西太平洋副热带高压和我国东部夏季降水关系的不稳定性及其机制

The east China summer rainfall (ECSR) is closely related to the anomalies of the western Pacific subtropical high (WPSH). The relationship between the WPSH and ECSR is supposed to be stable in former studies. However, our investigations and some other studies show that the relationship seems to be instable in the past. In this program, by using the observed data from gauge stations, reanalysis datasets and the reconstructed data, we will investigate the instability of the relationship between the WPSH and ECSR in the past century, the changes in spatial pattern of the WPSH and ECSR in different stages of the instable change, and also the mechanisms that caused the instability. This investigation will help us to understand the variations of rainfall anomaly over east China and their associated physical mechanisms, and also help us to improve the ability of summer rainfall prediction.

西太平洋副热带高压（西太副高）是影响我国东部夏季降水最主要、最直接的大尺度环流系统之一。以往，西太副高和我国东部夏季降水之间的关系一直被认为是稳定少变的。然而，我们的初步探讨结果以及最近其它一些初步的研究均表明西太副高与我国夏季降水关系明显地呈现出不稳定的特点。在本项目中，我们利用观测资料、再分析资料以及历史重建资料，重点分析在过去50年到100年中，西太副高和我国东部夏季降水相关关系的长期不稳定变化特征，西太副高和我国东部夏季降水在不稳定性变化各个阶段的空间分布变化特征，以及发生这种不稳定变化的物理机制。这一问题的揭示将有利于理解我国东部夏季降水异常的形成机制，从机理上阐述我国夏季降水异常的原因，提高对夏季降水的预测水平。

夏季降水年际变率在长江中下游地区最强，达到1.5 mm/day，达到本地区夏季气候平均降水的35–40%，并且存在明显的年代际变化。因此，它的变化规律以及其变化与降水强度变化的关系是衡量气候变化的重要指标。本课题基于国内外五套观测和重建的降水资料，对长江中下游地区夏季降水年际变率强度和降水强度的年代际变化之间的关系进行了分析。结果表明，两者之间的相关关系非常弱，相关系数仅约为0.10。进一步分析表明，太平洋年代际涛动（Pacific Decadal Oscillation，PDO）通过影响西北太平洋副热带高压的强度，最终影响长江中下游地区夏季降水强度年代际变化；而前冬ENSO事件通过影响东亚高空急流的南北偏移影响了长江中下游地区夏季降水年际变率强度的变化。两种不同的物理机制导致长江中下游地区夏季降水及其年际变率强度两者不同的变化过程，从而导致两者之间的弱相关关系。.另外，本课题研究发现，CMIP5模式能更加合理地模拟出前冬ENSO事件与东亚夏季降水之间的显著相关关系。例如，大约三分之二的CMIP5模式能再现两者之间的显著相关关系，但仅有不到三分之一的CMIP3模式能模拟出这种相关。进一步研究表明，CMIP5模式模拟能力的提高是因为这些模式能更加真实地模拟出ENSO影响东亚夏季降水的物理过程，尤其是ENSO影响印度洋海温异常以及印度洋海温异常影响菲律宾海对流的物理过程。但是，CMIP5模式模拟结果之间仍存在很大的不确定性，大多数模式都低估了ENSO与东亚夏季降水之间的关系。这是因为大多数模式都低估了ENSO影响东亚夏季降水的物理过程，尤其是菲律宾海对流影响东亚夏季降水的物理过程。对ENSO影响东亚夏季降水物理过程具有较高/低模拟能力的CMIP5模式也能较好/差的模拟出两者之间的相关关系。