东亚夏季对流层温度的年际变率及其可预报性

The mechanism study and seasonal prediction of East Asian summer precipitation is a challenge of climate research. The precipitation over East Asia predicted by climate models is very low, while the large scale circlation system is well simulated and predicted. Using the circulation forecasted by climate models to predicte precipitaiton is one of the most important methods for precipitation prediction.Previous studies documented that the interannual variation of tropospheric temperature can exert great impact on East Asian summer monsoon and closely related to the precipitation over China. It can be seen as an essential predictor of summer rainfall of China. In this project, using observational analysis, the three-dimentional structure and corresponding thermal-dynamical process of the interannual variation of East Asian summer tropospheric temperature will be examined firstly. Based on ENSEMBLES seasonal forecast experiment, the predictability of interannual variability of East Asian summer tropospheric temperature and the key physical mechanisms will be explored secondly. Then, using the newest version of climate system model FGOALS2, developed by State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics (LASG)/Institute of Atmospheric Physics (IAP), we will design seasonal forecast experiment to reveal how the key oceanic forcing influnces its predictability. Finally, the dynamical-statistical model of East Asian summer trppospheric temperature and precipitation will be bulid. This project will enrich our understanding on the mechanisms of East Asian climate variation and build solid foundation for improvement of seasonal forecast of East Asian climate.

东亚夏季降水异常的机理研究与预测是当前气候学界面临的难题之一。当前模式对大气大尺度环流具有较高的预测水平，利用模式预报的环流，采用统计降尺度的方法预报降水，是我国汛期降水预测的重要手段。东亚对流层温度的年际异常直接关系到季风强度，与降水变化紧密相连，是降水预测的重要因子之一。目前东亚夏季对流层温度的年际变率尚不清楚。本项目将首先在观测分析基础上，揭示东亚夏季对流层温度年际变率的三维结构及相应的动力热力过程。然后利用ENSEMBLES季节预测试验，分析海气耦合模式的季节预测系统对东亚夏季对流层温度年际异常的预报能力。在此基础上，利用中国科学院大气物理研究所LASG国家重点实验室发展的气候系统模式FGOALS2进行短期气候预测，揭示关键海域影响其预测效果的物理机制。最后建立东亚夏对流层温度与降水的动力-统计预测模型。该项目研究工作将为理解东亚气候年际变率和短期气候预测提供科学支撑。

东亚夏季降水异常的机理研究与预测是气候学界面临的难题之一，统计降尺度方法是当前汛期降水预测的重要手段之一。由于东亚对流层温度（EASTT）异常与降水紧密相连，可视作降水预测的重要因子之一，因此，本项目从EASTT的角度，通过观测与季节预测试验分析诊断，研究了其年际异常机理、与中国夏季降水的联系及其季节可预报性等问题。主要结论如下：.1）通过观测和再分析资料诊断分析，揭示了EASTT年际一致变冷的机理及其与华北降水的联系。研究发现EASTT一致变冷多出现在La Niña向El Niño转换的夏季，伴随前春北太平洋涛动的负位相，中纬度北太平洋为异常气旋性异常，在局地海气相互作用下，从前冬一直维持至夏季，并触发夏季El Niño的建立，激发丝绸之路遥相关波列，造成EASTT变冷。沿高空西风急流轴的对流层温度变冷是华北干旱形成的重要大尺度环流因子之一。2）揭示了EASTT经向梯度在1992年前后发生年代际减弱特征，其可能原因在于，ENSO周期的年代际变化使得ENSO不同位相的强迫作用发生了年代际转变。3）基于CMIP5分离强迫试验，发现过去50年气溶胶强迫通过减弱海陆温度对比，增加了华北夏季极端干旱事件的出现频率。4）基于ENSEMBLES计划和FGOALS-s2的季节预测试验，开展了EASTT的可预报性研究，研究发现当前气候模式对EASTT具有较高的可预报性，ENSO发展年导致的印度夏季降水异常和ENSO衰减年西北太平洋夏季降水异常，是影响其预报技巧的重要因子。5）该项目基于ENSEMBLES计划季节预测试验预测的EASTT，建立了其与东亚夏季风降水的动力－统计预测模型，该模型可以有效提升ENSO发展年夏季对应的东亚夏季风指数，及华北至东北地区的夏季降水的预测技巧。.本项目的实施明确了ENSO对EASTT异常的强迫作用，揭示了EASTT与华北降水之间的关系，且当前气候模式对EASTT具有较高的预报技巧，因此，可以将其作为华北降水预测的关键环流因子，为将来华北汛期短期气候预测提供了重要科学支撑。