近百年来东亚气温超前大西洋长周期年代际振荡（AMO）的成因研究

Previous studies illustrated that variations of East Asian air temperatures (EATs) are tuned by the AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation). But one recent observational study reveals that the correlation between the EATs and the AMO is the strongest when the EATs leads the AMO by 5 to 7 years. This poses a challenge to the above perspective that EATs are tuned by the AMO, because the processes for the atmospheric responses to SST forcing are very rapid and will result in the maximum of their simultaneous correlations. One potential factor responsible for the inconsistence is the external forcing of climate systems, because they may purterbate the intrisic connection between the EATs and the AMO. In this proprosal, we will investigate the lead-lagged connection between the EATs and the AMO by using the long-term historical experimental integrations for understanding climate change during the past century and the pre-industrial control experiments from a multiple of coupled models attending the IPCC AR5 CMIP5. Then, we will attribute the potential external forcing to cause the lead-lagged correlation. Furthermore,we will conduct ensemble experiemnts in atmospheric general circulation models(AGCMs) or simplified air-sea coupled models to understand the processes for the individual external forcing to exert their impacts. This project will expect to provide insights into the decadal variability of East Asian climate.

以前的研究表明，东亚气温年代际变化受到大西洋海温（SST）长周期年代际振荡（简称AMO）的调制，但最近器测资料分析却显示:东亚气温与AMO的正相关并不是如所期待的同期最强，而是当东亚气温超前AMO指数5至7年时最强。这一新结果对东亚气温受AMO调制的认识提出了挑战。因为大气对SST的响应是快过程，东亚气温受AMO调制意味着二者相关应同期最大。一个可能原因是：近100多年来外强迫干扰了自然气候系统内部东亚气温与AMO的联系。本项目将用IPCC 第5次评估报告耦合模式相互比较计划第5位相（CMIP5）所提供的数据集，包括过去100多年（1850-2005年）气候探测与归因试验多模式数据及其参照试验数据，结合大气环流模式、简单海气耦合模式等的诊断试验，分析外强迫在造成东亚气温超前AMO变化现象中的贡献，揭示其中的大气环流、海洋环流及海气相互作用过程，为过去百年东亚气候年代际变化提供新认识。

器测资料分析显示, 东亚气温超前大西洋年代际振荡(AMO) 5~7 年时,而不是同期或AMO 稍微领先东亚气温时, 二者正相关最大. 这一结果对此前的认识—AMO 对东亚气温年代际变化具有显著影响—提出了异议. 因为大气对海洋的响应是快过程, AMO 对东亚气温具有显著影响意味着同期或AMO 稍微领先东亚气温时, 二者正相关最高. 考虑到器测资料序列可能包含工业革命以来人类活动的影响信号, 结果是否也存在于工业革命前的代用资料序列中, 从而很大程度上反映了自然气候系统内部的真实联系, 是一个需要回答的问题.利用近500 年来的多个重建资料序列, 结合国际耦合模式相互比较计划第5 阶段(CMIP5)给定工业革命前强迫的参照试验数据, 进行了分析研究. 结果显示: 东亚气温超前AMO 变化这一现象也存在于小冰期后半期(1500AD~1860AD), 因此可能是自然气候系统中的一种真实联系. 机制分析显示，热带海气相互作用和由热带外海气相互作用导致淡水输送可能是导致这一关系的原因。结果对AMO 与东亚气候的联系可能提出了新认知. . 此外，基于AMO信号的准周期性，考虑实际气候主要由气候系统自然变率和外强迫影响二者叠加而形成的认识, 利用统计和动力相结合的方法对东亚表面气温未来30 年的演变进行了预测；基于大气环流模式试验模拟的AMO影响信号相比观测分析普遍偏弱, 利用一个耦合了混合层海洋的大气环流-平板海洋耦合模式进行试验, 发现海气耦合相互作用尤其是热带太平洋的海气耦合相互作用能显著增强AMO影响信号；评估了CMIP5模式对AMO及其气候影响、AMO与印度夏季降水联系的模拟能力，证实 AMO正位相引起北大西洋周边区域温度增暖，大西洋ITCZ北移，撒赫尔地区降水增多，巴西降水减少；验证了AMO和东亚气温之间的遥相关联系，以及正位相AMO引起印度夏季风撤退季节性延迟等；发现AMO正位相能解释1990年中期以来欧洲-西亚、东北亚增暖较中间区域更为显著的观测事实；发现AMO与南亚夏季风的联系在最近10几年存在明显的减弱，并提出了一个机制；发现AMO对索马里-澳大利亚北部两支越赤道气流之间的跷跷板式反相关变化存在显著的年代际调制。