热带海温与青藏高原热力强迫协同变化对亚洲夏季风爆发的影响研究

The Asian summer monsoon (ASM) onset is featured by the vertical coupling between the upper- and lower-level circulations and the formation of monsoon convection. The ASM onset exhibits prominent transient characteristic compared with the evolution of monsoon circulation in boreal summer, acting as a precursor for the beginning of the Chinese summer rainy season. The changes of the sea surface temperature (SST) in tropical ocean and the Tibetan Plateau (TP) thermal forcing from winter to summer show great seasonal phase-locking, and they have been treated as the two important factors for the ASM onset. The distinct interannual variation of these two factors can increase the uncertainty of the seasonal prediction on the ASM onset time based on the sole factor. Thus, this proposal will start with the research on the association between the formation of TP atmospheric heating source and the tropical SST via the theory analysis, data diagnosis and numerical experiments. And we tend to emphasize (1) the relative contribution of tropical SST anomalies and TP heating source to the transient variation of monsoon circulation during the ASM onset, and to further discuss (2) the collaboration of tropical SST anomalies and the TP heating source on the early or late onset of ASM, as well as the associated critical physical process. Our purpose is to reveal the influence of land-air-sea interaction on the interannual variability of ASM onset and its mechanism, and further to develop a theory for the multi-factors-based quantitative prediction of the ASM onset time.

亚洲夏季风的爆发表现为季风区高、低层环流的垂直耦合和季风对流的建立，是中国汛期降水开始的前兆信号。与盛夏季风环流的演变过程相比，夏季风爆发具有明显的瞬变特征。由冬到夏热带海温（SST）与青藏高原热力强迫的演变具有明显的季节锁相特征，是影响亚洲夏季风爆发的两个关键因子，但两者季节变化的年际差异却十分显著，所以基于单因子预测亚洲夏季风爆发时间存在较大不确定性。为此，本项目拟采用理论分析、资料诊断和数值模拟相结合的技术路线，以青藏高原热源的建立及其与热带SST之间的联系为切入点，重点讨论在季节转换过程中（1）两个关键因子对亚洲夏季风爆发期间环流系统的相对贡献及其瞬变过程；（2）年际尺度上两个关键因子之间的协同变化对亚洲夏季风爆发时间的影响及其物理机制。基于上述研究，试图揭示海-陆-气三者联动对亚洲夏季风爆发年际变率的影响过程和机理，提出基于“多因子”的亚洲夏季风爆发时间的定量预测理论。

亚洲夏季风爆发是北半球大气环流由冬至夏季节转换的关键节点。其中，南海夏季风作为东亚夏季风的重要成员，其爆发日期预测是东亚各国气候预测的核心业务。南海夏季风爆发同时受热带（如，ENSO及其遥相关）和中纬度系统（如，青藏高原强迫作用）影响，其爆发日期年际变率成因十分复杂。目前动力模式对南海夏季风爆发的预测能力依然不高。而近年来热带ENSO事件对南海夏季风爆发的影响变得更加不稳定，则进一步增加了南海夏季风爆发预测的难度。因此，深入认识南海夏季风爆发年际变率的机理及其可预报性具有重要的科学意义和实践价值。.本项目以春末夏初南海夏季风爆发期间青藏高原大气热源的瞬变特征为切入点，以热带海温异常和青藏高原大气热源对南海夏季风爆发的相对贡献为着眼点，重点分析了两者对南海夏季风爆发年际变率的协同影响，研究的落脚点是揭示南海夏季风次季节和季节尺度可预报性来源，为提高南海夏季风爆发日期的次季节至季节预测水平提供科学依据。项目主要取得了预期成果，总结如下：.（1）揭示了热带海温异常（SSTA）和高原热力强迫对亚洲夏季风爆发进程的相对贡献，证明ENSO事件是南海夏季风爆发季节循环分量的重要因子，而青藏高原热力强迫则是南海夏季风爆发次季节过程的决定因素。.（2）阐明了热带SSTA和高原热力强迫协同变化通过海-陆-气相互作用共同影响南海夏季风爆发时间的瞬变过程，从不同时间尺度间相互作用的角度，揭示青藏高原大气热源次季节变化减弱ENSO事件和南海夏季风爆发对应关系的机理，进而明确了次季节至季节动力预测系统对南海夏季风爆发日期的可预报性来源和瓶颈。.（3）基于科研结果，发展了基于多因子相互作用的南海夏季风爆发时间客观定量预测方法，并应用于南海夏季风爆发气候预测会商中，准确预测出2020-2021年南海夏季风爆发日期。.项目执行期间，发表受项目资助学术论文14篇，培养硕士研究生1名、博士研究生1名。