青藏高原与热带海洋对东亚季风年际变率的协同影响

Asia and the surrounding regions are characterized by the highest mountain, the warmest ocean, the strongest monsoon system, and the most active land-sea-air interactions in the world. East Asia summer monsoon (EASM) receives impacts from various factors including oceans, land surface processes, the Tibetan Plateau (TP), and large-scale snow and ice cover. Hence the interannual variability of EASM is evident and complicated. The combined impacts between the TP’s forcing and oceanic forcing on the EASM is an imperative issue. In this project we will obtain the interannual signal of the land-surface and atmospheric heat source (sink) over the TP from station records, satellite data, reanalysis data, and assimilated land-surface data, and investigate the relative contribution and interaction between the thermal forcing over the TP and the dominant interannual modes of tropical oceans (e.g., ENSO and Indian Ocean basin mode (IOBM) upon the onset, evolution, and intensity of EASM by means of data diagnosis and numerical simulations. Finally, we hope to propose a physical conceptual model for the combined impacts between the TP thermal forcing and tropical oceans on the interannual variability of EASM. This study will be a key step to fully understand the effects of land-air coupled system over the TP on the monsoons and global climate variation, and provide us insights for climate prediction over EASM regions.

亚洲及其周边地区具有全球最高的地形、最暖的海洋和最强的季风系统，也是全球海－陆－气相互作用最为活跃的地区之一。东亚夏季风受到包括海洋、陆地、青藏高原以及冰雪等多种外强迫因子的影响，具有很明显且复杂的年际变率。热带海洋和青藏高原对东亚夏季风的协同影响是迫切需要回答的科学问题。本研究拟综合利用台站观测资料、再分析资料、卫星遥感和陆面同化资料，提取高原地表和大气热源(汇)年际变率的信息，通过资料诊断分析和数值模拟研究高原热力作用和热带海洋年际变率的主要模态（如ENSO和印度洋海盆模态（IOBM）等）对东亚夏季风爆发、推进、强度等年际变率的相对重要性和相互作用，并揭示其中的关键途径和物理过程。最终提出高原和热带海洋协同影响东亚夏季风年际变率的物理概念模型，为全面认识高原地－气耦合系统影响季风和全球气候变异奠定基础，并为东亚地区的气候预测提供理论依据。

东亚夏季风是一个海–陆–气相互作用的耦合系统，其复杂的年际变率在很大程度上受到来自青藏高原（以下简称高原）热力作用和全球海洋异常信号的共同调控。本项目通过资料诊断分析、数值模拟和气候动力学理论应用相结合，在如下三方面取得了显著进展：（1）针对全球海表温度异常（SSTA）对东亚夏季风年际变率的影响，发现其第一主模态对应于厄尔尼诺-南方涛动循环的准四年振荡模态。在其正位相发展年夏季，SSTA引起高原热源总体偏弱，它的热力反馈作用导致在菲律宾海低层形成异常气旋式环流，不利于东亚夏季降水。而在正位相衰减年，海洋的直接强迫效应则在西北太平洋产生异常反气旋，从而加强东亚夏季风环流系统和主雨带。就关键海区而言，夏季印度洋海盆一致模态和高原热源对东亚夏季风影响的相对重要性不同。二者对季风高层环流的影响大致相当。在低层，印度洋海盆一致模态处于暖位相时会显著加强西太平洋–南海反气旋，而高原热源偏强同时加强华南的低空偏南风急流和华北地区的气旋，从而使干冷气流和暖湿气流在东亚季风主雨带位置附近辐合。因此，对于东亚夏季风主雨带而言，高原热力强迫比印度洋海温影响更重要；（2）针对大尺度海气遥强迫对高原大气热源异常信号的影响，发现当晚冬到初春北大西洋涛动正位相时，北大西洋SSTA呈现三极子海温正异常，其暖中心能激发出定常Rossby波向下游传播，使得春季高原西风急流加强，进而造成高原大部分地区的地表感热加热出现正异常。由于春季高原地表感热加热为大气热源的主导因子，因此三极子海温正异常使得春季青藏高原热源总体增强，增强的高原热源最终会对随后东亚夏季风异常产生影响；（3）针对高原热力强迫作用对海洋的反馈，发现春季高原加热显著正异常会在西太平洋赤道地区产生表层暖水向东输送，造成热带中东太平洋海温异常增暖。由于海洋的热惯性，持续到夏季的暖海水异常在其西北侧激发出Rossby波列，并加强夏季西北太平洋副热带高压北部，从而对东亚夏季风的年际变率进行调控。相关研究成果从气候系统海-陆-气相互作用的全局观点出发，明确了高原与全球海洋相互作用的关键区域，揭示了高原领域强迫和全球海洋遥强迫协同影响东亚夏季风年际变率的途径，显著深化了对东亚夏季风年际变率的过程和机理的科学认知。