印太暖池与中东太平洋协同作用对平流层水汽的影响

Stratospheric water vapor (SWV) contributes significantly to global climate change by altering Earth’s radiation budget and stratospheric chemical processes. Understanding its controlling factors and underlying physics, and its long-term variability is thus critically important for the predictions of global climate variability and change. Indo-Pacific warm pool (IPWP) has the highest global sea surface temperature (SST). Its changes can significantly modulate distribution of SWV. In addition, IPWP has synergistic effects with central-to-eastern Pacific on the SWV. However, concrete characteristics and intrinsic physical mechanism of the synergistic impacts of IPWP and central-to-eastern Pacific on the SWV have not been established. This project will first investigate the characteristics and mechanism of the SWV variations caused by combined changes of IPWP and central-to-eastern Pacific with the reanalysis data and the numerical simulations. The project will also perform the dynamic-radiation-chemistry coupled numerical experiments, in order to quantify the contribution of combined impacts of IPWP and central-to-eastern Pacific to long-term variability in SWV, and the feedback of the stratospheric atmospheric chemical process. Ultimately, this study will provide a new insight into the key process and dynamics during the chain of tropical SST influencing the SWV, and provide a clue for future climate projection.

平流层水汽通过改变辐射收支和化学过程对全球气候变化有重要影响，而印太暖池作为全球海表温度最高的海域，是平流层水汽年际变化重要的调控因子之一。印太暖池影响平流层水汽并非单一途径，还与中东太平洋存在协同作用和协同影响，然而印太暖池和中东太平洋与平流层水汽的协同联系尚需系统性分析，其中协同影响的具体物理过程和途径也尚待深入研究。本项目拟综合利用再分析资料和卫星遥感资料并结合数值模拟，诊断分析印太暖池和中东太平洋协同影响平流层水汽年际变率的时空特征与规律，探究二者协同影响平流层水汽的途径、过程和机理。进一步利用耦合的大气化学-气候模式，开展大气化学-动力-辐射耦合的数值试验，辨识二者协同作用对平流层水汽过去几十年长期变化趋势的定量贡献，探讨二者引起的水汽变化与平流层化学过程的相互反馈。由此为深入理解平流层水汽年际变率的调控因子提供新的认识，为平流层水汽长期变化预测提供理论依据。

平流层水汽通过改变辐射收支和化学过程对全球气候变化有重要影响，而印太暖池作为全球海表温度最高的海域，是平流层水汽年际变化重要的调控因子之一。印太暖池影响平流层水汽并非单一途径，还与中东太平洋存在协同作用和协同影响，然而印太暖池和中东太平洋与平流层水汽的协同联系尚需系统性分析，其中协同影响的具体物理过程和途径也尚待深入研究。本项目综合利用再分析资料和卫星遥感资料并结合数值模拟，诊断分析了印太暖池和中东太平洋协同影响平流层水汽年际变率的时空特征与规律，阐明了二者协同影响平流层水汽的途径、过程和机理。研究结果建立了印太暖池和中东太平洋海温变化协同影响平流层水汽和环流变化的动力耦合框架。以印太暖池海温异常变暖为例，海温异常增暖激发的对流层遥相关波列会向北半球中高纬度传播，与气候态行星波相互作用时加强了上传到平流层的行星波，进而使平流层剩余环流增强。残余环流的变化会引起热带大尺度上升运动，使对流层顶绝热降温，对流层顶的脱水作用使得对流层进入平流层的水汽发生变化。通过综合比较热带海温年际变率最强的东太平洋海温变化和海表温度最高的西太暖池区域海温变化对平流层水汽的影响，研究发现相比备受瞩目的东太平洋，西太暖池的海温变化对平流层水汽水汽年际变率调控的作用更强。本项目进一步利用耦合的大气化学-气候模式进行了大气化学-动力-辐射耦合的数值试验，定量给出了二者协同作用对平流层水汽过去几十年长期变化趋势的定量贡献。提出印太暖池是引起近40年平流层水汽减少的主要原因，其贡献在观测资料诊断和模式模拟中都高达70%以上。本项目的研究结果为深入理解平流层水汽年际变率的调控因子提供了新的认识，为平流层水汽长期变化预测提供了理论依据。