古气候解码未来季风变化 | 科技前线

南亚夏季风的变化，影响着十多亿人口的水资源供给。在气候变暖情景下，数值模式普遍预估，季风环流将减弱而降水增加。但古气候的数据分析却显示，南亚季风环流和降水在过去的暖期均增强。

日前，中国科学院大气物理研究所揭示了不同气候变暖背景下，南亚夏季风热力与动力变化机制的一致性，为深入理解并预测未来季风变化提供了重要的基础。

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不同暖期的一致变化

地球历史上有比现在更暖的时期，开展过去与未来的对比研究，有助于人类理解变暖背景下季风系统的演变。

研究人员综合了国际耦合模式比较计划中所涵盖的过去和未来共六个增暖情景，包括中上新世、末次间冰期、中全新世，以及未来（2071年-2100年）增暖的三个情景。

这些气候变暖情景受不同外强迫因子的驱动，如大气二氧化碳浓度升高、植被增加和冰盖退缩、地球轨道变化等。

▲不同暖期南亚夏季风降水和环流的变化：中上新世（a）、末次间冰期（b）、中全新世（c）和未来预估高排放情景（d）

研究发现，不同暖期南亚地区降水的变化，一方面源于大气水汽含量的增加，即热力作用；另一方面则受控于季风环流的变化，即动力作用。

热力作用有利于南亚季风降水整体增加，动力作用则有助于季风降水在南亚北部增加、南部减少。尽管变化幅度不同，但不同暖期的热力、动力变化特征基本一致。

两种机制共同作用，最终导致南亚夏季风降水总体增加。

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全球与区域增暖的拉锯

大气水汽的增加和季风环流的变化均与地表增暖有关。

研究指出，南亚地区大气水汽含量随全球平均温度升高而增加，有利于季风降水热力项增加；而季风环流的变化则受到区域增暖的调控，导致季风降水动力项的不均匀分布。

具体来说，不同暖期副热带欧亚大陆西部和北非地区增暖加剧，使得南亚对流层低层维持反气旋异常（即孟加拉湾季风减弱、阿拉伯海北部季风增强），进而通过温度平流驱动南亚北部降水增多、南部降水减少。

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过去变化指示未来

研究人员进一步利用过去暖期增暖特征与南亚夏季风变化的关系，构建了基于物理机制的回归模型。

在高排放情景下，给定增暖特征后，模型预测南亚夏季风环流和降水（热力项与动力项之和）的变化，与气候模式直接预估的结果在空间相关性上分别达到约0.8和0.7。

▲基于过去暖期信息构建的统计模型对未来南亚夏季风的预测（左）与气候模式对未来南亚夏季风的直接预估（右）

结果表明，尽管过去暖期与未来增暖情景受到不同的外强迫因子驱动，但其对南亚夏季风的未来变化依然具有重要指示价值。

结合地质记录，从古今对比的角度，研究预计未来增暖情景下南亚季风降水将整体增多。这也将导致强降水事件增多，进而加剧气象衍生灾害的发生风险。

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