西北太平洋副热带海洋锋的变化特征及其对东亚-西北太平洋气候的影响

Air-sea interactions along the sea surface temperature (SST) fronts over the mid-latitudes in association with Kuroshio and Gulf Stream, together with their impacts on the overlying atmosphere, have been extensively investigated. However, besides the Kuroshio-related mid-latitude SST front over the northwestern Pacific, a well-organized subtropical SST front exists along 25°N. Until now, how this subtropical front varies at different (e.g., seasonal/interannual) time scales and impacts on the overlying atmosphere have been seldom mentioned in literature. Our preliminary study clearly demonstrates that this subtropical SST front over the northwestern Pacific has marked seasonal and interannual variations, and its interannual variation is highly related to the precipitation anomalies over the eastern China and eastern Asian subtropical upper tropospheric jet. Therefore, in term of satellite observations, reanalysis and CMIP5 historical datasets, together with regional climate and high-resolution general circulation models (GCMs), this proposal will focus on the variation of this subtropical SST front over the northwestern Pacific at different (e.g., seasonal and interannual) time scales, and their impacts on the overlying atmosphere and regional climate in the eastern Asia-Northwest Pacific and possible mechanisms involved. Underestimation of the effects of this subtropical SST front in GCMs probably is one of major reasons why most state-of-art GCMs have difficulty in simulating East Asian and Northwest Pacific climate.

与黑潮和墨西哥湾流相联系的中纬度海洋锋上的海气相互作用特征及其对大气的影响已有了大量研究工作，并取得了一系列有意义的结果。然而，在西北太平洋地区除了上述与黑潮相联系的中纬度海洋锋以外，还存在一明显的副热带海洋锋，其变化特征及其对大气的影响如何，气象科学家到目前为止几乎还没有涉及。我们的前期研究工作已经清楚表明，西北太平洋副热带海洋锋存在明显的季节和年际变化特征，在年际尺度上其对我国东部降水以及东亚副热带急流存在重要影响。因此，本项目拟利用卫星观测资料和多种再分析资料以及CMIP5历史数据集，结合区域气候模式和全球大气环流模式，系统研究西北太平洋副热带海洋锋在不同时间尺度上（季节、年际）的变化特征及其对对流层大气以及东亚-西北太平洋区域气候的影响以及影响的可能途经和机理，并试图揭示全球大气环流模式严重低估西北太平洋副热带海洋锋的作用可能对模式模拟东亚-西北太平洋气候的影响。

与黑潮和墨西哥湾流相联系的中纬度海洋锋上的海气相互作用特征及其对大气的影响已有了大量的研究工作，并取得一系列有意义的结果。然而，西北太平洋地区副热带海洋锋的变化特征及其对大气的影响如何，气象科学家到目前为止几乎还很少涉及。本项目利用卫星观测资料和多种再分析资料，结合高分辨率的全球大气环流模式，系统研究了西北太平洋副热带海洋锋在不同时间尺度上的变化特征及其对对流层大气以及东亚-西北太平洋区域气候的影响，取得以下有意义的结果。1）春季北太平洋副热带海洋锋存在明显的年际变化并显著影响其上的东亚急流的强度变化。春季强的北太平洋副热带海洋锋可显著地增强东亚高空急流，反之亦然。进一步研究表明，春季副热带海洋锋主要通过两种途径影响其上的东亚急流强度：一方面，春季副热带海洋锋通过改变大气的斜压性和瞬变涡动活动，另一方面，春季副热带海洋锋通过其上的与降水有关的大气热源，从而对东亚高空急流强度产生影响。2）发现春季北太平洋副热带海洋锋的年际变化对后期冬季ENSO存在影响。对应于春季强的北太平洋副热带海洋锋，在副热带海洋锋的南北两侧对流层低层分别出现了异常反气旋性和气旋性环流。与异常反气旋性相联系的东北风异常在东北太平洋副热带地区通过增强东北信风并通过风-蒸发-海温反馈机制导致海温降低。以上的海温和风场扰动在随后的夏季由副热带地区向南传至赤道中东太平洋地区，并通过Bjerknes反馈机制最后导致冬季La Nina事件的发生。3）揭示了北太平洋海洋锋当年10月至次年2月不断增强并维持的原因。10月到12月的海洋锋的锋生主要由海面净热通量起主导作用，而随后的1-2月，海流的经向温度平流开始显现并与海面净热通量起到了同等重要的作用。进一步的研究发现，海流的经向温度平流主要与阿留申低压季节变化引起的海表面风应力的变化有关。因此，在整个海洋锋的锋生过程中，海面净热通量和阿留申低压等大气过程起了非常关键的作用。