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全新世中国北方季风降水“滞后”日射变化的模拟研究

批准号:
42105046
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
施健
依托单位:
学科分类:
古气候模拟与动力学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
施健

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
在亚轨道-轨道尺度上,北半球夏季日射是东亚夏季风(EASM)变化的主要驱动力。然而重建资料揭示,在全新世,反映EASM变化的中国北方季风降水峰值出现在全新世中期左右,明显滞后北半球夏季日射峰值3~4ka。研究该“滞后”问题有利于全面认识古东亚季风的驱动机制,具有重要科学价值。以往研究多关注全新世早期北半球冰盖的作用。现代观测表明中国季风雨带存在季节内的南北推进,中国北方季风降水集中在后夏。因此,在全新世,中国北方季风降水可能主要受北半球后夏日射驱动,而非夏季平均日射,这可能是造成上述“滞后”问题的重要原因之一,但目前研究较少涉及。此外,冰盖与日射对全新世中国北方季风降水变化的相对贡献如何也尚不清楚。因此,本项目将利用数值模式并结合地质记录,研究全新世中国北方季风降水的主导日射及其响应机制,探讨北半球冰盖对中国北方降水的影响及机理。两者相结合,为深入理解全新世东亚季风的驱动机制提供参考。
英文摘要
The boreal summer solar insolation is the main driver of the East Asian summer monsoon (EASM) at orbital-suborbital scale. During the Holocene, multi-resource proxies indicated that the EASM precipitation over North China peaked at middle Holocene (~6 ka BP), which apparently lagged the boreal summer insolation by 3-4 kyr. Understanding of such “lead-lag” phase relationship could deepen our knowledge of the EASM variation and possible drivers during the Holocene. Previous studies focused on the role of high-latitude ice sheets over North Hemisphere during the early Holocene. It should be noted that, based on modern observations, the North China monsoonal precipitation concentrates in July-August. Therefore, we suggest that the North China monsoonal precipitation may be regulated by the variation of late summer insolation rather than the summer mean insolation during the Holocene, thus exhibiting the seeming“lag” between the monsoonal precipitation over North China and summer insolation. This mechanism, however, has been seldom mentioned in literature until now. Furthermore, the relative roles of ice sheets and insolation on precipitation remain unclear. Therefore, we plan to use climate models to investigate the variation of the EASM precipitation over North China and its dominant insolation as well as the role of ice sheets, which may help to explain the “lead-lag” monsoonal precipitation-insolation relationship.
全新世(距今约1万年前)里,由于地球公转轨道的变化,地球受到的夏季日射逐渐减少。地质记录指示全新世中国季风降水发现了显著变化,其中中国北方降水的峰值出现在全新世中期,“滞后”于日射变化;而南方降水则呈现出逐渐减少的趋势,与日射变化无明显的相位差。即东亚季风降水“穿时性”问题。本项目聚焦于中国季风降水与日射变化的关系,利用数值模拟对这一现象背后的物理机制以及主要驱动因子进行了深入分析,取得了若干成果。.项目基于公开的TraCE-21ka古气候模拟数据,分析了全新世中国季风降水在北方和南方的峰值出现时间的差异。模拟结果表明,中国北方季风降水峰值出现在全新世早期,而南方季风降水的峰值出现在全新世晚期,两者的演变均由动力因素即季风环流导致,热力项的贡献较少。物理机制是全新世早期日射增强使得季风增强,更多水汽向北输送,导致北涝南旱的格局,而晚期则相反,最终形成了中国北方和南方季风降水峰值出现时间呈现差异。.TraCE-21ka模拟的大气水平分辨率仅为3°左右,对东亚降水的模拟能力有限。进一步利用高分辨AWI-CM3试验探讨了全新世季风降水峰值出现时间与日射的位相关系。研究表明AWI-CM3对东亚季风降水的模拟能力优秀,超过大部分CMIP6模式,且分辨率越高模拟效果越好。基于AWI-CM3的TCo95分辨率(~0.9°)版本,我们设计了全新世轨道加速模拟试验。结果显示,中国北方降水的峰值出现在全新世早期,而南方降水的峰值出现在全新世中期,后者与日射变化大约有3~4ka的相位差。这一结果与TraCE-21ka模拟有显著差异,分析表明西太平洋副热带高压的经向位置变化起到了决定性作用。全新世早期日射变化由岁差主导、中期由岁差和斜率共同主导,使得两个时期日射变化的经向梯度截然不同,西太副高在前一个时期显著西扩北移、后一个时期无显著北移,导致了不同的季风降水变化格局,造成了与日射变化的不同位相关系。
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