黑潮-亲潮延伸体区中尺度-锋面尺度海气相互作用过程与机理及其对副热带逆流的影响

The Kuroshio-Oyashio extension (KOE) and Subtropical Countercurrent (STCC) regions are abundant with ocean mesoscale eddies and oceanic fronts in the northwestern Pacific. The variations of ocean and atmosphere at multiple spatial-temporal scales therein have substantial influences on the Pacific climate system. However, there is yet no scientific consensus on the processes of multiscale ocean-atmosphere coupling in the wintertime KOE region under the remarkable land-ocean contrast, and whose connection with the ocean-atmosphere coupling in the STCC region is also unknown. Through the systematic analyses using observation-based datasets and sensitivity experiments conducted with the eddy-revolving CESM, this project will reveal the responses of the atmospheric transient eddies and large-scale circulation to the variations of the mesoscale eddies and oceanic fronts in the KOE region, as well as contributions of changes in the atmospheric circulation response and mode water subduction to the variations of Kuroshio and STCC. This project contains an important aspect of research contents regarding the land-ocean tectonic evolution and multiscale climate system, and will provide scientific support for the formation of the theory of interactions between earth spheres.

黑潮-亲潮延伸体区和副热带逆流区是西北太平洋中尺度涡活动频繁、锋面过程显著的区域，发生在该海域的海气多时空尺度变化对太平洋气候系统具有十分重要的影响。然而，目前对强海陆差异下的冬季黑潮-亲潮延伸体区多尺度海气耦合过程仍没有统一认识，并且与副热带逆流区海气耦合的联系尚不清楚。本项目将以海洋中尺度涡和海温锋面变异为切入点，通过系统的观测资料分析和高分辨率海洋-大气环流模式理想试验研究，揭示大气瞬变涡旋以及大尺度环流对黑潮-亲潮延伸体区海洋中尺度涡和锋面变异的响应特征及机理，阐明大气环流响应和模态水潜沉对黑潮延伸体和副热带逆流变异的贡献。本项目针对重大研究计划“西太平洋复杂地形对海洋动力过程和气候系统的影响”这一核心科学问题开展研究，将为建立跨圈层地球系统科学的理论框架提供科学支撑。

本项目聚焦黑潮及其延伸体和黑潮-亲潮交汇区这一海洋-大气多尺度相互作用极其强烈的典型海域，主要开展了三个方面的研究工作：黑潮年际变化对区域降水的影响、黑潮延伸体区极端混合层深度变化与副热带模态水和副热带逆流低频变异、中尺度海温异常对大尺度环流的影响。基于多源历史数据、理想模式试验以及系统的动力学诊断，取得以下重要创新成果。1）发现黑潮年际变化对梅雨锋及长江流域夏季降水具有重要的调制效应，特别是当春季黑潮主轴显著偏离东海陆架时，梅雨锋向北移动速度减缓，造成长江三角洲至日本九州区域夏季平均降水显著增加，为理解中国夏季降水低频变异提供了新视角。2）发现冬季高频强风暴活动可造成黑潮延伸体南侧极端混合层深度事件，混合层深度可达冬季平均深度的2倍以上。更重要的是，发生频率仅占10%的冬季极端混合层深度变化能很好地预测春季副热带模态水的形成，可解释过去三十年春季副热带模态水厚度变化的～74%。同时，极端混合层深度加深使更多的低位涡模态水入侵副热带逆流区，加剧温跃层向北抬升，使副热带逆流加强。3）发现冬季黑潮延伸体下游区中尺度海温暧异常可导致北太平洋大气产生相当正压的气旋式环流响应，初步建立了中尺度海气耦合调制冬季风暴轴和行星尺度环流的动力学框架。在本项目支持下，项目组在地学一区TOP期刊发表SCI论文5篇，培养了博士后一名以及国家自然科学基金优秀青年基金获得者一名。