气候变暖背景下冬夏季阻塞对北半球中高纬干旱半干旱地区季节非对称性增温的影响机制

The arid and semi-arid areas in mid- and high-latitude of Northern Hemisphere experience the most enhanced warming with large differences in the seasonal warming trends. Further studies of climate changes in arid and semi-arid regions, especially the mechanism of seasonal asymmetric warming, are very important for better understanding the mechanisms of climate changes in arid and semi-arid regions. However, as the important weather system influencing the temperature changes, the role of blocking in the seasonal warming trends hasn’t been paid too much attention. This program will investigate the characteristics of seasonal asymmetric warming in the arid and semi-arid regions over Northern Hemisphere by defining an index to measure the seasonal asymmetric warming. By analyzing the changes of winter and summer land-sea thermal contrast during global warming, we investigate the response of winter and summer blocking duration and frequency to land-sea thermal contrast changes. And on this basis we will evaluate the contribution of winter and summer blocking to the seasonal asymmetric warming and the trends of the seasonal temperature in the future. So this program will further help the understanding of nonlinear climate changes in arid and semi-arid regions and provide theoretical basis for the modeling and predicting future climate changes.

北半球中高纬的干旱半干旱区经历了至今最为强烈的增温，但在冬季和夏季表现出显著的增温差异，深入开展干旱半干旱区气候变化的机制研究，尤其是季节非对称增温的形成机制，对加深理解该地区气候变化的规律和机理，具有重大科学意义。但是，阻塞作为影响温度变化的重要天气过程，在季节温度变化中扮演的角色却没有受到太多关注。本项目通过定义季节非对称性增温指数，研究北半球中高纬干旱半干旱区季节非对称增温现象的时空演变特征；通过分析全球变暖过程冬季和夏季海陆热力差异的变化趋势，研究冬夏季阻塞的持续时间和发生频率对海陆热力差异变化的响应机制；在此基础上，评估冬夏季阻塞对季节非对称增温的贡献和未来干旱半干旱区季节温度变化的趋势，从而加深对干旱半干旱地区非线性气候变化的理解，为气候模式模拟和预测未来气候变化提供理论依据。

干旱半干旱地区降水稀少，生态系统脆弱，对全球变化的响应非常敏感，北半球中高纬度的干旱半干旱区经历了至今最为强烈的增温，而且在冬季和夏季表现出显著的增温差异。强烈的陆地增温会改变海陆热力对比，从而引起大气环流的响应。以往的研究大多是从陆面过程分析半干旱显著增温的机制，但事实上，大气环流，尤其是阻塞过程，常常伴随极端温度事件的发生，其在增温过程和季节温度变化中扮演的角色却没有受到太多关注。本项目通过定义季节非对称增温指数，研究北半球中高纬干旱半干旱区季节非对称增温现象的时空演变特征，通过分析冬夏季海陆热力差异的变化趋势，研究冬夏季阻塞的持续时间和发生频率对海陆热力差异变化的响应机制，在此基础上，评估冬夏季阻塞对季节非对称增温的贡献。该项目主要研究成果：1，定义季节非对称增温指数，发现了季节增温差异主要是由北半球中高纬度冬季显著增温主导的，并在未来情景中会加速变化。2，研究了冬夏季阻塞对海陆热力差异变化的响应机制，发现冬夏季阻塞响应的差异。即冬季海陆热力差异指数增大引起行星波EP通量辐合减弱，从而导致西风增强，进而导致阻塞减少；而夏季海陆热力差异指数增大后引起副极地急流增强，形成双急流结构，可以导致阻塞增加，但该机制只在海陆热力差异较大时发生。3，利用分位数回归方法，定量研究不同百分位数区间的增温趋势，探讨了极端温度变化在季节增温差异中的贡献。以上的研究结果进一步加深了全球气候变化的理解，为气候模式模拟和预测未来气候变化提供理论依据。