欧亚北部冬季增雪"影响"中国夏季气候异常的机理研究

近年来，欧亚积雪与东亚季风气候之间的关系越来越受到关注。穆松宁等的研究表明，欧亚大陆北部冬季新增雪盖面积（冬季TFSE）与我国夏季气候异常存在明显关联，这种关系在过去的四十年较稳定且具有异常大气环流背景的支持，这不但对深入认识东亚季风气候变化特征具有重要的科学意义，同时对于我国短期气候预测而言也具有潜在的应用价值，值得特别关注。但是，这种"隔季相关"的机理尚不十分清晰，因此，本申请将利用卫星反演积雪资料、站点观测和再分析资料等，采用诊断分析方法，将陆面要素（积雪和土壤层）的变化作为一个整体，分别从欧亚大陆大范围变化、东北亚局地变化这两个角度去寻找上述"隔季相关"的物理途径，并辅以数值试验；再通过资料分析，考察欧亚北部不同地区冬季增雪面积对冬季TFSE气候效应的贡献作用及其可能的物理基础，给出冬季TFSE气候效应的冬季增雪关键区。

积雪作为我国气候异常的重要影响因子备受关注，其影响机理的研究难度很大、成果不多。在本项目资助下，利用多套资料和经验正交分解（EOF）、相关分析、合成分析等方法，对欧亚北部（40°N以北，10°E～140°E）冬季新增雪盖面积（Total Fresh Snow Extent，简称TFSE）与我国夏季气候异常之间显著 “隔季相关” 的物理机制进行了深入研究（该指数连续多年参加大气所汛期会商），主要结论如下：（1）春夏季陆面要素的季节演变异常起到了非常重要的纽带作用，具体为：当TFSE偏大时，欧亚北部大范围积雪－冻土的自西向东、由南向北的融化进程明显减慢，受其影响，至夏季，东亚中高纬各陆面要素都发生了一系列的显著异常，这些异常主要表现为积雪和地表冻土融化异常强烈，土壤温度明显偏低，当TFSE偏小时相反。分析表明，恰恰就是这种夏季陆面异常导致了东亚夏季大气环流发生显著异常，进而间接“影响”了我国夏季气候异常。（2）进一步寻找了TFSE气候效应的冬季增雪关键区，研究发现，尽管欧洲中纬区（（40°N～54°N, 10°E～40°E）和（40°N～48°N，40°E～60°E））冬季增雪面积（简称TFSE-1）与我国夏季气候异常的关系不很显著，但其变化维系了上述“隔季相关” 的物理途径，因此，其变化对TFSE的气候效应而言起关键作用，但是，亚洲中纬（（40°N～48°N，60°E～102°E）和（40°N～54°N，102°E～128°E））冬季增雪面积（简称TFSE-2）的贡献尚不清楚；另外，分析表明，对TFSE的气候效应而言，起作用的实际上是欧亚中纬（上述欧洲、亚洲中纬合并区）冬季增雪面积（简称TFSE-1-2），其不但与我国夏季气候异常具有更显著的“隔季相关”，而且这种相关还具有和TFSE非常相似的、但更为清晰的物理途径，因此，在气候预测的意义上，TFSE-1-2可替代TFSE。以上研究成果的特色在于从“欧亚北部大范围季节演变”这一新角度，将各陆面要素协调一致的变化作为一个整体，给出了冬雪和我国夏季气候异常之间“隔季相关”的物理途径，同时也给出了一个和我国夏季气候异常关系更显著的、机理更清晰的前期影响因子（TFSE-1-2），这就为欧亚北部冬季增雪指数的预测应用奠定了非常扎实的理论基础。