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大氣所研究揭示不同緯度火山爆發對全球季風降水的影響
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2019-07-02 | 【 【關閉】

  全球季風區是全球人口分布密度最大的地區之一,季風的異常活動伴隨出現的洪澇和幹旱事件對社會經濟發展有著重大影響。火山活動作爲自然外強迫中的重要因子,能夠通過噴發産生硫酸鹽氣溶膠,減少到達地面的太陽短波輻射,産生冷卻作用,減弱全球水循環。因此理解火山爆發對全球季風降水的影響具有重要的科學和社會意義。

  前人研究基于模式模拟指出热带火山爆发会使季风区降水减少,季风环流减弱,并归因于海陆热力差异的减小。近年来也有研究发现不同纬度的火山爆发会通过影响环流对季风降水产生不同影响,但物理机制解释仍存在不足。最近,中國科學院大学、竞彩258彩票投注官方网站博士研究生左萌与其导师周天军研究员、第二导师满文敏副研究员,通过对多套长时间尺度的重建资料、高分辨率的观测资料以及过去千年多成员气候模式模拟结果的分析,指出不同纬度火山爆发会对全球季风降水产生不同的影响。具体来讲,北(南)半球火山爆发后北(南)半球季风降水减少,南(北)半球季风降水增加。热带火山爆发后全球季风降水均减少。这一结果在重建、观测和模拟中均有体现。进一步地,他们基于模式结果使用水汽收支和湿静力能诊断方法对以上现象的机制进行了解释。研究结果表明与环流变化相关的动力过程在降水响应中起着主导作用。北(南)半球火山爆发后北(南)半球季风区变干以及热带火山爆发后全球季风降水的减少是由于季风环流减弱造成的;南(北)半球火山爆发后北(南)半球季风区变湿是由半球间温差变化引起的越赤道气流增强导致的。此外,该研究还将分析延伸到极端降水变化上,选取了连续干燥指数和连续湿润指数表征极端干湿变化。结果表明极端降水在空间分布上与平均降水类似,但在季风区响应更敏感。此外,地表径流和净初级生产力的变化在部分子季风区较降水变化更强,这表明除了平均态降水之外,火山爆发也会造成降水结构分布、水资源以及生态系统的显著变化。

  “這一工作的價值之一在于使用了多套重建資料全面揭示火山爆發後全球季風區的降水響應,並使用多集合成員模擬來研究火山強迫造成的氣候響應,有助于有效提取火山強迫信號而抑制內部變率的影響。此外,還使用物理診斷方法定量分析了決定降水響應的因子,這有助于深入理解不同緯度火山影響季風降水的不同物理過程”,該文第一作者左萌說。“這一工作揭示出不同緯度的火山爆發會通過不同的環流變化過程造成全球季風降水的不同響應,這對CMIP6的年代際氣候預測計劃(DCPP)、地球工程(Geoengineering)中的注入硫酸鹽氣溶膠試驗具有重要參考意義,在以上試驗設計中應考慮不同緯度的火山氣溶膠強迫造成的不同氣候響應。”該文通訊作者周天軍研究員最後強調。

  上述成果近日在Journal of Climate杂志发表。

  关键词:火山爆发 全球季风 环流变化 不同纬度

  參考文獻:

  Zuo Meng, Tianjun Zhou*, Wenmin Man, 2019: Hydroclimate Responses over Global Monsoon Regions Following Volcanic Eruptions at Different Latitudes.Journal of Climate, 32, 4367-4385. DOI: 10.1175/JCLI-D-18-0707.1

  https://journals.ametsoc.org/doi/10.1175/JCLI-D-18-0707.1

  图1. 重建资料揭示的北半球、热带、南半球火山爆发后次年夏季不同子季风区降水、PDSI变化百分比(单位:%)。红色、紫色、蓝色条形图分别代表北半球、热带、南半球火山爆发后的响应,实线为多套资料集合平均,阴影为资料之间的离差。

 

  图2. 三类火山爆发后全球季风区的干湿变化及物理机制的示意图。 (a) 北半球火山;(b) 热带火山;(c) 南半球火山。

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