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我实验室创新团队揭示夏季风气流多尺度活动与东亚天气气候的联系

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2021.10.20

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受太阳辐射强迫和复杂海陆地形的影响，夏季风气流从南海上岸进入我国东南部会出现明显的日变化现象，低空南风在夜间加速达到峰值是区域尺度海洋-大陆-大气相互作用的典型情景之一。季风气流日变化还与中尺度对流系统、天气尺度扰动、大尺度大气环流之间存在密切联系，可显著调节东亚降水的日变化、季节变化、年际和年代际变化。

我实验室海洋-陆地-大气相互作用与全球效应创新团队利用卫星观测的云天气状态(Cloud Regime)来表征不同程度的大气对流，研究发现它们的季节变化和日变化在东亚和南亚季风区呈现明显差别（图1）。南亚地区对流系统主要受到白天热力强迫驱动，可在中等湿度条件较为活跃。东亚地区的对流系统还与水汽过程存在密切关系，呈现一定的夜间峰值特征。夜间季风气流导致的水汽输送和辐合是影响东亚对流系统的重要因素。

图1 南亚和东亚夏季风区午后和早晨的各个云天气状态的降水量。CD/CC代表有组织深厚对流的成熟和消散状态，横坐标为气柱相对湿度(CRH)，黑色曲线代表各个湿度的出现频率。

创新团队对识别出的数天尺度的季风涌事件进行日变化分类，揭示不同类型季风涌事件的物理机制及其对东亚雨带的影响（图2）。研究表明，西伸的副热带高压和加深的中纬度西风槽均能加强我国东南部的气压梯度，引起西南季风的加强，形成季风涌。前者还伴随强盛的热力强迫，可激发出强烈的风场日变化，增强夜间水汽向北输送和辐合，有利于东亚雨带北移到华北地区；后者伴随的热力强迫较弱，风场日变化较小，东亚雨带倾向于停留在华中地区。

图2. 两类季风涌日变化的成因机制及其影响东亚雨带的概念图

创新团队进一步研究了季风气流日变化的年际/年代际变动与东亚旱涝的联系。结果表明，活跃季风配合强烈日变化的天数在20世纪60-70年代较多，在80-90年代出现明显衰减，在21世纪出现一定的恢复（图3a）。这种变化很好地对应我国夏季雨带的南北移动，在20世纪从“北涝南旱”转为“南涝北旱”（图3b）。因此，季风气流日变化不仅能表征东亚夏季风的长期变化，还与我国旱涝灾害存在密切关系。

图3. 季风气流日变化和中国东部降水异常的长期变动

这一系列工作深刻揭示了研究季风气流日变化的特征规律及其影响的重要性，提高了大家对东亚天气气候联系的科学认识。

多篇论文发表在地球科学著名期刊Journal of Climate (中科院SCI一区，影响因子5.148)上，题目分别为“ Contrasting cloud regimes and associated rainfall over the South Asian and East Asian monsoon regions”“Diurnal variations of southerly monsoon surge and their impacts on East Asian rainfall”及“ Seasonal, interannual, and interdecadal variations of the East Asian summer monsoon: A diurnal-cycle perspective”。中山大学大气科学学院硕士研究生吴若婷和刘碧琪分别为第一、二篇论文的第一作者，创新团队核心成员陈桂兴教授为系列论文的通讯作者及第三篇论文第一作者。

该研究工作得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、南方海洋实验室创新团队建设科研经费等的支持。