季風(fēng)區(qū):全球2/3的人都生活在這兒
季風(fēng)(monsoon)是由太陽輻射的年循環(huán)、海陸分布、大陸地形等因素造成的,以一年為周期的大范圍對流現(xiàn)象。
全球陸地季風(fēng)區(qū)降水充沛,全球約三分之二的人口生活在該區(qū)域,是全球人口最密集的地區(qū)之一。根據(jù)濕季降水與干季降水之差、濕季降水占全年比例,全球季風(fēng)區(qū)通常被劃分為六個子季風(fēng)區(qū),包括北半球的北美季風(fēng)區(qū)、北非季風(fēng)區(qū)和亞洲季風(fēng)區(qū),以及南半球的南美季風(fēng)區(qū)、南非季風(fēng)區(qū)和澳洲季風(fēng)區(qū)。
季風(fēng)降水異常伴隨出現(xiàn)的旱澇災(zāi)害對社會經(jīng)濟發(fā)展有重大影響,季風(fēng)降水的未來預(yù)估對水資源規(guī)劃、旱澇風(fēng)險規(guī)避和政策制定有重要意義。
圖1 陸地季風(fēng)區(qū)降水和環(huán)流。紅線包圍區(qū)域:陸地季風(fēng)區(qū);填色:北半球夏季和冬季降水之差超過2mm/day,綠色為正值,黃色為負(fù)值;風(fēng)矢量:北半球夏季和冬季850hPa風(fēng)場之差。
溫室氣體、氣溶膠、海洋溫度等,都會影響季風(fēng)區(qū)的降水和環(huán)流
科學(xué)家發(fā)現(xiàn),全球季風(fēng)區(qū)的降水變化在不同時間尺度上受到多個因素的調(diào)控。包括溫室氣體、氣溶膠排放、下墊面變化等在內(nèi)的外強迫作用,以及海氣耦合系統(tǒng)的內(nèi)部變率等等,都會影響季風(fēng)降水和環(huán)流的變化。
例如,人為氣溶膠排放的不均勻,會引起南北半球能量不平衡,從而引起熱帶經(jīng)圈翻轉(zhuǎn)環(huán)流的減弱,進一步導(dǎo)致北半球季風(fēng)區(qū)降水的減少。這就是20世紀(jì)后半葉南亞季風(fēng)區(qū)降水減少,以及東亞夏季風(fēng)環(huán)流減弱的原因。
相反,溫室氣體的增多會引起飽和水汽壓升高、地表蒸發(fā)增強,這有利于大氣中的水汽含量增多、季風(fēng)降水增強。此外,科學(xué)家也指出了北大西洋、熱帶太平洋和印度洋海溫變化對子季風(fēng)區(qū)降水的影響。
想要預(yù)估季風(fēng)區(qū)降水的未來變化,需要理解影響季風(fēng)區(qū)降水歷史變化的關(guān)鍵影響因子,以及它們的相對貢獻。其中對短期預(yù)估而言,內(nèi)部變率對季風(fēng)降水的影響尤為重要。
海洋溫度如何調(diào)控季風(fēng)降水?
20世紀(jì)以來,觀測證據(jù)表明全球陸地季風(fēng)區(qū)降水有顯著的年代際變化,1901-1955年季風(fēng)降水顯著增加,隨后至1990年季風(fēng)降水顯著減少,這主要由北半球季風(fēng)區(qū)降水變化主導(dǎo)。
近日,中國科學(xué)院大氣物理研究所揭示了熱帶太平洋和北大西洋海溫變化對20世紀(jì)全球季風(fēng)降水年代際變化的調(diào)控作用。
圖2 北半球陸地季風(fēng)區(qū)在兩個時段降水變化情況。綠色為增多,黃色為減少。
研究團隊利用歷史觀測海溫驅(qū)動的大氣環(huán)流模式結(jié)果和理想海溫試驗,指出了海溫對季風(fēng)降水年代際變化的調(diào)控作用。研究表明,歷史海溫驅(qū)動的大氣環(huán)流模式可以再現(xiàn)觀測20世紀(jì)季風(fēng)區(qū)降水的年代際變化。
季風(fēng)降水的年代際變化,主要由與大氣環(huán)流變化有關(guān)的水汽垂直輸送項的動力項所主導(dǎo),與水汽含量變化有關(guān)的水汽垂直輸送項的熱力項在兩個時段均有利于季風(fēng)區(qū)降水增多。換句話說,季風(fēng)降水呈現(xiàn)出“先增加后減少”的年代際變化,主要是由環(huán)流場的變化引起的。其中,北半球季風(fēng)環(huán)流的增強及Walker環(huán)流的增強與季風(fēng)降水增加直接相關(guān),反之亦然。
而大氣環(huán)流場的年代際變化,則主要受熱帶太平洋和北大西洋海溫的調(diào)控作用。結(jié)合理想海溫試驗的結(jié)果,研究表明,當(dāng)北大西洋呈暖海溫異常時,或赤道東太平洋呈冷海溫異常、副熱帶西太平洋呈暖海溫異常時,海洋能夠通過加熱上空大氣,引起熱帶地區(qū)和季風(fēng)區(qū)對流層的溫度差。這就有利于對流層厚度的經(jīng)向梯度增大、季風(fēng)環(huán)流增強,有利于更多水汽輸送至季風(fēng)區(qū),最終引起了季風(fēng)降水的增多。
這一工作的價值之一在于,對內(nèi)部變率如何影響季風(fēng)降水的年代際變化有了更清晰的認(rèn)識,為季風(fēng)降水的短期預(yù)估提供了寶貴的信息。
圖3 北大西洋和熱帶太平洋海溫異常對全球季風(fēng)降水年代際變化的調(diào)控作用。下圖中綠色填充區(qū)域為北半球季風(fēng)區(qū)。
相關(guān)研究近期發(fā)布于Journal of Climate。
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