科研進展

JC: 研究定量揭示外强迫和内部变率对近65年南亚夏季风降水变化的影响

  近日,中國科學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近65年南亚夏季风降水变化的影响及物理机制。

  南亞夏季風是打開南亞次大陸雨季的“開關”,每年爲世界上超過1/5的人口提供豐沛的水資源。夏季風的異常變化與旱澇災害密切相關,直接影響到該地區的工農業生産和社會生活。觀測資料顯示1950~1999年間南亞夏季風減弱、季風降水減少,這一度觸發人們對該地區水資源匮乏的擔憂,但隨後在1999~2013年間,南亞季風降水又呈現出降水增加的趨勢。理解造成季風這種年代際變化的原因,對于預測預估季風的未來變化具有重要參考價值。

  季風的變化受人爲輻射外強迫(包括人爲溫室氣體和氣溶膠排放、土地利用所造成的下墊面變化等)和內部變率(指氣候系統內部的自然振蕩,時間尺度既包括年到年的年際變率,也包括周期達幾十年的年代際振蕩)。如何有效分離外強迫和內部變率在季風變化中的作用,是科學界重點關注的問題。

  通過分析由157個成員組成的氣候系統模式大樣本集合模擬試驗的結果,研究團隊發現2000年前後,人爲外強迫對印度夏季風降水變化的貢獻均較觀測偏弱,而太平洋年代際振蕩(IPO)是影響這兩個時段印度夏季風降水變化的關鍵內部變率因子。IPO是太平洋海溫的一種年代際振蕩現象,1950~1999年觀測IPO由負位相轉爲正位相,熱帶太平洋海溫增暖、而熱帶外海溫變冷,1999~2013年IPO位相由正轉負時情況反之。研究指出,同一個氣候模式在相同人爲輻射外強迫驅動下,不同樣本模擬出的季風降水變化特征不同,而那些有著和觀測相似的IPO位相變化的樣本,模擬的印度夏季風降水的變化也與觀測相似。IPO通過影響熱帶緯向大尺度環流和經向對流層溫度梯度,引起印度半島異常垂直運動和水汽平流,進而造成季風降水的變化。在1950~1999年,由負轉正的IPO位相變化將外強迫引起的弱降水趨勢從0.01mmday-1 decade-1减少至-0.15 mmday-1 decade-1;而1999~2013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0.42 mmday-1 decade-1增大至0.68mmday-1 decade-1

  “前人对1950~1999年印度夏季风降水减少的原因有过很多研究,彼此尚存在争议,相对之下,对2000年以后最近十几年降水增加的研究工作相对较少。我们综合关注前期季风降水减少和近期降水增加,通过分离和定量研究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”,该文第一作者、中國科學院大气物理研究所博士生黄昕说。

  理解季風的長期變化機理,需要借助氣候系統模式的集合模擬試驗,而基于單一模式的試驗結果往往存在不確定性。爲此,需要多國攜手合作,進行多模式集合的模擬試驗。結合CMIP6的實施,中科院大氣所學者聯合英美學者在國際上發起了“全球季風模式比較計劃”(GMMIP),研究外強迫和內部變率對季風變化的影響是其主要目標之一。該計劃的實施未來有望進一步厘清自然過程和人爲因子在季風長期變化中的作用。

  该研究工作受中國科學院“丝路环境”战略先导项目(批准号 XDA20060102)和中國科學院国际伙伴计划项目(批准号134111KYSB20160031)共同资助。

  參考文獻:

  Xin Huang, Tianjun Zhou*, Andrew Turner, Aiguo Dai, Xiaolong Chen, Robin Clark, Jie Jiang, Wenmin Man, James Murphy, John Rostron, Bo Wu, Lixia Zhang, Wenxia Zhang, Liwei Zou (2020) The Recent Decline and Recovery of Indian Summer Monsoon Rainfall: Relative Roles of External Forcing and Internal Variability. Journal of Climate, 33(12): 5035–5060. doi: 10.1175/JCLI-D-19-0833.1

  文章鏈接:https://journals.ametsoc.org/doi/10.1175/JCLI-D-19-0833.1

    

图1 外强迫和内部变率影响印度夏季风降水变化的物理机制示意图

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