青藏高原东南部过去500年极端温度事件的演变特征及其动力机制

Extreme temperature events occurred on the Tibetan Plateau (TP) not only destroyed the ecology system in the TP but also triggered the climate change around the region. However, we have little knowledge about the long-term characteristics and dynamical mechanisms of the extreme temperature events in the TP.This limits our understanding of the extreme temperature events occurred in rencent decades under the global warming and causes poor forcast of the extreme temperature events in the future. In this project, we plan to establish a large-scale tree-ring-density network database consisting of at least 15 sampling sites and 500 tree-ring cores from high altitude regions in the southeastern TP. Information of extreme temperature events in the past 500 years will be extracted from the tree-ring bank and their occurrence years, frequency and strength will be identified. Numerical modeling will be used to analyze the external forcing and internal feedback processes of the extreme temperature events, and then the major driving forces and dynamical mechanisms will be clarified. Results obtained from this study will be of theoretical significance in deepening our knowledge of extreme temperature events on the TP and scientific significance in forecast the extreme temperature events in the TP in the future.

发生在青藏高原的极端温度事件不仅对高原地区的生态系统和农牧业生产具有破坏性的影响，而且还会影响周边地区的气候变化。然而，我们对高原地区长时间尺度极端温度事件的演变特征和动力机制的认识尚不清楚，制约了对近期气候变暖背景下极端温度事件发生特征的客观评价和对未来极端温度事件的准确预测。本项目拟以青藏高原东南部为研究区域，建立大尺度空间的树轮密度数据库（至少15个样点，500棵树芯）。通过探索新的树木年轮学研究方法，提取过去500年的极端温度事件信息，进而揭示它们在长时间尺度上的频次和强度特征。通过古气候数值模拟分析极端温度事件发生的外部强迫因子和内部反馈过程，阐明高原地区极端温度事件的主要驱动因子和动力机制。研究结果对深入认识高原地区极端温度事件在长时间尺度上的演变特征和驱动机制具有理论意义，对预测和应对未来高原地区极端温度事件的发生具有科学意义。

本项目利用采自青藏高原东南部的树轮样本（17个样点，739棵树芯），建立了该区域的树轮密度数据库。基于该树轮密度网络数据库，通过分析树轮最大晚材密度（MXD）当年生长相对于前5年的异常变化，建立了一个长达640年（1375-2014）的树轮MXD指数序列，进而重建了青藏高原大空间尺度的晚夏（8-9月）极端温度历史。研究结果显示，火山喷发是造成青藏高原晚夏极端温度事件的一个重要驱动力，但火山喷发对青藏高原晚夏气温的冷却作用又受到了内部变率（El Nino事件）的“缓解”。CMIP5气候模式再现了历史时期火山喷发对青藏高原晚夏气温的冷却作用，但对伴有随后El Nino发生的热带火山喷发事件引起的青藏高原晚夏气温的冷却幅度存在明显的过估，可能是由于气候模式对El Nino事件对青藏高原晚夏气温的暖化作用的低估。本项目进一步通过对青藏高原历史时期夏-冬温差极值事件的分析发现，工业革命以来青藏高原夏-冬温差极大值事件的发生频次明显减少，而极小值事件的发生频次明显增加，表明了人类活动对青藏高原极端温度事件的影响。在去除重建序列的长期趋势后，青藏高原夏-冬温差的极值事件主要是由冬季的极端温度事件所引起，其动力机制是位势高度场的经向梯度导致了高纬度冷空气对青藏高原的入侵。本项目的研究结果对深入认识高原地区极端温度事件在长时间尺度上的演变特征和驱动机制具有理论意义，对模拟和应对高原地区未来极端温度事件的发生具有科学意义。