20世纪全球季风变化模拟和未来变化预估

The Global Monsoon (GM) is composed of Asian-Australian monsoon, African monsoon and American monsoon. The concept of GM highlights the coherent variations of different regional monsoons around the world. Understanding the mechanism of the 20th century GM variability is of central importance to the studies of global monsoon changes in the past half century and the prediction / projection of future monsoon changes. The main motivations of the proposal include: 1) to reveal the long-term and interdecadal variation of global land monsoon rainfall in the 20th century based on rain-gauge measurements; 2) to reveal the atmospheric circulation changes associated with the GM variations based on both reanalysis data and other reconstrcuted data such as sea level pressure and geopotential height; 3) to understand the processes of ocean-atmosphere coupling and the contributions of external forcing agents in dominating the long-term and decadal GM variations based on SST-forced ensemble AGCM simulations and fully coupled climate system model simulations; 4) to project the potential 21st century changes of GM under the RCP (Representative Concertration Pathways) scenarios of RCP8.5, RCP6.0,RCP4.5 and RCP2.6, and understand the effects of global warming based on the outputs of CMIP5 multi-model ensembles.

亚洲季风、澳洲季风、非洲季风和美洲季风构成全球季风系统。由于全球大气环流的辐散辐合受质量守恒约束，区域季风的变化彼此关联。研究20世纪全球季风的整体变化，对于理解近50年季风变化的原因和机理、预测其未来具有重要意义。本项目拟综合国际上现有的器测降水资料，研究20世纪全球陆地季风降水的长期变化特征；综合20世纪再分析资料和各种气候要素资料，揭示影响20世纪季风变化的大气环流变化；通过历史海温驱动下的大气模式集合模拟试验、给定不同外强迫的耦合模式模拟试验，理解海温变率和外强迫在20世纪全球季风变化中的作用和机理。在此基础上，针对IPCC AR5设计的四种大气成分变化情景下模式的预估结果，讨论全球增暖的可能影响和机理。

亚洲季风、澳洲季风、非洲季风和美洲季风构成全球季风系统。由于全球大气环流的辐散辐合受质量守恒约束，区域季风的变化彼此关联。本项目关注20世纪全球季风的变化，目的是理解近百年特别是近50年季风变化的原因和机理并进而预测其未来。本项目综合国际上现有的各种器测降水资料，揭示了全球陆地季风区平均降水和极端降水的变化特征，指出1950年代以来全球陆地季风区内极端降水呈显著增强趋势的台站数多于显著减少的台站数目；通过水汽收支诊断分析，指出水汽输送中与大气环流变化有关的动力项决定了全球陆地季风区降水自1980年代以来的增加趋势。通过气候模式数值模拟试验与观测分析的对比，发现太平洋年代际振荡（IPO）的位相变化是调节东亚夏季风与ENSO之间年际变率关系的重要因子，在IPO的正位相，中国东海偏暖、对流偏强，令西北太平洋副热带高压偏弱、降水偏多，使得在年际尺度上开尔文波所致的西北太平洋反气旋能抑制更多的降水，从而产生更强的西北太平洋反气旋；研究指出，对太平洋IPO和北大西洋多年代际振荡模态（AMO）的合理预测，对全球陆地季风区降水变化的年代际预测至关重要；针对20世纪全球陆地季风区降水及极端事件的变化，采用超级集合归因模拟试验和耦合模式集合模拟，从检测和归因的角度开展了系列研究，检测到人为气溶胶和温室气体强迫对20世纪后半叶全球陆地季风降水减弱趋势、子季风区内极端强降水和干旱事件发生频率等的影响。基于未来气候变化情景预估试验，诠释了未来全球不同温升阈值情景下全球季风水循环增强的特征，从动力项和热力项贡献的角度进行了物理解释，提出全球季风区未来将呈现“湿季更湿、干季更干”的特征；特别是分析了《巴黎协定》温升目标下全球季风区极端降水事件的变化及影响，结果对于政府间气候变化专门委员会科学评估报告、国家气候变化评估报告的编写具有重要参考价值。