热带印度洋海气相互作用对大气季节内振荡影响的年际变化特征及机理研究

大气季内振荡（ISO）与亚洲季风活动以及区域天气气候密切相关，但目前大多数大气环流模式对ISO的模拟能力还相当有限，属于该尺度的延伸期预报面临很大困难，因此需要进一步研究大气ISO形成变化机理。海气相互作用是大气ISO重要机制之一，申请者前期研究表明热带印度洋海气相互作用对热带大气ISO有重要影响。然而，这种海气相互作用影响在不同印度洋年际变化模态下有什么不同？哪种模态下海气相互作用影响更大？目前仍不清楚。本项目将利用观测分析资料及多组SINTEX-F海气耦合模拟试验结果，分析比较印度洋海温不同年际变化模态下海气相互作用对各季节热带大气ISO各种传播模态影响的年际变化特征及年际变化机理。本项目的开展将提高对大气ISO变化机理的认识，有助于改善模式的ISO模拟性能；在计算资源有限情况下，对合理设置大气环流模式海温外强迫，对基于大气环流模式产品开展延伸期预报，将提供重要参考依据。

基于观测资料和海气耦合模拟试验，揭示了热带印度洋海气相互作用对热带大气季节内振荡（ISO）影响的气候效应和年际变化特征，提出了海气相互作用对热带ISO影响的物理过程。实现了项目预期目标，已经发表国内外期刊论文12篇，其中SCI 期刊4篇，核心期刊8篇。培养硕士研究生两名，项目主持人专业技术职称从副研究员晋升为研究员。主要研究成果如下几点。第一，就北半球夏季季节内振荡（BSISO）气候平均而言，海气耦合对东传和北传两种模态都有显著的加强作用，海气耦合对东传（北传）模态的加强与海温扰动（SSTA）的纬向（经向）不对称有关，正的SSTA出现在东传（北传）BSISO对流的东侧（北侧），与对流形成正反馈。另外，海气耦合还通过改变纬向风垂直切变、低层湿度背景场加强北传BSISO。第二，海气耦合对BSISO的影响受印度洋海温年际变化的调制，在负IOD年、正IOB年以及正常年，海气耦合对东传BSISO起加强作用；在正IOD年、负IOB年，海气耦合对东传BSISO起减弱作用。海气耦合对东传BSISO影响效果的这种变化归因于纬向风背景场对风-蒸发-海温反馈过程的影响。气候平均印度洋赤道地区为弱西风，而在正IOD年、负IOB年份，由于海温纬向梯度反向导致赤道转为东风，在这种情况下，尽管正的SSTA总是在BSISO对流东北侧，但海气耦合削弱了低层比湿的纬向不对称性，从而造成东传BSISO减弱。而在负IOD年、正IOB年以及正常年，赤道地区为西风背景，海气耦合加强低层比湿的纬向不对称性，从而加强东传BSISO。在所有印度洋海温年际变化模态下，由于北印度洋夏季大气背景场总是为偏西风，因此海气耦合对北传BSISO都起加强作用。第三，就北半球冬季气候平均而言，印度洋海气耦合对东传ISO起加强作用。海气耦合主要通过增强纬向风、散度和水汽等的纬向不对称幅度，从而导致东传ISO增强。第四，冬季海气耦合对ISO的影响也受印度洋海温年际变化的调制：在在负IOD年、正IOB年以及正常年（正IOD和负IOB）海温背景下，印度洋海气耦合对东传ISO起加强（减弱）作用。这主要是印度洋海温年际变化可以导致背景风场的变化，通过风-海温-蒸发反馈机制，改变水汽的纬向非对称性，进而影响东传ISO强度变化。第五，进一步比较印度洋海气耦合与海温年际变化两者对热带ISO和大尺度环流气候态的相对作用，认为以海气耦合的贡献较大。