科研进展 | 南亚季风区夏季对流层高层温度变化的归因研究

文摘   科学   2024-07-10 17:06   北京  
南亚夏季风是全球季风系统的重要组成部分,对相关区域的农业、水资源和经济活动有重大影响。对流层高层温度(UTT)的变化可以改变季风区对流层大气热力结构,从而直接影响南亚季风环流。量化不同物理过程对南亚季风区UTT变化的相对贡献,揭示影响UTT变化的关键过程,这对于理解季风变化的物理机制具有重要意义。

国家气候中心气候研究开放实验室李清泉研究员(通讯作者)与她指导的博士生吴清源(第一作者)基于气候反馈响应分析方法(CFRAM),将夏季南亚季风区UTT变化归因为多个外部强迫和内部反馈过程,并揭示了不同辐射和非辐射过程对UTT模态的相对贡献。相关研究成果已发表在国际期刊Journal of Climate。

研究表明,夏季南亚季风区UTT主要表现为单极增温(EOF1)和经向偶极增温(EOF2)两个主模态。CFRAM结果表明,夏季南亚季风区UTT异常主要归因于云、大气动力和地表相关过程(图1)。对于EOF1,海洋储热和云变化贡献了印度洋上空大部分的UTT异常(图1d-f)。大气动力过程通过对流层上层异常反气旋引起的绝热增温,使东亚地区的UTT增暖(图1e)。EOF2模态与大气动力过程密切相关,而云反馈过程部分补偿了大气动力引起的UTT的变化(图2)。进一步分析表明,南亚高压及其在中纬度地区的环流显著增强。东亚北部的异常反气旋和南亚高压南侧的异常东风有利于暖平流和绝热加热,从而导致UTT增暖。该研究为深入理解未来南亚夏季风的变化提供了科学依据。

图1  CFRAM对UTT-EOF1模态归因结果。强弱UTT-EOF1年对应的(a)其它过程(包括太阳辐射、CO2和O3),(b)反照率,(c)水汽,(d)云,(e)大气动力和(f)表面动力过程引起的部分UTT变化。(g)CFRAM计算的不同物理过程引起的UTT变化的总和,(h)观测的UTT-EOF1异常和(i)ERA5与CFRAM计算的总温度变化的偏差。

图2  与图1相同,但为UTT-EOF2。

该研究由中国气象科学研究院博士生吴清源,国家气候中心气候研究开放实验室李清泉研究员、孙小婷工程师和中山大学大气科学学院胡晓明教授合作完成,得到科技部第二次青藏高原综合科学考察研究(2019QZKK0208 和国家自然科学基金 (2019QZKK0208)等项目的共同资助。

【引文信息】

Wu Q, Li Q, Hu X, Sun X. 2024. Process-based attribution of summer upper-tropospheric temperature related to the South Asian summer monsoon. J. Climate, 37, 1683–1701, https://doi.org/10.1175/JCLI-D-23-0329.1.

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