近530年来东亚夏季风北边缘摆动的过程与机理研究

Arid and semi-arid China is the most sensitive regions to the variation of the East Asian summern monsoon. The variation of East Asian summer monsoon is consistent with the drought change in the northern China. With the development of palaeoclimate data from climatically sensitive regions, especially from the East Asian summern monsoon area, systematic monsoon researches have been well developed for the historical periods climate change. In this study, we propose to reconstruction regional precipitation change for the northern fringe of the East Asian summern monsoon area based on existing tree-ring chronology and historical documents over the past 530 year (1470-2000 year). To map spatial characteristics of advance and retreat of the northern fringe of the East Asian summern monsoon area during the extreme drought and floods events, the Kriging interpolation methods was employed. Throughout this study, we attempt to confirm the northernmost boundary of the East Asian summer monsoon. We will reveal the possible driving mechanisms of the East Asian summer monsoon march at interdecadal to decadal timescales. The research will provide new scientific basis for forecasting the future climate change.

我国的干旱半干旱区是受东亚夏季风影响的显著区域。东亚夏季风北边缘位置进退和影响范围的变化与我国北方生态环境的演变密切相关。随着古气候代用资料的不断丰富，为我们深入系统地研究历史时期东亚夏季风北边缘位置进退的变化特征提供了基础数据。本课题以收集到的过去530年来（1470-2000年），东亚夏季风边缘区的树轮资料和历史文献资料为基础，通过使用多种数理统计方法，在调查和确定已选定的代用指标序列与气候因子之间关系的基础上，定量重建该区域年分辨率的夏季降水量变化序列。拟采用插值方法，绘制过去530年来，极端旱涝事件发生时期的东亚夏季风北边缘位置的摆动过程图集，明确东亚夏季风最北位置移动和影响的范围。并揭示东亚夏季风进退变化规律与海气相互作用的过程，为理解研究区历史时期年际至年代际尺度气候变化机理提供新的认识，为预测未来气候变化提供新的科学依据。

气候变化是全球变化问题的核心之一，它严重威胁着人类的生存环境，受全球增暖的影响，区域尺度上的极端干旱发生频次有所增加，目前全球大约有20亿人口面临缺水的问题。因此，认识和总结降水的时空规律性意义重大。中国北方中部季风边缘区位于干旱半干旱地带，是生态环境非常脆弱的区域，降水量的变化直接影响该区域的生态建设和国民经济的发展。树轮和历史文献记录可以为该区域的气候变化研究提供重要的信息。本研究选取8条树轮序列结合31条中国历史文献记录和实测降水量资料，重建了中国北方地区近530年的年降水量演化特征。结果表明，在年际尺度上，三个降水量最丰年400毫米等降水量线位置都比近43年平均位置偏北；而在最干旱时期400毫米等降水量线位置比最近30年的平均位置有较大的偏南波动，偏南约455公里。在年代际尺度上，历史时期最湿润的10年和最干旱的10年，400毫米等降水量线的空间位置比最近30年的平均位置分别偏北约144公里和偏南约322公里。交叉小波谱分析表明，降水量年际尺度上的变化主要受NAO和ENSO这两种短周期性的大气涛动指数的驱动。而PDO与AMO对降水量的变化影响比较微弱。PC1序列与NAO实测指数的相关性为0.26（通过99%信度检验，n=145），与ENSO指数的相关性为0.24（通过95%的信度检验，n=145）。NAO变化不仅可以引起北大西洋上空高空环流场的变化，也可以影响我国北方地区的降水量变化。热带地区的ENSO循环对研究区降水量的变化也存在显著影响。本项目研究成果可以为决策者和区域管理者提供应对全球气候变化和区域变化的科学依据，为推动全球变化科学研究做出贡献。