NAO对青藏高原夏季降水南北双极振荡模态的影响机理研究

Tibetan Plateau(TP) precipitation plays a crucial role in the energy and water cycles as well as in terrestrial ecosystems, also is the ideal research object of exploring the interaction between the Asian monsoon systems and mid-latitude Westerlies. There are several possible influence factors for precipitation change over the TP. Among them, the simultaneous impact of the North Atlantic Oscillation(NAO) on the TP precipitation in the Westerlies domain and monsoon domain has drawn more and more attention in recent years. Although much progress has been made, there are still many shortcomings, the understanding of some key processes is not deep enough . Therefore, by taking the synergistic change of TP precipitation as a research perspective and based on data analysis and numerical simulation, this project will focus on the possible links between NAO and the Indian Summer Monsoon (ISM), and the mode of NAO-related moisture transport into the northern and southern TP(the relative contributions of upslope transport and up-and-over transport). Through the study of the above two key scientific problems, the impact of NAO on the Dipole Oscillation of TP summer precipitation will be improved. On this basis, the influential mechanism between the two will be revealed by combining with our previous work. The anticipated results of this project will not only grasp the deep-rooted causes of changes in plateau precipitation as a whole, but also deepen our understanding of mid-latitude sea-air activities, and then provide a new perspective for exploring the interaction between the mid-latitude Westerlies and ISM.

青藏高原降水在能量和水循环以及陆地生态系统中一直扮演重要角色，同时也是探究亚洲季风与中纬度西风相互作用的理想研究对象。其影响因素众多，其中北大西洋涛动(NAO)对高原西风和季风影响区降水的同步影响近年来被广泛关注，尽管取得很大进展，但仍存在许多不足，对于一些关键过程的认识还不够深入。为此，本项目以青藏高原降水协同变化为研究视角，基于资料分析和数值模拟，探究NAO与印度夏季风(ISM)的联系，以及定量化分析NAO对高原及周边水汽运移模式的影响(爬坡输送和先抬升后平流输送的相对贡献比重)。通过对以上两个关键科学问题的研究完善NAO对高原夏季降水南北双极振荡模态的完整作用过程。在此基础上，结合前期已经开展的工作揭示两者之间的影响机理。预期研究成果不仅将从整体上把握高原降水变化的深层次成因，而且还可深化对中纬度海气活动的认识，从而为探究中纬度西风与ISM的相互作用形式提供一种新的视角。

青藏高原降水在能量和水循环以及陆地生态系统中一直扮演重要角色，开展高原降水归因研究具有十分重要的意义。北大西洋涛动（NAO）对高原降水的影响近年来被广泛关注，但大多是基于低分辨率的全球再分析资料开展的大尺度环流响应特征研究，对一些关键环节和作用细节认识还存在不足。鉴于此，本项目基于WRF（Weather Research and Forecasting Model）中尺度模式，在优化高原降水数值模拟的基础上，主要利用模拟得到的优质高分辨率动力降尺度数据集探究NAO对青藏高原夏季降水影响的大气动力过程和细节，并从中揭示印度夏季风（ISM）与NAO的可能联系。主要研究成果如下：（1）发展了一套能够显著提升青藏高原南部高大山地地区夏季降水模拟效果的数值模拟方案。与FNL全球最终再分析资料相比，ERA5驱动的上述最优方案的降水模拟性能明显提高，特别是对降水的垂直变化表征方面有显著改进。Kain-Fritsch cumulus potential积云对流化方案在最优模拟方案中起到关键作用，进一步分析指出，在青藏高原特别是山区地带的降水模拟中，浅对流的准确描述和深对流的适当抑制应予以重点考虑；（2）基于WRF动力降尺度资料，本项目首次发现了位于高原东北部的另一个与NAO密切相关的Rossby波列中心，从而完整呈现了NAO影响下的中纬度波列结构，同时发现NAO对西南季风有着重要的调控作用。在此基础上，项目揭示了NAO对高原南部夏季降水的影响机制；（3）ISM与NAO都存在显著的10-20 d次季节周期，进一步分析表明，两者在该时间尺度上存在显著联系。NAO正是通过调控ISM的中断/活跃状态对印度季风区夏季降水施加重要影响，且降水对NAO次季节尺度强、弱事件均存在准双周的滞后响应特征；（4）NAO还可通过一条沿西欧-东欧-乌拉尔山-蒙古高原的高纬度扰动能量传播路径对我国中高纬度地区降水施加重要影响。进一步分析指出，NAO在各季均存在高纬度传播模式，但具体路径会随季节变化有所调整。上述研究成果不仅可为开发青藏高原高精度动力降尺度降水数据集提供坚实基础，而且可深化对青藏高原降水成因的认识。