季风降水对北半球夏季哈德雷环流宽度的调制效应

The Hadley circulation (HC) is one of the most prominent atmosphere circulations, and the HC expansion has a great impact on global climate. Recent studies suggest that coupled atmosphere-ocean variability and internal atmospheric variability are of great importance for poleward expansion of the HC, which makes it difficult to accurately quantify the contribution of anthropogenic forcing and natural variability to poleward expansion of the HC. As the most typical characteristic in the summer, monsoon precipitation and its associated latent heat release could drive large-scale circulation anomalies and thus modulate sinking motion in the midlatitude. However, it remains unclear whether the HC extent in the boreal summer is also affected by monsoon precipitation. If it is, in what proportion is the contribution of the modulation on the boreal summer HC expansion? Aiming to answer the questions above, this project will use observational data, reanalysis and model simulations to reveal the specific mechanism for monsoon precipitation to modulate the HC extent in the boreal summer, and then assess the contribution of the modulation on the boreal summer HC expansion with anthropogenic forcing and natural variability. This study will be conducive to a better understanding of the impacts of anthropogenic forcing and natural variability on poleward expansion of the HC, and hence is of great significance for projection of the future climate change.

哈德雷环流作为最重要的大气环流系统之一，其变宽的趋向对全球气候有着重要的影响。近年来的研究结果表明，海气相互作用以及大气内部变率对哈德雷环流变宽的趋向非常重要，这使得定量评估人为辐射强迫和自然变率对哈德雷环流变宽的贡献面临挑战。季风降水作为夏季最典型的特征，它的变化可以通过潜热释放，引起大尺度环流异常从而调制中纬度下沉运动。然而，哈德雷环流宽度是否也受季风降水的调制目前仍不清楚。如果可以，季风降水的调制效应对北半球夏季哈德雷环流变宽的贡献有多大？针对以上科学问题，本项目拟基于观测资料、再分析资料和模式模拟资料，阐明季风降水影响北半球夏季哈德雷环流宽度的具体机制，进而评估在人为辐射强迫和自然变率的作用下，季风降水的调制效应对北半球夏季哈德雷环流变宽的贡献。本项目的实施，将有助于进一步认识自然变率和人为辐射强迫对哈德雷环流变宽的影响，对预估未来气候变化具有重要的科学意义。

哈德雷环流是大气系统中最重要的环流之一，它的变化对副热带和中纬度甚至全球气候都有着重要的影响。近十几年的研究表明，哈德雷环流自20世纪70年代以来存在明显的变宽的趋向，而且哈德雷环流的变化具有明显的季节性。在年际尺度上，ENSO是影响哈德雷环流变化的最重要影响因子，这个结论在冬季是很明确的，但对其他季节的研究相对缺乏，特别是北半球夏季。研究还发现人为辐射强迫和自然变率都是哈德雷环流变宽的重要因素，但是它们各自的贡献还存在很大的不确定性。在北半球夏季，大范围的季风降水是最显著的特征，预期它的变化可以调制北半球夏季哈德雷环流宽度。项目基于观测资料、再分析资料和模式模拟资料研究发现，在去除ENSO信号的贡献后，夏季季风降水和北半球夏季哈德雷环流之间的关系没有预想的那么显著。进一步分析证实夏季哈德雷环流边界位置的变化受ENSO和AO的共同影响，但这种影响并不是稳定的，在更长的时间尺度上，这种关系存在明显的年代际变化。而且夏季哈德雷环流边界宽度和ENSO之间关系的不稳定主要来自于太平洋部分的贡献。上述结论表明，对于北半球夏季哈德雷环流宽度的年际变率而言，自然变率可能是最主要的影响因素，包括来自低纬度ENSO的贡献和中高纬度AO的贡献。这些结论将有助于进一步认识自然变率和人为辐射强迫对哈德雷环流宽度的影响，对预估未来气候变化具有重要的科学意义。