地面以下虛假經(jīng)向風(fēng)場(chǎng)對(duì)非洲地區(qū)局地Hadley環(huán)流的影響

成劍波，左冬冬，顏鵬程

(1.中國氣象局蘭州干旱氣象研究所，甘肅 蘭州 730020；2.甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730020；3.鹽城工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051；4.鹽城工學(xué)院數(shù)理學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

引 言

由于地球受到的太陽輻射不均勻，因此會(huì)形成一個(gè)在熱帶地區(qū)上升、副熱帶地區(qū)下沉的Hadley環(huán)流(Hadley circulation，HC)[1-2]。HC是季風(fēng)系統(tǒng)的基本成員之一，它與風(fēng)帶、西風(fēng)急流、大尺度渦旋和槽脊密切相關(guān)。HC在低緯度和中高緯度之間的能量、質(zhì)量、角動(dòng)量、水汽以及其他變量的傳輸和交換中也起著重要作用。由于副熱帶干旱區(qū)域與HC下沉支緊密相連，HC下沉支的經(jīng)向移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致降水和溫度的分布發(fā)生改變，進(jìn)一步對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水資源分布有重要影響。因此，HC對(duì)全球天氣和氣候系統(tǒng)的平均狀態(tài)以及演變特征至關(guān)重要[3-4]。

近幾十年來，HC強(qiáng)度有所加強(qiáng)[5-15]，如副熱帶地區(qū)向上傳播的長(zhǎng)波輻射有所增加，表明熱帶垂直環(huán)流，特別是HC在過去幾十年呈增強(qiáng)趨勢(shì)[5,10]；低緯度地區(qū)水汽增加和副熱帶地區(qū)水汽減少意味著低緯度HC上升支和副熱帶HC下沉支增強(qiáng)[7]；除了全球緯向平均HC，非洲、印度洋、西太平洋、東太平洋、美洲以及大西洋地區(qū)局地HC也均表現(xiàn)為增強(qiáng)[9]。季節(jié)平均結(jié)果顯示，北半球冬季HC有明顯增強(qiáng)趨勢(shì)[6,11-12]，而夏季HC強(qiáng)度變化很小[12-13]。關(guān)于HC寬度的變化，有研究采用不同的定義方法[16]，包括經(jīng)向質(zhì)量流函數(shù)(mass stream function，MSF)、對(duì)流層頂高度、平流層臭氧、長(zhǎng)波輻射、副熱帶急流、海平面氣壓和降水，均發(fā)現(xiàn)HC寬度向兩極明顯擴(kuò)張，意味著副熱帶干旱區(qū)域向兩極擴(kuò)展。

部分再分析資料和模式模擬的經(jīng)向風(fēng)存在于1000 hPa至大氣頂部，由于世界各地都存在陸地和海洋，部分地區(qū)的地面氣壓低于1000 hPa，因此，這些地區(qū)對(duì)應(yīng)的對(duì)流層底部經(jīng)向風(fēng)實(shí)際不存在，是虛假的外插數(shù)據(jù)，這些在實(shí)際中不存在的經(jīng)向風(fēng)就是地面以下虛假經(jīng)向風(fēng)場(chǎng)(fake below-ground meridional wind，F(xiàn)BGMW)[17]。在近期研究中，CHENG等[17]指出當(dāng)利用MSF來研究HC時(shí)，F(xiàn)BGMW對(duì)北半球夏季HC有重要影響，會(huì)使北半球夏季HC強(qiáng)度和寬度的線性趨勢(shì)發(fā)生改變。需要指出的是，CHENG等[17]僅研究了FBGMW對(duì)全球緯向平均HC的影響，但不同區(qū)域FBGMW存在很大差異，導(dǎo)致FBGMW對(duì)不同區(qū)域HC有不同影響，因此FBGMW對(duì)局地HC的影響還需進(jìn)一步研究。本文旨在分析FBGMW對(duì)非洲大陸地區(qū)HC(HC in Africa，AFHC)氣候態(tài)、年際變率和線性趨勢(shì)的影響，以期能夠更準(zhǔn)確地描述AFHC的變化特征以及非洲大陸地區(qū)干旱半干旱區(qū)域向兩極擴(kuò)展的程度。

1 資料與方法

1.1 資 料

為消除資料對(duì)研究的影響，選取CFSR及其擴(kuò)展版CFSR2(簡(jiǎn)稱“CFSR”)[18-19]、ERA-Interim[20]、ERA5[21]、JRA-55[22]、MERRA2[23]、NCEP/DOE[24]和NCEP/NCAR[25]等7套再分析資料的月平均水平風(fēng)場(chǎng)和地面氣壓，其中ERA-Interim資料起止時(shí)間為1980年1月至2018年12月，其他6套資料起止時(shí)間均為1980年1月至2019年12月。為保持一致，所有數(shù)據(jù)均被插值到2.5°×2.5°的水平網(wǎng)格上，垂直方向選取與NCEP/NCAR資料相同的17層(1000、925、850、700、600、500、400、300、250、200、150、100、70、50、30、20、10 hPa)。

1.2 計(jì)算MSF的兩種方法

為研究FBGMW對(duì)AFHC的影響，采用SCHWENDIKE等[26]提出的熱帶地區(qū)垂直翻轉(zhuǎn)環(huán)流分解方法(簡(jiǎn)稱“M1”)和HU等[27-29]提出的全球大氣環(huán)流三型分解方法(簡(jiǎn)稱“M2”)計(jì)算MSF。圖1為1980—2019年冬季JRA-55資料基于M1和M2方法的500 hPa經(jīng)向環(huán)流和緯向環(huán)流的垂直速度。可以看出，兩種方法均可將垂直速度拆分為兩部分，分別對(duì)應(yīng)經(jīng)向環(huán)流和緯向環(huán)流，也就是ω=ωH+ωW，因此采用這兩種方法可以更準(zhǔn)確地描述經(jīng)向環(huán)流和緯向環(huán)流。M1和M2方法對(duì)應(yīng)的描述AFHC的MSF計(jì)算公式[17,27]如下：

(1)

圖1 1980—2019年冬季JRA-55資料基于M1(a、c)和M2(b、d)方法的500 hPa經(jīng)向環(huán)流(a、b)和緯向環(huán)流(c、d)的垂直速度(單位：Pa·s-1)(紫色框表示AFHC所在區(qū)域，下同)Fig.1 The vertical velocity of the meridional circulation (a, b) and the zonal circulation (c, d) on 500 hPa caculated by using M1 (a, c) and M2 (b, d) methods based on the JRA-55 data sets in winter during 1980-2019 (Unit: Pa·s-1)(The purple box represents the region of AFHC, the same as below)

1.3 AFHC的選取

圖2為1980—2019年四季JRA-55資料的地面氣壓全球分布?xì)夂驊B(tài)。圖3為1980—2019年四季JRA-55資料基于M1和M2方法的1000 hPa FBGMW全球分布?xì)夂驊B(tài)。可以看出，全球大部分陸地地區(qū)和南極地區(qū)地面氣壓均小于1000 hPa，對(duì)應(yīng)的1000 hPa FBGMW也主要存在于陸地和南極地區(qū)。從圖3可以看出，F(xiàn)BGMW主要存在于非洲大陸地區(qū)、北半球歐亞大陸地區(qū)和北美洲大陸地區(qū)、南半球澳大利亞地區(qū)和南美洲大陸地區(qū)，但僅在非洲大陸地區(qū)南北半球FBGMW均明顯存在。因此，為同時(shí)研究FBGMW對(duì)同一區(qū)域南北半球HC的影響，選取非洲大陸地區(qū)的HC作為研究對(duì)象，并定義10°E—40°E緯向平均HC為AFHC。

圖2 1980—2019年冬季(a)、春季(b)、夏季(c)和秋季(d)基于JRA-55資料的地面氣壓全球分布?xì)夂驊B(tài)(單位：hPa)Fig.2 Global distribution of mean state of surface pressure in winter (a), spring (b), summer (c) and autumn (d) based on the JRA-55 data sets during 1980-2019 (Unit: hPa)

圖3 1980—2019年JRA-55資料基于M1(a、b、c、d)和M2(e、f、g、h)方法的冬季(a、e)、春季(b、f)、夏季(c、g)和秋季(d、h)1000 hPa FBGMW全球分布?xì)夂驊B(tài)(單位：m·s-1)Fig.3 Global distribution of mean state of the FBGMW on 1000 hPa caculated by using M1 (a, b, c, d)and M2 (e, f, g, h) methods based on the JRA-55 data sets in winter (a, e), spring (b, f), summer (c, g) and autumn (d, h) during 1980-2019 (Unit: m·s-1)

1.4 AFHC強(qiáng)度、上升支位置和下沉支位置的定義

由于AFHC是一個(gè)垂直的大尺度環(huán)流，因此將北半球AFHC強(qiáng)度(AFHC intensity，AFHCI)定義為0°—40°N范圍內(nèi)850～300 hPa各層等壓面上MSF極大值的垂直平均值。南半球AFHCI的定義和北半球類似，但為0°—40°S范圍內(nèi)MSF極小值的垂直平均值。和AFHCI的定義類似，采用某一層等壓面MSF為0的緯度定義AFHC公共上升支位置不準(zhǔn)確，所以采用15°S—15°N范圍內(nèi)850～300 hPa垂直平均MSF為0的位置定義AFHC公共上升支。北半球AFHC下沉支位置和南半球AFHC下沉支位置的定義和AFHC公共上升支定義類似，但分別為15°N—45°N范圍和15°S—45°S范圍內(nèi)850～300 hPa垂直平均MSF為0的位置。

2 FBGMW對(duì)AFHC氣候態(tài)的影響

圖4為1980—2019年不同季節(jié)7套再分析資料平均基于M1和M2方法的不考慮FBGMW和考慮FBGMW情況下AFHC氣候態(tài)的差異。可以看出，F(xiàn)BGMW對(duì)南北半球各季節(jié)的AFHC氣候態(tài)都有一定影響，且M1和M2方法對(duì)應(yīng)的FBGMW引起的誤差不同。2種方法均表明不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致北半球AFHC偏強(qiáng)。對(duì)于南半球AFHC，2種方法存在差異，特別是夏季；對(duì)于M1方法，不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致南半球冬季、春季和秋季AFHC偏弱，夏季AFHC偏強(qiáng)；對(duì)于M2方法，不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致南半球四季AFHC均偏弱。

圖4 1980—2019年冬季(a、e)、春季(b、f)、夏季(c、g)和秋季(d、h)7套再分析資料平均基于M1(a、b、c、d)和M2(e、f、g、h)方法的不考慮FBGMW和考慮FBGMW情況下AFHC氣候態(tài)的差異(單位：0.5×109 kg·s-1)(黑色等值線表示考慮FBGMW情況下AFHC的氣候態(tài))Fig.4 The difference between the mean state of AFHC considering and no-considering FBGMW caculated by using M1 (a, b, c, d) and M2 (e, f, g, h) methods based on the mean data of seven reanalysis data sets in winter (a, e), spring (b, f), summer (c, g) and autumn (d, h) during 1980-2019 (Unit: 0.5×109 kg·s-1)(The black contours represent the mean state of the AFHC considering FBGMW)

從圖4(g)可以發(fā)現(xiàn)，M2對(duì)應(yīng)的北半球夏季AFHC下沉支主要在500 hPa以下，并且部分年份下沉支位置很難確定，因此，之后研究不包含M2方法對(duì)應(yīng)的北半球夏季AFHC下沉支。圖5為1980—2019年不同季節(jié)7套再分析資料基于M1和M2方法的AFHCI氣候態(tài)?？梢钥闯?，不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致2種方法對(duì)應(yīng)的北半球AFHC均偏強(qiáng)，并且冬季AFHC偏強(qiáng)最明顯。7套資料平均而言，對(duì)于M1方法，不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致北半球冬季、春季、夏季、秋季AFHCI分別從18.2×109、12.5×109、10.8×109、8.4×109kg·s-1增強(qiáng)到20.4×109、13.4×109、11.5×109、9.7×109kg·s-1；對(duì)于M2方法，會(huì)導(dǎo)致北半球冬、春、夏、秋季AFHCI分別從21.6×109、13.1×109、19.2×109、12.9×109kg·s-1增強(qiáng)到23.2×109、13.8×109、19.6×109、13.8×109kg·s-1?；贛1和M2方法的南半球AFHCI存在差異，其中利用M1方法不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致四季AFHCI均偏弱，但M2方法對(duì)應(yīng)的AFHCI偏弱比M1方法更明顯。7套資料平均而言，對(duì)于M1方法，不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致南半球冬、春、夏、秋季AFHCI分別從-4.8×109、-11.6×109、-22.6×109、-10.8×109kg·s-1減弱到-4.5×109、-11.4×109、-22.5×109、-10.5×109kg·s-1；對(duì)于M2方法，會(huì)導(dǎo)致南半球冬、春、夏、秋季AFHCI分別從-6.7×109、-15×109、-23.2×109、-12×109kg·s-1減弱到-6.5×109、-13.3×109、-22.8×109、-10.7×109kg·s-1。

圖5 1980—2019年不同季節(jié)7套再分析資料基于M1(a、c)和M2(b、d)方法的北半球(a、b)和南半球(c、d)考慮FBGMW(彩色直方圖)和不考慮FBGMW(斜線填充的彩色直方圖)情況下AFHCI氣候態(tài)Fig.5 Mean state of the AFHCI considering (color histogram) and no-considering (color histogram filled with oblique lines) FBGMW in the Northern Hemisphere (a, b) and Southern Hemisphere (c, d) caculated by using M1 (a, c) and M2 (b, d) methods based on seven reanalysis data sets in different seasons during 1980-2019

圖6為1980—2019年不同季節(jié)7套再分析資料基于M1和M2方法的AFHC北半球下沉支位置、公共上升支位置和南半球下沉支位置氣候態(tài)?？梢钥闯觯琈1和M2方法對(duì)應(yīng)的不考慮FBGMW導(dǎo)致AFHC北半球下沉支位置、公共上升支位置和南半球下沉支位置的誤差存在一定的差異。其中，誤差為正值(負(fù)值)代表不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致AFHC北半球下沉支位置、公共上升支位置和南半球下沉支位置偏北(偏南)。不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致2種方法對(duì)應(yīng)的各季節(jié)AFHC北半球下沉支位置更偏北，但M2方法對(duì)應(yīng)不同資料的結(jié)果之間的差異比M1方法小。7套資料平均而言，對(duì)于M1方法，不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致冬、春、夏、秋季AFHC北半球下沉支位置分別從26.1°N、27.8°N、31.7°N、27.2°N偏北到26.5°N、28.1°N、31.8°N、27.5°N；對(duì)于M2方法，會(huì)導(dǎo)致冬、春、秋季AFHC北半球下沉支位置分別從29.5°N、32.3°N、35.3°N偏北到29.7°N、32.8°N、36.0°N。不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致2種方法對(duì)應(yīng)的冬季AFHC公共上升支位置更偏南，而其他季節(jié)AFHC公共上升支位置更偏北。7套資料平均而言，對(duì)于M1方法，不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致冬季AFHC公共上升支位置從13.8°S偏南到14.5°S，會(huì)導(dǎo)致春、夏、秋季AFHC公共上升支位置分別從4.1°N、16.0°N、4.9°N偏北到5.3°N、16.6°N、5.9°N；對(duì)于M2方法，會(huì)導(dǎo)致冬季AFHC公共上升支位置從12.9°S偏南到14.3°S，而會(huì)導(dǎo)致春、夏、秋季AFHC公共上升支位置分別從3.3°N、10.3°N、2.9°N偏北到4.1°N、11.7°N、3.0°N。不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致M1方法對(duì)應(yīng)的冬季和秋季AFHC南半球下沉支位置更偏南，而對(duì)春季和夏季AFHC南半球下沉支位置影響較?。粫?huì)導(dǎo)致M2方法對(duì)應(yīng)的夏季和秋季AFHC南半球下沉支位置更偏北，而對(duì)冬季和春季AFHC南半球下沉支位置影響較小。7套資料平均而言，對(duì)于M1方法，不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致冬季和秋季的AFHC南半球下沉支位置分別從29.2°S、25.5°S偏南到30.0°S、26.6°S；對(duì)于M2方法，會(huì)導(dǎo)致夏季和秋季的AFHC南半球下沉支位置分別從30.1°S、41.3°S偏北到30.0°S、40.7°S。綜上所述，不同資料的結(jié)果還存在一定的差異，但大部分資料結(jié)果和7套再分析資料平均結(jié)果一致。

圖6 1980—2019年不同季節(jié)7套再分析資料基于M1(a、c、e)和M2(b、d、f)方法的考慮FBGMW(彩色直方圖)和不考慮FBGMW(斜線填充的彩色直方圖)情況下AFHC北半球下沉支位置(a、b)、公共上升支位置(c、d)和南半球下沉支位置(e、f)氣候態(tài)Fig.6 Mean state of the location of the sinking branch in the Northern Hemisphere (a, b), common rising branch (c, d), and sinking branch in the Southern Hemisphere (e, f) of the AFHC considering (color histogram) and no-considering (color histogram filled with oblique lines) FBGMW caculated by using M1 (a, c, e) and M2 (b, d, f) methods based on seven reanalysis data sets in different seasons during 1980-2019

3 FBGMW對(duì)AFHC年際變率的影響

不考慮FBGMW和考慮FBGMW的AFHC強(qiáng)度、AFHC公共上升支位置和南北半球下沉支位置的相關(guān)系數(shù)均超過0.8，都通過α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，且絕大部分相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.95以上(圖略)。除了公共上升支位置，不考慮FBGMW和考慮FBGMW情況下南北半球AFHC強(qiáng)度、AFHC下沉支位置的標(biāo)準(zhǔn)差之比非常接近1(圖略)，說明除了公共上升支位置，不考慮FBGMW對(duì)南北半球AFHC強(qiáng)度、AFHC下沉支位置年際變率的影響很小。圖7為1980—2019年不同季節(jié)7套再分析資料基于M1和M2方法的不考慮FBGMW和考慮FBGMW情況下AFHC公共上升支位置的標(biāo)準(zhǔn)差之比。可以看出，不考慮FBGMW會(huì)使M1方法對(duì)應(yīng)的冬季和夏季以及M2方法對(duì)應(yīng)的冬季AFHC公共上升支位置年際變率減小，使M1和M2方法對(duì)應(yīng)的秋季AFHC公共上升支位置年際變率增加。不考慮FBGMW導(dǎo)致M1方法對(duì)應(yīng)的春季和M2方法對(duì)應(yīng)的春季和夏季AFHC公共上升支年際變率的變化依賴于資料的選取。

圖7 1980—2019年不同季節(jié)7套再分析資料基于M1(a)和M2(b)方法的不考慮FBGMW和考慮FBGMW情況下AFHC公共上升支位置的標(biāo)準(zhǔn)差之比Fig.7 Standard deviation ratio between the location of the common rising branch of AFHC considering and no-considering FBGMW caculated by using M1 (a) and M2 (b) methods based on seven reanalysis data sets in different seasons during 1980-2019

4 FBGMW對(duì)AFHC線性趨勢(shì)的影響

圖8為1980—2019年不同季節(jié)7套再分析資料平均的基于M1和M2方法的不考慮FBGMW和考慮FBGMW情況下北半球和南半球AFHCI的線性趨勢(shì)?？梢钥闯?，盡管不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致AFHCI線性趨勢(shì)的數(shù)值發(fā)生變化，但關(guān)于AFHCI線性趨勢(shì)的主要結(jié)論并沒有發(fā)生改變?？紤]和不考慮FBGMW，各個(gè)季節(jié)北半球AFHCI均表現(xiàn)為減弱趨勢(shì)。對(duì)于M1方法，不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致北半球冬、春、夏、秋季AFHCI的線性趨勢(shì)從-0.21×109、-0.21×109、-0.4×109、-0.45×109kg·s-1·(10 a)-1變?yōu)?0.3×109、-0.19×109、-0.43×109、-0.53×109kg·s-1·(10 a)-1[圖8(a)]；對(duì)于M2方法，不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致北半球冬、春、夏、秋季AFHCI的線性趨勢(shì)從-0.3×109、-0.04×109、-0.65×109、-0.79×109kg·s-1·(10 a)-1變?yōu)?0.4×109、-0.03×109、-0.64×109、-0.84×109kg·s-1·(10 a)-1[圖8(b)]?？紤]FBGMW前后，春季和夏季南半球AFHCI表現(xiàn)為增強(qiáng)趨勢(shì)，秋季表現(xiàn)為減弱趨勢(shì)，冬季沒有明顯變化趨勢(shì)。對(duì)于M1方法，不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致南半球冬、春、夏、秋季AFHCI的線性趨勢(shì)從0.01×109、0.3×109、0.16×109、-0.28×109kg·s-1·(10 a)-1變?yōu)?.02×109、0.27×109、0.14×109、-0.24×109kg·s-1·(10 a)-1[圖8(c)]；對(duì)于M2方法，不考慮FBGMW導(dǎo)致南半球冬、春、夏、秋季AFHCI的線性趨勢(shì)從-0.01×109、0.12×109、0.15×109、-0.31×109kg·s-1·(10 a)-1變?yōu)?.04×109、0.25×109、0.14×109、-0.22×109kg·s-1·(10 a)-1[圖8(d)]。

圖8 1980—2019年不同季節(jié)7套再分析資料平均的基于M1(a、c)和M2(b、d)方法的考慮FBGMW和不考慮FBGMW情況下的北半球(a、b)和南半球(c、d)AFHCI的線性趨勢(shì)(斜線填充的彩色直方圖通過α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，下同)Fig.8 Linear trends of the AFHCI in the Northern Hemisphere (a, b) and the Southern Hemisphere (c, d) considering and no-considering FBGMW caculated by using M1 (a, c) and M2 (b, d) methods based on the mean data set of seven reanalysis data sets in different seasons during 1980-2019(The color histogram filled with oblique lines passed the significance test at 0.05, the same as below)

圖9為1980—2019年不同季節(jié)7套再分析資料平均的基于M1和M2方法的不考慮FBGMW和考慮FBGMW情況下的AFHC北半球下沉支位置、公共上升支位置和南半球下沉支位置的線性趨勢(shì)?？梢园l(fā)現(xiàn)，對(duì)于M1方法，考慮FBGMW前后，春季AFHC北半球下沉支位置均表現(xiàn)為向南收縮的趨勢(shì)，夏季和秋季均表現(xiàn)為向北擴(kuò)張趨勢(shì)，而冬季沒有明顯變化趨勢(shì)[圖9(a)]。對(duì)于M2方法，考慮FBGMW前后，春季和秋季AFHC北半球下沉支位置均表現(xiàn)為向南收縮趨勢(shì)，而冬季均沒有明顯變化趨勢(shì)[圖9(b)]。對(duì)于M1方法，不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致春、夏、秋季AFHC北半球下沉支位置的線性趨勢(shì)分別從-0.16°、0.04°、0.14°(10 a)-1變?yōu)?0.12°、0.06°、0.16°(10 a)-1；對(duì)于M2方法，會(huì)導(dǎo)致春季和秋季AFHC北半球下沉支位置的線性趨勢(shì)從-0.33°、-0.63°(10 a)-1變?yōu)?0.25°、-0.78°(10 a)-1?？紤]FBGMW前后，冬季和春季AFHC公共上升支均表現(xiàn)為向南移動(dòng)趨勢(shì)，而夏季和秋季均表現(xiàn)為向北移動(dòng)趨勢(shì)。對(duì)于M1方法，不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致冬、春、夏、秋季AFHC公共上升支的線性趨勢(shì)分別從-0.13°、-0.28°、0.60°、0.04°(10 a)-1變?yōu)?0.12°、-0.24°、0.38°、0.07°(10 a)-1[圖9(c)]；對(duì)于M2方法，會(huì)導(dǎo)致冬、春、夏、秋季AFHC公共上升支的線性趨勢(shì)分別從-0.21°、-0.35°、0.38°、0.05°(10 a)-1變?yōu)?0.27°、-0.36°、0.42°、0.05°(10 a)-1[圖9(d)]。對(duì)于M1方法，考慮FBGMW前后，AFHC南半球下沉支位置均表現(xiàn)為向南擴(kuò)張的趨勢(shì)[圖9(e)]。對(duì)于M2方法，考慮FBGMW前后，夏季AFHC南半球下沉支位置均表現(xiàn)為向北收縮趨勢(shì)，而其他季節(jié)均表現(xiàn)為向南擴(kuò)張趨勢(shì)[圖9(f)]。對(duì)于M1方法，不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致冬、春、夏、秋季AFHC南半球下沉支位置的線性趨勢(shì)分別從-0.58°、-0.08°、-0.10°、-0.72°(10 a)-1變?yōu)?0.62°、-0.06°、-0.10°、-0.71°(10 a)-1；對(duì)于M2方法，不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致冬、春、夏、秋季AFHC南半球下沉支位置的線性趨勢(shì)分別從-0.19°、-0.27°、0.14°、-0.89°(10 a)-1變?yōu)?0.25°、-0.18°、0.15°、-1.26°(10 a)-1。

圖9 1980—2019年不同季節(jié)7套再分析資料平均的基于M1(a、c、e)和M2(b、d、f)方法的考慮FBGMW和不考慮FBGMW情況下的AFHC北半球下沉支位置(a、b)、公共上升支位置(c、d)和南半球下沉支位置(e、f)的線性趨勢(shì)Fig.9 Linear trends of the location of the sinking branch in the Northern Hemisphere (a, b), common rising branch (c, d), and sinking branch in the Southern Hemisphere (e, f) of the AFHC considering and no-considering FBGMW caculated by using M1 (a, c, e) and M2 (b, d, f) methods based on the mean data set of seven reanalysis data sets in different seasons during 1980-2019

5 結(jié) 論

(1)對(duì)于氣候態(tài)而言，F(xiàn)BGMW對(duì)AFHC強(qiáng)度、AFHC公共上升支和南北半球下沉支的影響取決于季節(jié)和質(zhì)量流函數(shù)計(jì)算方法的選取。

(2)除了公共上升支，F(xiàn)BGMW對(duì)南北半球AFHC強(qiáng)度、南北半球AFHC下沉支位置年際變率的影響很小。不考慮FBGMW會(huì)使M1方法對(duì)應(yīng)的冬季和夏季以及M2方法對(duì)應(yīng)的冬季AFHC公共上升支年際變率減小，M1和M2方法對(duì)應(yīng)的秋季AFHC公共上升支年際變率增加。不考慮FBGMW導(dǎo)致M1方法對(duì)應(yīng)的春季和M2方法對(duì)應(yīng)的春季和夏季AFHC公共上升支年際變率的變化依賴于資料的選取。

(3)盡管不考慮FBGMW會(huì)導(dǎo)致AFHC強(qiáng)度以及AFHC公共上升支和南北半球下沉支位置線性趨勢(shì)的數(shù)值發(fā)生變化，但關(guān)于AFHC線性趨勢(shì)的主要結(jié)論未改變。