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Zonal mean and shift modes of historical climate response to evolving aerosol distribution

Science Bulletin 2021年第23期66卷 2405-2411页

作者： Sarah M.Kang Shang-Ping Xie Clara Deser Baoqiang Xiang School of Urban and Environmental Engineering Ulsan National Institute of Science and TechnologyUlsan 44919Republic of Korea Scripps Institution of Oceanography University of California San DiegoLa Jolla CA 92093USA Climate and Global Dynamics Division National Center for Atmospheric ResearchBoulder CO 80307USA National Oceanographic and Atmospheric Administration/Geophysical Fluid Dynamics Laboratory Princeton NJ 08540USA University Corporation for Atmospheric Research Boulder CO 80307USA

Anthropogenic aerosols are effective radiative forcing agents that perturb the Earth’s climate. Major emission sources shifted from the western to eastern hemisphere around the 1980 s. An ensemble of single-forcing simulations with an Earth System model reveals two stages of aerosol-induced climate change in response to the global aerosol increase for 1940–1980 and the zonal shift of aerosol forcing for 1980–2020, respectively. Here, using idealized experiments with hierarchical models, we show that the aerosol increase and shift modes of aerosol-forced climate change are dynamically distinct, governed by the inter-hemispheric energy transport and basin-wide ocean–atmosphere interactions, *** aerosol increase mode dominates in the motionless slab ocean model but is damped by ocean dynamics. Free of zonal-mean energy perturbation, characterized by an anomalous North Atlantic warming and North Pacific cooling, the zonal shift mode is amplified by interactive ocean dynamics through Bjerknes feedback. Both modes contribute to a La Ni?a-like pattern over the equatorial Pacific. We suggest that a global perspective that accommodates the evolving geographical distribution of aerosol emissions is vital for understanding the aerosol-forced historical climate change.

关键词： aerosol forced response aerosol increase mode aerosol shift mode Energetics Coupled atmosphere-ocean coupling Hierarchical modeling

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