全球变暖背景下高层大气遥相关的演变及其对区域气候的影响

There exists an atmospheric teleconnection which is called Asian-Pacific Oscillation in the upper troposphere over the Asian and Pacific region. This teleconnection plays an important role in the climate system. Its variations can exert great impacts on the atmospheric circulations and climate over the Asian and Pacific region as well as global atmospheric circulations. Therefore, it is a very important scientific project to study the evolution characteristic of the Asian-Pacific Oscillation and its influence on regional climate under global warming in the future, which is helpful to understand the change of atmospheric circulation and climate over the Asian and Pacific region as well as the atmospheric interaction between two Hemispheres. This project is thus motivated to address the change of the Asian-Pacific Oscillation under the background of global warming, using the observation data and the model simulation data on the current climate and the future climate in the context of new emission scenarios. This study will also investigate the impact of the Asian-Pacific Oscillation on the regional climate (mainly analyzing East Asian precipitation, typhoon activity in the western Pacific and sea surface temperature in the Pacific) and their corresponding physical mechanisms under global warming in the future, and assess the simulation bias of models and the uncertainty. Through this study, it is expected to provide key new knowledge on the regional climate change over the Asian and Pacific region.

亚洲太平洋对流层高层存在一个显著的大气遥相关型，即亚洲-太平洋涛动。该大气遥相关型在气候系统中具有举足轻重的地位，其变化对亚洲太平洋关键区域的大气环流和气候乃至全球大气环流都具有重要影响。因此，研究未来变暖背景下亚洲-太平洋涛动的变化规律以及其异常对区域气候的影响是一个十分重要的科学选题，对于认识亚洲和太平洋关键区域的大气环流和气候变动以及两个半球的相互作用都具有重要意义。基于此目的，本项目着眼于亚洲-太平洋涛动，基于观测资料和全球海气耦合模式对当代气候以及新排放情景下未来气候的模拟数据，分析未来变暖背景下亚洲－太平洋涛动的演变规律，探讨其变化对亚洲和太平洋关键区域大气环流与气候（主要分析东亚降水、西太平洋台风、北太平洋海温）的影响及联系的物理机制，评估模式的模拟误差和不确定性，以期为亚洲太平洋区域气候变化和机理提供关键性新认识。

亚洲-太平洋涛动（APO）作为对流层高层显著的大气遥相关型，对亚太关键区域乃至全球的大气环流和气候都具有重要影响。因此，全球变暖背景下APO的未来演变及其与区域气候的联系如何是一个重要的科学问题。本项目基于观测资料和CMIP5模式模拟，研究了典型浓度路径（RCP）下APO的未来变化及其与亚太关键区域大气环流与气候（东亚降水、西太平洋台风、太平洋海温）的关系，并评估了模式的模拟误差和不确定性。.研究揭示，CMIP5大多数模式能很好地模拟夏季APO空间模态及其与亚太区域高低层大气环流间的关系以及与北太平洋和东太平洋海温（SST）的正负相关，也能合理模拟出APO与影响西太平台风生成频数的纬向风垂直切变、低层涡度、中层水汽、高低层辐合辐散等背景场之间的相关关系，但对APO的长期趋势和年际变率以及APO与东亚夏季降水关系的模拟技巧相对较低。多模式集合预估在未来变暖背景下，到21世纪后半叶，与当代相比，夏季APO将减弱并向东移；APO与对流层上层南亚高压和北太平洋洋中槽以及低层的亚洲低压和北太平洋高压的关系仍显著，但与东亚夏季降水的关系将减弱，这种减弱可能源自APO与西太平洋副热带高压和东亚西风急流之间联系的减弱；APO仍将影响西太平洋台风生成频数，但是关系可能会较现在偏弱。与当代相比，APO与西太平洋区域纬向风垂直切变的相关将减弱，与低层涡度、中层水汽、高低层散度的相关仍显著，但也略有不同程度的下降。APO与北太平洋和东太平洋SST的正负相关也将维持，但与当代相比，APO与北太平洋SST的正相关在RCP4.5和RCP8.5情景下略减弱，而与东太平洋SST的负相关在RCP4.5情景下将略减弱，在RCP8.5情景下将略增强。单个模式之间的预估结果存在差异。研究还揭示了夏季APO与北大西洋涛动在年际尺度上的显著正相关，从东亚到北大西洋地区的纬向遥相关波列是两者联系的桥梁。项目成果为理解亚洲太平洋关键区域大气环流和气候变化规律以及半球尺度的相互作用提供了理论基础和新认识，也为应对气候变化和灾害风险管理提供了科学信息。