付恒等-GPC：東亞夏季風與北半球夏季溫度百年尺度變化的關系

地質歷史時期軌道長尺度古氣候研究表明，東亞夏季風與北半球夏季溫度變化的關系是冰期（冷期）東亞夏季風弱，而間冰期（暖期）東亞夏季風強。然而，由于受到長尺度氣候代用記錄分辨率不高以及氣候儀器觀測記錄太短的限制，百年短尺度東亞夏季風與北半球夏季溫度變化的關系至今仍不清楚。最近公布的過去一千年氣候模式模擬結果，以及東亞夏季風和北半球夏季溫度變化的集成序列為回答這一問題提供了機遇。

中國科學院地質與地球物理研究所新生代地質與環境重點實驗室付恒碩士研究生、史鋒副研究員、郭正堂院士以及中國科學院大氣研究所滿文敏副研究員和南京信息工程大學李娟教授合作，通過最近一千年數值模擬試驗和代用指標集成序列相結合，探討了最近一千年東亞夏季風與北半球夏季溫度百年尺度變化的關系。

模擬結果顯示，最近一千年東亞夏季風指數與北半球夏季溫度變化在百年尺度呈顯著的負相關關系，即北半球夏季溫度偏高時東亞夏季風偏弱，反之亦然。另外，在20世紀東亞夏季風與北半球夏季溫度也呈現出百年反向變化趨勢（圖1）。這一結果得到了東亞夏季風和北半球夏季溫度變化的集成序列的驗證。然而，未來溫室氣體高排放情景下的預估結果顯示，東亞夏季風和北半球夏季溫度在未來百年呈同向上升趨勢。

圖1 CESM-LME的4個具有未來溫室氣體高排放情景下的全強迫試驗集合平均的東亞夏季風指數和北半球夏季溫度。（a）時間序列經過101年Lanczos低通濾波器處理；（b–c）年分辨率的時間序列，直線代表百年趨勢

分析東亞夏季風降水變化空間模態，發現在20世紀以前，中國東部降水模態呈現偶極子或單極子交替變化。相比之下，20世紀（現代暖期）表現為偶極子模態，而21世紀則轉變成單極子模態（圖2）。已有研究表明，單極子和偶極子降水模態轉換分別受到印太暖池和西北太平洋海面溫度異常變化的調節。

圖2 10世紀至21世紀東亞夏季風降水空間模態特征（利用降水和850hpa位勢高度的聯合經驗正交函數分解來表征東亞夏季風空間主要模態）。紅框（25°–40°N，106°–123°E）表示我國東部的降水區域

進一步定量化評估外強迫和內部變率對東亞夏季風百年尺度變化的相對貢獻，結果表明盡管外強迫對東亞夏季風百年際變化有影響，但其影響程度相對有限；相比之下，內部變率的貢獻更大，其中太平洋年代際振蕩的作用尤為突出（圖3）。已有研究表明，太平洋年代際振蕩會影響熱帶印度洋和太平洋海區的海表溫度，通過東亞-太平洋型遙相關，影響東亞夏季風的變化。

圖3?各種因素對東亞夏季風百年際變化的相對貢獻。（a）兩組模擬成員中各種因素的相對貢獻；（b）兩組模擬成員中外強迫和內部變率的相對貢獻；（c）所有模擬結果成員中東亞夏季風變化與各驅動因子的相關性熱圖

上述研究聚焦于間冰期相對溫暖的最近一千年間，發現東亞夏季風與北半球夏季溫度在百年尺度呈現反向變化關系，主要受氣候系統內部變率調控。那么，在冰期相對寒冷的氣候條件下，這種關系是否會發生改變？此外，東亞夏季風與北半球夏季溫度的反相關關系在千年尺度上是否會持續存在？機制是什么？為了回答這些問題，需要在過去地質歷史時期尋找答案。

研究成果發表于國際學術期刊GPC。（Fu H, Shi F*, Liu W, Xue H H, Man W M, Li J, Guo Z T. Tracing the Centennial Variation of East Asian Summer Monsoon[J]. Global and Planetary Change, 2024, 238:104464. DOI: 10.1016/j.gloplacha.2024.104464）

編輯：萬鵬