大东北区域盛夏降水年际变化主模态的机制和模拟研究

Pan Northeast China (PNE) is sensitive to climatic changes. Precipitation in this region is of vital relevance to crop’s yield, peoples’ living and social economic development. Precipitation in PNE mainly occurs during late-summer, which characterizes uniformity over PNE as well as reverse changes between the north and south parts. However, the mechanisms about the principal modes of late-summer precipitation in PNE remain unclear. Based on statistical analysis, dynamical diagnose and numerical simulation, this projection will investigate the spatial and temporal features of interannual principal modes of late-summer precipitation in PNE, the related atmospheric circulation and moisture budget, as well as the associated previous sea surface temperature anomalies. We try to clear the dominant circulation systems and moisture sources, and reveal the mechanisms for the impact of SST anomalies on the formation of principal modes of late-summer precipitation in PNE, obtaining practical predictors for PNE summer precipitation. The applicant has published five first-author’s SCI papers on the issue, three among which are published on the periodicals in the first zone. Besides, the applicant’s doctoral dissertation has been voted as one of five excellent doctoral dissertations in Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences during 2017. These lay a good foundation for the progress of the project.

我国大东北区域处于气候变化的敏感区，其降水变化对农作物生产、人民生活和社会经济发展具有至关重要的意义。研究表明，大东北区域降水主要集中在盛夏时节，该时段降水模态既有全区一致分布型，也有南北反向变化的特征。但是关于该地区盛夏降水主模态的形成机制尚且不清楚。本项目拟利用统计分析、动力诊断和数值模拟方法，对大东北盛夏降水年际变化第一、二模态的时空分布、相关环流特征和水汽收支、以及前期海温异常特征进行较为系统的研究，明确影响这两个模态的主导环流系统和水汽来源，揭示前期海温影响降水主模态形成的可能机制，提取具有明确物理意义且切实可用的海温等预测因子，以期为改进短期气候预测提供科学依据。项目申请人在该方向上已发表5篇第一作者SCI论文（其中3篇为一区论文），且申请人博士学位论文荣获中科院大气物理研究所优秀博士学位论文（2017年度，全所5篇），这为本项目的开展奠定了较好的基础。

我国大东北区域处于气候变化的敏感区，其降水变化对农作物生产、人民生活和社会经济发展具有至关重要的意义。研究表明，大东北区域降水主要集中在盛夏时节，该时段降水模态既有全区一致分布型，也有南北反向变化的特征。但是关于该地区盛夏降水主模态的形成机制尚且不清楚。.本项目研究表明，EOF1模态降水中心位于东北南部地区，记为 “南模态”；而EOF2模态的降水中心在东北地区北部，记为“北模态”。西北太平洋反气旋和东北反气旋环流异常通过调整水汽输送、对流层高/低层散度环流和垂直运动异常分别对南模态和北模态降水产生影响。另外，东北地区南模态降水水汽主要来自东北南边界，而北模态降水则与穿过东北北边界和西边界的水汽输送存在紧密联系。另外，东亚西风急流的（位置变化）强度异常对东北盛夏降水（南模态）北模态也有影响。基于年际增量方法，进一步使用前期春季中亚土壤湿度、早春热带大西洋海温作为预测因子，建立东北盛夏降水量和暴雨频次的季节预测模型。.另一方面，本项目揭示了热带西太平洋海温与东北夏季降水第一主模态的关系自20世纪90年代显著增强。进一步结果表明，北太平洋多年代际振荡在20世纪90年代之后转为正位相，一方面引起东北太平洋上空的环流中心西移至北太平洋中西部地区；另一方面有利于热带西太平洋相关的波列结构从西太平洋向东北方向传播至阿留申地区。因此，热带西太平洋海温异常通过调整阿留申地区大气环流对东北降水产生影响。.春季巴伦支海海冰是影响北模态降水的关键区。由于季节持续性，春季巴伦支海海冰异常可以很好地持续到夏季，通过调整湍流热通量影响局地气温异常和大气垂直稳定性，进而通过经圈环流引起欧洲和地中海地区的环流异常。进一步，散度风对涡旋的平流作用激发地中海上空有效的罗斯贝波波源，存在一条类似丝绸之路遥相关波列东传至东亚地区；另外，存在另一条罗斯贝波列沿极地路径自北极向东南方向传播至东北亚地区，由此影响东亚地区环流异常和东北降水。