东亚夏季气候过渡带位置和干湿的年际变异及机理研究

The Transitional Climate Zone (TCZ) over East Asia is an interface area between humid and arid regions, which makes it highly vulnerable to natural disasters and particularly human-driven global change. This belt is considered to be climatic and ecological fragile, and has been declared as first grade sensitive zone in China. Unlike in previous studies that focus “northern marginal zone of East Asian summer monsoon” perspective, this project proposes to investigate the TCZ variability from the “transitional” perspective. Overall, this project aims to build a new TCZ index based on water balance model, and to unveil Interannual variability of TCZ and its driving mechanisms through an integrated accounting of monsoon circulation, westerly perturbation and land-air interaction. Results of this study will not only improve our understanding of TCZ dynamics, but also have great significance to disaster mitigation and sustainable development strategy.

东亚气候过渡带是湿润区向干旱区的过渡地带，具有很强的气候敏感性和生态脆弱性，是我国生存环境中的一级敏感带。在全球变暖的大背景下，极易受到气候波动和异常的不利影响，从而导致极端和灾害性气候事件。与以往偏重于从“季风北边缘带”的研究不同，本项目以“过渡”属性作为核心思路，基于水分平衡角度来定义东亚夏季气候过渡带的位置和干湿变化指标；进而以年际尺度变率作为切入点，从东亚季风环流、中纬度西风带环流和陆气相互作用三个方面综合揭示东亚夏季气候过渡带的位置和干湿变化特征、成因和机理。研究成果不仅能够加深我们对过渡带气候变异规律的认识，还能够为此区域的防灾减灾和可持续发展提供科学依据。

东亚气候过渡带(Transitional Climate Zone，TCZ)是湿润区向干旱区的过渡地带，水资源匮乏，具有极强的气候敏感性和生态脆弱性。但其变化的特征和机制尚不清楚，缺乏系统性的分析。因此，本项目围绕东亚夏季气候过渡带位置和干湿的年际变异及机理开展创新研究。.首先，基于水分平衡角度定义夏季TCZ干湿指标，并揭示出3−8年年际振荡周期和三个时空模态，分别是全局一致、东北—西南反向偶极子以及经向“+−+”三极子结构。相对于雨季爆发和撤退时间，TCZ雨季持续时间与其干湿变化的相关性最强，且其西部对雨季时间更为敏感。. 基于欧拉方法的局地水汽收支诊断表明，TCZ夏季水汽收入主要是气旋活动相关的瞬变水汽输送贡献，但水汽收支的年际变率由定常项变化所主导。进一步将水汽收支方程分解，发现风场变化引起的动力辐合项为TCZ夏季水汽收支变化的主要原因，其次是比湿变化引起的热力平流项。基于拉格朗日粒子扩散模型FLEXPART，定量揭示出夏季风环流、西风带和局地蒸发对TCZ夏季降水水汽的贡献分别为30.3%、32.14%和32.58%。但从年际变化上看，季风水汽输送对TCZ的年际降水变率的影响最大，约为局地蒸发和西风带的2倍。. 影响TCZ夏季降水年际变率的主要大气遥相关模态为环球遥相关(CGT)和欧亚大陆遥相关(EU)。从水汽供应及抬升机制两个角度出发，两个遥相关模态对TCZ夏季降水年际异常的影响机制分别为：当EU位相为正时，在中高纬度西欧至内蒙地区产生“+−+−”的位势高度异常，加强了来自西风带及夏季风系统的水汽供应，同时对应涡度平流随高度的增加及异常的暖平流，有利于在垂直方向上产生上升运动异常，为更充沛的降水提供了充足的水汽供应及有利的环流条件。而沿中纬度西风急流传播的CGT通过东海–日本海上空正压异常加强了夏季风环流有关的水汽输送，并伴随着TCZ当地的水汽增加；此外在CGT正位相时，TCZ上空的涡度平流垂直分布及暖平流异常提供了上升运动的有利条件，有利于其上空的水汽转化为降水。最终，形成了东亚气候过渡带位置和干湿变率的完整物理图像。. 研究成果不仅加深了我们对过渡带气候变异规律的认识，对于此区域的防灾减灾和可持续发展也具有重要的价值。