研究揭示不同緯度火山爆發對全球季風降水的影響

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乾旱事件對社會經濟發展有著重大影響。火山活動作為自然外強迫中的重要因子，能夠通過噴發產生硫酸鹽氣溶膠，減少到達地面的太陽短波輻射，產生冷卻作用，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。

前人研究基於模式模擬指出熱帶火山爆發會使季風區降水減少，季風環流減弱，並歸因於海陸熱力差異的減小。近年來也有研究發現不同緯度的火山爆發會通過影響環流對季風降水產生不同影響，但物理機制解釋仍存在不足。最近，中國科學院大學、中國科學院大氣物理研究所博士研究生左萌與其導師周天軍、第二導師滿文敏，通過對多套長時間尺度的重建資料、高解析度的觀測資料以及過去千年多成員氣候模式模擬結果的分析，指出不同緯度火山爆發會對全球季風降水產生不同的影響。具體來講，北（南）半球火山爆發後北（南）半球季風降水減少，南（北）半球季風降水增加。熱帶火山爆發後全球季風降水均減少。這一結果在重建、觀測和模擬中均有體現。進一步地，他們基於模式結果使用水汽收支和濕靜力能診斷方法對以上現象的機制進行了解釋。研究結果表明與環流變化相關的動力過程在降水響應中起著主導作用。北（南）半球火山爆發後北（南）半球季風區變干以及熱帶火山爆發後全球季風降水的減少是由於季風環流減弱造成的；南（北）半球火山爆發後北（南）半球季風區變濕是由半球間溫差變化引起的越赤道氣流增強導致的。此外，該研究還將分析延伸到極端降水變化上，選取了連續乾燥指數和連續濕潤指數表徵極端乾濕變化。結果表明極端降水在空間分布上與平均降水類似，但在季風區響應更敏感。此外，地表徑流和凈初級生產力的變化在部分子季風區較降水變化更強，這表明除了平均態降水之外，火山爆發也會造成降水結構分布、水資源以及生態系統的顯著變化。

「這一工作的價值之一在於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，有助於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，這有助於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最後強調。

上述成果近日在Journal of Climate雜誌發表。

三類火山爆發後全球季風區的乾濕變化及物理機制的示意圖。(a) 北半球火山；(b) 熱帶火山；(c) 南半球火山。

來源：中國科學院大氣物理研究所

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