欧亚大陆夏季增暖及其对东亚气候影响的机理研究

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欧亚大陆作为全球面积最大的陆地,其表层热力异常对区域大气环流的变异及东亚气候的变化具有重要作用。然而,迄今为止,在区域尺度上对欧亚非均匀增暖进行检测归因,定量分析不同外部强迫和内部变率对欧亚增暖的贡献仍具有一定的难度。本文基于多套观测资料和CMIP6最新模式数据,利用最优指纹法对影响欧亚大陆增暖关键区的外部强迫进行检测归因,借助动力调整方法分离大气环流的动力作用和辐射强迫的热力作用,研究内部变率对欧亚大陆增暖的影响。在此基础上,通过观测分析和数值模拟探讨了东亚中纬度增暖对中纬度气旋和东亚夏季风的影响,并分析了东亚中纬度异常增暖影响东亚夏季气候的动力和热力作用。主要结论如下:(1)通过检测归因发现1960-2019年间东北亚地区(NEA)的夏季增暖主要是由于温室气体强迫的作用,气溶胶强迫也有一定的贡献,欧洲、西亚及部分非洲东北部地区(EWA)的夏季增暖主要受到温室气体强迫影响,自然变率作用次之。基于正则化最优指纹法的检测归因分析结果表明,全强迫、人为强迫和温室气体强迫在两个欧亚增暖关键区NEA地区和EWA地区均可以被显著地检测到,且地表温度变化的长期趋势可以成功地归因于它们的影响。气溶胶强迫信号在NEA地区可以被检测到,在EWA地区不能被检测到。自然强迫在EWA地区可以被检测到,在NEA地区则不能被检测到。(2)90年代中后期欧亚大陆夏季的年代际增暖主要是外部强迫所造成的,而内部变率则造成了欧亚大陆增暖的区域性差异。其中内部变率对NEA地区的年代际增暖有一定的贡献,而内部变率对EWA地区的年代际增暖贡献较小。热力作用在1980-2019年间的欧亚大陆夏季增暖过程中占主要地位,NEA地区的动力作用为此地区90年代中后期的年代际增暖也做出了一定的贡献,而EWA地区的动力作用则较弱。气候系统内部变率引起的动力过程对NEA地区的年代际增暖有贡献,EWA地区的内部变率引起的动力作用要明显弱于NEA地区,其对EWA地区的年代际增暖的贡献很小。(3)NEA地区的地表温度主要受到北大西洋涛动NAO和太平洋年代际振荡PDO的影响,EWA地区主要受到北大西洋涛动NAO和北大西洋年代际振荡AMO的影响。对于NEA地区,PDO对NEA地区的地表温度的动力作用占据主导地位,NAO的作用次之。当NAO处于负位相时,无论PDO处于正位相还是负位相,NEA地区的地表温度对PDO的作用的响应都更加强烈。当NAO处在负位相时,内部变率PDO对NEA地区的地表温度的动力作用的影响加剧。内部变率北大西洋年代际振荡AMO和北大西洋涛动NAO的联合作用对EWA地区的地表温度没有明显的影响,两者在相互叠加时其作用因为相互抵消而减弱。(4)东北亚地区的陆面热力异常对东亚夏季气候有重要影响。东北亚增暖关键区增暖(变冷)将通过大气斜压性和能量转换引起东亚中纬度温带气旋活动减弱(增强)。东亚中纬度温带气旋活动的减弱(增强)会引起瞬变动力强迫的正异常(负异常),从而使贝加尔湖地区的位势高度场为正异常(负异常)。以上过程会增强(减弱)天气尺度瞬变波对时间平均流的动力作用,从而不利于(有利于)东亚夏季风的发展。(5)1979-2017年间,辐射强迫的加热所造成的热力作用是影响欧亚大陆增暖的主要原因,大气环流变化的动力作用虽然在欧亚大陆的某些地区如NEA地区也有一定的增暖作用,但整体而言所占比例很小,贡献不大。1979-2017年间东亚中纬度气旋源地的温带气旋活动的减少主要是由于热力作用造成的。过去几十年间中国东北至蒙古国地区的降水有显著的减少,其变化主要是大气环流的动力作用所引起的,辐射强迫等造成的热力降水的贡献要弱于动力降水。
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