ENSO衰减期印度洋和太平洋海温异常对中国东部春季降水的协同影响及其数值模拟

The spring rainfall over eastern China (ECSR) exhibits quite strong interannual variability, leading to frequent severe floods and droughts and inflicting serious loss of local life and property. However, the causes of the interannual variability of SREC is still unclear. ENSO, as an important breakthrough in understanding the laws of East Asian climate change and the primary factor for predicting precipitation in East Asia, has significant impacts on ECSR during the spring of its decay. However, during this period, there are significant SST anomalies both in the Indian Ocean and the eastern equatorial Pacific, but the relative contribution of the two to ECSR is unclear. Thus, the purpose of this proposal is to investigate the impact of the Indian Ocean and Pacific SST anomalies on the ECSR during the ENSO decay period, based on data diagnosis and the design of a series of SST-forced-atmosphere one-way numerical tests and sea-air two-way coupling numerical tests. Based on the results of coupling model, it is proposed to analyze the applicability and manifestation of the "capacitor effect" of the Indian Ocean SST anomalies in the spring, and further compare the relative contribution of the "capacitor effect" of the Indian Ocean SST anomalies and the "Rossby Wave westernward propagation" mechanism of eastern equatorial Pacific to the anticyclone over the western North Pacific, thus to understand the physical mechanism of the Indian Ocean and the eastern equatorial Pacific SST anomaly on the ECSR, and provide a theoretical basis for its short-term climate prediction.

中国东部春季降水存在显著的年际变化，由此导致的频繁旱涝灾害往往给国家经济建设和人民生命财产安全带来巨大损失，然而其年际变化的成因和机理并不十分清楚。ENSO作为认识东亚气候变化规律的重要突破口和预测东亚降水的首要因子，在其衰减年的春季，中国东部降水存在显著异常。但在此期间，印度洋和赤道中东太平洋均存在显著海温异常，二者对中国东部春季降水异常的协同影响过程并不清楚。本项目将以资料诊断为基础，并通过设计一系列海温单向强迫大气试验和海气双向耦合试验，拟通过分析印度洋 “电容器效应”在春季的适用性和及其特有的海气相互作用特征，并对比春季印度洋 “电容器效应”和同期赤道中东太平洋“Rossby波西传效应”二者对维持西北太平洋反气旋的相对贡献和协同过程，来理解印度洋和赤道太平洋海温异常影响中国东部春季降水的物理机制，为中国东部春季降水的短期气候预测提供理论依据。

本项目首席研究了太平洋海温年代际振荡（PDO）通过调控厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）影响我国东部春季降水主导模态的物理机制。发现了我国东部春季降水异常的第一模态（EOF1）为长江以北一致变化的单极型分布；第二模态（EOF2）为华南与黄河中下游反相变化的偶极型分布。进一步揭示了EOF1模态与反位相PDO–ENSO 事件显著正相关，即PDO 冷相位期间的El Niño通常导致长江以北地区降水偏多；PDO 暖相位期间的La Niña则相反。EOF2 模态与同相位 PDO−ENSO 事件显著相关，华南春季降水通常在PDO 暖相位期间的 El Niño年份显著偏多；在PDO 冷相位期间的 La Niña年份则显著偏少。.孟加拉湾季风爆发作为华南春雨期结束对的标志，其爆发早晚对春季降水有重要音响。本项目进一步研究了1900–2017年间孟加拉湾夏季风（BOBSM）爆发年际异常与ENSO的关系。统计分析表明，BOBSM爆发早晚与ENSO事件的依赖关系存在年代际差异，而且这种年代际变化特征显著地受PDO所调控。在PDO正相位期间，El Niño（La Niña）事件很大可能导致BOBSM爆发异常偏晚（早）；相反，在PDO负相位期间，BOBSM爆发早晚与ENSO事件并无显著相关关系。进一步研究表明，PDO调制BOBSM爆发年际异常与ENSO依赖关系的物理机制是通过PDO有关的海温异常改变ENSO有关的海温异常空间结构，激发不同类型的大气环流异常而影响BOBSM爆发时间。在PDO正相位期间，PDO有关的海温异常与ENSO有关的海温异常相叠加使得El Niño（La Niña）事件在热带中东太平洋和热带印度洋海温均呈现显著的正（负）异常，而在热带西太平洋海温则表现为显著的负（正）异常，从而在热带西太平洋与热带印度洋之间形成了很强的纬向海温异常梯度。这种纬向海温异常梯度势必在对流层低层激发显著的东风（西风）异常，同时在对流层高层伴随西风（东风）异常，进而导致BOBSM爆发异常偏晚（偏早）。然而，在PDO负相位期间，无论是El Niño年还是La Niña年，热带西太平洋的海温异常均不显著，因而热带大洋间的纬向海温异常梯度较弱，无法在孟加拉湾地区激发出有利于BOBSM爆发偏早或偏晚的显著大气环流异常。