地質(zhì)歷史時期軌道長尺度古氣候研究表明，東亞夏季風(fēng)與北半球夏季溫度變化的關(guān)系是冰期（冷期）東亞夏季風(fēng)弱，而間冰期（暖期）東亞夏季風(fēng)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(fēng)與北半球夏季溫度變化的關(guān)系至今仍不清楚。最近公布的過去一千年氣候模式模擬結(jié)果，以及東亞夏季風(fēng)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(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所新生代地質(zhì)與環(huán)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(xué)院大氣研究所滿文敏副研究員和南京信息工程大學(xué)李娟教授合作，通過最近一千年數(shù)值模擬試驗和代用指標集成序列相結(jié)合，探討了最近一千年東亞夏季風(fēng)與北半球夏季溫度百年尺度變化的關(guān)系。

模擬結(jié)果顯示，最近一千年東亞夏季風(fēng)指數(shù)與北半球夏季溫度變化在百年尺度呈顯著的負相關(guān)關(guān)系，即北半球夏季溫度偏高時東亞夏季風(fēng)偏弱，反之亦然。另外，在20世紀東亞夏季風(fēng)與北半球夏季溫度也呈現(xiàn)出百年反向變化趨勢（圖1）。這一結(jié)果得到了東亞夏季風(fēng)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(yù)估結(jié)果顯示，東亞夏季風(fēng)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(fēng)指數(shù)和北半球夏季溫度。（a）時間序列經(jīng)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(fēng)降水變化空間模態(tài)，發(fā)現(xiàn)在20世紀以前，中國東部降水模態(tài)呈現(xiàn)偶極子或單極子交替變化。相比之下，20世紀（現(xiàn)代暖期）表現(xiàn)為偶極子模態(tài)，而21世紀則轉(zhuǎn)變成單極子模態(tài)（圖2）。已有研究表明，單極子和偶極子降水模態(tài)轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)。

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

進一步定量化評估外強迫和內(nèi)部變率對東亞夏季風(fēng)百年尺度變化的相對貢獻，結(jié)果表明盡管外強迫對東亞夏季風(fēng)百年際變化有影響，但其影響程度相對有限；相比之下，內(nèi)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(qū)的海表溫度，通過東亞-太平洋型遙相關(guān)，影響東亞夏季風(fēng)的變化。

圖3?各種因素對東亞夏季風(fēng)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(nèi)部變率的相對貢獻；（c）所有模擬結(jié)果成員中東亞夏季風(fēng)變化與各驅(qū)動因子的相關(guān)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(fā)現(xiàn)東亞夏季風(fēng)與北半球夏季溫度在百年尺度呈現(xiàn)反向變化關(guān)系，主要受氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率調(diào)控。那么，在冰期相對寒冷的氣候條件下，這種關(guān)系是否會發(fā)生改變？此外，東亞夏季風(fēng)與北半球夏季溫度的反相關(guān)關(guān)系在千年尺度上是否會持續(xù)存在？機制是什么？為了回答這些問題，需要在過去地質(zhì)歷史時期尋找答案。

研究成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)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