全新世以来典型暖期中国东部降水多年代际变化特征及机制的模拟研究

Understanding the multi-decadal variability of East China precipitation is crucial for predicting its future change in the next decades. The long term transient simulation with Earth System Model is an efficient method to reveal the spatial-temporal characteristics and the mechanisms of the multi-decadal variability of the East China precipitation. Using the state-of-the-art Earth System Model with high resolution (CESM1.2), two transient climate modeling experiments will be conducted for the two warms periods since the Holocene. One is forced by the combined Mid-Holocene forcing; another is forced by the combined Medieval Warm Period forcing. The forcings include the orbital variation, the solar variability, the volcanic aerosols, and the atmospheric trace gases. The modeling results will be verified by model-proxy data comparison. Based on the high resolution modeling results, analyses will be made to find out the leading modes of the multi-decadal variation of the East China precipitation. The effects of the natural forcings on the East China precipitation during the two warm periods will be explored. The relationship between the East China precipitation and the general circulations as well as the relationship between the East China precipitation and the sea surface temperature anomalies will be revealed. The mechanisms of the East China precipitation change on multi-decadal time scale during the warm periods will be understood. This research could have important scientific significance to improve in-depth understanding of the multi-scale variability of the East China precipitation, distinguishing the climatic impacts of natural and anthropogenic forcings, and enriching the regional climate change theory. It could also have great practical significance for improving the projection ability of the East China precipitation, the policy making and promoting the economic development.

中国东部降水格局的未来数十至百年预估，需要加强多年代尺度上降水分布变化规律的认识。利用地球系统模式进行长时间瞬变模拟试验，是揭示其多年代变化特征及成因机制的有效手段。本课题拟采用先进的地球系统模式（CESM1.2），分别在全新世以来两个典型暖期（中全新世暖期和中世纪暖期）背景下 ，开展高分辨率长时间瞬变积分的气候模拟试验；在利用重建资料对模拟结果进行验证的基础上，根据高分辨率模拟结果分析中国东部降水在典型暖期的多年代变化特征，分析自然外强迫因子对中国东部降水的影响，分析多年代尺度上中国东部降水格局与大尺度环流异常及海温异常之间的关系，揭示不同暖期中国东部降水格局的多年代变化的成因机制。该研究对深入理解中国东部降水格局多时间尺度演变规律、区分自然和人为因子的气候效应、丰富和完善区域气候变化理论有重要的科学意义，对提高中国东部降水的预估能力、未来政策的制定及经济的发展具有重要的现实意义。

加强对多年代尺度上降水分布变化规律的认识，有助于增强对中国东部降水格局未来数十年至百年变化的预估能力。本研究利用高分辨率地球系统模式（CESM）开展中全新世暖期和中世纪暖期高分辨率气候模拟试验，通过对模拟结果的对比分析，阐明中国东部降水及对应的季风环流在不同气候背景下的年代-多年代-百年尺度上的变化特征，分析中国东部降水对外强迫因子响应的敏感性，揭示多年代尺度上中国东部降水变化的形成机制。主要研究内容包括：完成了全新世以来两个典型暖期（中全新世暖期和中世纪暖期）瞬变积分气候模拟试验；研究了全新世以及过去2000年来年代-多年代尺度上大尺度环流和海温变化与中国东部降水间的关系；研究了不同气候背景下年代-多年代尺度中国东部降水及对应的大尺度环流的变化特征及机制；研究了不同外强迫因子对年代-多年代-百年尺度中国东部降水及环流的影响及机制。.本项目获得了全新世以及过去2000年年分辨率的气候外强迫因子，获得了典型暖期高分辨率气候模拟试验结果数据集。研究表明：中国东部降水分布型与东亚季风、太平洋和大西洋的海温变化密切相关；年代-多年代尺度上季风环流和海温异常是影响中国东部降水的直接机制，不同外强迫会通过影响大尺度环流和海温进而影响中国东部降水，如太阳辐射11年周期强的阶段，会激发太平洋海温年代际振荡（PDO）的负位相，使得季风环流加强，水汽输送加强，华北地区降水增加，土地利用/覆盖变化会通过调制PDO和北大西洋海温多年代际振荡（AMO）的耦合关系，造成年代尺度上中国东部降水分布型发生改变，火山活动会激发类-PDO负位相，使得季风环流加强从而使得中国东部年代际干旱频次减少；不同时期影响中国东部降水的因素不同，如中全新世中国东部降水偏多可能与撒哈拉植被覆盖较多有关，中世纪暖期中国东部降水偏多可能与太阳辐射偏强有关，现代暖期由于人类活动的影响，中国东部降水与季风环流和海温异常之间的关系变得更为复杂。.本项目在深入理解中国东部降水多年代变化特征及其成因机制方面又向前迈进了一步，研究获得的气候数值模拟资料和相关研究结果为今后对中国东部降水和季风环流的多年代预测提供了一定的参考。