【摘 要】
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探讨过去千年不同特征时期东亚夏季风降水年代-多年代际时间尺度的变化特征,是辨识当前东亚夏季风降水变化在更长时间范围内是否异常的科学基础。本文利用CMIP5/PMIP3中多个模式的模拟结果,对过去千年3个特征时期,也就是中世纪气候异常期(MCA,公元851-1250年)、小冰期(LIA,公元1451-1850年)和现代暖期(PWP,公元1901-2000年),在评估与验证多模式集成(MME)数据对东
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探讨过去千年不同特征时期东亚夏季风降水年代-多年代际时间尺度的变化特征,是辨识当前东亚夏季风降水变化在更长时间范围内是否异常的科学基础。本文利用CMIP5/PMIP3中多个模式的模拟结果,对过去千年3个特征时期,也就是中世纪气候异常期(MCA,公元851-1250年)、小冰期(LIA,公元1451-1850年)和现代暖期(PWP,公元1901-2000年),在评估与验证多模式集成(MME)数据对东亚夏季风降水模拟能力的基础上,就东亚夏季风降水在年代-多年代际尺度上的时间变化特征以及空间差异进行探讨,并讨论了气候系统内部变率以及外强迫因子在不同特征时期背景下对东亚夏季风降水的影响机制。主要结论如下:(1)MME模拟的东亚夏季风降水序列存在明显的年代-多年代变化特征。此外,MME模拟的东亚夏季风降水序列的84.3年以及63.9年的年代际振荡周期主要体现在长江中下游地区,42.1年和27.8年的年代际周期则主要体现在华北地区。在空间分布模态上,过去千年强季风年份,MME模拟的东亚夏季风降水大体呈现出“北正-南负”的分布结构,东亚夏季风区主要盛行偏南风,这有利于从海洋上带来充足的水汽,西北太平洋上出现的反气旋环流异常抑制当地降水的产生,共同促进了东亚夏季风降水带的北移;过去千年弱季风年份,MME模拟的东亚夏季风区大体呈现出“南正-北负”的夏季降水分布结构,东亚夏季风区盛行偏北风,这不利于海洋水汽的深入,同时,西北太平洋上空的气旋性环流异常促进当地降水的增多,从而导致东亚夏季风降水带的南移。(2)过去千年东亚夏季风降水的外部模态与内部模态存在显著的差异。MME模拟的东亚夏季风降水外部模态主要受太阳辐射增强的影响,呈现“北正-南负”的分布特征。相对应的地表温度外部模态在东亚大陆区域整体表现出了温度偏高的特征;其中,在35°N以北的东亚大陆地区的增温幅度要强于35°N以南的东亚大陆区域,东亚大陆区域整体的增温幅度要强于太平洋海区。海陆之间热力对比的增大,再加上在太平洋上形成的反气旋式气流,进一步加强了东亚夏季风区域的西南风,有利于我国北方地区降水的增多。MME模拟的东亚夏季风降水内部模态与太平洋海洋过程密切相关,具有“南正-北负”的降水分布结构。相对应的地表温度内部模态在东亚大陆区域表现出了局部区域温度偏高的特征,在东亚夏季风区域呈现自南向北的“负-正-负”地表温度分布模式;850 h Pa风场的内部模态则显示,在110°E以东的东亚夏季风区主要盛行偏南风,在20°N以南区域表现为气旋式环流异常,有利于增加东亚夏季风低纬地区的降水。(3)根据MME的模拟结果,在不同特征时期,当太平洋年代际振荡(PDO)位于正位相时,MCA东亚地区与太平洋的海陆热对比减小,对应着减弱的东亚夏季风(EASM);此时受PDO正位相影响的850 h Pa风场在长江中下游地区出现了反气旋性环流异常,长江中下游地区降水明显减少,与其两侧区域的降水呈反相变化;LIA东亚陆地区域的增温则增强了EASM,850 h Pa风场在东亚夏季风区域主要盛行偏南风,降水主要集中在长江以南的区域,而在其两侧的降水则偏少;PWP海陆热对比减小,对应着减弱的EASM,我国东部地区850 h Pa风场主要为西南风,降水在我国东北地区以及长江以南地区偏多。(4)在多年代尺度的时间变化上,通过对比外强迫因子重建序列与MME模拟的东亚夏季风降水序列可以发现,MCA太阳辐射和火山活动的变化与东亚夏季风降水的变化有明显的负相关关系,而温室气体浓度的变化对MCA东亚夏季风降水的影响较为有限;LIA东亚夏季风降水与外强迫因子重建序列在多年代时间尺度上有着和MCA相似的相关关系;PWP东亚夏季风降水与温室气体浓度变化的相关显著增加。在多年代尺度的空间变化上,利用CESM单因子敏感性试验的模拟结果探讨不同外强迫因子对东亚夏季风降水多年代际空间变化的影响。从不同特征时期来看,MCA以及LIA多年代时间尺度上东亚夏季风降水的空间分布模态与火山活动密切相关;PWP东亚夏季风降水多年代际空间变化特征主要受到温室气体浓度变化的影响。
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