ENSO衰退位相东亚极端气候多样性的成因
编号:85
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更新:2025-03-26 14:27:21 浏览:6次
特邀报告
摘要
ENSO是气候系统年际变率的最强信号,也是东亚短期气候预测的重要预测因子。经典理论认为,ENSO对东亚气候的最突出影响在于ENSO衰退位相夏季长江流域的旱涝异常,而西太副高是联系ENSO与长江流域夏季旱涝的关键大气桥梁——El Niño衰退位相夏季西太副高偏强,从而增强向长江流域的水汽输送,使长江流域降水偏多。然而,近年来东亚经历的极端气候事件屡屡挑战经典理论:1)2022年夏季,长江流域发生了破纪录的高温干旱;然而2022年夏季西太副高比常年同期偏强,非常类似于2020年长江流域极端洪涝期间的环流距平。2)2024年上半年处于中等偏强的El Niño事件的衰退位相,但长江流域夏季洪涝缺席,而华南地区春季出现了破纪录洪涝。本研究从气候动力学的角度重新审视了近年来东亚高影响极端气候事件的成因。
长江流域2020年的极端洪涝和2022年的极端高温干旱期间,西太副高都比常年同期大幅偏强,水汽输送格局相似;然而,决定旱涝的关键是异常垂直运动而非水汽。我们的研究表明,夏季长江流域的垂直运动主要取决于西风急流主导的纬向风异常,而非西太副高主导的经向风异常。这是由于夏季青藏高原上空存在强烈的大气暖心结构,与高原暖心有关的下凹式等熵面决定着高原上空纬向风对其东、西两侧的垂直运动具有强烈影响:西风过高原触发高原西侧的下沉气流和高原东侧的抬升气流,(异常)东风过高原则触发高原东侧的(异常)下沉气流和高原西侧的(异常)抬升气流。除了西太副高以外,ENSO还强烈地影响着东亚西风急流的位置,而后者才是ENSO影响东亚夏季旱涝的关键大气桥梁。与常年同期相比,东亚西风急流的位置在2020年夏季极端偏南而在2022年夏季极端偏北,通过影响大气垂直运动而造成长江流域2020年的极端洪涝和2022年的极端干旱。“ENSO—急流—垂直运动”机制不仅自洽地解释了长江流域2020年和2022年极端气候的成因,也阐明了为什么长江流域夏季高温干旱的同时总是伴随着高原西侧的洪涝灾害。
尽管2024年春季华南极端洪涝不符合El Niño衰退位相期间的常规套路,但我们的研究表明El Niño仍然发挥着重要作用。一般的El Niño衰退春季印度洋仍处于大气强迫海洋的“充电”状态,但2024年印度洋提前进入“放电”状态。伴随着赤道太平洋El Niño的快速衰退,2024年4月热带印度洋海温成为全球最高,印度洋上空出现强烈的深对流和异常潜热加热。印度洋热源激发了北传的正压罗斯贝波列,在西亚副热带上空形成一个正压气旋,造成了波斯湾周围的破纪录强降水;波斯湾周围的凝结潜热激发了沿急流向东传播的定常Rossby波列,在青藏高原东侧形成一个强烈的异常正压气旋,为中国华南带来持续性强降雨。2024年4月波斯湾与中国华南的强降水中心都位于副热带西风急流上,相距55个经度,恰好等于4月定常Rossby波的波长。我们的敏感性试验表明,印度洋潜热热源激发的大气环流响应对平均态环流十分敏感。这也解释了为什么2024年春季华南破纪录强降水集中在4月:4月是一年当中亚洲副热带急流最偏南的季节,此时印度洋热源最易触发定常Rossby波;而5月亚洲副热带急流大幅北跳,即使印度洋存在强烈热源,也无法触发类似于2024年4月的异常环流和极端降水。
综上,ENSO与东亚气候变率的非线性关系导致了ENSO衰退位相东亚极端气候的多样性。在不同季节的基本态之下,与ENSO有关的热带热源会激发不同的大气环流遥相关,从而极端气候的落区不同。夏季青藏高原上空的特殊热力结构意味着夏季长江流域的垂直运动和地表气候主要取决于上对流层纬向风距平,因此需要更加关注ENSO通过上对流层大气桥梁对长江流域夏季旱涝的影响。
关键词
ENSO,西太副高,西风急流,东亚极端气候,垂直运动
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