北京大学物理学院闻新宇刘征宇等关于季风变化的成果发表在《自然·通讯》

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北大物理学院大气与海洋科学系闻新宇、刘征宇教授及其合作者的研究成果“Correlation and anti-correlation of the East Asian summer and winter monsoons during the last 21,000 years”近日发表在Nature Communications(《自然·通讯》)。他们使用先进的气候模式,系统地研究了古气候学界的一个经典问题:东亚冬季风与夏季风之间的相互关系。他们的研究结果澄清了长期以来在该问题上的不同认知,为近21,000年以来的东亚季风变化研究提供了模拟证据,并为预估未来全球变暖背景下的东亚季风变化提供了科学依据。

中国气候主要受季风系统影响。在经典气候学中,人们通常认为东亚夏季风与冬季风彼此呈负的相关关系,即夏季风强时冬季风弱,反之亦然。长期以来,这一未经充分证实的先验假设关系一直被用来解释东亚现代气候变化和古气候演化的诸多问题。近年来,随着几个“违反常识”的新观测证据的出现,气候学界迫切需要重新审视这一经典气候问题:东亚夏季风和冬季风真的是负相关吗?闻新宇、刘征宇及其合作者使用气候模式对末次冰盛期(约21,000年前)以来的气候演化进行全强迫连续模拟,再辅以4个单强迫敏感性试验(轨道强迫、淡水通量强迫、陆地冰盖强迫、和温室气体强迫)进行比对,从模拟试验的角度给出了截至目前对这一问题最为完整的回答。他们的结果表明,东亚季风主要在两种不同的物理机制作用下演化:1)在轨道尺度上(万年时间尺度),岁差强迫是主要因素,冬季风和夏季风呈正相关,即冬、夏季风同时变强(中国东部冬冷夏热,夏季降水偏多)或同时变弱(中国东部冬暖夏凉,夏季降水偏少),具体而言在早、中全新世时期,冬、夏季风同强,而在冰消期和全新世后期,冬、夏季风同弱;2)在冰消期快变的事件尺度上(千年尺度),北大西洋淡水通量是主要强迫,冬季风和夏季风呈现反向变化,每当一次北大西洋淡水注入后,冬季风加强,夏季风减弱,这在H1-BA-YD时期特别清楚。除此之外,东亚季风对陆地冰盖和温室气体强迫也有所反应,但处于次要地位。

总之,基于超长时间连续模拟试验的结果,闻新宇等认为冬季风和夏季风本质上并没有内在、必然的联系,只是在不同时间尺度上各自对多种外强迫有不同的响应机理而已。这一结论有助于增进人们对未来气候变化、特别是东亚季风的理解,有助于澄清古气候领域长久以来错误地使“冬、夏季风反向变化”用这一基本的假设;为东亚季风的超长时期变化研究提供了一个独立于重建资料、时空连续的参考标准。

20,000年来观测与模拟的东亚季风指数和相关物理参数的演化. (a)北半球45N的冬夏季太阳辐射;(b)北半球和南半球的淡水通量;(c)观测EASM指数(Wang, et al., 2001)(灰)、模拟EASM指数(定义见f)(红)、模拟d18O变化(蓝圈);(d)观测EAWM指数(Huang, et al. 2011)(灰)、模拟的海温梯度指数(蓝)、模拟东亚冬季风指数(定义见g)(红);(e) Yancheva et al. (2007) 观测东亚冬季风指数(灰)和模拟的按照Yancheva定义计算的东亚冬季风指数(红);(f)模式中东亚夏季风的气候态风场;(g)模式中东亚冬季风的气候态风场。

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标签:科研成果北京大学论文表现
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