太阳活动11年周期影响春季NAO与东亚夏季风关系的过程及机理研究

The impacts of solar on the North Atlantic Oscillation (NAO) are the key processes which carry the solar variations to the East Asian climate change. Since the EASM (East Asian Summer Monsoon) varies with spring NAO, the influences of the solar cycle on the spring NAO-EASM relationship and NAO patterns received much less attention than the wintertime situation in previous studies. Some evidence has shown that the coupling of the stratosphere and troposphere plays a crucial role in the NAO responses. In order to explore the physical processes and understand the mechanisms evolved in the solar impacts on the spring NAO-EASM relationship, based on the observational data and reanalysis data, we firstly investigate the changes of relationship between the NAO and EASM with the solar activity and the related critical processes. Moreover, the braking-up of the polar vortex and the related circulation variations in the lower troposphere are studied in this project to illustrate the NAO responses to the solar activity. By analyzing the activity of stationary planetary wave anomalies, the combined impacts of solar cycle and the QBO on the breaking-up of the polar vortex in the stratosphere and the NAO patterns in the troposphere are further discussed.

太阳活动影响NAO模态是太阳活动作用于东亚季风的重要环节，而春季NAO是东亚夏季风的潜在预报因子，然而前人的工作多局限于研究太阳活动影响冬季NAO模态及相关的东亚冬季风的异常，对春季NAO变化特征的相关研究则较为薄弱。已有研究表明，平流层-对流层耦合在NAO响应过程中可能有重要作用，但往往也只关注冬季的变化情况。本项目基于观测资料和再分析资料，首先分析太阳活动作用下，春季NAO与东亚夏季风关系的变化及其中涉及的关键过程，探讨NAO空间型的差异，揭示太阳活动调制作用的可能的物理机制。进一步，就太阳活动对春季平流层极涡崩溃过程及信号下传的作用进行诊断分析，从准定常行星波的异常传播入手，揭示极涡崩溃与对流层NAO模态变化的必然联系。在此基础上，结合QBO不同位相，讨论平流层极涡崩溃及与之相联系的对流层大气环流改变对太阳活动的响应，寻求太阳活动与QBO综合效应的可能机理。

利用观测资料和再分析资料，本项目首先分析了太阳活动11年周期对春季北大西洋涛动（NAO）与随后夏季东亚/东南亚气候异常关系的调制作用，结果显示与太阳活动偏高（HS）年相比，太阳活动偏低（LS）年二者关系更为紧密。北大西洋三极型海温异常的建立与维持及与其相关的高空波列的纬向传播在上述关系的变化中起到了重要的桥梁作用。其次，本项目详细对比分析了不同太阳活动位相下北半球平流层极涡从冬到春的演变特征，发现太阳活动对极涡崩溃存在显著的影响，HS（LS）年极涡崩溃偏晚（偏早），存在两次（一次）极涡快速衰减过程。诊断分析揭示了前期纬向平均风异常的向极、向下传播进程以及冬季准定常行星波的异常传播是导致这一差异的关键大气过程，在此基础上探讨了太阳活动对与极涡崩溃信号下传密切相联系的春季对流层低层环流异常的重要影响。再次，进入21世纪以来，太阳活动的持续偏低，全球增暖有所减缓。针对这一现象，本项目系统地研究了近来北极楚科奇海与毗邻的白令海气温年代际变化的偶极子分布型，这与大气环流异常引起的经向热量输送的改变密切相关，云量及其净辐射效应对此也有一定的贡献，这些结果对于理解太阳活动对全球气候变化的影响和贡献这一科学问题有重要的意义。最后，围绕气候模态能更好地传递甚至放大太阳活动的信号这一热点问题，本项目就太阳活动-南/北半球环状模-东亚气候这三者的关系开展了延展研究，并对近年来关于太阳活动调制ENSO与东亚气候关系的相关研究工作进行梳理和总结，这部分成果证实了气候模态能够放大太阳活动11年周期对地表气候变化的影响，对提高中国近海和西北太平洋的海洋气象灾害的季节预测水平具有一定的实际应用价值。