欧亚大陆表层热力异常影响东亚夏季风的物理机制研究

East Asian Summer Monsoon (EASM) is affected by not only the ocean but also the land surface. As the largest continent in the world with the Tibetan Plateau over it, Eurasian Continent has significant impacts on on both the atmospheric general circulation and the climate. Until now, fruitful achievements have been acquired in reseaches concerning the impacts of the ocean and the Tibetan Plateau. However, the impacts of land surface except for that from the Tibetan Plateau are still not enough. By using satellite remote sensing data, ECMWF reanalysis data, station observations as well as the land surface data from multi-land-model ensemble modeling system, soil enthalpy and soil temperature will be used to represent the thermal condition of the land surface in our study.Firstly, we will investigate the basic features of the land surface thermal conditions over two key regions affecting EASM, i.e., the mid-high lattitude area of the Eurasian Continent (North key region hereafter) and the low-middle lattitude of East Asia (South key region hereafter). Based on statistical analysis and numerical experiments, the possible linkages between the interannual variation of EASM and the thermal anomalies over those two key regions will be studied. Then we will explore the physical processes responsible for the land surface thermal anomalies over those areas and also the physical mechamisms about the respective and joint roles of the land surface thermal forcing from those two target areas on EASM. We also plan to evaluate the contribution of the thermal forcing of those two key areas and the Tibetan Plateau on the interannual variability of EASM quantitatively. Finally, a physical conceptual model for the Eurasian land surface affecting EASM will be proposed. This study are expected to provide important contribution on our better understanding the mechanisms of anomalous EASM activity.

东亚夏季风不仅受海洋影响，而且受陆地影响。欧亚大陆是全球面积最大的陆地，青藏高原耸立其上，对大气环流和气候有重要影响。迄今为止，海洋和高原对东亚夏季风作用的研究已取得丰硕成果。而高原以外陆地对东亚夏季风的影响研究还很不够。项目拟综合卫星遥感、ECMWF 再分析、台站观测及多陆面模式集合模拟的陆面资料，提取土壤表层温度和焓来反映陆面热力状况，分析影响东亚夏季风变异的两个热力关键区（欧亚中高纬，简称北关键区；东亚中低纬，简称南关键区）陆面热力异常的特征。通过统计分析和数值模拟，揭示南、北关键区热力异常与东亚夏季风年际变化的联系；探讨引起陆面热力异常的物理过程；研究南、北关键区热力异常各自影响东亚夏季风变异及协同作用的物理机制；定量评估两个关键区与青藏高原的热力作用对东亚海陆热力差和东亚季风年际变率的贡献；提出欧亚陆面过程影响东亚夏季风的物理概念模型。为深入理解东亚夏季风的变异原因提供重要参考。

项目计划以陆面热力状况异常为切入点，揭示欧亚大陆热力关键区春、夏季节陆面热力异常的主要特征及其与东亚夏季风的可能联系，探讨引起陆面热力异常的物理过程，深入分析欧亚大陆陆面热力异常影响东亚夏季风的物理机制，为深入理解东亚夏季风的变异原因提供重要参考。通过项目研究在欧亚陆面热力异常、陆气相互作用的机理，尤其是陆面热力异常影响东亚季风和气候方面获得一些新的认识，取得一些重要进展： 1）揭示了春、夏季欧亚大陆不同层次地表热力异常大尺度变化特征及其与东亚夏季风活动的关系； 2）定量评估了土壤湿度异常对东亚地区夏季气候潜在可预报性的贡献； 3）揭示了中国东部地区陆-气耦合的区域差异及其季节演变特征； 4）揭示了东亚夏季风异常活动的多模态特征及其与下垫面热力异常的可能联系； 5）揭示了欧亚陆面热力异常对东亚大气环流和气候的可能联系和相关机制； 6）探讨了欧亚陆面过程（土壤湿度、春夏融雪、地表感热、地表温度异常）对东亚气候的影响及相关机理； 7）提出了陆地非均匀增暖和太阳活动影响气候的新的陆面反馈机制； 8）揭示陆地非均匀增暖影响东亚中纬度地区气旋，进而影响东亚夏季风活动的可能物理机制； 9）揭示了西亚地表热力异常与初夏东北冷涡活动年代际变化的联系及前期西亚地表热力异常影响东北初夏冷涡活动的可能过程； 10）评估了土壤热含量（焓）、土壤湿度和土壤温度在季节性降水预测中的作用； 11）建立了基于陆面热力因子的夏季降水的预测方法并应用于相关业务； 12）揭示了大规模城市化影响东亚冬、夏季风的复杂性及机理。总体完成了项目研究任务，实现了预期的科学目标、项目成果为深入理解东亚季风和中国气候的变异机理和预测提供了重要的物理依据。发表项目资助论文论文64篇，其中SCI论文29篇；人才培养成效显著：项目负责人陈海山入选2016年度教育部“长江学者”特聘教授和2017年百千万人才工程国家级人选、被授予“国家有突出贡献的中青年专家”，2016年获得国家杰出青年资金资助、获江苏省优秀科技工作者（2014）、中国气象学会第四届“邹竞蒙气象科技人才奖”（2014）； 1名项目组骨干成员晋升为教授、2名骨干人员晋升为副教授。3）培养博士研究生5名、培养硕士研究生23名。