过去千年自然外强迫异常期的中国气候变化空间型及其形成机制

In this project, we are going to reconstruct the spatial patterns of climate change in China during the periods of anomalous external natural forcings, including solar and volcanic activities, in the past 1000 years by comparing and integrating historical documents, tree ring data, and other proxies. The effects of solar activities on climate will be examined at the multi-decadal to centennial timescales and the effect of large volcano eruption on climate will be examined at the annual to decadal timescales..The events of natural external forcings anomalies will be grouped according to the intensity and magnitude and the corresponding spatial patterns of the climate anomalies will be extracted with the group ensemble mean. By analyzing different groups of spatial patterns of climate anomalies and comparisons between the normal and anomalous events, we can identify the spatial patterns of climate change due to the effects of the external natural forcings..The research content includes supplementary reconstructions of temperature and precipitation (dry and wet) in certain regions in China and integration of multiple proxies of climate variation in the past 1000 years. It also contains reconstructions of the spatial patterns of climate change in China during the periods of solar and volcanic activity anomalies, and diagnosis of spatial patterns of climate anomalies at the annual to centennial timescales under the driving of the external natural forcings using climate modeling..The major innovation of this project lies in the combination of proxies and climate modeling to discover the characteristics and causes of the spatial mode of long-term climate change. It is hope that the results of the project will contribute the scientific basis for understanding the regional climate dynamics of global change and for projecting the trend of climate change in the future. It also offers the historical analog for China to adapt future climate change, especially the climate change due to the geo-engineering maybe executed by international society.

项目拟根据中国过去千年的史载气候记录、树轮及其他高分辨率气候代用资料，通过多源资料集成与综合分析，按自然外强迫异常的时段或事件，逐个重建与太阳活动异常对应的多年代-百年、与强火山喷发的年际-年代尺度的中国气候变化空间格局；通过分类集合平均分析及其与常态的对比，辨识因不同类型外强迫异常导致的中国气候变化空间型；并通过模拟分析与重建—模拟结果的综合对比分析，诊断其间的驱动机制。研究内容包括：温度与降水（干湿）变化序列补充重建与过去千年多源代用资料的均一化、过去千年太阳活动异常期的中国气候变化空间型重建、强火山喷发后的中国气候变化空间型重建、自然外强迫异常驱动中国年际-百年尺度气候异常的模拟诊断；主要创新在于采用“集合平均”思想，揭示气候空间模态的长期变化与原因；可为深入理解全球变化的区域气候动力学机制及我国“因地制宜”地适应未来气候变化（如因实施“地球工程”引发的气候变化）提供历史相似型。

项目利用史料、树轮等高分辨率气候代用资料，固定边界条件驱动下的千年连续积分控制试验，太阳活动异常和强火山喷发驱动各种内部变率的敏感性试验，开展了4个方面研究，主要进展有：. （1）新建了14条分辨率达年的温度与降水（干湿）变化序列；集成多源代用资料，构建了过去300年全国2.5×2.5°格网的SPI化（2.5°×2.5°）数据集，修订了过去千年中国5个区域分辨率为10年的温度变化序列，形成了过去千年中国温度与干湿均一化代用资料数据集，提升了利用多源代用资料集成重建区域温度变化的结果可靠性和均一性。. （2）采用集合分析方法，辨识了过去千年太阳活动的5个极小期和2个极大期的起终止年份，以及4个太阳辐射相对高值期。根据过去千年中国东部旱涝等级资料，采用各级旱涝发生几率的比率差指标，重建了上述各个太阳活动异常期的中国东部旱涝格局；通过集合分析发现：在太阳活动极小期，中国旱涝呈自南向北的“涝—旱—涝”相间分布，且整体偏旱；而在太阳活动极大期和太阳辐射高值期，则反之。. （3）集成过去千年火山喷发年表及火山气溶胶光学厚度（AOD）序列，辨识了其间的强火山喷发事件；分析了1901年以来的62次强火山喷发后的中国温度变化空间型、1525~2000年间195次强火山喷发后的中国东部旱涝空间型，辨识不同纬度、不同季节强火山喷发对中国温度变化影响的区域差异，有、无强火山喷发情形下的ENSO事件分布与二者的关联概率，以及与强火山喷发和ENSO事件对应的中国东部旱涝格局。. （4）利用地球系统模式（CESM1.0），开展了太阳活动异常与强火山喷发驱动中国年际-百年尺度气候异常的模拟诊断试验；结合其与重建结果的对比，诊断分析了太阳活动异常对中国多年代-百年尺度气候变化、不同类型强火山喷发对中国年际-年代气候变化的驱动作用及其之间的联系机制，揭示自然外强迫异常导致中国气候变化的区域差异。. 项目发表论文53篇，其中SCI收录论文24篇（第一标注9篇，第二标注12篇），CSCD收录论文29篇（第一标注13篇，第二标注8篇），完成了计划任务和目标。