CMIP5模式模拟的过去千年东亚夏季风变化及其与重建记录的对比

To achieve a better understanding of the 20th century global warming, we need to extend our study from the last century to the last millennium. Studies on the last millennial climate change rely on either climate reconstruction or climate modeling. Climate reconstruction can reveal the "observational" features of the past climate changes, while climate modeling helps us understand the mechanisms of the past climate change. However, due to the uncertainties in the reconstruction of external forcing data and model bias, differences are seen in regional features among different models. To reduce uncertainties of the simulations based on specific models, the Coupled Model Inter-comparison Project - Phase 5 (CMIP5) has promoted an international collaboration of the last millennial climate simulation. Multi-model inter-comparison under the coordination of CMIP5 should help us reduce model uncertainties. In this project, we will first compare different proxy records in order to reveal the behavior of East Asian summer monsoon (EASM) variability on the decadal-centennial time scale during the last millennium. Based on the "observational" features of the EASM variations revealed by the reconstructions, climate modeling are employed to understand the mechanisms of the past monsoon variability. Using the past millennial climate simulations from the State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics (LASG)/ Institute of Atmospheric Physics (IAP), and the model simulations coordinated by CMIP5, the variations of the EASM during the last millennium and the connections between the EASM and the external forcings will be studied. The different responses of EASM to solar radiation changes and the increased greenhouse gases will be further estimated and the mechanisms behind will be studied.

理解20世纪气候变化需要放在千年气候演变的背景之下。千年气候变化研究中，代用记录是揭示过去气候变化事实的基础，数值模拟则是理解过去气候变化机理的重要手段。已有研究表明，受模式性能、强迫资料误差等的影响，不同模拟结果在区域特征细节上尚存在差异。为减少单一模式结果的不确定性，国际耦合模式比较计划CMIP5设计了"过去千年气候模拟试验"，以推动千年气候模拟结果的国际多模式比较。本项目将首先利用不同代用记录进行综合比较，揭示过去千年东亚夏季风演变的基本特征。在此基础上，利用中国科学院大气物理研究所LASG发展的气候系统模式FGOALS进行千年气候模拟试验，结合CMIP5国际多模式试验结果，分析过去千年东亚夏季风演变过程，探讨年代际-百年际尺度上季风变化与外强迫之间的关系，以及外强迫影响季风变化的机理。比较中世纪暖期和20世纪现代暖期东亚夏季风变化的差异，揭示造成不同特征时期季风变化差异的物理机制。

全球增暖问题是当前气候变化研究领域关注的重要话题。理解20世纪气候变化需要放在千年气候演变的大背景之下。千年气候变化研究有两个核心环节，一是资料的重建，它是揭示过去气候变化事实的基础；二是数值模拟，它是理解过去气候变化机理的重要手段。本项目通过与重建资料对比，利用中国科学院大气物理研究所LASG发展的气候系统模式 FGOALS 进行千年气候模拟试验，结合CMIP5 国际多模式试验结果，分析了过去千年不同冷暖时期东亚夏季风演变过程，揭示了外强迫影响季风变化的机理。.过去三年，在该项目的资助下，围绕着过去千年东亚夏季风变化的模拟及其机理，取得的主要结果概述如下：.（1）利用大气所耦合气候系统模式FGOALS千年气候模拟试验，考察了历史冷、暖期东亚夏季风的演变，表明暖期相对于冷期东亚夏季风增强，中国东部降水表现为“北多南少”的分布型。太阳辐射和火山气溶胶造成的海陆热力差异变化是驱动季风变化的主要因子。在此基础上，进一步揭示不同百年际冷暖背景下东亚夏季风的年际变率。三个特征期东亚夏季风年际变率模态的空间分布受背景气候态的影响不大，表明季风年际变率的降水和环流型主要由耦合气候系统的内部变率决定。.（2）基于德国马普气象研究所地球系统模式MPI-ESM和大气所FGOALS模式千年气候模拟试验，证明了火山强迫对东亚夏季风的影响，揭示了火山气溶胶影响中国东部夏季降水主要通过两个方面，一是火山爆发导致海-陆热力对比减弱，东亚夏季风减弱；二是通过改变潜热通量，使得热带海洋上空的水汽减少，中国东部的水汽来源减少。.（3）利用CMIP5国际多模式试验结果，分析了过去千年火山气溶胶对全球季风的影响，结果表明：火山气溶胶会造成全球季风降水减少，季风环流减弱。火山爆发造成的类El Nino型海温分布是造成全球季风减弱的重要原因。此外，火山爆发后全球表面温度变化有两个显著的特征：陆地降温大于海洋，北半球降温大于南半球，这也会导致全球季风减弱。.在该项目资助下，已正式发表第一作者SCI论文3篇。