北半球春季热带太平洋降水和南半球瞬变涡旋活动与太平洋-南美遥相关型关系的年代际转变

Tropical precipitation accounts for up to 40% of the amount of global precipitation. The diabatic heating associated with tropical precipitation can reorganize the spatial distribution of the atmospheric heat source and sink, then significantly influence the extratropical climate via exciting teleconnection patterns under the modulation of the transient eddies at mid-high latitudes. Nevertheless, the impacts of the interdecadal change in the precipitation anomaly and transient eddies in boreal spring on the variability of Southern Hemisphere atmospheric circulation were not totally understood so far. The emphasis in the present proposal is on the plausible effect of the tropical precipitation anomaly on the Pacific-South American (PSA) teleconnection pattern during boreal spring on the interdecadal timescale. By use of statistical methods, diagnosis analyses and numerical models, efforts would be made to shed light on the mechanism responsible for the PSA change induced by distinct tropical precipitation anomaly patterns before and after the late 1990s. The behavior of the transient eddy activity at mid-high latitudes would also be examined for the purpose of providing a clear schematic diagram presenting the relative role of the tropical heat forcing and transient eddies forcing on the interdecadal difference of PSA teleconnection. These investigations would help us deeply understand the mechanism of the stimulation of extratropical teleconnection by tropical precipitation anomaly and entirely comprehend the climate change at mid-high latitudes on the interdecadal timescale, which would be extremely useful for improved skill in regional climate prediction.

热带降水占全球降水的40%以上，其释放的大量潜热能可有效改变局地和周边的大气冷热源分布，激发遥相关波列，在瞬变涡旋的调制下影响热带外地区的气候异常。然而目前为止，在年代际尺度上，北半球春季热带降水异常对南半球大气环流的可能影响和作用机制尚未明确，热带降水异常和瞬变涡旋活动对南半球大气环流的相对贡献尚不清楚。本项目着重探讨热带太平洋降水异常的年代际变化对南半球遥相关型的影响。拟采用统计分析、动力诊断和数值模式相结合的方法，研究北半球春季热带降水异常的年代际变化对太平洋-南美遥相关波列的可能作用，探究热带降水影响遥相关型的物理机制，结合南半球瞬变涡旋活动的年代际差异，诊断热带热源和瞬变涡旋强迫对太平洋-南美遥相关型年代际变化的相对贡献。本项目的开展对深入认识热带降水影响大气环流的作用机理、全面理解中高纬度气候的年代际变率等方面具有重要的科学意义，为更加精准的气候预测提供科学依据。

1990s末期后，北半球春季热带太平洋地区热源强迫异常的首要模态发生了明显的年代际转型，即从东太平洋型转为中太平洋型。已有研究证实，热带地区热源异常可以有效改变局地和周边的大气热量分布，激发遥相关波列，并且在瞬变涡旋的调制下影响热带外地区的气候异常。但是，在年代际尺度上，北半球春季热带热源强迫的转变对南半球大气环流的可能影响和作用机制尚未明确，热带强迫异常和瞬变涡旋活动对南半球大气环流的相对重要性尚不清楚。本项目重点研究了1990s末期前后北半球春季热带太平洋降水/海温异常主模态年代际转型对南太平洋遥相关波列的影响，探讨了中高纬度天气尺度和次季节尺度瞬变涡旋的调制作用。研究发现1990s末期前后，不同降水异常分布型对应着完全不同的太平洋-南美遥相关波列，其位于中高纬度地区的遥相关活动中心同时受到瞬变涡旋的影响。通过统计分析和动力诊断发现，相比于次季节尺度的瞬变涡旋而言，天气尺度的瞬变涡旋活动更加活跃，其异常对应着南半球地区风暴轴的经向位置变动，可见，涡旋活动通过对涡旋动量通量的再分配影响季节平均的遥相关波列，也即瞬变涡旋对基本流的动力强迫起主导作用，热力强迫较微弱。同时，南半球大气遥相关活动的异常会显著调制阿蒙森海-别林斯高晋海附近的大气环流，进而影响西南极洲、南极半岛地区的地表气温以及阿蒙森海-别林斯高晋-威德尔海附近的海冰。这些研究成果对深入认识热带强迫异常影响南半球大气环流的作用机理具有重要的科学意义，对优化南半球包括南极地区的气候预测水平也具有参考价值。项目执行期内，共发表学术论文5篇，分别发表于Journal of Climate, Climate Dynamics, Science China Earth Sciences等国际大气科学权威和核心学术期刊。