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《南京信息工程大学》 2018年
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TraCE-21ka模拟的误差评估及对其东亚夏季风演变的模拟改进

于天雷  
【摘要】:地质代用资料分析和数值模拟是研究古气候的两种方法,二者结合能有效推进我们对古气候的认识。TraCE-21ka是首个使用全耦合模式对过去两万一千年气候演变的瞬变模拟,它能较好地再现某些地区地质资料反演的气候变化,进而解释古气候演变的机理。但将TraCE-21ka与我国丰富的地质记录比对时难度较大,限制了它在东亚季风区的施用。本文使用现代观测资料、末次冰盛期与全新世最适宜期重建的冻土资料评估了TraCE-21ka的误差,并对其进行订正以增加其对东亚夏季风演变的再现能力。主要结论如下:(1)TraCE-21ka能够较好地模拟现代大尺度环流和降水的空间形态,东亚地区冬季模拟较好但夏季欠佳。TraCE-21ka现代时期北半球平均温度比观测冷3-4℃。其现代温度误差与末次冰盛期至现代变温的比例在东亚较显著,暗示TraCE-21ka模拟的东亚季风演变的信度较低。历史时期,冻土资料指示TraCE-21ka模拟的亚欧大陆在末次冰盛期偏暖、全新世最适宜期偏冷,根据连续冻土边界的年均表面温度约为-7℃可定量评估出模拟的亚欧大陆中纬地区从末次冰盛期至现代的升温幅度约为真实气候的38%。(2)针对TraCE-21ka现代温度误差的分析表明,海温贡献了北半球总误差的50-60%,季节差异不明显。海冰与植被分别在冬季和夏季显著影响北半球温度,年均贡献都在16%左右。TraCE-21ka现代时期北半球偏冷的主要原因在于TraCE-21ka模拟的末次冰盛期至现代升温幅度偏小,而升温幅度偏小源于模式的瞬变敏感性偏低,所造成的变温误差会随积分累计。(3)TraCE-21ka模拟的东亚夏季风北边界与地质资料重建的干旱/半干旱区边界的比对表明TraCE-21ka正确地再现了东亚夏季风在轨道尺度上的变化方向,但低估了其变化幅度。为此我们使用现代观测资料和历史特征时期的连续冻土边界对TraCE-21ka的气象要素场进行了订正,订正过程结合了 TraCE-21ka的现代误差和历史特征时期到现代的气候变化,以连续冻土边界的年均温等于-7℃为标定。订正增大了气候变化的幅度,提高了 TraCE-21ka对东亚夏季风演变的再现能力。(4)植被反馈能够增大气候的变幅,在PIMP3的末次冰盛期模拟中,使用越真实植被处理方式的模式所模拟的亚欧大陆中高纬地区相对于PI时期的冷异常幅度越大。对于东亚夏季风,植被反馈使末次冰盛期(全新世中期)中国北方降水减少(增多),南方降水减少(增多),即增大东亚夏季降水在轨道尺度上的变幅。(5)在对植被反馈作用的理解基础上,我们使用初步订正的温度和降水订正TraCE-21ka的植被,再将订正的植被用做大气模式的下垫面对TraCE-21ka的末次冰盛期和全新世中期进行了二次订正。再订正使连续冻土边界的年均温更接近-7℃,且改善了末次冰盛期东亚夏季风的模拟。TraCE-21ka初步订正与再订正资料可用来与地质资料比对,具有潜在的使用价值。
【学位授予单位】:南京信息工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:P425.42

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