中亚内陆区与亚洲季风区全新世大暖期“干湿错位相”现象之模拟研究

Paleoclimate records of effective moisture (precipitation minus evaporation) show a dry (low effective moisture) period in mid-latitude arid/semi-arid central Asia during the early Holocene (11,000-8,000 years ago) relative to the middle and late Holocene, in contrast to evidence for greater-than-present precipitation at the same time in the south and east Asian monsoonal areas（So called "out-of-phase in effective moisture"）. To investigate the spatial differences in climate response over mid-latitude central Asia and monsoonal Asia, a series of modeling simulations will be conducted with the coupled ocean,sea ice and atmosphere model.The simulations will be test the climatic impact of all important forcings for the early,middle and late Holocene, including changes in orbital parameters, the presence of the remnant Laurentide ice sheet and deglacial freshening of the North Atlantic. With a synthesized analysis of the model rsults,we will explore the "out-of-phase" phenomenon in effective moisture between arid central Asia and monsoonal Asia to better understand the driven mechanisms of Holocene climate change in arid central and monsoonal Asia and promote the development of dynamics in paleoclimatology.

古气候记录显示，中亚内陆区在早全新世时期（11,000-8,000年前）出现过相对于中、晚期全新世更加干旱（低有效湿度）的气候状态，这与亚洲季风区早-中全新世多雨的季风气候形成鲜明对比（即"干湿错位相（out-of-phase）"现象）。为了探讨中纬度中亚内陆区和亚洲季风区气候在全新世时期的空间分布差异，利用海气耦合气候模式，对不同时段（早、中、晚）全新世气候进行模拟诊断研究。研究通过模拟轨道参数变化、在北美地区置入劳伦冰盖(Laurentide ice sheet)和将冰融水注入北大西洋等敏感性数值试验，来探讨中纬度西风环流的变化特征、中亚内陆区和亚洲季风区有效湿度的时空分布差异以及中亚内陆干旱区大气水汽来源、路径及影响因子等，揭秘中亚内陆区和亚洲季风区在全新世出现的"干湿错位相"现象，并以此为突破点深化理解和认识中亚内陆区和亚洲季风区全新世气候变化的驱动机制，推动古气候动力学的发展。

古气候记录显示，中亚内陆区在早全新世时期（11,000-8,000年前）出现过相对于中晚期全新世更加干旱的气候状态，这与亚洲季风区早-中全新世多雨的季风气候形成鲜明对比（即干湿错位相（out-of-phase）现象）。利用海气耦合的气候模式（KCM），在地球轨道参数变化等外强迫因子驱动下进行了全新世整个时段（9.5-0 ka BP）的瞬变模拟试验。根据模拟试验结果并与多源气候代用指标进行综合对比，从气候动力学角度分析了全新世中亚内陆区水汽输送变化的物理机制，从而破解了全新世中亚内陆区与季风影响区干湿错位相现象的根本原因。研究发现，北半球中纬度夏季环球遥相关型（Circumglobal teleconnection, CGT）在全新世期间的演变受控北半球夏季太阳辐射、印度夏季风及北大西洋-印度洋的海表温度（SST）的协同影响，CGT模态是连接亚洲夏季风和气候系统的外强迫（例如太阳辐射）和内强迫（例如北大西洋冷事件）的“大气桥”。模拟分析发现，全新世北大西洋的SST空间分布特征呈现明显的三核模态（NATS），这种模态主要通过三种形式影响印度夏季风降水变化。与此同时，在全新世千年时间尺度上赤道春季太阳辐射的温度效应可传导至夏季使得热带印度洋–西太平洋温度发生变化进而影响亚洲夏季季风系统（南亚高压、西太平洋副热带高压）。研究揭示了东亚冬季风在全新世期间的时空结构变化特征，发现东亚冬季风从中国西北向东南存在快速而非一致的减弱过程，即在中国西北地区东亚冬季风的快速减弱约出现在10–7.5ka BP期间, 而在中国南方及青藏高原东部直到 6–4.5ka BP才出现。分析显示，10–7.5ka BP期间的东亚冬季风的快速减弱与在期间北半球冰盖的融化及大西洋经向环流（AMOC）的增强有关；而东亚冬季风在6–4.5ka BP期间出现的减弱与在此期间热带印度洋西部快速增强的SST关系密切。模拟分析揭示了全新世期间西风区（我国西北地区）冬季降水/有效湿度持续增加的动力学原因。在轨道尺度上，全新世以来中高纬冬季太阳辐射及其经向梯度逐渐增强引起的西风强度增加导致的中亚内陆区水汽输送增多和海陆热力差异减弱导致的东亚季风减弱使得中亚内陆区冬季降水逐渐增加。