亚洲夏季风对生存有数十亿人的亚洲生态系统、生物多样性、农业生产和工业活动有着严重影响。了解ASM的时空变迁及相关动力学过程对陆地生态系统、水资源、森林和景观至关重要。近几十年来,器测记录显示ASM强度一直在减弱,但这一趋势的起源和动态过程尚不清楚。

中国科学院地球环境研究所刘禹研究员等通过对内蒙古东部喀喇沁树木年轮的研究,重建了当地公元1771~2008
年上年8月至当年7月的降水量,该重建在某种程度上反映了东亚季风的年降水变化历史。在年代际尺度上,重建序列与赤峰-围场的树轮降水重建序列可进行良好对比,同时也与赤峰地区的历史文献记录的旱涝指数也有着较为一致的变化趋势。功率谱分析检测出重建年降水序列含有120,
80,8, 2.42,2.11, 2.09,2.07和 2.02 a 等准周期。

定量重建末次冰消期以来的高分辨率气候变化是国际古气候变化研究的热点之一。青藏高原东北季风边缘区是全球气候变化的敏感地区,也是低纬度季风环流和中高纬度西风环流相互作用的典型区域。第四纪更新世晚冰期和全新世期间西风、夏季风环流的强弱波动可以导致该地区降水、湿度发生显著变化,因此是研究过去气候变化中快速干旱事件和深化对我国晚第四纪以来气候变化模式认识的理想区域。近年来,国内外许多学者对青藏高原东北缘的青海湖盆地和共和盆地的古气候变化开展了大量的工作,但这些研究主要集中在全新世时段,且研究结果之间还存在较大的争议和不确定性。迄今为止,该地区仍然缺乏能够完整地覆盖末次冰消期和全新世的高分辨率降水量演化序列。

本研究集成位于ASM活动边缘带十个对降水敏感的研究点的树轮资料,重建了一条反映过去448年ASM强度变化的降水序列。与以前的研究相比,其重要性不仅体现在具有更高的重建解释方差,还体现在具有更宽广的空间场,能直接代表ASM强度的变化。重建的ASM序列再现了许多由弱/强ASM引发的、已知的历史极端气候事件。历史上严重旱灾和蝗灾灾害均与弱季风时期相关联。特别是发现在过去448年中前所未有的、最为强烈的、显著的持续80多年的ASM强度下降趋势。这个下降趋势与受温室效应影响ASM应该增强的预期大相庭径。

该成果发表于科学通报:

中国科学院地球环境研究所孢粉与热带气候变化研究团队李建勇博士、John
Dodson教授、晏宏研究员与其他合作者,基于已发表的青海湖和达连海孢粉记录,通过建立多种孢粉-降水量转换模型,定量集成重建了该地区过去18000年以来的高分辨率降水和植被变化序列。结果显示,末次冰消期时段以草原植被为主,气候变化不稳定,导致降水波动幅度较大;全新世中期为山地针阔叶混交林,且降水达到最高值,然后逐渐下降到今天。该地区还出现多次强烈的全球性干旱事件,过去降水变化的驱动机制,可能与太阳辐射引起的北半球高纬西风环流和低纬季风环流的强弱变化有关,体现了不同地理区域之间气候变化的高度关联性。

目前,只有模拟是识别造成ASM下降原因的唯一方法。为此科研人员进行了两组耦合气候模型实验:人为增加气溶胶和无气溶胶之外的其他所有外部强迫。二组结果定量比较表明,在1934-2013年的80年内,人为气溶胶的增加在ASM减弱过程中起到了决定性作用,它抵消了温室气体增加导致的ASM增强效应。即北半球人为硫酸盐气溶胶排放量的增加可能是导致近80年来ASM减弱的主要因素,与树轮实际记录的下降趋势一致。而此前,在没有人为气溶胶排放的历史时期,PDO和NAO等其他因素可能对ASM减弱/增强产生影响。

Liu Yu, Wang Caiyong, Hao Wenjun, Song Huiming, Cai Qiufang, Tian Hua,
Sun Bo, Hans W. Linderholm, Tree-ring-based annual precipitation
reconstruction in Kalaqin, Inner Mongolia for the last 238 years,
Chinese Science Bulletin, 56 , 2995–3002.

这一研究成果最近发表于国际知名气候学刊物《Journal of Geophysical
Research: Atmospheres》上,详见Li, J.Y., Dodson, J., Hong, Y. et
al., 2017. Quantitative precipitation estimates for the northeastern
Qinghai-Tibetan Plateau over the last 18,000 years. Journal of
Geophysical Research: Atmospheres
, DOI: 10.1002/2016JD026333.

预计这条ASM时间序列将在了解季风活动边缘带过去气候变化、研究当前气候变化检测和归因、评估人为强迫和预测未来气候变化等方面起到重要作用。

刘禹,王财勇, 郝文俊, 宋慧明, 蔡秋芳, 田华, 孙铂, Hans W. Linderholm,
利用树轮宽度重建过去238年来内蒙古喀喇沁年降水量, 科学通报, 56 ,
2052–2059.

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