Nature 子刊发表我室关于中东春季增暖引起南亚夏季风边缘区降水增强的研究成果

供稿:李保生 发布日期:2023-11-23 阅读:182

近日,国际权威学术期刊Nature Communications在线发表了题为“Middle east warming in spring enhances summer rainfall over Pakistan”的研究成果,该研究指出近四十年以来,中东地区的春季地温增暖可以引起南亚夏季风的低空急流不断向北移动,将水汽和不稳定能量向北输送,进而造成巴基斯坦等季风边缘区的夏季降水增加。我室海星博士后李保生为该论文的第一作者,上海交通大学周磊教授和美国马里兰大学Raghu Murtugudde教授为联合通讯作者;合作者包括我室陈大可院士,中国科学院大气物理研究所周天军研究员,上海交通大学侯书贵教授以及河海大学秦箭煌副教授。我室为第一单位。

巴基斯坦位于南亚季风北侧边缘区,属于典型的干旱半干旱气候。但是巴基斯坦水资源部报告中指出其从2010年起每年都遭受洪灾的影响,并且屡发创记录的洪水事件,如2022年巴基斯坦发生世纪性洪水,被称为该国家有史以来最严重的一次自然灾害。针对巴基斯坦洪涝频发的科学问题,该研究发现在南亚夏季风期间,巴基斯坦和印度西北部地区等季风边缘区的降水从1979到2022年增幅了46%,并且正以每十年0.4-0.6 mm/day的速度不断增加(图1),这意味着巴基斯坦等季风边缘区正面临着逐步增加的洪灾风险。

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图1 巴基斯坦等夏季风边缘区降水增强(原文图1)

该研究同时指出中东地区正以每十年0.5°C的速度在春季升温。春季中东增温可以通过引发该区域的海平面气压降低,从而导致印度洋南北两侧的海平面气压梯度增大,越赤道气流增强,进而使得阿拉伯海上空的低层大气在春季出现低空急流型的风场;该过程持续到夏季风爆发,低空急流得到进一步加强并北移。低空急流是夏季风的重要组成部分,是中心风速可达20-30 m/s且位于850hPa的急流带。该研究发现阿拉伯海上空的低空急流从1979年开始正以每十年 0.27个纬度的速度向北移动。北移的低空急流会将原本输送到印度中部的充沛水汽向北输运到巴基斯坦和印度西北部;此外,低空急流北侧的风场水平切边会产生强烈的气旋涡,不仅会引发大气不稳定性增加,而且可以造成低层水汽辐合加强,最终不稳定能量和水汽供应实现了跨季节的海-陆-气多圈层耦合,导致季风边缘区的降雨和洪水风险增加,如图2所示。

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图2 中东春季增暖造成季风边缘区夏季降水增强的机制图(原文图5)

在气候变化背景下,该研究为夏季风降水的空间再分布提供了新的视角。遗憾的是,目前的气候模型无法准确描述南亚夏季风边缘降雨量增加的趋势。这将导致我们无法准确预测这些对气候高度敏感的地区对未来气候变化的响应,尤其是无法正确地作出适应气候变化的解决方案。因此,要改善模式对夏季风边缘区降水的模拟能力,这将直接关系着我们应对气候变化的防灾减灾等实际需求。

论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-023-43463-0

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