青藏高原地—气水热平衡和高原低值系统对东亚夏季风的影响

The surface water exchange over Tibetn Plateau (TP) and its infulence is always one of the key issue in atmospheric research community. The surface water exchange over TP can not only vary the TP thermal forcing through atmospheric boundary layer processe but also change the TP thermal forcing abnormal by changing the activity of TP low pressure system which leading the large scale diabatic heating release acccompanyed the low pressure system precipitation process. This will result in large scaleland sea thermal differences abnormal and also infulence the East Asian summer monsoon (EASM) and climate of china. This project will employ varieties of data, take the scientific observation, and use the statistical and numerical simulation to explore the infulence of surface water exchange over TP on EASM and further discuss the effect of surface watere xchange on TP thermal forcing and low pressure system. The purpose is to clear the characteristic of surface water exchange over TP and to assess the influences of TP thermal forcing and low pressure system on EASM under surface water exchange abnormal condition and its physical mechanism, as well as their relative importance. This project will provide a better understanding of influences of TP on East Asian climate change.

青藏高原地–气水热交换及影响一直是我国大气科学领域的重点研究方向之一。一方面，高原地–气水热交换可通过高原大气边界层过程导致高原热力作用发生改变；另一方面，高原地–气水热交换还能影响高原低值的发生发展，引起低值系统降水过程释放非绝热加热进一步改变高原热源强度，导致高原热力作用乃至东亚大尺度海陆热力差异异常，从而影响东亚夏季风和我国天气气候。项目将利用多种高原观测资料并结合高原野外协同观测，综合运用统计和数值模拟等多种手段分析高原地–气水热交换对东亚夏季风的影响，进一步明晰高原地–气水热交换的基本特征，阐明高原地–气水热交换对高原热力作用和高原低值系统的影响，评估高原地–气水热交换异常条件下高原热状况和高原低值系统对大尺度海陆热力差异和东亚夏季风的协同作用及其相对重要性，揭示其可能物理机制，为加深对青藏高原地–气系统对我国气候的影响提供一定依据。

青藏高原地气水热交换可通过边界层过程导致高原热力作用改变，同时还能通过影响高原低值系统，引起降水非绝热加热释放导致高原热力作用乃至海陆热力差异异常从而影响东亚夏季风气候。项目于2016-2019年夏季在那曲、若尔盖和鄂陵湖开展了地气水热交换和边界层低值系统观测，并根据观测资料和数值模式研究了地气水热交换对边界层的影响，发现冷空气事件、土壤湿度和地表潜热对边界层厚度有重要影响。进一步对高原低涡、高原切变线、西南低涡进行了统计分析，建立了高原低值系统格点数据库并详细分析了时空变化特征。高原土壤温、湿度对低值系统的影响存在差异，高原涡频数与地温间存在显著正相关，但土壤湿度与高原涡间无显著相关关系。高原热状况与高原涡频数间也存在显著的正相关关系。对高原低值系统降水分析发现高原涡降水量呈逐年上升趋势，且波动剧烈呈多峰多谷变化。与之对应的高原低值系统降水非绝热加热存在准5年周期变化，且年际变化明显。定义了东亚夏季风北部边缘区/带，分析了高原大气热源年际变化对季风边缘区/带异常的影响，发现季风边缘区夏季降水与高原西部加热呈显著正关系，而与高原东部加热作用相关性并不显著；夏季风北部边缘区面积变化与高原中部和北部加热显著相关。高原地气水热交换和低值系统可导致大尺度海陆热力异常（亚洲-太平洋涛动，APO）从而对东亚夏季风产生影响，讨论了1948-2016年APO与东亚夏季风的关系，发现二者间存在显著的正相关关系，但这种相关关系在1990年之后明显减弱。机制分析表明APO通过影响北太平洋海温造成太平洋年代际涛动（PDO）位相的改变，进而影响东亚夏季风。显著时期，正相关出现在在北太平洋中高纬，表明APO影响了PDO从冷到暖的转变。PDO位相转换使经向垂直环流在高原（太平洋）的上升（下沉）运动和对应的低层风场发生变化，导致东亚夏季风变化。非显著时期APO与北太平洋海温关系明显减弱，太平洋上空下沉气流东移降低了低层风场对东亚的影响，导致与东亚季夏风关系减弱。研究结果进一步加深了对青藏高原气候学效应的理解。