过去2000年亚洲季风气候百年际变化特征与机理的模拟研究

Understanding the centennial variability of Asian monsoon climate is crucial for predicting its change for the next ten-hundred years in the future. Climate modeling experiment over the last 2 millennia by Earth system model is an important method to reveal the spatial-temporal structure of the centennial variability of the Asian monsoon, and to distinguish between natural and anthropogenic climate change signal. Using the state-of-the-art Earth system model, the Common Earth System Model (CESM), two transient climate modeling experiments will be conducted for the last 2 millennia. One is forced by combined natural forcing including solar radiation and volcanic aerosol; another is forced by combined anthropogenic forcing including greenhouse gases and land use change. The modeling results will be verified by model-proxy data comparison and model-observation data comparison. Based on modeling results, analyses will be made to understand the major modes of centennial variation of the Asian monsoon. The differences between the centennial and interannual- interdecadal variations of the Asian monsoon will be explored. The relationship between the Indian monsoon and the East Asian monsoon, as well as the relationship between the Asian monsoon and the westerly will be revealed. The similarity and differences of the climate responses in the centennial variability of the Asian monsoon to natural and anthropogenic facings will be understood. This research could have important scientific significance to improve in-depth understanding of the multi-scale changes of the Asian monsoon and improve the monsoon dynamics theory. It also could have great practical significance for improving the forecasting ability of the Asian monsoon climate, and promoting the economic development of the Asian countries and all over the world.

预测未来数十至数百年亚洲季风气候变化需要加深对亚洲季风百年际尺度变化规律的认识。地球气候系统模式的2000年模拟试验是揭示亚洲季风百年际变化时空结构、区分自然和人为影响信号的重要方法。本课题拟采用先进的地球系统模式（CESM），分别在自然强迫（太阳辐射和火山活动）组合变化驱动下,以及人为强迫（温室气体和土地利用）组合变化驱动下进行2000年瞬变积分气候模拟试验；在利用观测资料和重建资料对模拟结果进行检验的基础上，依据模拟结果分析亚洲季风百年际变化的主模态及其与年际-年代际模态的差异，分析亚洲季风子系统（印度季风和东亚季风）之间以及亚洲季风与西风之间的强弱进退关系，辨识自然和人为因子对亚洲季风气候百年际变化的影响差异及机理。该研究对于深入理解亚洲季风系统多尺度运行规律，丰富和完善季风动力学理论具有重要科学意义,对于提高亚洲季风气候的预报能力，促进亚洲各国乃至全世界经济的发展具有重大现实意义。

为加深对亚洲季风系统多尺度变化规律的理解，从而提高亚洲季风气候的预报能力，本研究利用地球系统模式（CESM）在自然和人为外强迫驱动下进行2000年瞬变积分气候模拟试验，通过对模拟结果的对比分析，阐明亚洲季风气候的百年际变化特征，揭示不同外强迫因子对亚洲季风及其子系统百年际变化的影响差异及机制。主要内容包括：完成了过去2000年自然强迫组合驱动和人为强迫组合驱动的瞬变积分气候模拟试验，在验证模拟结果可靠性的基础上，通过不同模拟试验结果的对比分析，研究了亚洲季风及其子系统在年代-百年尺度上的特征及异同；研究了CESM对太阳辐射和温室气体的敏感性差异；研究了过去2000年典型暖期亚洲季风及东亚季风的变化特征及成因机制；研究了亚洲季风和东亚季风百年际变化的主模态及其对自然与人为因子的响应差异和动力机制。.本项目获得了自然因子组合（太阳辐射和火山活动）驱动和人为因子组合（温室气体和土地利用/覆盖）驱动的过去2000年气候数值模拟试验数据集。研究表明：太阳辐射是影响亚洲季风及其子季风系统百年尺度变化的主要因素，而不同纬度及不同子系统又会受其余外强迫因子的调制；在年代际尺度上，太阳辐射仍然是亚洲季风气候变化的主导因子，火山活动、温室气体、土地利用/覆盖及气候系统内部变率具有一定的调制作用；不同时期影响亚洲季风气候的因素各不相同，如发生在622-735年的百年干旱期主要受太阳辐射减弱的影响，而发生在1420-1516年的百年干旱期则同时受太阳辐射和火山活动的影响；不同典型暖期，亚洲季风及其子系统对外强迫的响应亦有所不同，中世纪暖期主要是太阳辐射的作用，现代暖期除太阳辐射作用外，温室气体也是一个不容忽视的重要因子。.本项目在深入理解亚洲季风系统多尺度变化规律及其成因机理方面又向前迈进了一步，研究获得的气候数值模拟试验资料为今后定量化研究自然因子和人为因子在亚洲季风气候中的贡献提供了数据支撑。