孟加拉湾春季海温增温过程影响局地夏季风爆发的数值研究

Asian summer monsoon onset over the Andaman Sea in the southeast Bay of Bengal (BOB) starts at the end of April, earlier than any land monsoon onset. BOB monsoon plays an essential role in determining water vapor transportation and hydrological cycle in China even the East Asia. In spring，before the monsoon onset, the direction of surface circulation in the BOB changes from northward to clockwise. As a result, freshwater from rivers is no longer blocked in the North of Bay, ocean current can transport freshwater to the south area. It is known that freshwater with low salinity has important influence on the ocean temperature-salinity structure. The observations named Research Moored Array for African-Asian-Australian Monsoon Analysis and Prediction (RAMA) show that the sea surface temperature (SST) in the BOB increase with warm tongue formatted in the southeast of the BOB before the monsoon onset. SST warm anomalies and the variation of the temperature gradient from south to north will effect on the local summer monsoon onset. In this study, the coupled atmosphere-ocean model including non-breaking wave-induced mixing is employed to analyze the process of monsoon onset. Combined with the observation data, the dynamic and thermodynamic ocean process in the BOB during the monsoon onset will be analyzed. It helps to increase the knowledge and understanding of air-sea interaction involved in monsoon onset process.

亚洲夏季风雨季最早于4月底在孟加拉湾东南部的安达曼海建立，随后向陆地推进。孟加拉湾季风是我国乃至东亚地区天气气候发生变化的强迫源地之一。春季，冰川融化使河流水流量增加，同时，孟加拉湾顺时针环流增强，湾北部径流冲淡水不再受到环流的阻挡作用而南下，对北部海域的温盐结构有重要影响。根据印度洋的最新观测数据RAMA表明湾，孟加拉湾雨季到来之前，湾北部海表温度（SST）升高形成暖舌，SST升温和海洋南北温度梯度变化可能对孟加拉湾夏季风爆发有重要影响。本项目拟利用考虑了波浪垂直混合作用的海气耦合模式, 完整模拟孟加拉湾季风爆发过程。在此基础上，通过数值试验和观测分析相结合的方法，分析孟加拉湾局地海洋过程对孟加拉湾夏季风爆发的影响，初步阐明局地海洋动力、热力过程影响季风爆发的机制。本项目将有助于增强对孟加拉湾夏季风爆发机制和海气相互作用的理解，对季风的短期气候预测具有潜在应用价值。

春季，孟加拉湾中部海域晴空多、近海面风场弱、海洋混合层较浅，且有湾北部河流淡水的汇入，这些因素影响孟加拉湾海洋上层温度分布，为局地季风爆发提供了独特的条件。亚洲夏季风雨季最早于孟加拉湾东南部的安达曼海建立，多年平均的季风爆发日期为5月1日，这是整个亚洲雨季最早的热力信号。随后亚洲夏季风爆发过程向北、向东推进，孟加拉湾夏季风爆发的早晚对南海夏季风、东亚夏季风建立有一定影响。然而目前最新一代海气耦合模式对季风过程模拟能力有限，模式中孟加拉湾夏季风爆发时间普遍偏晚。提高对季风区海气相互作用过程的认识，改进耦合模式中的物理过程，是亟待解决和研究的热点问题之一。本研究项目的结果包括两方面内容：（1）通过最新海洋、大气观测资料，分析孟加拉湾局地夏季风爆发的物理过程；（2）利用最新的海气耦合模式FIO-ESM模拟季风爆发过程，针对关键科学问题开展敏感性数值实验，初步阐明局地海洋动力、热力过程影响季风爆发的机制。. 孟加拉湾雨季到来之前，湾北部海表温度（SST）升高，SST分布特征和南北温度梯度变化对局地夏季风爆发有重要影响。同时，海洋盐度通过改变海洋层化，影响海洋上层温度分布特征。通过分析最新Aquarius盐度卫星观测资料，证明孟加拉湾局地夏季风爆发早晚和海洋温度、盐度分布特征有关。当孟加拉湾盐度偏低，夏季风爆发偏早且强度偏弱，此时SST升温尚不明显，未形成明显的SST暖舌区，但大气中水汽增多，对流不稳定程度增强，易导致季风爆发。当SST升温并在孟加拉湾形成明显暖舌，大气水汽和饱和水汽压增加，但相对湿度变化不明显，大气更加趋于对流稳定状态。. 按照项目研究计划，针对孟加拉湾北部径流对夏季风的影响、海洋上层盐度对季风过程的影响、海洋温度分布特征对季风爆发的影响这几个关键的科学问题，分别开展了径流、盐度和温度敏感性数值实验。春季，当孟加拉湾北部径流增加，湾内海表盐度降低，SST升温提前使得蒸发作用增强，大气中水汽增加，大气更容易处在对流不稳定状态，因此夏季风爆发时间提前。通过改进海气耦合模式中的水循环过程，可改善模式中夏季风爆发模拟偏晚的问题。当季风爆发提前，对流活动增强遮挡了太阳辐射，SST升温不明显，大气中水汽增加导致的不稳定性增强是诱导夏季风爆发的主要因素。