全新世全球温度千年尺度变化的特征与成因分析

来源 :南京师范大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:AHUAYA
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本文利用通用气候系统模式第三版本(The Community Climate System Model version 3,简称CCSM3)模拟的过去21000年的气候模拟结果TraCE-21ka(Transient Climate Evolution of the last 21000 years,简称 TraCE-21ka)进行 了全新世千年尺度温度变化的研究。在验证模拟资料模拟性能的基础上,分析了全新世全球、北半球中高纬度地区(30°N-90°N)、热带地区(30°S-30°N)和南半球中高纬度地区(30°S-90°S)(下面将这三个区域简称为三个纬度带)的温度千年尺度的变化特征,以及这些地区温度在千年尺度变化上对单个因子的响应,并比较了不同单因子敏感性试验中温度千年变化的线性组合与全强迫试验中千年尺度温度变化曲线的相关关系,更好的认识了不同因子对于全新世千年尺度温度变化的影响。首先将TraCE-21ka全强迫试验中三个纬度带的温度序列与重建的温度序列进行对比,发现模式对全新世温度的模拟均处于重建结果的不确定性范围内;另外模式能够较好地模拟出重建资料中出现的全球7次千年尺度冷事件中的5次。因此认为TraCE-21ka资料对全新世温度千年尺度变化上的模拟结果较为合理,可以用于本文的研究。时间变化特征上,在模式验证的基础上,对全强迫试验中三个纬度带和全球平均的温度序列分别进行集合经验模态分解并提取千年尺度变化,发现北半球中高纬度地区的千年尺度变化是三个区域中幅度最大,热带地区千年尺度温度变化幅度最小,整个全球范围在12-8 ka BP(ka代表千年,Before Present,简称BP,Present为1950年)期间与北半球中高纬度地区的变化幅度类似,8-0 ka BP期间与南半球中高纬度变化幅度类似。三个区域及全球范围平均的温度序列均存在1000年的周期。另外,重建资料中南、北半球中高纬度地区的千年温度变化幅度大于模拟资料,热带地区的小于模拟资料。TraCE-21ka模拟结果与重建结果中所有地区均存在准1000年和1500年的周期。空间变化特征上,全球千年尺度温度变化的EOF(Empirical Orthogonal Function,简称EOF)主模态表现的特征为整个北半球和部分南太平洋地区以及南极大陆温度趋势一致,其中格陵兰岛以南的北大西洋部分的变化幅度最大。北半球中高纬度地区千年温度变化EOF主模态全区一致变化,格陵兰岛以南大西洋地区温度变化最大。热带地区温度变化EOF主模态表现为加勒比海,南美洲中部,印度半岛附近及南部印度洋和热带太平洋小部分区域变化一致,非洲以西大西洋区域和南美洲东部区域千年尺度温度变化最大。南半球中高纬度地区温度EOF主模态表现为30-60°S海洋大部分地区温度变化趋势一致,与其余地区的变化趋势相反,且越靠近南极大陆内部,温度变化幅度越大。不同单因子对于不同区域千年尺度上温度变化的影响不同。南、北半球中高纬度地区、热带地区和全球范围温度千年尺度变化幅度在12-6 ka BP期间对于淡水注入强迫的响应最大,在6-1 ka BP期间对轨道强迫的响应最大,1-0 ka BP期间对于温室气体强迫的响应最大。全球范围千年尺度温度变化在全强迫试验与轨道、冰盖敏感性试验均具有1000年的周期,全强迫试验与轨道、淡水注入、冰盖敏感性试验均具有1500年的周期。北半球中高纬度地区,全强迫试验与轨道和冰盖敏感性试验均具有1000年的周期,与淡水注入均有1200年的周期;与轨道和冰盖敏感性试验均具有1500年的周期。热带地区,全强迫试验与温室气体、轨道强迫敏感性试验均具有1000的周期,与4个单因子敏感性试验均具有1200年的周期,与温室气体、轨道、冰盖敏感性试验均具有1500年的周期。南半球中高纬度地区,全强迫试验与温室气体敏感性试验均具有1000年的周期,与轨道、淡水注入、冰盖敏感性试验均具有1200和1700年的周期。在全强迫试验中的千年尺度温度变化与单因子试验中千年尺度温度变化的线性组合的关系中,全球范围的千年尺度温度变化与温室气体、轨道强迫的线性组合相关性最高。北半球中高纬度地区千年尺度温度变化与轨道、淡水注入和温室气体强迫三者的线性组合相关性最高,因此我们认为北半球中高纬温度在千年尺度上的变化受这三个因子的影响最大;热带地区,千年尺度温度变化与温室气体和淡水注入强迫线性组合的相关性最高,受这两个因子的影响最大;南半球中高纬度地区,千年尺度温度变化与单因子试验中千年温度变化的线性组合相关系数均很低,因此南半球的千年尺度温度变化受到单因子的影响是非线性的。空间关系上,全强迫试验中,全新世北半球中高纬度地区和热带地区温度千年尺度温度变化的EOF第一模态与淡水注入试验中同一区域的千年尺度EOF第一模态最为相似,说明北半球中高纬度及热带地区空间上千年尺度变化受淡水注入影响较大。全新世南半球中高纬度地区的温度千年尺度变化EOF第一模态与冰盖单因子试验中的温度千年尺度变化EOF第一模态最为类似,南半球中高纬度地区空间上千年尺度变化受冰盖影响较大。从全球整体范围上来看,温度千年尺度变化的EOF第一模态与淡水注入敏感性试验中的EOF第一模态与之最为类似,全球空间上的千年尺度变化受淡水注入影响较大。
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