轨道尺度亚洲季风变化机制的瞬变模拟研究

轨道尺度亚洲季风变迁不仅直接受控于地球轨道变化，而且还受到全球冰量和大气温室气体含量等强迫因子的影响，其驱动机制问题至今存在争议。本项目将利用海洋-大气耦合模式并应用轨道强迫加速技术，针对轨道参数引起的日射改变、全球冰量和大气温室气体浓度变化三个轨道尺度季风演化的主要强迫因子，完成一系列涵盖数个轨道周期的瞬变模拟试验，以评估全球冰量和大气温室气体含量变化对季风演化的贡献及其对"日射强迫-季风响应"过程的调制作用，并将随时间变化的模拟结果与收集整理的地质气候代用记录进行对比研究，通过模式-记录的交叉检验和综合集成，以及空间主分量分析和强迫-响应过程中的相位分析，进一步认识全球季风演化的普遍规律和区域差异，深化对轨道尺度亚洲及全球季风系统，尤其是亚洲季风长期演化机制的理解，为解决国际上关于古季风变迁机制的"零相位"假说和南半球"潜热说"的争议提供模拟证据，可望获得一些有理论价值的创新性研究成果

本项目利用海洋-大气耦合模式并应用轨道强迫加速技术，通过一系列长期瞬变数值模拟试验深入研究了轨道尺度亚洲季风变化的特征和机理。同时，通过收集整理相关地质记录开展“模式-记录”交叉检验和综合集成研究，深化了我们对轨道尺度上亚洲季风演化规律和机制的理解。在本项目支持下，共发表标注本项目编号的期刊论文22篇，其中SCI论文11篇，达到了预期目标。总结起来，本项目的研究工作在以下几个方面取得了显著进展： ①利用多种全球气候模式和轨道强迫加速技术完成了一系列时间跨度达几十万年的长期瞬变模拟试验，深化了轨道尺度亚洲季风变化的特征和机理的研究。来自黄土高原和中国南方洞穴石笋的东亚季风指标以及瞬变数值试验结果一致表明在过去的约30 万年东亚冬、夏季风对于地球轨道参数变化的响应存在显著差异。东亚夏季风主要由局地日射影响的海陆热力差异控制，其变化呈现显著的20ka岁差周期，而东亚冬季风则具有更加明显的40ka 周期，因此受到地轴斜率及相关的高、低纬热力环流差异的显著影响。东亚季风区和中亚干旱区年降水均具有显著的准20ka的岁差周期，并与北半球夏季日射同相位变化，但东亚和中亚雨季分别出现在夏季和冬季，因而东亚季风区年降水主要取决于夏季风带来的夏季降水，而中亚干旱区年降水主要取决于西风控制下的冬季降水。此外，东亚夏季风降水变率在中国南、北方呈现明显区域差异，即表现为岁差尺度上的反相位关系。 ②通过数值模拟进一步论证了青藏高原隆升在亚洲季风演化中的作用，指出高原地形对亚洲季风轨道尺度变率的调制以及不同形式的构造隆升对亚洲季风影响的区域差异。在青藏地区高地形情况下以降水为主要特征的亚洲季风对同样日射强迫的响应比在低地形情况下的响应要强烈得多；区域隆升的数值模拟表明，海陆分布和喜马拉雅山隆升可能对南亚季风的建立和发展具有较大的作用, 而东亚北方季风的形成发展则可能与青藏高原主体、特别是高原北部隆升关系更为密切。 ③利用包含大气粉尘模块的全球及区域气候模式，研究了现代、末次冰期及上新世的亚洲粉尘循环及其在不同时间尺度上的气候环境效应，发现高原隆升及全球冰量扩张都可以加剧亚洲内陆干旱化从而影响亚洲粉尘循环。亚洲粉尘源区春季粉尘排放所产生的辐射强迫会造成从春到夏源区地面温度降低，进而引起我国西北、黄河下游和东海依次形成了气旋-反气旋-气旋耦合环流，最终导致东亚夏季风减弱。