先减后增:南亚夏季风降水因何改变?
来源:中国气象报   发布时间:2020-06-30
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本期嘉宾:中科院大气物理研究所 研究员 周天军 博士生 黄昕

采访人:中国气象报记者 张明禄

  本期观点:

  在1950年至1999年间,南压夏季风减弱、季风降水减少。但1999年至2013年间,南亚夏季风降水又呈现出增加趋势。

  人为因素对南亚夏季风降水变化的贡献较观测偏弱,自然界的内部变化才是影响这两个时段南亚夏季风降水变化的关键因子。

  对季风变化更准确的预测,还需要国际科学界共同合作

  

  南亚季风的变化,影响着无数人的生活,其中又以南亚夏季风带来的降水影响尤其重大。近期,一项关于南亚夏季风降水变化的研究出炉,阐述了降水发生“先减后增”年代际变化的原因。

  降水减少曾引发普遍担忧

  和大家熟悉的东亚季风一样,南亚季风是全球季风系统中的另一分支,主要影响印度半岛、中南半岛、我国西南部等区域的气候。

  南亚夏季风是打开南亚次大陆雨季的“开关”。每年6月至9月,夏季风将印度洋上空大量的暖湿空气吹至南亚次大陆,造成的降雨可占到其全年总降雨量的70%左右,为世界上超过1/5的人口提供丰沛的水资源。南亚夏季风的异常变化与旱涝灾害密切相关,直接影响到该地区的工农业生产和社会生活。

  观测资料显示,1950年至1999年间南亚夏季风减弱、季风降水减少,这一度触发人们对该地区水资源匮乏的担忧,但随后在1999年到2013年间,南亚季风降水又呈现出增加的趋势。理解造成季风这种年代际变化的原因,对于预测预估季风的未来变化具有重要参考价值。

  非人为因素主导降水复增

  近日,中国科学院大气物理研究所学者联合英国雷丁大学、英国气象局哈德莱中心、美国纽约州立大学奥尔巴尼分校学者在《气候杂志》(Journal of Climate)上发文,定量估算了人为外强迫和年代际内部变率对1950年至2013年南亚夏季风降水变化的影响及物理机制。

  在气候学中,降雨主要是水汽汇合抬升造成的,因此水汽和风的变化都会影响降雨的变化。那么,为何2000年前后南亚夏季风降雨的变化不同呢?黄昕介绍,原因可从影响其变化的两方面因素说起。

  其一是人类活动引起的“外强迫作用”,例如人为温室气体和气溶胶排放、土地利用所造成的下垫面变化等。2000年以前,外强迫引起水汽和风的变化对降雨的影响彼此抵消,而2000年以后二者的影响彼此叠加,所以两个时期外强迫引起的季风降雨变化是不同的。

  然而,研究团队发现,无论在2000年之前还是之后,人为外强迫对南亚夏季风降水变化的贡献均较观测偏弱,这是因为季风降水还受到“内部变率”的影响。“内部变率”是指由大气、海洋、海冰和陆面构成的气候系统内部的振荡,它是与人类活动无关的过程,时间尺度既包括年到年的年际变率,也包括周期达几十年的年代际振荡。例如,太平洋海温存在一种纯自然的年代际振荡现象,科学界将其称之为“太平洋年代际振荡(IPO)”。1950年至1999年,IPO由负位相转为正位相,热带太平洋海温增暖、热带外海温变冷,导致阿拉斯加三文鱼产量增加;1999年至2013年,IPO位相由正转负时,情况就刚好相反。

  研究发现,同一个气候模式在相同人为辐射外强迫驱动下,不同样本模拟出的季风降水变化特征却不同;而那些有着和观测相似IPO位相变化的样本,模拟的南亚夏季风降水的变化也与观测相似。因此,IPO是影响从1950到2013年南亚夏季风降水变化的关键内部变率因子。IPO通过影响热带纬向大尺度环流和经向对流层温度梯度,引起印度半岛上空大气异常垂直运动和水汽平流,进而造成季风降水的变化。

  在1950年至1999年,由负转正的IPO位相变化将外强迫引起的弱降水趋势从每10年0.01毫米/天减少至每10年-0.15毫米/天;而1999年至2013年间,由正到负的IPO位相变化则将外强迫引起的降水增加趋势从每10年0.42毫米/天增加至每10年0.68毫米/天。

  厘清影响因子有助于提升预测水平

  此前, 科学家对1950年至1999年印度夏季风降水减少的原因有过很多研究,且存在争议。相比之下,对2000年以后及最近十几年降水增加的研究工作相对较少。这项研究综合关注前期季风降水减少和近期降水增加,通过分析由157个成员组成的气候系统模式大样本集合模拟试验的结果,分离和定量研究了外强迫与内部变率的贡献,明晰了IPO在上述季风降水年代际变化中所发挥的关键作用。

  南亚夏季风降水受到外强迫和内部变率的共同影响。目前在气候预估时,内部变率常常被视为叠加在人为强迫“信号”上的“噪音”。然而,由于IPO是一种年代际的振荡信号,自身有很长时间的持续性,上述研究提示我们在对未来十几年的气候进行预估时考虑IPO的位相信息,将助于提升南亚降水变化的预测水平。

  周天军指出,季风影响着全球2/3的人口,准确预测季风变化目前还面临很多难题。为此,需要国际科学界共同合作,进行多模式集合的模拟试验。结合“第六次耦合模式比较计划”(CMIP6)的实施,中科院大气物理研究所学者联合英美学者在国际上发起了“全球季风模式比较计划”(GMMIP),已有来自全球的22个气候模式研发团队加入,目标是国际携手深入理解季风系统的变化规律,提高对全球季风的模拟能力,揭示外强迫和内部变率对季风变化的影响和机制。该计划的实施未来有望进一步厘清自然过程和人为因子在季风长期变化中的作用。

  (来源:《中国气象报》2020年6月30日三版 责任编辑:王美丽)

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