全新世全球季风演化及其变异机理研究

The research on "global monsoon" has recently developed into a new stage since 21st century from a regional phenomena of the local reversal near surface winds to a global reversal of the large scale atmospheric circulation and wet/dry alternate with seasonality. A transient simulation of the whole period of Holocene (9.5–0 ka BP) using coupled atmosphere-ocean-sea ice climate model forced by Earth's orbital variation is to be performed. The evolution and variation mechanism of the global monsoon during the Holocene are to be investigated with a method of combined statistic and dynamically diagnostic analyses. The spatial and temporal characteristic of the sub-systems of global monsoon and their responses to the same external forcing on orbital and millennium time scales during the Holocene is to be studied. The sea-air interactions between internal climate system in the low latitudes and their associations with the mid-latitude atmospheric circulation under the orbital forcing are to be studied. A comparison of the effect of sea-land difference and seasonal migration of the Inter tropical convergence zone (ITCZ) on sub-systems of global monsoon during the Holocene Thermal Maximum and present scenario of global warming is to be investigated. This project helps to explain to the mechanism of paleo-monsoon evolution during the Holocene in the proxy records, and is to provide a reference for future monsoon projections.

21世纪初发展起来的“全球季风”概念，将经典气候学中局地近地面层风的季节性反转现象扩展到全球尺度大气环流的季节性反转和干湿期的季节性交替现象，开启了季风研究的新阶段。本项目拟利用全球海气耦合的气候模式，在地球轨道参数随时间变化强迫下对全新世整个时段(9.5–0 ka BP)进行瞬变模拟试验。利用统计和动力诊断方法综合分析模拟结果并对比地质记录，研究全球季风在全新世时期的时空演变特征及其驱动机制；分析全球季风的各子系统在轨道和千年时间尺度上响应同一外强迫的演变规律和它们之间的位相关系；分析在轨道强迫驱动下的高低纬度大气环流和海气相互作用对季风发展的影响；比较全新世大暖期和当前全球变暖背景下，海陆热力差异和赤道辐合带(ITCZ)的季节迁移对各季风子系统的影响。本项目的开展将有助于从机理上深入理解全新世古季风的演化和变异规律，并为准确预估未来季风变迁提供参考依据。

基于全球海气耦合气候模式（Kiel Climate Model, KCM），以全新世时段（9.5-0 ka BP）三个地球轨道参数（偏心率、倾角、岁差）随时间变化做为主要外强迫因子进行全新世瞬变模拟试验（Holocene transient simulation）。根据模拟试验结果并结合气候代用指标对比分析，研究全新世全球季风系统中多个子系统（东亚季风、非洲季风、美洲季风、澳洲-印尼季风等）的时空结构，探讨全新世全球季风气候演化的区域特征、强迫因子和响应过程以及驱动机制。.（1）亚洲-非洲夏季风引起的降水变化在千年时间尺度上与大西洋海面温度经向模式相关，而在年代际尺度上则与大西洋海面温度的纬向模式关系密切。东亚夏季风显著影响的东北亚地区夏季降水在全新世时期呈现出东、西纬向反位相结构特征，即东北亚东部区域最干旱（少雨）时段出现在早、中全新世时期，而西部区域最干旱（少雨）时段则出现在晚全新世。南亚高压做为亚洲夏季风系统的重要组成部分，它的强度及位置的南北移动可以由大气的垂直运动和水汽输送的异常致亚洲夏季风降水时空结构发生变化。.（2）全球季风系统的重要成员-澳洲夏季风在全新世的演变则受控于地球轨道变化、北大西洋经向翻转洋流（AMOC）以及低纬海洋系统（ENSO）的协同影响。另一全球季风系统成员-南美夏季风强度受到南半球晚全新世太阳辐射的季节变化影响，致使赤道幅合带和南美幅合带的位置出现异常造成降水出现区域差异。.（3）我国南北过渡带是东亚夏季风典型影响区，项目开展了利用树木年轮资料反演该区域近千年的气温和湿度变化研究。根据采自南北过渡带东、西两段的油松树轮样本资料重建了该区域1793-2017年和1635-2018年的干湿变化，发现我国南北过渡带东段春夏季的降水量是区域湿度变化的主要因素，而区域降水主要由锋面系统降水引起；南北过渡带西段的湿度变化则受到ENSO、太平洋十年涛动（PDO）、北大西洋涛动（NAO）等遥相关系统的调制。