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亚洲季风区是世界六大季风区中范围最大,季风特征最明显的地区。为了准确理解季风变化机制,增强对未来季风变化趋势的预测能力,世界范围内的科学家对亚洲季风的特征和不同时间尺度的变化进行了深刻的系统研究,并取得了丰硕的成果。然而目前对亚洲季风在轨道周期上与强迫之间相位关系的研究,古气候界存在着两种截然不同的观点。因此本论文主要分析了一个利用完全耦合模式已完成的覆盖过去28.4万年以来的瞬变态模拟试验(Transient Simulation)结果,以及本论文所完成的两个平衡态模拟试验(Snapshot Simu -lation)结果,探讨了亚洲季风对瞬变状态下地球轨道强迫的响应,为综合探讨亚洲季风的相位奠定基础。其次设计了一个简单能量平衡模式和一个角度日历计算程序以对瞬变模拟试验中的部分结果和现象进行验证、机制推测以及讨论口历效应对瞬变模拟结果的影响,为其它瞬变态模拟提供借鉴。
论文主要有以下几个方面的结论:
1.在岁差周期上南亚季风区、东亚南部和东亚北部季风区夏季降雨超前于岁差强迫,相位差分别为30°、10°和164°。对各子季风区夏季陆表温度和夏季降雨、北半球中低纬度夏季海表温度在岁差周期上的相位关系的分析表明:南亚夏季风和东业南部夏季风的强度是由各区陆表感热和源自邻近海域的潜热共同控制的;而东亚北部夏季降雨明显受到其它机制的控制,这一机制可能与Bonin高压的形成有关。
2.在斜率周期上南亚季风区和东亚南部季风区夏季降雨与斜率强迫同相位,随着斜率的增大南亚夏季降雨强度增强,而东亚北部夏季降雨与斜率强迫反相位,随着斜率的增大夏季降雨强度减弱;亚洲冬季风对轨道强迫在斜率周期上的响应较为简单,随着斜率的增大而增强。模拟结果分析表明在斜率周期上南亚夏季降雨与东亚北部夏季降雨存在的反相位关系可能与Bonin高压的形成机制有关。当斜率增大(减小)时,南亚季风区夏季降雨增加(减少),同时Bonin高压增强(减弱),进而有助于(不利于)西太平洋副高向大陆西突,从而使得东业北部季风区夏季降雨减少(增加)。这一机制也可用来解释该区夏季降雨在岁差周期上近反相位的原因。
3.本论文设计了一个简单板式能量平衡模式,并用该模式验证了地表温度在岁差周期上“响应超前于强迫”的现象。简单能量甲衡模拟结果表明瞬变模拟所得到“响应超前于强迫”是由陆地和海洋的热力惯性差异造成的。另外还利用该简单模式推测了在斜率周期上夏季地表温度相位图中波节线相对于夏季太阳辐射相位图中波节线北移的原因。模拟结果揭示出混合层深度的变化是造成这一现象的原因。当混合层深度较小时,夏季地表温度完全响应夏季太阳辐射的变化。随着混合层深度增加,夏季太阳辐射中季节强迫信号减弱;但是夏季太阳辐射中年均强迫信号并不随着混合深度的增加而变化,从而使得在混合层深度较大时地表温度对年均强迫信号的响应显示出来,在地表温度相位图上表现出波节线北移的现象。这种波节线向高纬度偏移现象,在冬季地表温度相位图上也是存在的。
4.设计了角度日历计算程序,在验证程序可行性后分别利用该程序和简单板式能量平衡模式讨论了在岁差周期上日历效应对太阳辐射和地表温度相位的影响。结果表明,该效应对太阳辐射强迫相位的影响随着纬度的升高而增大;对北半球中纬度夏季地表温度与太阳辐射强迫之间相位差的影响较小。该结果指示出在仅受轨道强迫驱动下日历效应对本论文中所研究结果影响较小,但是如果考虑来自高纬度的驱动因子时,日历效应不容忽略。