季風區(qū)：全球2/3的人都生活在這兒

季風（monsoon）是由太陽輻射的年循環(huán)、海陸分布、大陸地形等因素造成的，以一年為周期的大范圍對流現(xiàn)象。

全球陸地季風區(qū)降水充沛，全球約三分之二的人口生活在該區(qū)域，是全球人口最密集的地區(qū)之一。根據(jù)濕季降水與干季降水之差、濕季降水占全年比例，全球季風區(qū)通常被劃分為六個子季風區(qū)，包括北半球的北美季風區(qū)、北非季風區(qū)和亞洲季風區(qū)，以及南半球的南美季風區(qū)、南非季風區(qū)和澳洲季風區(qū)。

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

圖1  陸地季風區(qū)降水和環(huán)流。紅線包圍區(qū)域：陸地季風區(qū)；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；風矢量：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(qū)的降水和環(huán)流

科學家發(fā)現(xiàn)，全球季風區(qū)的降水變化在不同時間尺度上受到多個因素的調(diào)控。包括溫室氣體、氣溶膠排放、下墊面變化等在內(nèi)的外強迫作用，以及海氣耦合系統(tǒng)的內(nèi)部變率等等，都會影響季風降水和環(huán)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(jīng)圈翻轉(zhuǎn)環(huán)流的減弱，進一步導致北半球季風區(qū)降水的減少。這就是20世紀后半葉南亞季風區(qū)降水減少，以及東亞夏季風環(huán)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(fā)增強，這有利于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(qū)降水的影響。

想要預估季風區(qū)降水的未來變化，需要理解影響季風區(qū)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(nèi)部變率對季風降水的影響尤為重要。

海洋溫度如何調(diào)控季風降水？

20世紀以來，觀測證據(jù)表明全球陸地季風區(qū)降水有顯著的年代際變化，1901-1955年季風降水顯著增加，隨后至1990年季風降水顯著減少，這主要由北半球季風區(qū)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(diào)控作用。

　　圖2 北半球陸地季風區(qū)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(qū)動的大氣環(huán)流模式結(jié)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(diào)控作用。研究表明，歷史海溫驅(qū)動的大氣環(huán)流模式可以再現(xiàn)觀測20世紀季風區(qū)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(huán)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于季風區(qū)降水增多。換句話說，季風降水呈現(xiàn)出“先增加后減少”的年代際變化，主要是由環(huán)流場的變化引起的。其中，北半球季風環(huán)流的增強及Walker環(huán)流的增強與季風降水增加直接相關，反之亦然。

而大氣環(huán)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(diào)控作用。結(jié)合理想海溫試驗的結(jié)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(qū)和季風區(qū)對流層的溫度差。這就有利于對流層厚度的經(jīng)向梯度增大、季風環(huán)流增強，有利于更多水汽輸送至季風區(qū)，最終引起了季風降水的增多。

這一工作的價值之一在于，對內(nèi)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信息。

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(diào)控作用。下圖中綠色填充區(qū)域為北半球季風區(qū)。

相關研究近期發(fā)布于Journal of Climate。