地质历史时期轨道长尺度古气候研究表明，东亚夏季风与北半球夏季温度变化的关系是冰期（冷期）东亚夏季风弱，而间冰期（暖期）东亚夏季风强。然而，由于受到长尺度气候代用记录分辨率不高以及气候仪器观测记录太短的限制，百年短尺度东亚夏季风与北半球夏季温度变化的关系至今仍不清楚。最近公布的过去一千年气候模式模拟结果，以及东亚夏季风和北半球夏季温度变化的集成序列为回答这一问题提供了机遇。
中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境重点实验室付恒硕士研究生、史锋副研究员、郭正堂院士以及中国科学院大气研究所满文敏副研究员和南京信息工程大学李娟教授合作，通过最近一千年数值模拟试验和代用指标集成序列相结合，探讨了最近一千年东亚夏季风与北半球夏季温度百年尺度变化的关系。
模拟结果显示，最近一千年东亚夏季风指数与北半球夏季温度变化在百年尺度呈显著的负相关关系，即北半球夏季温度偏高时东亚夏季风偏弱，反之亦然。另外，在20世纪东亚夏季风与北半球夏季温度也呈现出百年反向变化趋势（图1）。这一结果得到了东亚夏季风和北半球夏季温度变化的集成序列的验证。然而，未来温室气体高排放情景下的预估结果显示，东亚夏季风和北半球夏季温度在未来百年呈同向上升趋势。
图1 CESM-LME的4个具有未来温室气体高排放情景下的全强迫试验集合平均的东亚夏季风指数和北半球夏季温度。（a）时间序列经过101年Lanczos低通滤波器处理；（b–c）年分辨率的时间序列，直线代表百年趋势
分析东亚夏季风降水变化空间模态，发现在20世纪以前，中国东部降水模态呈现偶极子或单极子交替变化。相比之下，20世纪（现代暖期）表现为偶极子模态，而21世纪则转变成单极子模态（图2）。已有研究表明，单极子和偶极子降水模态转换分别受到印太暖池和西北太平洋海面温度异常变化的调节。
图2 10世纪至21世纪东亚夏季风降水空间模态特征（利用降水和850hpa位势高度的联合经验正交函数分解来表征东亚夏季风空间主要模态）。红框（25°–40°N，106°–123°E）表示我国东部的降水区域
进一步定量化评估外强迫和内部变率对东亚夏季风百年尺度变化的相对贡献，结果表明尽管外强迫对东亚夏季风百年际变化有影响，但其影响程度相对有限；相比之下，内部变率的贡献更大，其中太平洋年代际振荡的作用尤为突出（图3）。已有研究表明，太平洋年代际振荡会影响热带印度洋和太平洋海区的海表温度，通过东亚-太平洋型遥相关，影响东亚夏季风的变化。
图3 各种因素对东亚夏季风百年际变化的相对贡献。（a）两组模拟成员中各种因素的相对贡献；（b）两组模拟成员中外强迫和内部变率的相对贡献；（c）所有模拟结果成员中东亚夏季风变化与各驱动因子的相关性热图
上述研究聚焦于间冰期相对温暖的最近一千年间，发现东亚夏季风与北半球夏季温度在百年尺度呈现反向变化关系，主要受气候系统内部变率调控。那么，在冰期相对寒冷的气候条件下，这种关系是否会发生改变？此外，东亚夏季风与北半球夏季温度的反相关关系在千年尺度上是否会持续存在？机制是什么？为了回答这些问题，需要在过去地质历史时期寻找答案。
研究成果发表于国际学术期刊GPC。（Fu H, Shi F*, Liu W, Xue H H, Man W M, Li J, Guo Z T. Tracing the Centennial Variation of East Asian Summer Monsoon[J]. Global and Planetary Change, 2024, 238:104464. DOI: 10.1016/j.gloplacha.2024.104464）
编辑：万鹏
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