副热带西风急流对江淮-华北降水的作用从夏到冬的季节演化研究

As one of the essential parts of East Asian monsoon, the effect of the East Asian subtropical westerly jet’s (EAWJ) variation on the rainfall in Yangtze-Huaihe River Valley (YHRV) and North China (NC) has drawn much attention from the climate community. However, existing studies are too concentrated on the effect in summer and winter, and it remains unknown how the effect evolves from summer through autumn to winter. This research program aims to study the seasonal evolution and its causes based on the research on the impact of the EAWJ’s variation on the fall precipitation. Firstly, the effect of EAWJ’s variation on the autumn rainfall in YHRV and NC is studied using the statistical method. Then the dynamic mechanism for the effect is studied via the statistic analysis and numerical simulation from the perspective of the horizontal circulation anomalies and the resultant horizontal temperature advection anomalies in the mid-to-lower troposphere. At last, the seasonal evolution of the impact of EAWJ’s variation on the rainfall in YHRV and NC and the mechanism for the evolution are researched by analyzing the impact in fall, summer and winter. We aim to find out the critical elements, shifting time and decisive weather events in the seasonal evolution. The researches funded by this program can potentially improve the understanding of the interaction between the East Asian summer monsoon and winter monsoon and the mechanism for the interaction. They can also provide the bases for the theoretical diagnosis and the practical prediction of the winter and autumn rainfall anomalies in NC and YHRV.

作为东亚季风系统的重要成员，东亚副热带西风急流（简称急流）的异常对江淮、华北降水的作用得到了大量的关注，但当前研究过于集中于夏季和冬季，而对该作用从夏季到冬季如何演变则关注十分不足。本项目拟以研究秋季急流异常对江淮、华北降水的作用为基础，研究该作用从夏季经秋季到冬季的季节演变规律和季节转换机理。首先利用统计方法研究急流异常对江淮、华北秋季降水的作用特征，然后以统计、动力诊断为主，结合数值模拟的方法，以对流层中低层大气环流及其相关的水平温度平流异常作为工具研究该作用的动力机制。以秋季急流异常对江淮、华北降水的作用特征和机制为基础，结合夏、冬季的同类研究结果，深入分析该作用从夏季经秋季再到冬季的季节演变规律，力图找出季节转换的关键要素、关键时间节点和标志性事件。本项目的研究将有助于深入认识夏季风和冬季风异常之间的联系和相互作用机理，并为秋、冬季江淮、华北降水异常的机理诊断和预测提供理论支持。

本项目主要取得了以下几点进展。第一，东亚春季雨带形成的大尺度动力机理的研究。分析形成东亚春季和秋季降水的天气过程发现，只有暖平流可激发对流反馈机制产生降水，冷平流则不能，因此引入了只考虑暖平流作用的累积暖平流量（CWA）。该量较传统的平均环流异常和瞬变涡旋异常的单独作用对降水变化具有更好的描述性。基于 CWA 研究发现，春季 东亚西风急流（EAWJ ）所激发出的温度平流和瞬变扰动活动共同引起了 CWA 高值带，进而引起了东亚春季雨带，该机制很好地解释了雨带的形成及其西南-东北走向的成因，这两点用传统变量难以解释。进一步研究发现，青藏高原上空非绝热加热强度的春秋季差异通过CWA异常导致了春季远比秋季强得多的雨带。 第二，急流对中国东部盛夏降水的非对称作用研究。通常研究表明盛夏 EAWJ 异常与华北降水关系较弱。我们研究表明，实际上 EAWJ 异常对盛夏华北降水的作用是高度非对称的，正负位相相互抵消，而且 EAWJ 对江淮流域降水的作用也是高度非对称的，进一步研究表明，由于青藏高原作用，大气环流随着 EAWJ 移动发生的非对称变化是这些降水非对称变化产生的关键机理。第三，研究发现春季EAWJ的增强会导致中国中部和北部降水的减少。机制主要是当春季EAWJ增强的时候，东亚东部海岸线附近出现了经向遥相关型异常，类似于PJ型。它的西部分受到青藏高原的机械分流作用导致中国中北部出现偏西北气流，进而通过冷平流以及输送干空气导致中国中、北部的降水减少。进一步研究发现，冬春季ENSO可以通过西太平洋和印度洋海温异常的季节延后效应激发出正压遥相关波列，进而引发EAWJ和中国中、北部降水异常。