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地球環境所揭示亞洲沙塵融雪劑及直接輻射效應對印度夏季風爆發的影響機理
2019-02-22| 編輯: | 【 】【打印】【關閉

   沙塵和黑炭等吸收性氣溶膠可以沉降在積雪上,使積雪變臟,降低其反照率,同時吸熱使雪表增暖,最終促進積雪融化從而改變區域能量分布影響氣候,這種效應被稱為“融雪劑”效應(snow-darkening effect)。由于黑炭排放在人類活動中的重要地位,對吸收性氣溶膠融雪劑效應的研究主要集中在黑炭上。已有研究(Qian et al., 2011)表明,由于黑炭在青藏高原上的沉積,其融雪劑效應導致高原積雪減少,高原熱源加強,有利于印度夏季風爆發。但目前,沙塵的融雪劑效應對印度季風作用如何仍不得而知。事實上,沙塵作為自然源氣溶膠,其在青藏高原上的沉降量要遠大于黑炭。更重要的,在地質歷史時期(如冰期-間冰期循環),沙塵被認為是左右氣候變化的重要因子之一,其氣候效應得到廣泛關注。 

  鑒于此,中國科學院地球環境研究所石正國研究員及其合作者利用公用氣候模式對沙塵融雪劑效應和直接輻射效應對印度夏季風的影響進行了評估,為與已有研究對比,黑炭的融雪劑和直接輻射效應也同樣被考慮。模擬結果顯示,同前人研究一致,黑炭的融雪劑效應可以增強青藏高原熱源從而加強印度夏季風爆發。但對沙塵來說,情況更加復雜。雖然沙塵同黑炭類似,其在青藏高原西部的沉降也可以導致高原西部變暖,但印度夏季風爆發并沒有增強。相反的,沙塵的融雪劑效應會顯著削弱爆發階段的印度夏季風環流和降水。這是由于沙塵同黑炭的空間分布不同,在春季的中亞內陸沙塵源區,不但存在大量沙塵沉降,同樣也有廣泛的積雪分布。因此,沙塵導致的變暖范圍不僅涵蓋青藏高原西部,還向西延伸至里海附近。變暖中心及范圍的擴張顯著調制了大氣環流形式的響應,來自寒冷干旱中亞大陸的分支增強而來自暖濕印度洋的分支減弱,最終使得印度夏季風降水減少。 

  對于直接輻射效應來說,沙塵和黑炭都可以增強印度夏季風系統,但二者的差異在于黑炭是通過其吸收性加熱青藏高原地表從而增強印度季風,而沙塵則是通過使阿拉伯半島變暖促進水汽向印度大陸的傳輸,有利于季風降水形成。同前人研究大都強調青藏高原熱力變化在印度夏季風響應中的作用相比,本研究揭示了由沙塵氣候效應引發的源區(中亞和阿拉伯半島)熱力變化對季風響應的重要調制,表明吸收性氣溶膠對季風的影響和亞洲大氣熱力變化之間的聯系非常復雜,亟待后續工作深入認識。 

  該研究發表于雜志《Atmospheric Chemistry and Physics》上(Shi et al. 2019. Snow-darkening versus direct radiative effects of mineral dust aerosol on the Indian summer monsoon onset: role of temperature change over dust sources. Atmos. Chem. Phys., 19, 1605-1622) 論文鏈接:https://www.atmos-chem-phys.net/19/1605/2019/ 

  1:沙塵融雪劑及直接輻射效應對印度季風影響示意圖,虛線橢圓表示低層環流異常,實線橢圓為高層環流異常,L表示低壓,H表示高壓,粗黃虛線表示印度季風環流異常。兩種效應中,中亞及中東變暖導致的低壓異常對印度季風減弱及增強有顯著貢獻。 


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