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过去千年北极放大效应及其多年代际变化机制研究获进展

  观测数据、再分析资料和模式模拟均显示全球气温在过去几十年持续升高,北极的升温速率大约是全球平均升温速率的2倍,即北极放大效应(Arctic amplification)。有关北极放大及其驱动机制是目前极地气候学的一个研究热点和前沿,受到了学界广泛关注。目前,学界对北极放大的认知主要局限在过去几十年其在季节、年际上的变化。北极放大在更长时间尺度上是如何变化的?其年代际或多年代际变化特征和驱动机制是什么?自然驱动和人为驱动的相对贡献分别有多少?目前还缺乏相关认知。 

  过去千年是当前气候变化的背景,包含了气候系统从月到百年的变化周期。因此,从科学意义上来看,过去千年是研究北极放大的理想时间段,不但有助于认识当前北极放大所处的历史背景和地位,还将有助于理解该效应的多年代际变化特征以及厘清在自然变率和人为影响下北极放大的驱动机制。 

  中国科学院西北生态环境资源研究院、中科院青藏高原研究所、瑞典伦德大学、瑞典哥德堡大学等研究人员,借助能最优融合记录和模式的古气候数据同化方法,通过同化北半球树轮、冰芯、湖泊沉积物等气候代用资料,重建了北半球、过去千年、逐年、空间分辨率的年均气温格网化数据。该重建数据和格网化观测数据以及多条基于多源代用资料重建的北半球气温序列之间具有很好的时空一致性。以重建的过去千年北半球气温格网化数据为基础,研究人员进一步重建了世界上首条过去千年北极放大指数序列。 

  研究表明,不管是多模式模拟结果还是古气候数据同化结果,北极放大指数在过去千年均呈现显著的下降趋势(p < 0.001)(图1)。在千年尺度、多年代际变化上,北极放大和大西洋多年代际涛动(AMO)、温室气体(GHGs)之间具有显著相关性(p < 0.001)且这两个因子能解释北极放大变化的大部分驱动来源(图2)。北极放大变化和其他因子【太平洋年代际涛动(PDO)、北大西洋涛动(NAO)、厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)、北极海冰范围、太阳活动、火山活动】之间在上述时间尺度上没有显著的相关性。工业时代前,北极放大的多年代际变化主要受AMO主导;在工业时代,北极放大的多年代际变化受GHGs和AMO双重主导,且GHGs浓度升高会显著弱化由AMO所调控的北极放大强度。此外,现有研究所指的北极放大效应,通常是指北极增温幅度大于中低纬度地区。而该研究表明在小冰期(~1550-1850 AD)北极变冷的幅度明显大于中低纬度变冷的幅度,北极放大效应在人类强迫很弱甚至人类强迫几乎可以忽略不记的时期依然表现得很明显。 

  该研究把当前学界对北极放大效应研究的视野从过去几十年延伸到了过去千年,把对北极放大效应研究的时间尺度从季节、年际扩展到了多年代际,并且从主要受自然因素影响和自然-人为双重因素影响的角度出发,阐明了北极放大在千年尺度、多年代际变化上的驱动机制。 

  相关成果以Arctic amplification modulated by Atlantic Multidecadal Oscillation and greenhouse forcing on multidecadal to century scales为题于近日在线发表在Nature Communications上。研究工作获得中科院战略性先导科技专项(A、国家自然科学基金项目、瑞典国家战略性研究计划BECCMERGE联合资助。

  论文链接 

 

过去千年北半球气温纬向变化及千年北极放大效应指数序列

 

过去千年北极放大效应指数与AMOGHGs的协变关系