全新世亚洲季风区与内陆区湿度变化位相关系及其驱动机制

发布时间：2018-11-24 09:52

【摘要】：亚洲气候在空间上存在显著的差异,大致可以划分为亚洲季风控制的湿润区和西风环流影响的亚洲内陆区(主要为干旱区)。在时间演化上,这两个区域的气候变化也存在明显的差异。在过去几十年温室气体驱动的全球变暖背景下,亚洲夏季风强度持续减弱,尤其是在东亚夏季风控制的中国华北地区出现严重的干旱化,而在亚洲内陆区却出现由暖干向暖湿的转型。亚洲季风区与内陆区干湿变化的时空差异在过去千年的百年时间尺度气候变化中被进一步证实。然而在全新世千年—轨道时间尺度上,亚洲季风区和内陆区湿度变化的位相关系却充满争议。亚洲内陆区大范围湖泊记录的集成分析显示它们具有错位相的变化关系,而亚洲内陆核心区湖泊记录的集成分析显示它们具有反位相的变化关系,亚洲内陆核心区的石笋氧同位素记录却显示它们具有同位相的变化关系。近千年以来尤其是最近百年的气候变化除受控于地球气候系统自然规律外,还受到人类活动的严重干扰,更远的古气候变化信息(如全新世以来的气候变化)是研究气候变化自然过程的基础,是评估人类活动对气候变化影响程度的重要前提,并进一步为预测未来气候变化提供依据。鉴于此,本文利用气候模式对全新世以来气候的模拟及其与代用记录的对比,探讨全新世亚洲季风区与内陆区干湿变化的位相关系及其物理机制。全新世以来,不同代用记录显示印度夏季风强度呈现一致的减弱趋势,响应持续减少的夏季太阳辐射。东亚夏季风强度的变化在不同代用记录间存在一些差异,石笋氧同位素显示东亚夏季风自早全新世以来持续减弱,而湖泊和黄土等代用记录却显示早全新世东亚夏季风强度弱于中全新世。但总体来说,东亚夏季风强度受控于夏季太阳辐射的变化。针对全新世亚洲内陆区演化模态存在的争议,本文利用气象观测资料、再分析资料和全新世气候模拟结果对不同代用记录的指示意义进行再分析,并重新做出解释。1、亚洲内陆西风控制区和季风区的范围并非固定的,在早全新世,亚洲夏季风非常强,赤道辐合带位置明显偏北,亚洲季风区的范围也明显扩大,而亚洲内陆西风控制区的范围则相应地缩小。随着亚洲夏季风的逐渐减弱,亚洲季风区的范围也逐渐缩小,而亚洲内陆西风控制区的范围则逐渐扩大。而目前的一些研究依据现代季风边界线划分亚洲内陆西风控制区和季风区的范围,一些在早、中全新世受东亚夏季风影响的代用记录被划分到亚洲内陆西风控制区中,使得集成的亚洲内陆西风控制区的干湿演化历史受到东亚夏季风信号的干扰,表现为亚洲内陆西风控制区在中全新世最湿润,与东亚夏季风演化历史非常一致。2、亚洲内陆区(科桑洞)石笋氧同位素的指示意义与季风区具有明显的差异。现代观测记录显示亚洲内陆区(科桑洞附近的乌鲁木齐气象站)降水δ18O在降水较多的夏季明显偏重,这与季风区的降水δ18O完全相反。进一步分析显示科桑洞(乌鲁木齐气象站)强降水的水汽主要来源于较近的印度洋沿着青藏高原东部和河西走廊输送,并在输送过程中混入δ18O值非常偏重的局地蒸发水汽,降水δ18O值偏重,而弱降水的水汽主要来自北大西洋通过西风环流输送,同时混入δ18O值较偏轻的局地蒸发水汽,降水δ18O值偏轻,这与季风区中“雨量效应”影响的降水δ18O值变化(降水δ18O值与降水量显著的负相关关系)完全相反。因此,科桑洞石笋δ18O自早全新世以来由偏轻逐渐变为偏重表示亚洲内陆区由干旱逐渐变为湿润,与亚洲夏季风降水变化完全相反而非一致。3、模拟结果显示亚洲内陆区冬、夏季降水在全新世逐渐增加,这与以上分析的代用记录完全一致。亚洲内陆区和季风区湿度变化呈现完全相反的变化趋势。本文进一步研究了亚洲季风区和内陆区湿度变化呈反位相关系的物理机制。亚洲内陆区夏季降水与circumglobal teleconnection(CGT)型遥相关密切相关。CGT型遥相关主要由印度夏季风激发,当印度夏季风较弱时,CGT型遥相关处于负位相,青藏高原东北部的西南风减弱,青藏高原东部的印度季风水汽较易被引导到亚洲内陆区并形成强降水,反之则相反。CGT型遥相关与亚洲夏季风降水也有显著的正相关关系。全新世以来,CGT型遥相关逐渐由正位相向负位相转换,使得亚洲内陆区降水逐渐增加而季风区降水逐渐减少。因此,CGT型遥相关很可能是亚洲内陆区和季风区湿度变化反位相关系而石笋δ18O值变化同位相关系的重要原因。CGT型遥相关主要受夏季太阳辐射、印度夏季风、印—太暖池海温和北大西洋海温的影响,从而可以将亚洲季风区和内陆区的气候变化与全球气候变化相联系。冬季降水对全新世亚洲内陆区的干湿变化有很重要的贡献,它主要受西风强度、上游(北大西洋、地中海、里海和黑海)水汽含量和东亚冬季风强度的影响。西风强度则与中高纬温度梯度密切相关,从而受到中纬度太阳辐射梯度的控制;上游水汽含量与气温影响的蒸发强度密切相关,从而受到中纬度太阳辐射的控制;东亚冬季风与海陆热力差异密切相关,从而也受中纬度太阳辐射的控制。全新世以来,中纬度太阳辐射及其梯度均呈现增加的趋势,导致亚洲内陆区冬季降水逐渐增加。因此,轨道参数变化引起的太阳辐射季节分配差异也是亚洲内陆区和季风区湿度变化反位相关系的一个重要原因。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P532

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本文编号：2353218