夏季西北太平洋副热带高压年际变率对全球变暖的响应及机理研究

The western North Pacific Subtropical High (WNPSH) is a key system to the weather and climate in East Asia. The interannual variability of the WNPSH has been well addressed by previous studies, but little attention is paid on the impact of the ongoing global warming on the interannual variability of the WNPSH. Based on the model outputs provided by CMIP5, the impact of global warming on the interannual variability of the WNPSH will be investigated in this study. The changes in the amplitude of the interannual variability and the connection of WNPSH with tropical SST will be revealed, by comparing the RCP experiments with the historical experiments of 31 coupled models. With the aid of Atmospheric General Circulation Models, the mechanism how global warming affects the interannual variability of the WNPSH will be studied by performing idealized experiments. This project will improve our understanding on the interannual variability of the WNPSH on the global warming time scale, and provide useful information for mitigation and adaptation to the impact of global warming on East Asian climate.

西北太平洋副热带高压（西太副高）是调控东亚夏季天气气候的重要环流系统。前人已经广泛而深入地研究了西太副高的年际变率机制，但较少关注全球变暖对西太副高年际变率的影响。基于第五轮国际耦合模式比较计划（CMIP5）提供的模式试验结果，本项目拟通过对比31个模式的典型浓度路径（RCP）预估试验与历史气候模拟试验，揭示全球变暖对西太副高年际变率的影响，包括西太副高年际变率幅度的变化及其与热带海温关系的变化。在此基础上，通过大气环流模式的理想试验，深入探讨全球变暖影响西太副高年际变率的机制，揭示平均态海表温度（SST）的均匀增暖、非均匀增暖以及对流层稳定度的变化等因素如何影响西太副高年际变率。本项目的研究将有助于深入理解全球变暖的时间尺度上西太副高的变异机理，为减缓和适应全球变暖对东亚气候的影响提供有价值的参考。

西北太平洋副热带高压是影响东亚气候的重要大尺度大气环流系统，但气候变暖对西北太平洋副热带高压的影响尚不明确。本项目围绕西北太平洋副热带高压的平均态和年际变率对气候变暖的响应，采用CMIP5提供的30个耦合模式的大样本模拟和预估试验结果，去除了气候系统内部变率和模式随机误差的干扰，探讨了西北太平洋副热带高压平均态和年际变率对气候变暖的响应特征与机制。鉴于空气受热膨胀会导致全球等压面的位势高度出现系统性的抬升，本项目的研究结果表明有必要采用涡动位势高度或其他适用于变暖气候背景的指标来监测西太副高的变化。基于大气环流的度量指标一致地显示：气候变暖背景下，对流层中层的西北太平洋副热带高压强度减弱，这是热成风关系约束下对流层经向温度梯度减弱的结果。全球副热带洋盆上的五个主要的副热带高压核心区强度变化并不均匀，它们的非均匀变化是对流层静力稳定度增强和各洋盆非均匀增暖共同作用的结果。针对气候年际变率幅度变化的研究结果表明：气候变暖背景下降水年际变率幅度总体增大，但大气环流年际变率幅度总体减小，二者的变化均具有空间不均匀性；本项目建立了简单的理论模型，揭示了平均态降水、平均态比湿和平均态静力稳定度的变化对降水和大气环流年际变率幅度变化的约束作用。针对ENSO与西北太平洋副热带高压的关系对气候变暖的响应，本项目的研究结果表明：变暖气候背景下El Nino衰减年夏季西北太平洋异常反气旋强度减弱，主要是因为印度洋海温异常对大气的影响减弱。上述研究成果加深了关于西北太平洋副热带高压的平均态和年际变率对气候变暖的响应规律和机制的理解，部分模式预估结果已得到观测资料的证实，提出的西太副高监测指标具有业务应用前景。在完成了预定研究任务的基础上，本项目开展了气候动力学与大气污染的交叉研究，揭示了ENSO通过西北太平洋异常反气旋而调控中国东部冬季灰霾日数的年际变率，对灰霾的短期气候预测具有参考价值。