摘要
亚洲夏季风是全球最活跃的季风系统，对世界60％以上人口的生产生活有重要影响。亚洲夏季风的爆发标志着大尺度环流和降水的转变，是亚洲夏季风变化重要的一环，决定了受季风影响地区的旱涝状况、雨带分布和环流特征。一方面，季风活动为人们提供了宝贵的水资源;另一方面，季风活动引起的环流和降水异常往往会造成严重的气象灾害，对当地居民生命和财产安全构成严重威胁。在亚洲夏季风建立和维持的过程中，青藏高原（以下简称高原）独特的抬升加热效应起着至关重要的作用。高原热力强迫不仅是驱动亚洲夏季风环流系统成员的关键因素，还是连接各成员之间的重要桥梁。因此，以高原热力强迫为研究切入点,深入探讨高原热力强迫变化对亚洲夏季风爆发的影响，将有助于深入认识和理解亚洲夏季风爆发的关键物理过程和动力学机制。相关研究可以为评估当前气候模式对亚洲夏季风爆发模拟的误差来源提供重要参考，并为提高亚洲夏季风爆发的预估准确性提供理论依据。 本文基于再分析资料、站点观测资料和第六次耦合模式比较计划（CMIP6）模式数据，利用统计方法、动力学诊断和数值模式试验等技术手段，聚焦高原热力强迫对4-9月亚洲夏季风爆发的影响。首先分析了高原热力强迫对亚洲夏季风爆发的重要作用，提炼出不同夏季风阶段高原热力强迫影响亚洲夏季风爆发的物理图像，重点强调了两者在年际变率之间的联系。其次，评估CMIP6模式对亚洲夏季风爆发时间的模拟性能并探究误差来源。主要结论如下: （1）在东亚副热带夏季风季节性北移过程中，中国地区经历了四个主雨季（华南雨季、西南雨季、梅雨和华北雨季），青藏高原地表感热和凝结潜热异常可作为前两个雨季开始时间的超前指示因子。 高原地表感热和潜热在东亚副热带夏季风前两个雨季开始前呈现显著异常信号，即华南雨季爆发前约1～2个月、西南雨季爆发前约1个月。其余雨季爆发前20候，高原感热和潜热均无显著异常。理论分析和线性斜压模式试验结果表明，高原地表感热异常增强将激发低层气旋式环流异常，造成高原南侧西风气流增强，促进了来自热带洋面的暖湿气流向华南地区输送，进而诱导华南雨季的提前爆发。此外，高原地表感热增加使得高原局地降水增加，促使凝结潜热释放，对应产生强大的向上抽吸作用，导致西南地区低层强烈辐合，最终诱发西南雨季提前爆发。高原感热和潜热异常减弱时的影响与上述过程相反。去除热带海温的影响之后，高原的热力强迫对华南和西南雨季开始日期的影响依旧显著。综上,高原的地表感热和潜热对东亚副热带夏季风前两个雨季爆发时间有独立的超前指示意义。 （2）5月青藏高原大气热源东南-西北偶极子模态是决定南亚各子区域夏季风爆发时间的重要因素。 5月正处于南亚冬季风向夏季风转换的过渡时期，此时高原上空大气热源强度达到100 W·m-2,其空间分布主导模态为东南-西北偶极子。高原的偶极子加热模态与南亚夏季风（特别是阿拉伯海和印度夏季风）爆发时间之间具有显著的负相关关系，且独立于海洋的影响。基于多源数据分析和大气环流模式CAM4.0的敏感性试验结果表明，高原东南正-西北负的偶极子加热模态导致高原东部强烈的异常上升运动和降水增加，并在高原西部及伊朗地区造成异常下沉运动和降水减少，由此在高原及其周边地区形成一个纬向垂直环流圈。利用温度诊断方程发现，高原东南正-西北负的偶极子加热模态期间，高原西部下沉运动引起的绝热增温和暖平流水平输送引发高原西部地区对流层中上部明显的增温，有助于经向温度梯度的提前逆转，为阿拉伯海和印度夏季风雨季提前建立提供了有利的温度场。此外，高原西部对流层变暖加强了高层南亚高压并引导其向西移动，引发阿拉伯海和印度半岛高层强烈辐散。高层辐散和高原偶极子加热诱发的低层西南气流相互耦合，导致南亚地区强烈的高层辐散抽吸和上升运动，进一步促进阿拉伯海和印度季风的提前爆发。高原东南负-西北正的偶极子加热模态影响南亚夏季风延后爆发的物理过程与上述过程相反。 （3）CMIP6模式对青藏高原热状况的模拟偏差是造成亚洲热带夏季风爆发时间模拟偏差的重要原因。 评估31个CMIP6模式发现模式对亚洲热带夏季风爆发的模拟存在系统性延迟偏差，大约延迟了 3-6候。并且，大多数模式低估了高原大气热源强度，模式中高原地区从地表至对流层上部都存在明显的冷偏差。其中23个CMIP6气候模式同时存在高原上空大气温度冷偏差和亚洲热带夏季风爆发延迟偏差。高原上空大气的冷偏差早在冬季的对流层低层就已经出现，尤其是自春季开始，高原温度偏差与亚洲热带夏季风爆发偏差呈现显著的负相关关系。在高原温度偏冷的模式中，亚洲上空海陆热力对比和夏季风环流强度均会减弱，南亚高压强度也会减弱,造成模式中亚洲上空大气环流和大气温度结构与观测的偏差。一方面海陆热力对比的减弱令经向温度梯度逆转时间延迟，另一方面南亚高压的减弱阻碍了对流层高层的辐散抽吸作用，不利于降水，进而导致模式中亚洲热带夏季风爆发延迟。基于FGOALS-f2的全耦合试验也得到了同样的结论。因此，改善影响高原温度模拟的物理过程，将有助于提升模式对亚洲热带夏季风爆发的模拟性能。
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