The study of Earth's climate system, including the mechanisms driving monsoon systems, is a key area of research within environmental sciences. Monsoons, vital for billions of people, are complex atmospheric phenomena influenced by various global factors, including orbital changes and natural climate variability. Among monsoon systems, the Indian summer Monsoon (ISM) is of particular interest due to its significant impact on the South Asian climate, agriculture, and water resources. Despite extensive study, comprehending the ISM's historical variability and its future implications remains a challenge. Utilizing natural archives like speleothems, along with stable water isotopes from precipitation and advanced climate model simulations, this thesis aims to decipher the ISM's responses to natural forcings across key interglacial periods—the Last Interglacial and the Holocene.

Our findings indicate that the ISM's strength is critically influenced by slight variations in orbital configurations, leading to significant shifts in monsoon patterns. Our research also highlights the dual influence of local geographical features and distant atmospheric conditions on the ISM's annual variability. Most notably, we observed discrepancies between δ¹⁸O values obtained from isotope-enabled climate models and those derived from speleothems. This insight indicates that the models need refinement to accurately mirror the complexities observed in the proxy records and that the uncertainty parameter in speleothem records needs to be improved.

The alignment between proxy and model data is crucial for a more accurate reconstruction of past climates and for enhancing the predictive capabilities of future monsoon behavior under changing climatic conditions. By advancing our knowledge of the ISM's past, we are better equipped to anticipate its future. To achieve that, this thesis stresses the importance of bridging the gap between proxy data insights and climate model simulations. This would not only enrich our historical climate knowledge but also inform future climate projections, highlighting the indispensable role of interdisciplinary research in climate science challenges.

Studier av jordens klimatsystem, inklusive de komplexa mekanismerna som driver de globala monsunsystemen, utgör en grundläggande del av forskningen inom klimatvetenskaperna. Monsuner, som är livsviktiga för miljarder människor världen över, representerar komplexa atmosfäriska fenomen som påverkas av ett brett spektrum av globala faktorer. Dessa inkluderar orbitala förändringar som påverkar jordens exponering för solstrålning samt den naturliga variabiliteten i vårt klimatsystem. Specifikt är den Indiska sommarmonsunen (ISM) av särskilt vetenskapligt intresse på grund av dess inverkan på klimatet, jordbruket och tillgängligheten till vatten i Sydasien. Att förstå ISM:s variabilitet genom historien och dess potentiella förändringar i framtiden är avgörande för att kunna förutsäga och anpassa sig till kommande klimatförändringar i denna region.

I ett försök att bidra till denna vetenskapliga utmaning har denna avhandling använt sig av en kombination av naturliga arkiv och klimatmodellering. Genom att analysera stabila vattenisotoper från nederbörd och stalagmiter, tillsammans med avancerade simuleringar från klimatmodeller, har vi strävat efter att förstå ISM:s respons på naturliga drivkrafter under nyckelperioder såsom den senaste interglaciala perioden (127 000 år sedan), holocen (11 700 år sedan till nutid) och det senaste årtusendet. Vår forskning visar att ISM är känslig för en rad både lokala och globala faktorer, såsom lokala geografiska egenskaper och avlägsna atmosfäriska förhållanden på ISM:s årliga variabilitet. Monsunens respons på orbitala förändringar, såsom varierande avstånd och vinkel till solen, är särskilt framträdande, vilket understryker den direkta kopplingen mellan rymd- och klimatdynamik.

En viktig upptäckt i vår forskning har varit skillnaderna mellan isotopsignaler från klimatmodeller och de i stalagmiter. Dessa skillnader ifrågasätter nuvarande förståelse för hur väl både proxy och modeller återspeglar de naturliga drivkrafternas inverkan på klimatsystemet. Särskilt framgår att nuvarande klimatmodeller kanske inte fullständigt återspeglar de regionala och globala signalerna eller den temporala variabiliteten av δ¹⁸O, vilket pekar på ett behov av att finjustera dessa modeller. Det är avgörande att modellerna förfinas för att noggrant återspegla de komplexa fenomen som observeras i de naturliga arkiven. Dessutom belyser vår forskning behovet av att förbättra förståelsen och karaktäriseringen av osäkerheter i proxydata, särskilt när det gäller stalagmiters åldersosäkerheter.

Denna avhandling framhäver vikten av att överbrygga klyftan mellan insikter som erhålls från proxydata och resultaten från klimatmodellsimuleringar. Genom att sammanföra dessa två forskningsgrenar kan vi inte bara utöka vår kunskap om det historiska klimatet utan också förbättra vår förmåga att göra mer precisa klimatprognoser och projektioner för framtiden. Detta understryker den oumbärliga roll som tvärvetenskaplig forskning spelar för att skapa förståelse kring komplexa utmaningar jorden står inför.