两类ENSO对东亚夏季风环流垂直耦合模态的影响机理

El Niño-Southern Oscillation (ENSO) is the most robust interannual signal in tropical air-sea interactions, and it has been regarded as the first factor the seasonal prediction of East Asian summer monsoon (EASM) rainfall. Evidences suggest that the Western North Pacific subtropical high (WNPSH) and the South Asian high (SAH) are two important dynamic wheels of the EASM circulations, their vertical coupling may directly modulate summer rain-belts in China. However, the climate impacts of the Eastern-Pacific (EP) and Central-Pacific (CP) ENSO on the EASM are rather distinct, due to their different evolution mechanisms and remote forcings. In this regard, this project intends to address the different climate impacts of the EP and CP ENSO on the vertical coupling mode of EASM. We firstly investigate the essential differences of the two types of ENSO and their time stability, with the help of data analysis, dynamic diagnosis, as well as the numerical simulation. Taking into account of “recharge/discharge” roles of the Indian Ocean sea surface temperature, the linkages between the two types of ENSO and the coupling wheels of the EASM, as well as the possible physical processes will be explored. Finally, we will reveal the interannual diversity of EASM rainfall and their physical mechanisms in the framework of two types of ENSO impacts. We wish this study may deepen the understanding of the EASM, related to the ENSO diversity, and provide some valuable suggestions for the summer climate seasonal prediction in China.

ENSO是热带海气耦合系统最突出的年际信号，是预测东亚夏季风降水变率的重要影响因子之一。南亚高压和西太平洋副热带高压是东亚夏季风高低层环流的主要成员和水汽载体，两者通过垂直“齿轮式”耦合存在相互作用，其年际变化直接影响中国夏季雨带的位置。由于东部型和中部型ENSO的演变机制及其引起的大气遥相关差异，导致其对东亚夏季风环流和降水异常的影响也显著不同。为此，本项目拟围绕两类ENSO对东亚夏季风环流垂直耦合模态的影响差异这一核心问题，利用资料分析、动力诊断和数值模拟等技术手段，系统分析两类ENSO本质差异及其时间稳定性，结合热带印度洋海温“接力”作用，剖析两类ENSO对东亚夏季风环流“齿轮式”耦合模态影响的主要物理过程。通过以上研究揭示中国夏季降水多模态年际变化主要成因，为我国短期气候预测提供新的科学依据。

作为热带海气耦合系统中最突出的年际信号，El Niño是预测东亚夏季风环流及其降水年际变率的重要因子之一。然而，东部（EP）型和中部（CP）型El Niño引起的热带大气响应以及通过遥相关所导致的气候异常存在显著差异。因此，开展El Niño多样性对东亚夏季风环流垂直耦合模态的影响机理研究对我国短期气候预测具有重要的科学意义。.本项目围绕El Niño多样性对东亚夏季风环流垂直耦合模态的影响差异这一核心问题，从El Niño多样性生成和演变过程的动力机制、El Niño多样性与东亚夏季风环流齿轮式耦合模态的联系、El Niño协同热带印度洋海温异常对东亚夏季风期间极端气候事件的影响等三个方面重点阐明EP型和CP型El Niño对东亚夏季风环流及其降水的年际变化影响机制。主要结果如下：.（1）阐明了太平洋年代际涛动和北太平洋涡旋振荡的SST异常模态相互交替是促发El Niño多样性的重要原因，同时发现了副热带东北太平洋区域的季节足迹机制是有效连接热带和热带外海气相互作用的关键纽带。.（2）明确了东亚夏季风环流的三维齿轮式耦合模态是中国夏季降水的年际异常空间分布的主导因子；发现了CMIP5气候模式中El Niño多样性与东亚夏季风之间的大气遥相关模拟性能主要取决于赤道东太平洋冷舌模拟偏差，并揭示了全球变暖背景下东亚-西北太平洋大气环流及其降水的基本模态仍然能够维持，但EP型和CP型的冬季成熟位相和次年夏季衰减位相期间降水强度被显著加强。.（3）考虑热带印度洋海气耦合的“接力”效应，揭示了印度洋偶极子协同中部型El Niño共同加剧东亚夏季风期间江南极端干旱的复杂机制，并厘清了东印度洋-西太暖池负SST异常在不同类型El Niño期间对东亚季风环流耦合模态的相对贡献。.本项目研究工作不仅扩充和完善了El Niño多样性的形成和演变机制，而且拓展了El Niño多样性对东亚夏季风环流及其降水年际变化的影响机理，为我国夏季降水季节预测提供了新的科学依据。