近百年太阳活动对东亚夏季风北界年代际调制的检测和机理探索

The relationship between solar activity and climate change is an attribution problem of climate change, and the latter is one of core problems of climate change. There is still much uncertainty on the relationship between solar activity and decadal variation of local climate at present. One possible reason is the magnitude of the system feedbacks or variability appears as large or larger than that of the solar forcing, making the Sun's true role ambiguous. Our previous studies have suggested that in the intercross zone between different climate systems, solar signal appears more evidently than that in the other regions. This study will regard the possible climate response of the north edge of the East Asian summer monsoon (EASM) to solar activity as a cut-in point, divide the EASM region in China into the north-edge region and central region, compare their correlations in the two different regions, and detect the possible connection between the north edge of monsoon and solar activity on decadal time scale. Base on Long-term and higher-resolution data, selecting and using appropriate solar activity indicator and the EASM north-edge index, possible solar signals in decadal climate variation over the two regions in summer will be tested statistically, and the significance and stability of the signals tested and contrasted; using a dynamical diagnosis method, the relative intensity of solar signals the two different regions will be validated and discussed; the potential vorticity tool will be applied to further understand the physical processes of the responses of the EASM north edge to the solar signals, and a new indicator to climate prediction from them will be tried to extract.This study will be helpful to understand deeply the decadal variation in the EASM and climate prediction.

太阳活动对气候变化的影响属于气候变化检测归因问题，而气候变化检测归因是气候变化的核心问题之一。目前人类对近百年来气候变化与太阳活动关系的认知尚存在很多不确定性，这可能与气候系统内部的反馈作用混淆了太阳信号有关。本项目组已有研究结果表明，在东亚夏季风与西风带控制区的交界处，太阳信号比其他区域表现得更明显。本研究将以季风北界为切入点深入探索这一信号传播的物理过程。首先，将东亚夏季风北边缘区和中心区区分开，从统计上对比检测这两个区域太阳信号的差异；然后，从物理上诊断季风北界对太阳活动的可能响应，从而揭示上述统计信号区域性差异的直接动力原因；再着重用位涡工具追踪导致季风北界偏移的前期信号，进一步阐释东亚夏季风系统在太阳活动调制区域气候变化中所起的作用。本研究将可能对季风年代际变化、气候变化归因和气候预测产生积极意义。

在IPCC第四次评估报告期间，关于近百年气候变化中自然因子贡献的认知水平是低的；并且，有研究认为1999年之后的气候变暖停滞部分地与第23太阳周太阳辐射异常偏低和太阳活动极小期异常偏长（为近百年来最长的太阳周）有关。本项目旨在检测近百年气候变化背景下，太阳活动是否对典型的区域气候系统——东亚夏季风及其北界年代际变化产生可检测的影响，并探索其可能的调制方式，加深太阳活动影响气候系统的科学认知。.本项目通过三年的系统性研究，应用多套目前国际上最新和高质量的长时间跨度资料（NOAA-CIRES20、ERA-20C、SORCE卫星太阳辐射数据及TSI实测和重建数据等），发现了东亚夏季风系统对太阳活动响应的敏感区域和敏感时期，提出了一种可能的信号放大机制。1）敏感区域：在东亚夏季风北界处，即季风与西风带的交界处，太阳信号较显著，区域气候系统中心区（如季风中心区和西风带中心区）太阳信号很弱（Wang and Zhao，JGR；Zhao et al，JMSJ）。这可能是由于气候系统内部的复杂反馈过程混淆了来自系统外部的太阳信号导致。具体而言，在季风爆发期，东亚夏季风北界对太阳活动的年代际响应是显著的，在太阳活动高年，东亚夏季风范围比低年显著偏大、偏北，低年相反。2）敏感时期：首次确证了东亚广义梅雨季是东亚季风雨带位置对太阳周响应最强的时段（Zhao and Wang，JC，2014）。在太阳活动高年，这一雨带平均偏北1.2度，并具有更大的年际变率。进一步分析发现它与一个上-下跷跷板和一个北-南跷跷板异常大气环流型有关。3）放大机制：在太阳活动高年的5、6月热带季风偏强或爆发偏早和副热带西风急流极向移动这两者的协同效应放大了6月东亚季风雨带对太阳活动周的响应。对流层低层热带季风偏强或爆发偏早传递了“下对上”的太阳信号，高层副热带西风急流偏北传递了“上对下”的太阳信号，这两者（季风和急流）的“协同作用”放大了季风北边界处的太阳信号（Zhao et al，JMR，2017）。这些研究成果对气候变化检测归因、气候预测和多学科交叉融合产生积极影响，加深气候变化中自然因子作用的认知程度。