气候变率与振荡

耦合海洋-大气系统在数月至数十年间波动的周期性模式，它重新组织了全球的温度、降水和风暴。

Definition

气候变率是指气候系统在数月到数百年时间尺度上围绕其平均状态的波动，其中大部分是由于被称为振荡的耦合海洋-大气模式内部产生的。

Scope

该领域涵盖了内部产生的气候变率及其主要组织模式：热带太平洋的厄尔尼诺-南方涛动、温带的北大西洋涛动和北极涛动、季风系统及其年际变率，以及较慢的年代际和多年代际波动。它探讨了维持这些振荡的耦合海洋-大气机制、它们与遥远区域的遥相关，以及如何将它们与外部强迫变化区分开来。

Sub-topics

• 年代际和多年代际变率
• 厄尔尼诺-南方涛动
• 季风系统与变异性
• 北大西洋涛动和北极涛动

Core questions

• 哪些耦合机制维持着周期性气候振荡？
• 厄尔尼诺等热带模式如何通过遥相关影响全球天气？
• 如何将内部变率与外部强迫变化区分开来？
• 这些模式在季节到年代际时间尺度上的可预测性如何？

Key theories

耦合海洋-大气不稳定性

厄尔尼诺等模式源于海面温度、风和海洋温跃层深度之间的正反馈，这使得耦合系统无需外部强迫即可振荡。

遥相关

一个区域的异常会激发大气波模式，将影响传播到远方，因此热带太平洋事件可以改变遥远大陆的温度和降水。

Mechanisms

海面和大气之间的耦合反馈使得系统能够在对比状态之间摆动；例如，信风减弱会使热带太平洋东部变暖，这进一步减弱了信风，从而产生厄尔尼诺现象。这些异常会引发大气波，通过遥相关将气压、温度和降水重新分配到遥远区域，而较慢的海洋过程则决定了年代际模式的时间尺度。

Clinical relevance

变率模式驱动着干旱、洪水和热浪的年际和年代际波动，因此理解它们是季节预报和气候趋势解释的基础。

Evidence & guidelines

IPCC第六次评估报告评估了主要的变率模式、它们在模型中的表现以及它们在变暖下可能如何变化，同时警告说内部变率可能会在短期内掩盖或放大强迫趋势。

History

吉尔伯特·沃克在20世纪早期描述了南方涛动，后来比耶克尼斯将其与厄尔尼诺现象的海洋温度联系起来，建立了耦合观点；随后的几十年通过观测和耦合模型扩展了变率模式的目录并阐明了它们的遥相关。

Debates

观测趋势中的强迫变化与内部变率

将观测到的区域趋势归因于温室气体强迫还是自然振荡存在争议，因为年代际变率可能会暂时增强或抵消强迫信号。

Key figures

• Jacob Bjerknes
• George Philander
• Gilbert Walker
• Edward Lorenz

Seminal works

• philander1990
• hartmann2016

Frequently asked questions

什么是气候振荡？

它是一种周期性模式，其中耦合海洋-大气系统在数月到数十年间在对比状态之间摆动，例如厄尔尼诺和拉尼娜。

振荡会导致气候变化吗？

不会；它们在内部重新分配热量和降水，并随着时间的推移而平均化，而长期气候变化反映了系统能量平衡的持续转变。