多尺度动力过程影响南亚夏季风季节内降水的研究进展

作者:李保生 发布日期:2022-04-14 阅读:800

近期,我室海星博士后李保生在期刊Geophysical Research Letters和Climate Dynamics相继发表了题为“Maintenance of Cyclonic Vortex during Monsoon Intraseasonal Oscillation: A view from Kinetic Energy Budget”和“Key process diagnostics for monsoon intraseasonal oscillation over the Indian Ocean in coupled CMIP6 models”的研究成果。两篇论文分别从能量学、模式评估等角度揭示出多尺度动力过程对南亚夏季风季节内降水的显著作用。两篇研究论文的第一作者为李保生,合作者包括上海交通大学周磊教授,河海大学秦箭煌博士,以及上海交通大学博士研究生蒙泽。

季风季节内振荡(MISO)对南亚夏季风降水变率影响高达60%以上,然而当前国际主流模式对于MISO的模拟偏弱,制约了气候模式对于夏季风降水的模拟和预测能力。造成模式对MISO模拟不足的原因,一方面是由于人们对于MISO的理论认知尚且不够完善,另一方面是对制约模式模拟的关键物理过程缺乏清晰的认识。近期的两篇研究针对上述两个问题进行了深入探究。

成果一:

该论文利用多套再分析数据,通过天气、季节内、背景等多个时间尺度的动能诊断方程,揭示出MISO向北传播的动能主要来自于背景环流能量的转换。MISO向北传播的前兆信号是大气的气旋性涡旋,由于涡旋和对流之间存在相位差,会引起涡旋前侧季节内东风和下降气流的协同作用,该过程可以将背景风场的能量转换为季节内动能,前侧增强的动能有助于涡旋的维持,为北侧新对流的建立提供有利环境和充沛能量(图1)。该论文从能量学的角度,揭示出不同尺度的非线性过程对于 MISO 期间的能量交换至关重要。这与Madden-Julian Oscillation (MJO)期间以线性为主的能量转换过程有显著差异。因此,尽管这两个主要的季节内振荡在印度洋上具有相同的时空尺度,但它们受到完全不同的动力过程的控制。

图1 多尺度能量转换示意图(原文图5).png

图1 多尺度能量转换示意图(原文图5)

成果二:

该研究选取国际耦合模式对比计划第六阶段(CMIP6)中的19个海气耦合模式,评估了各个模式的历史模拟试验对MISO及其相关动力热力过程的模拟情况。相比之前版本,虽然CMIP6对MISO的模拟有一定的改善,但是MISO强度模拟偏弱仍是气候模式一直存在的模拟偏差。通过对比分析气候模式对MISO和背景东风垂直切变、低层水汽、涡管扭曲等机制的模拟情况,结果表明模式对MISO的模拟水平显著依赖于模式对涡管扭曲的模拟,两者模拟的相关系数高达0.83(图2)。涡管扭曲是季节内变率和背景风场的相互作用,该研究改进了之前人们认为MISO主要依赖于背景风场垂直切变的结论,进一步揭示出季节内垂直速度经向梯度的模拟,特别是模式对流前侧下沉气流的模拟,影响着气候模式对于涡管扭曲和MISO的模拟效果。因此,本研究通过系统的模式评估,揭示出涡管扭曲这一多尺度动力过程可以作为改进MISO模拟乃至南亚夏季风模拟的新的突破口。

图2 模式对(a)背景纬向风垂直切变、(b)低层背景水汽、(c)涡管扭曲和MISO模拟能力的散点图;红线为图中所有散点的线性拟合线 (原文图6)。.png

图2 模式对(a)背景纬向风垂直切变、(b)低层背景水汽、(c)涡管扭曲和MISO模拟能力的散点图;红线为图中所有散点的线性拟合线 (原文图6)。

以上两篇研究,均揭示出季节内变率和背景尺度的多尺度相互作用显著影响着夏季风期间的季节内降水。该成果不仅有助于丰富现有的MISO理论框架,而且也有助于从理论的角度为改进气候模式模拟MISO和夏季风降水提供有效的指导。

本研究得到了国家自然科学基金项目(42125601,42076001,41730535,42106003)和中国博士后面上项目(2021M703792)的资助。

引用:

成果一:

Li, B., Zhou, L., Qin, J., & Meng, Z. (2022). Maintenance of cyclonic vortex during monsoon intraseasonal oscillation: A view from kinetic energy budget. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL097740. https://doi.org/10.1029/2022GL097740.

成果二:

Li, B., Zhou, L., Qin, J., & Meng, Z. (2022). Key process diagnostics for monsoon intraseasonal oscillation over the Indian Ocean in coupled CMIP6 models. Climate Dynamics. https://doi.org/10.1007/s00382-022-06245-w.

相关研究:

Li, B., Zhou, L., Qin, J., & Murtugudde, R. (2021). The role of vorticity tilting in northward-propagating monsoon intraseasonal oscillation. Geophysical Research Letters, 48, e2021GL093304. https://doi.org/10.1029/2021GL093304.



  • 卫星海洋环境动力学国家重点实验室

    © 2021卫星海洋环境动力学国家重点实验室 版权所有.
    浙ICP备10040255号-4   流量统计   

  • 地址:杭州市保俶北路36号
    邮编:310012
  • 总机号码:+86-571-8196 3198
    传真:+86-571-8883 9374