青藏高原积雪在冬季NAO及发展期ENSO影响欧亚气候中的作用

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近年来,欧亚大陆冬夏气候异常越发显著,使其成为气候变化的敏感区以及高风险区。青藏高原具有高耸的海拔以及独特的边界层及热力条件,其积雪异常作为衡量地表热状况的重要指标引起人们的广泛关注。目前,高原积雪(TPSC)对欧亚气候影响的研究已取得很多突破性的进展,但凭借其单一影响,人们始终无法深入且具体地理解欧亚气候变化特征及内在机理。冬季北大西洋涛动(NAO)以及热带厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件被认为是北半球中高纬和热带地区年际尺度上的主要信号来源,两者均能显著调控欧亚冬夏气候异常。本研究基于Global Snow Lab(Rutgers University)提供的青藏高原积雪月平均资料,通过分析其在不同季节的积雪异常关键区,分别从冬季NAO以及发展期ENSO的角度阐明青藏高原积雪异常在影响欧亚冬夏气候变化(冬季表面温度以及夏季降水异常)过程中所作的贡献及其相关物理机制。研究表明,自20世纪90年代末以来,秋冬季高原积雪通过调控冬季NAO的环流变化,能够主动地影响欧亚地区冬季表面温度。而春夏季节,高原积雪常发挥“电容器”作用,存储并延续发展期ENSO异常信号,进而调控中国黄河流域夏季降水。主要结论总结如下:自20世纪90年代末以来(1999/00-2014/15),由于副极地西风急流明显偏弱,秋末高原主体积雪与欧亚地区冬季表面温度表现出密切联系。当高原中东部地区积雪异常偏多时,其北侧对应一个异常反气旋性环流,该异常信号通过与平流层的耦合,导致极涡底部西风加速,平流层极涡加强,有利于类似正位相的NAO大气环流异常出现在北大西洋地区,进而导致欧亚地区北暖南冷的冬季表面温度型。而秋末高原积雪异常偏少时,伴随类似负位相NAO的环流异常,欧亚中高纬则异常偏冷。近年来,随着北极海冰急速消融,极地加速增暖。北极与中纬度地区温度梯度减弱,副极地西风明显减弱,这有利于高原积雪异常与冬季NAO环流建立联系,进而对欧亚冬季表面温度产生显著影响。此外,高原西部积雪除了能直接产生气候影响外,其在春夏季节能够作为“电容器”联系热带太平洋ENSO发展信号与黄河流域夏季降水。在厄尔尼诺(El Ni(?)o)发展年春季,热带太平洋海温异常的非绝热加热作用在青藏高原上空激发异常气旋性环流,伴随青藏高原西部的异常上升运动,有利于高原西部积雪快速建立。通过积雪反照率效应,偏多的高原西部积雪维持到夏季并在高低层分别激发异常波列向下游传播。受该波列影响,黄河流域处于异常北风的控制下,不利于水汽输送,异常偏旱。本研究突出强调青藏高原西部积雪异常在发展期ENSO信号联系黄河流域夏季降水过程中的“电容器”作用。
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