【摘要】：東亞夏季風(fēng)(East Asian summer monsoon,簡稱EASM)對中國,尤其是東部地區(qū)的氣候有重要影響。在當(dāng)今全球變暖的背景下,EASM的變化愈發(fā)復(fù)雜。研究古氣候中的EASM變化對我們理解現(xiàn)代EASM變化有重要的參考意義。重建的過去氣溫顯示,過去千年存在三個典型的氣候異常期:中世紀(jì)氣候異常期(Medieval Climate Anomaly,簡稱MCA)、小冰期(Little Ice Age,簡稱LIA)以及現(xiàn)代暖期。由于其是距今最近的氣候變化典型時期,因此近年來成為古氣候研究的重點。重建資料顯示,在過去千年中,尤其是在MCA和LIA時期,EASM發(fā)生了明顯的變化。由于重建資料的局限性,其背后的動力機制尚不明確。氣候模式逐漸成為研究過去千年氣候變化的重要工具,國際古氣候模擬對比計劃第三階段(Paleoclimate Modeling Intercomparison Project Phase Ⅲ,PMIP3)中加入了過去千年試驗,這使得我們可以利用多模式討論過去EASM變化的可能原因。夏季風(fēng)變化的本質(zhì)為環(huán)流變化,而由于代用資料的局限性,在古氣候中常利用濕度/降水等指標(biāo)來間接重建。本文從環(huán)流角度出發(fā),定義東亞低層經(jīng)向風(fēng)為EASM強度,探討了 PMIP3過去千年(約850-1850年)試驗中EASM強度對外強迫的響應(yīng)。其次討論了其與東亞降水的關(guān)系,意在考察古氣候中用間接指標(biāo)指示EASM強度的合理性。在此基礎(chǔ)上進一步分析了 EASM對東亞及周圍區(qū)域的氣候影響。得出以下主要結(jié)論:(1)過去千年EASM的強度變化PMIP3過去千年試驗?zāi)M的EASM(東亞低層經(jīng)向風(fēng))強度可能受到太陽輻射和火山爆發(fā)的影響。大多數(shù)PMIP3模式及其集合平均結(jié)果顯示,EASM在過去千年中的MCA時期偏強、LIA時期偏弱,與基于降水的重建情況基本一致。雖然在MCA時期的輻射相對于LIA時期整體偏強,但由于各個模式對入射輻射的敏感度不同,因此溫度變化的空間分布與幅度有所差異。這導(dǎo)致了不同的海陸溫差和高層西風(fēng)急流變化,最終使得EASM的空間變化和變化幅度各不相同。此外,各模式模擬的MCA(LIA)時期EASM偏強(弱)導(dǎo)致了東亞地區(qū)的降水總體增多(減少),但在多年代際尺度上兩者并不總是對應(yīng)的。東亞地區(qū)的降水顯著偏少,可能是輻射減少時全球性降水偏少的區(qū)域表現(xiàn),而不僅是由EASM偏弱導(dǎo)致。(2)過去千年EASM強度與東亞降水的不穩(wěn)定關(guān)系PMIP3過去千年試驗中EASM強度與東亞地區(qū)降水的關(guān)系在不同時間尺度上的穩(wěn)定性不同。百年尺度上,EASM強度與東亞地區(qū)降水的關(guān)系非常穩(wěn)定:強盛的夏季風(fēng)使得東亞地區(qū)降水整體增多,反之亦然;而在多年代際尺度上,兩者的關(guān)系強弱隨時間發(fā)生變化,存在準(zhǔn)60年的波動。兩者在多年代際上的不穩(wěn)定關(guān)系同樣存在于通用地球系統(tǒng)模式千年集合試驗(Community Earth System Model Last Millennium Ensemble,簡稱CESM-LME)各組試驗中。這可能是氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率的結(jié)果,與外強迫關(guān)系不大。這提示我們在使用降水指標(biāo)重建EASM強度時,可能只能反映百年尺度上的季風(fēng)變化。(3)過去千年EASM與澳大利亞夏季風(fēng)的同步變化重建指標(biāo)反映的EASM與澳大利亞夏季風(fēng)(Australian summer monsoon,簡稱ASM)在MCA(LIA)時期是同步增強(減弱)的。PMIP3的結(jié)果顯示,兩者的同步變化存在于百年尺度上,并且在LIA時期的同步性要好于MCA時期,與重建指標(biāo)較為一致。相對于LIA時期,MCA時期的EASM增強是由于海陸溫差增大和北半球副熱帶西風(fēng)急流的減弱北移導(dǎo)致;ASM的增強則與赤道太平洋的東風(fēng)異常和南半球副熱帶西風(fēng)急流的南移相聯(lián)系。太陽輻射是兩者同步變化的主要原因,同時熱帶東西太平洋的海溫梯度也起到重要作用。(4)過去千年亞洲降水的三極型異常分布重建指標(biāo)顯示,MCA時期的中亞干旱區(qū)、中國華北和華南地區(qū)呈現(xiàn)“干-濕-干”的三極型分布,在小冰期則相反。利用MRI-CGCM3模式發(fā)現(xiàn),過去千年的這種三極型濕度分布存在于多年代際以上的尺度。導(dǎo)致這種濕度分布的主要是三個地區(qū)春季和夏季降水異常。MCA(LIA)時期,春季從北大西洋隨著西風(fēng)帶輸送至中亞干旱區(qū)的水汽偏少(多),導(dǎo)致該地區(qū)降水偏少(多);夏季時,中亞干旱區(qū)降水偏少(多)則是由于其由一異常高(低)壓控制,下沉(上升)氣流不利于(有利于)降水。東亞季風(fēng)區(qū),由于夏季風(fēng)整體增強(弱),華北和華南地區(qū)降水整體增強(減弱)。春季西太平洋副熱帶高壓偏弱(強),華南地區(qū)春季降水偏少(強),導(dǎo)致該地區(qū)年降水減少(增多)。此外,MCA(LIA)時期的三極型降水分布與拉尼娜(厄爾尼諾)型海溫異常緊密聯(lián)系。
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P425.42
【圖文】：

圖２．１邋ＰＭＩＰ３過去千年試驗所用的（ａ）太陽輻射與（ｂ）火山爆發(fā)的重建序列逡逑９逡逑

結(jié)合本文的研究區(qū)域和目的，我們用于與模式結(jié)果對比的重建資料主要為亞洲一澳逡逑大利亞地區(qū)的濕度記錄。利用Ｃｈｅｎｅｔａｌ．邋（２０１５）與Ｙａｎｅｔａｌ．邋（２０１５）綜合的該地區(qū)數(shù)逡逑十條過去千年濕度記錄，圖２．２給出了邋ＭＣＡ相對于ＬＩＡ?xí)r期，亞洲一澳大利亞地區(qū)的逡逑濕度變化情況。逡逑６０°Ｎ邋￣＾逡逑ＺＪ＾：：邋ｍ邋＾邋＼邋１逡逑６０°Ｅ邐９０°Ｅ邐１２０°Ｅ邐１５０°Ｅ逡逑ｉ邐ｍ逡逑０邐６００邋１２００邋１８００邋２４００邋３０００邋３６００邋４２００邋４８００逡逑圖２．２邋ＭＣＡ與ＬＩＡ?xí)r期亞洲－澳大利亞地區(qū)的濕度變化。填色為地形高度（ｍ），藍色圓代表ＭＣＡ逡逑時期較ＬＩＡ?xí)r期濕潤，紅色圓代表ＭＣＡ較ＬＩＡ?xí)r期干旱，灰色星代表兩個時期濕度變化不大。該逡逑圖修改自邋Ｃｈｅｎｅｔａｌ．邋（２０１５）和Ｙａｎｅｔａｌ．邋（２０１５）逡逑２．１．４觀測資料逡逑本文將數(shù)值模式對現(xiàn)代氣候的模擬與觀測數(shù)據(jù)進行比較，從而挑選出符合本文研究逡逑１１逡逑

逡逑（２）美國國家大氣研究中心（Ｎａｔｉｏｎａｌ邋Ｃｅｎｔｅｒ邋ｆｏｒ邋Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ，簡稱邋ＮＣＡＲ）逡逑和美國國家環(huán)境預(yù)測中心（Ｎａｔｉｏｎａｌ邋Ｃｅｎｔｅｒｓ邋ｆｏｒ邋Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ邋Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，簡稱邋ＮＣＥＰ）逡逑分發(fā)的ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ邋ＤＯＥ地表氣溫再分析資料。逡逑（３）英國氣象局哈德來中心分發(fā)的ＨａｄｌＳＳＴ海表和海冰溫度數(shù)據(jù)集。逡逑２．２方法逡逑２．２．１雙線性插值逡逑在數(shù)學(xué)上，雙線性插值是將線性插值擴展至平面格點的一種插值方法，關(guān)鍵思想是逡逑在一個方向線性插值后再對第二個方向做線性插值。雖然每一步插值都是線性的，但是逡逑雙線性插值的最后結(jié)果是非線性的。逡逑

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本文編號：2797841