全新世亞洲季風(fēng)區(qū)與內(nèi)陸區(qū)濕度變化位相關(guān)系及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制.pdf

1、亞洲氣候在空間上存在顯著的差異，大致可以劃分為亞洲季風(fēng)控制的濕潤(rùn)區(qū)和西風(fēng)環(huán)流影響的亞洲內(nèi)陸區(qū)(主要為干旱區(qū))。在時(shí)間演化上，這兩個(gè)區(qū)域的氣候變化也存在明顯的差異。在過(guò)去幾十年溫室氣體驅(qū)動(dòng)的全球變暖背景下，亞洲夏季風(fēng)強(qiáng)度持續(xù)減弱，尤其是在東亞夏季風(fēng)控制的中國(guó)華北地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的干旱化，而在亞洲內(nèi)陸區(qū)卻出現(xiàn)由暖干向暖濕的轉(zhuǎn)型。亞洲季風(fēng)區(qū)與內(nèi)陸區(qū)干濕變化的時(shí)空差異在過(guò)去千年的百年時(shí)間尺度氣候變化中被進(jìn)一步證實(shí)。然而在全新世千年—軌道時(shí)間尺度上，

2、亞洲季風(fēng)區(qū)和內(nèi)陸區(qū)濕度變化的位相關(guān)系卻充滿(mǎn)爭(zhēng)議。亞洲內(nèi)陸區(qū)大范圍湖泊記錄的集成分析顯示它們具有錯(cuò)位相的變化關(guān)系，而亞洲內(nèi)陸核心區(qū)湖泊記錄的集成分析顯示它們具有反位相的變化關(guān)系，亞洲內(nèi)陸核心區(qū)的石筍氧同位素記錄卻顯示它們具有同位相的變化關(guān)系。近千年以來(lái)尤其是最近百年的氣候變化除受控于地球氣候系統(tǒng)自然規(guī)律外，還受到人類(lèi)活動(dòng)的嚴(yán)重干擾，更遠(yuǎn)的古氣候變化信息(如全新世以來(lái)的氣候變化)是研究氣候變化自然過(guò)程的基礎(chǔ)，是評(píng)估人類(lèi)活動(dòng)對(duì)氣候變化影響程度

3、的重要前提，并進(jìn)一步為預(yù)測(cè)未來(lái)氣候變化提供依據(jù)。鑒于此，本文利用氣候模式對(duì)全新世以來(lái)氣候的模擬及其與代用記錄的對(duì)比，探討全新世亞洲季風(fēng)區(qū)與內(nèi)陸區(qū)干濕變化的位相關(guān)系及其物理機(jī)制。全新世以來(lái)，不同代用記錄顯示印度夏季風(fēng)強(qiáng)度呈現(xiàn)一致的減弱趨勢(shì)，響應(yīng)持續(xù)減少的夏季太陽(yáng)輻射。東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度的變化在不同代用記錄間存在一些差異，石筍氧同位素顯示東亞夏季風(fēng)自早全新世以來(lái)持續(xù)減弱，而湖泊和黃土等代用記錄卻顯示早全新世東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度弱于中全新世。但總體來(lái)說(shuō)

4、，東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度受控于夏季太陽(yáng)輻射的變化。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴亞洲內(nèi)陸西風(fēng)控制區(qū)和季風(fēng)區(qū)的范圍并非固定的，在早全新世，亞洲夏季風(fēng)非常強(qiáng)，赤道輻合帶位置明顯偏北，亞洲季風(fēng)區(qū)的范圍也明顯擴(kuò)大，而亞洲內(nèi)陸西風(fēng)控制區(qū)的范圍則相應(yīng)地縮小。隨著亞洲夏季風(fēng)的逐漸減弱，亞洲季風(fēng)區(qū)的范圍也逐漸縮小，而亞洲內(nèi)陸西風(fēng)控制區(qū)的范圍則逐漸擴(kuò)大。而目前的一些研究依據(jù)現(xiàn)代季風(fēng)邊界線劃分亞洲內(nèi)陸西風(fēng)控制區(qū)和季風(fēng)區(qū)的范圍，一些在早、中全新世受東亞夏季風(fēng)影響

5、的代用記錄被劃分到亞洲內(nèi)陸西風(fēng)控制區(qū)中，使得集成的亞洲內(nèi)陸西風(fēng)控制區(qū)的干濕演化歷史受到東亞夏季風(fēng)信號(hào)的干擾，表現(xiàn)為亞洲內(nèi)陸西風(fēng)控制區(qū)在中全新世最濕潤(rùn)，與東亞夏季風(fēng)演化歷史非常一致。⑵亞洲內(nèi)陸區(qū)(科桑洞)石筍氧同位素的指示意義與季風(fēng)區(qū)具有明顯的差異?，F(xiàn)代觀測(cè)記錄顯示亞洲內(nèi)陸區(qū)(科桑洞附近的烏魯木齊氣象站)降水δ18O在降水較多的夏季明顯偏重，這與季風(fēng)區(qū)的降水δ18O完全相反。進(jìn)一步分析顯示科桑洞(烏魯木齊氣象站)強(qiáng)降水的水汽主要來(lái)源于較近

6、的印度洋沿著青藏高原東部和河西走廊輸送，并在輸送過(guò)程中混入δ18O值非常偏重的局地蒸發(fā)水汽，降水δ18O值偏重，而弱降水的水汽主要來(lái)自北大西洋通過(guò)西風(fēng)環(huán)流輸送，同時(shí)混入δ18O值較偏輕的局地蒸發(fā)水汽，降水δ18O值偏輕，這與季風(fēng)區(qū)中“雨量效應(yīng)”影響的降水δ18O值變化(降水δ18O值與降水量顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系)完全相反。因此，科桑洞石筍δ18O自早全新世以來(lái)由偏輕逐漸變?yōu)槠乇硎緛喼迌?nèi)陸區(qū)由干旱逐漸變?yōu)闈駶?rùn)，與亞洲夏季風(fēng)降水變化完全相反而

7、非一致。⑶模擬結(jié)果顯示亞洲內(nèi)陸區(qū)冬、夏季降水在全新世逐漸增加，這與以上分析的代用記錄完全一致。亞洲內(nèi)陸區(qū)和季風(fēng)區(qū)濕度變化呈現(xiàn)完全相反的變化趨勢(shì)。⑷亞洲內(nèi)陸區(qū)夏季降水與 circumglobal teleconnection(CGT)型遙相關(guān)密切相關(guān)。CGT型遙相關(guān)主要由印度夏季風(fēng)激發(fā)，當(dāng)印度夏季風(fēng)較弱時(shí)，CGT型遙相關(guān)處于負(fù)位相，青藏高原東北部的西南風(fēng)減弱，青藏高原東部的印度季風(fēng)水汽較易被引導(dǎo)到亞洲內(nèi)陸區(qū)并形成強(qiáng)降水，反之則相反。CGT

8、型遙相關(guān)與亞洲夏季風(fēng)降水也有顯著的正相關(guān)關(guān)系。全新世以來(lái)，CGT型遙相關(guān)逐漸由正位相向負(fù)位相轉(zhuǎn)換，使得亞洲內(nèi)陸區(qū)降水逐漸增加而季風(fēng)區(qū)降水逐漸減少。因此，CGT型遙相關(guān)很可能是亞洲內(nèi)陸區(qū)和季風(fēng)區(qū)濕度變化反位相關(guān)系而石筍δ18O值變化同位相關(guān)系的重要原因。CGT型遙相關(guān)主要受夏季太陽(yáng)輻射、印度夏季風(fēng)、印—太暖池海溫和北大西洋海溫的影響，從而可以將亞洲季風(fēng)區(qū)和內(nèi)陸區(qū)的氣候變化與全球氣候變化相聯(lián)系。⑸冬季降水對(duì)全新世亞洲內(nèi)陸區(qū)的干濕變化有很重要

9、的貢獻(xiàn)，它主要受西風(fēng)強(qiáng)度、上游(北大西洋、地中海、里海和黑海)水汽含量和東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度的影響。西風(fēng)強(qiáng)度則與中高緯溫度梯度密切相關(guān)，從而受到中緯度太陽(yáng)輻射梯度的控制；上游水汽含量與氣溫影響的蒸發(fā)強(qiáng)度密切相關(guān)，從而受到中緯度太陽(yáng)輻射的控制；東亞冬季風(fēng)與海陸熱力差異密切相關(guān)，從而也受中緯度太陽(yáng)輻射的控制。全新世以來(lái)，中緯度太陽(yáng)輻射及其梯度均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，導(dǎo)致亞洲內(nèi)陸區(qū)冬季降水逐漸增加。因此，軌道參數(shù)變化引起的太陽(yáng)輻射季節(jié)分配差異也是亞洲內(nèi)陸