中世纪暖期和现代暖期亚洲季风系统对不同气候强迫因子的响应差异及机理研究

Persistent episodes of extreme weather in Asia have been shown to be associated with the changes in Asian monsoon under the present global warming. However, various climatic and anthropogenic factors can affect the Asian monsoon precipitation during the Present Warm Period (PWP). It is very difficult to attribute Asian monsoon precipitation responses to different climate forcings, especially natural and anthropogenic climate change signal, during the PWP. In order to distinguish the contributions of natural and anthropogenic forcings on Asian monsoon precipitation in this century, it is crucial to understand how the Asian monsoon precipitation has evolved in a warming background, which is likely similar to 20th-century warming, “purely” driven by natural variability, over the past 1000-2000 years. Therefore, in this proposal, many sets of simulations would be carried out by employing Community Earth System Model (CESM) with different climate initial fields, and driven by the reconstructed total solar irradiation (TSI), greenhouse gases (GHGs), volcanic aerosol (VOL), land use and land cover (LULC), natural forcing, anthropogenic forcing and all above forcings, respectively, over the warmest centuries in the Medieval Warm Period (MWP, ~A.D. 850-1300) and PWP. The modeling results will be evaluated by model-proxy data comparison and model-observation data comparison. Base on modeling results, the analysis will be made to understand the major characteristics and mechanisms of the Asian monsoon precipitation during the MWP and PWP. The effect of the natural and anthropogenic factors on Asian monsoon precipitation over the MWP and PWP will be evaluated. Finally, quantifying the influence of climate forcings and feedbacks on Asian monsoon precipitation over the MWP and PWP.

全球快速变暖导致亚洲各国极端气候事件频繁发生，其中亚洲季风降水变化的影响不容小觑。如何评估不同气候强迫因子，特别是自然变率与人类活动对现代百年暖期亚洲季风降水的影响，是当今科学界关注的热点。要想解决此问题，需在历史时期中寻找与现代百年暖期温暖程度相类似的“纯自然”暖背景进行对比研究。为此，本项目拟以“中世纪暖期”和“现代暖期”为研究背景，以整个亚洲季风系统为研究对象，在前期研究基础上，利用地球系统模式CESM对两个“百年”暖期分别进行多组不同初始场驱动的气候模拟试验，包括太阳辐射、火山活动、温室气体、土地利用、自然因子和人类活动敏感性试验以及真实强迫试验，并利用历史时期气候代用资料和多模式资料验证本试验结果，分析亚洲季风气候在“中世纪暖期”和“现代暖期”的特征差异及驱动机制，定量化评估不同气候强迫因子对百年暖期亚洲季风降水的影响，力图为百年尺度亚洲季风气候研究做出贡献。

全球快速变暖导致亚洲各国极端气候事件频繁发生，亚洲季风降水变化在其中扮演重要角色。如何评估不同气候强迫因子对现代百年暖期亚洲季风降水的影响，特别是人类活动与自然变化的贡献，是当前季风气候关注的热点问题。本项目通过对过去千年亚洲季风在特征时间的变化特征、不同强迫因子对其贡献以及季风气候与其他环境要素的关系为主要研究内容，对亚洲季风气候进行研究。主要成果包括（1）探究了年代-多年代际过去千年亚洲夏季风降水的主要特征和影响因素，亚洲夏季风降水的主要模态为中国北方季风区和热带季风区同向变化，而在东亚中纬度一带季风区与之反相变化的径向“三明治”结构特征，且主要为自然外强迫因子所致。（2）分析印度夏季风降水模态在过去千年时段和现代暖期时段的主要特征，量化不同外强迫因子的贡献，即在过去千年时段，自然外强迫因子为主要影响因素；在现代暖期，则为温室气体、自然外强迫和土地利用的共同作用（3）对中国不同区域的温度变化进行检测归因研究，分析了过去千年时段、中世纪暖期和小冰期中国不同区域温度在不同时间尺度下，模式和重建结果的特征差异及其检测归因。（4）对青藏高原地区全球气候模式模拟的季节性环流场差异进行探究，发现气候模型对印度夏季风降水和西风的模拟存在一定偏差，影响了对青藏高原地区降水同位素季节性变化特征的准确模拟。（5）分析了近4年来中国东部地区环境空气质量的主要模态特征及其与气候条件的关系，发现中国东部地区环境空气质量主要分为“冬夏“模态和”南北”模态，其中“冬夏”模态与东亚季风气候显著相关；“南北”模态在秋冬季主要受低层风影响，春夏季主要与降水分布特征有关。本项目完成了4条CESM模拟试验，收集了多套长达千年的模式数据集以及气候重建资料和观测再分析资料等。本项目的研究成果为气候模型改进提供了科学建议；为了解亚洲季风气候的年代际特征和预测提供了研究支持；为季风气候导致的环境问题等提供了科学参考。