末次间冰期全球气候瞬变模拟与平衡态模拟的对比研究

采用水平分辨率约1°的地球系统模式CESM,本研究开展了末次间冰期129~124 ka的瞬变模拟试验(TGCS-LIG)和127 ka的平衡态切片模拟试验(127ka-LIG),量化了数值试验方案对模拟的末次间冰期全球气候的影响,以期加深理解造成模拟结果与重建数据之间分歧的可能原因。TGCS-LIG试验和127ka-LIG试验均表明:末次间冰期全球年平均温度较工业革命前低,降温幅度分别为0.4℃和0.2℃;在夏季,北半球升温(1.2/1.5℃),而南半球降温(0.9/0.7℃)。就年降水而言,末次间冰期北半球季风区降水增加,南半球季风区降水减少,但存在显著的区域差异。与重建数据相比,TGCS-LIG试验和127ka-LIG试验的模拟-数据符号一致性与均方根误差均相近,但127ka-LIG试验模拟效果略好。TGCS-LIG试验与重建的全球年平均(夏季)海温符号一致性为34.9%~44.7%(36.8%~42.5%),较127ka-LIG偏差约2%~4%(约5%~7%);均方根误差为2.9~3.2℃(2.9~3.4℃),较127ka-LIG试验偏差小于约0.1℃。对于全球年平均降水,TGCS-LIG试验与重建数据的符号一致性为63.8%,略高于127ka-LIG试验(63.1%)。相较于模拟和重建之间的绝对偏差而言,数值试验方案对于改进两者分歧的作用十分有限。需要注意的是,TGCS-LIG试验表明:末次间冰期全球关键气候模态的年际变率在129~124 ka间存在显著的内部变化,其中ENSO年际变率随时间逐渐增强,北半球环状模与南半球环状模的年际变率呈现千年尺度波动的特征;而127ka-LIG试验无法刻画气候模态的时间演变特征。总之,本文研究结果表明,采用平衡模拟试验或是瞬变模拟试验并不是造成末次间冰期模拟-数据分歧的主要原因,但开展高时空分辨率的瞬变模拟试验对研究末次间冰期气候变率具有重要的科学价值。

全新世北半球中纬度降水变化对不同外强迫响应的模拟研究

北半球中纬度(30°~50°N)降水变化一直是当今社会关注的热点。文章基于重建资料、气候系统模式CCSM开展的TraCE-21 ka瞬变试验和地球系统模式CESM完成的NNU-12k瞬变加速气候模拟试验结果,探讨了全新世以来中纬度降水变化趋势及其对外强迫的响应。结果表明:全新世以来重建的中纬度降水呈增加趋势,在距今10~7 ka,TraCE-21 ka全强迫试验模拟出了这一趋势,主要受陆地冰盖衰退、淡水注入和轨道参数(ORB)的共同影响。在7~0 ka,NNU-12k的ORB试验与重建的降水增加趋势一致,但主要集中在海洋地区。两个模式均模拟出了欧亚大陆中纬度地区比北美大陆干燥的趋势特点,并发现是ORB的作用引起的;而温室气体(GHGs)主要对欧亚大陆降水增强有所贡献,但不能抵消ORB的负贡献。然而,模拟的中纬度降水对全新世以来ORB、GHGs的响应存在模式依赖性,这是今后重建-模拟资料对比时需要考虑的重要因素。