印度洋区域季节内尺度海气相互作用的机制

In boreal summer, the northward-propagating intraseasonal variabilities (ISVs) are an important way to transfer moist and momentum from the tropics to the subtropics. They also have significant influences on the abrupt weather changes over the Indian Ocean. Various theories have been proposed based on the atmospheric dynamics and thermodynamics. However, so far, the simulation of the northward-propagating ISVs is still not satisfactory. Some recent research results imply that the feedback of oceanic ISVs to the atmosphere should be another important mechanism for the atmospheric ISVs. The ocean-atmosphere interaction on the intraseasonal time scale can induce atmospheric instability, which leads the ISVs to propagate northward. Therefore, the proposed research target is on the mechanism of the northward-propagating ISVs over the Indian Ocean. We propose to synthetically examine (1) the generation of intraseasonal warm SST anomalies in the Indian Ocean and (2) the efficient way in which the oceanic ISVs influence the atmosphere. The methods we will use include the statistical analysis based on observations, the diagnostics based on the dynamic and thermodynamic principles, the theoretical analysis using idealized models, and sensitivity experiments with a state-of-the-art coupled numerical model. The results of this project are expected to improve our understanding of the northward-propagating ISVs from the viewpoint of ocean-atmosphere interaction. Moreover, the results of this project will benefit the simulation and forecast of the abrupt weather changes, which are related to the ISVs.

在北半球夏季，印度洋向北传播的大气季节内振荡是从热带向中纬度输送水汽和动量的重要途径，也是影响印度洋区域天气突然变化的重要因素。人们从大气动力学的角度提出了多种理论，但到目前为止，向北传播的季节内振荡的模拟效果仍不能令人满意。最近一些研究表明，在季节内尺度上，海洋对大气的反馈是导致大气季节内振荡向北传播的一个重要机制，海气在季节内尺度上的相互作用造成大气不稳定，从而引导季节内振荡向北传播。因此，本课题计划从海气耦合的角度，以季节内振荡向北传播的机理为研究目标，以（1）印度洋季节内海表温度暖异常的形成原因以及（2）海洋季节内变化影响大气的主要途径为研究内容，综合利用统计分析、诊断分析、理论模型、数值模式等研究手段，细致刻画季节内海气相互作用的过程，揭示季节内海气相互作用的机理，完善我们对季节内振荡向北传播的认识。本课题的研究结果将有助于我们更好地理解与季节内振荡相关的印度洋区域的天气变化。

印度季风会影响到包括我国在内的几十亿人的生产与生活，特别是季风期间的强降水更是会引发严重的自然灾害，因此对印度季风及其降水的全面了解与准确预报具有重大的现实意义。但到目前为止，人们对印度季风与降水的模拟与预报能力仍然较弱。特别是季风期间的季节内变化（周期通常为30天至60天）更是天气学和气候学研究中的难点和热点问题。针对这个重要科学问题，本项目提出两个主要研究内容，即（1）在季节内尺度上建立印度洋上层的热收支平衡，确定造成季节内海表温度暖异常的主要原因；（2）确定海洋季节内变化影响大气对流的主要途径，揭示季节内尺度上海气相互作用对向北传播的季节内振荡的影响。通过本项目的研究，我们主要获得三项主要研究成果，即（1）说明了海洋在印度季风的季节内变化中可以起到主动作用，从而说明了利用海气耦合模式进行季风模拟与预报的必要性；（2）提出了全新的“中印度洋模态”的概念，为深化印度季风及季节内振荡的研究提供了新的视角，也为在海气耦合框架下推进季节内变化研究提供了更广阔的平台；（3）对印度洋区域季节内变化的模拟进行了系统分析，既从一个新的方向揭示了印度季风模拟较差的原因，也为印度季风模拟和预报效果的提高提供了新颖的思维角度。本项目的研究成果将为改进印度季风及其降水的模拟与预报提供坚实的科学基础。特别是中印度洋模态的提出，为理解季风期间季节内振荡的机理、提高印度夏季风期间降水的预报水平开辟了崭新的途径。在进一步研究的基础上，我们预期本项目的研究成果最终会得到实际应用，并取得良好的经济与社会效益。