季風區：全球2/3的人都生活在這兒

季風（monsoon）是由太陽輻射的年迴圈、海陸分佈、大陸地形等因素造成的，以一年為週期的大範圍對流現象。

全球陸地季風區降水充沛，全球約三分之二的人口生活在該區域，是全球人口最密集的地區之一。根據濕季降水與乾季降水之差、濕季降水佔全年比例，全球季風區通常被劃分為六個子季風區，包括北半球的北美季風區、北非季風區和亞洲季風區，以及南半球的南美季風區、南非季風區和澳洲季風區。

季風降水異常伴隨出現的旱澇災害對社會經濟發展有重大影響，季風降水的未來預估對水資源規劃、旱澇風險規避和政策制定有重要意義。

圖1  陸地季風區降水和環流。紅線包圍區域：陸地季風區；填色：北半球夏季和冬季降水之差超過2mm/day，綠色為正值，黃色為負值；風向量：北半球夏季和冬季850hPa風場之差。

溫室氣體、氣溶膠、海洋溫度等，都會影響季風區的降水和環流

科學家發現，全球季風區的降水變化在不同時間尺度上受到多個因素的調控。包括溫室氣體、氣溶膠排放、下墊面變化等在內的外強迫作用，以及海氣耦合系統的內部變率等等，都會影響季風降水和環流的變化。

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，從而引起熱帶經圈翻轉環流的減弱，進一步導致北半球季風區降水的減少。這就是20世紀後半葉南亞季風區降水減少，以及東亞夏季風環流減弱的原因。

相反，溫室氣體的增多會引起飽和水汽壓升高、地表蒸發增強，這有利於大氣中的水汽含量增多、季風降水增強。此外，科學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區降水的影響。

想要預估季風區降水的未來變化，需要理解影響季風區降水歷史變化的關鍵影響因子，以及它們的相對貢獻。其中對短期預估而言，內部變率對季風降水的影響尤為重要。

海洋溫度如何調控季風降水？

20世紀以來，觀測證據表明全球陸地季風區降水有顯著的年代際變化，1901-1955年季風降水顯著增加，隨後至1990年季風降水顯著減少，這主要由北半球季風區降水變化主導。

近日，中國科學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世紀全球季風降水年代際變化的調控作用。

　　圖2 北半球陸地季風區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動的大氣環流模式結果和理想海溫試驗，指出了海溫對季風降水年代際變化的調控作用。研究表明，歷史海溫驅動的大氣環流模式可以再現觀測20世紀季風區降水的年代際變化。

季風降水的年代際變化，主要由與大氣環流變化有關的水汽垂直輸送項的動力項所主導，與水汽含量變化有關的水汽垂直輸送項的熱力項在兩個時段均有利於季風區降水增多。換句話説，季風降水呈現出“先增加後減少”的年代際變化，主要是由環流場的變化引起的。其中，北半球季風環流的增強及Walker環流的增強與季風降水增加直接相關，反之亦然。

而大氣環流場的年代際變化，則主要受熱帶太平洋和北大西洋海溫的調控作用。結合理想海溫試驗的結果，研究表明，當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，引起熱帶地區和季風區對流層的溫度差。這就有利於對流層厚度的經向梯度增大、季風環流增強，有利於更多水汽輸送至季風區，最終引起了季風降水的增多。

這一工作的價值之一在於，對內部變率如何影響季風降水的年代際變化有了更清晰的認識，為季風降水的短期預估提供了寶貴的資訊。

圖3  北大西洋和熱帶太平洋海溫異常對全球季風降水年代際變化的調控作用。下圖中綠色填充區域為北半球季風區。

相關研究近期發佈于Journal of Climate。