，北大西洋海溫表現出20世紀30~60年代中期以及90年代中期以來處於暖位相（海溫異常偏暖），20世紀初至20年代中期以及20世紀60年代後期至90年代中期處於冷位相（海溫異常偏冷）的年代際變化特徵，且不同季節下的北大西洋海溫與年平均結果基本一致，表明AMV並不存在顯著的季節差異。然而，由於大氣環流的季節性差異，AMV對不同地區的氣候影響隨季節變化。
1870—2018年大西洋多年代際變化時空特徵
形成原因
海洋環流
傳統觀點認為，AMV主要由內部變率造成，包括海洋內部過程的年代際波動，例如與AMOC（大西洋經向翻轉流，Atlantic Meridional Overturning Circulation）的年代際變化有關。AMOC主要包含兩部分，上支洋流將表層溫暖的海水由南向北傳輸，並在輸送過程中失去熱量，在北大西洋高緯度地區冷卻下沉，進而通過下支洋流將較冷的深層海水由北向南輸送。模式結果表明，北大西洋溫鹽環流存在50年左右的周期性振盪，對AMV有重要影響。溫鹽環流的振盪主要由輸送至北大西洋下沉區的鹽分和海溫異常造成的密度變化引起。在副極地北大西洋密度異常影響下，AMOC正異常時大西洋由南向北的熱量輸送將會增強，對應北大西洋副極地環流區的海洋熱收斂，而墨西哥灣流地區出現熱擴散，使得多年後副極地（墨西哥灣）海溫暖（冷）異常，對AMV位相、副極地表層海洋密度和溫鹽環流都有重要影響；AMOC負異常時結論相反。對古氣候資料分析發現，AMV在過去的幾個世紀中也存在，儘管火山和太陽活動可能也會對北大西洋海溫的年代際變化產生影響。這些結果進一步表明，AMV與北大西洋向北輸送海洋熱量的溫鹽環流變化等內部變率的作用有關。
AMOC正負位相下的合成場
海氣耦合
Clement等通過分析薄層海洋模式，指出熱帶外NAO的強迫作用以及熱帶地區相關的熱力學耦合驅動了相關的北大西洋海溫變化，而海洋環流的作用可以忽略。Cane等也表明薄層海洋模式或者其他更加簡化的模式均可以再現AMV的紅噪特徵，主要歸因於海洋上層混合層的衰減時間尺度。Wills等指出AMOC增強以及海洋向大氣釋放的局地熱通量異常是引起北大西洋副極地海溫暖異常的重要因子；而大氣隨機強迫（即NAO）可以引起拉布拉多海（Labrador Sea）區域的熱通量異常，從而影響AMOC，且NAO偏強時AMOC增強，海溫增暖現象也會在之後幾年伴隨出現；此外通過風—蒸發以及雲反饋作用將有助於副極地的海溫暖異常傳播至熱帶大西洋。最近，北極海冰與大氣相互作用在AMV中發揮了重要作用，它放大了拉布拉多海和北歐海域表面潛熱通量等的年代際變化，影響了這些地區的表層海洋密度，從而影響了深層海水的形成。這意味著包括海洋、海冰和大氣相互作用對AMV的影響值得深入研究。
冰氣相互作用放大效應中的主要物理過程包括：（1）北大西洋副極地區域的異常暖海溫向北輸送至北極海冰邊緣地區並造成海冰異常減少、開闊水域增多，同時通過增強向上能量通量（如向上長波輻射以及感熱和潛熱通量）加熱其以上大氣，大氣溫度升高又反之通過向下長波輻射使得北大西洋至北極地區海溫增暖；（2）多年代際尺度上北大西洋副極地地區（尤其是拉布拉多海）的海冰消融增強了海洋向大氣的潛熱通量，造成上層海水鹽度和密度增加，有利於海洋深水形成，使得AMOC在3~5年後加深並增強，從而進一步加強海洋中向極熱量輸送、海表面升溫。
冰氣相互作用對北大西洋和北極地區多年代際變率放大作用的示意圖
氣溶膠
隨著人類活動的加劇，以溫室氣體和人為氣溶膠排放為主的外強迫作用愈加顯著。這些外強迫因子中包含了年代際變化分量，可以使得太平洋和大西洋等全球洋盆產生類似AMV型的海溫變化。許多模式研究結果均表明，火山氣溶膠和人為氣溶膠對20世紀以來的AMV有重要貢獻。有研究指出，在AMV冷位相下（1900—1926年和1966—1996年），火山活動頻繁，對應火山氣溶膠的冷卻作用會使得AMV冷位相加強；在AMV暖位相下（1927—1965年和1997—2005年），火山活動並不強烈，因而火山氣溶膠對AMV暖位相的作用並不明顯。此外，人為氣溶膠對北大西洋海溫的影響主要通過直接和間接輻射作用，北大西洋區域人為氣溶膠濃度偏低時，地表淨短波輻射增強，對應北大西洋海溫偏高，年代際尺度下，人為氣溶膠所引起的北大西洋海溫變化與AMV的位相基本保持一致，可以使AMV的振幅有所增強。
