赤道西太平洋冷模影响东亚冬季气候异常的机理研究

The western tropical Pacific cold mode (hereafter, WTPCM) is the second pair of mode of the Singular Value Decomposition (SVD)analysis between the tropical Pacific sea surface temperature (SST) and the 500-hPa geopotential height in the Northern Hemisphere in wintertime. Previous studies showed that WTPCM can significantly influence the surface air temperature (SAT) in China. When the WTPCM is in its positive (negative) phase the SAT in China is warmer-than-normal (colder-than-normal). This project aims to further investigate the mechanisms of the influence of the WTPCM to the climate variability of the East Asian winter climate by analyzing the observations and the output from air-sea coupled numerical models. Atmospheric numerical models will be used to do numerical experiment to explore the mechanisms behind the relationship between the WTPCM and the East Asian winter climate. To understand the capability of the air-sea coupled numerical models in predicting the bahavior of the WTPCM. The results of the project will contribute to a better understanding of the mechanism of the climate change of the East Asian winter climate. It can also help to improve the seasonal prediction of the East Asian winter climate and provide support for the natural disasters reduction and prevention.

赤道西太平洋冷模（Western Tropical Pacific Cold Mode, 以下简称WTPCM）是通过对赤道太平洋冬季海温距平场和北半球500毫巴高度场做奇异向量分解得到的第二模态。前期的研究结果表明，WTPCM对我国冬季气候异常的影响非常显著。和我国冬季气候变化之间有着非常密切的联系。当WTPCM处于正位相时，我国大部分地区的气温异常偏暖,反之亦然。本项目拟通过对中国站点观测资料,NCEP再分析资料和多个全球海-气耦合模式的季节预报输出结果进行资料诊断和动力分析，利用数值模式设计数值试验的方法对WTPCM和东亚冬季气候之间的关系做进一步的深入分析，研究WTPCM影响东亚冬季气候异常的内在机理以及目前全球海-气耦合模式对WTPCM的预报能力。此项目的研究结果不仅有助于深入了解东亚冬季气候异常的成因和机理，而且能为提高东亚冬季气候预测提供潜在的预报因子，为防灾减灾提供决策服务。

通过利用观测资料，中国站点观测资料，NCEP再分析资料和数值模式的预报输出结果进行资料诊断和动力分析，以及利用数值模式设计数值试验的方法研究了赤道海洋以及赤道西太平洋冷模（以下简称WTPCM）如何影响东亚气候变异。研究发现WTPCM与北大西洋涛动/北极涛动具有一定的相似性，但是WTPCM能对亚太更加广泛的区域的气候产生影响。在WTPCM正位相的冬季，中高纬度亚洲大陆、北冰洋、印度洋和亚热带西太平洋的气温偏高，而白令海峡周围地区异常寒冷，反之亦然。对相关的大气环流场的分析表明，WTPCM正位相年，西伯利亚高压减弱，阿留申低压东移，欧亚大陆与北太平洋之间的压力梯度减弱。亚洲大陆东海岸出现南风异常。同时，对流层中层的东亚大槽变弱，高空东亚西风急流增强北跳。对波活动通量的分析和LBM理想化数值试验结果表明，热带西太平洋海温异常对WTPCM产生有影响。进一步，对热带太平洋海温变化和中国乃至东亚地区的冬季气温年代际的变异进行分析。发现中国冬季降水在80年代中期发生了显著的年代际变化，其中热带太平洋海温对中国冬季降水的此次变异有着显著的贡献，80年代中期之后，ENSO信号增强，西太平洋地区的反气旋异常增强，对中国冬季降水的贡献增强。另外分析了ENSO和北大西洋海温对中国冬季降水的影响协同。中国冬季降水的EOF主模态(EOF1)在中国东南部呈现全区一致模态,占降水总方差的49.7%。ENSO和东亚冬季风（EAWM）均可影响EOF1。一个正（负）EOF1伴随暖（冷）ENSO事件和弱（强）EAWM，后者可引起我国沿岸异常的东南（北），伴随着孟加拉湾和南海的水汽输送异常，有利于中国东南部潮湿（干燥）的冬天。在80年代中期，观测到EOF1存在突变。将时间分为1960年-1987（P1）和1988年2009（P2）。在这两个子周期中，与EOF1相关的大气环流和海表温度异常存在显著差异。在P1，EOF1与中高纬大气环流异常密切相关，而在P2，它与热带海洋的关系明显增强。本研究项目执行期间，共发表研究论文9篇，其中以第一作者和通讯作者身份发表相关SCI论文8篇。指导博士生3人，硕士生5人，已经毕业1名博士研究生。项目组成员参加国内外学术会议并做大会口头报告二十多次。项目研究结果有利于加深人们对东亚季风的规律和机理的认识。