工业革命以来，大量排放的CO2通过温室效应造成全球变暖，对气候和人类社会造成严重广泛且不可逆的影响，如海平面上升、海冰融化、频繁的热浪等。为缓解这些影响，《联合国气候变化框架公约》在2015年制定了《巴黎协定》温升目标。科学研究表明，《巴黎协定》温升目标的实现需要应用CO2移除方法使CO2浓度在本世纪下降。如果应用CO2移除方法，气候系统恢复的速度和程度如何呢？IPCC AR6报告指出，CO2浓度先上升后回到工业革命前水平时，全球平均温度、水文循环、海平面、海冰面积等气候现象均不能恢复到其初始状态。然而，印度夏季风降水是一个例外。
近六分之一的全球人口居住在印度季风区，他们的社会经济福祉极度依赖于夏季风降水。为确保粮食和水资源的可持续发展，需要增进对CO2移除背景下印度夏季风降水响应的理解和认识。近日，中科院大气所黄刚研究员课题组在Nature子刊《npj Climate and Atmospheric Sciences》发表最新成果，揭示了CO2对称移除情景下，印度夏季风降水出现不对称响应的现象及机制。
该团队基于理想化的每年1%的CO2对称先升后降试验，发现印度夏季风降水在相同CO2浓度的上升、下降阶段的响应是不对称的（图1）。在CO2上升阶段，印度夏季风降水增加；在CO2达峰后，它继续增加约10年，之后迅速下降。当CO2浓度恢复到工业革命前水平时，印度季风区呈现异常干旱。
对于印度夏季风降水的不对称响应，海洋巨大的热惯性发挥了重要作用。在CO2移除期间，深海一直持续增暖，赤道中东太平洋垂直海温梯度减弱、不利于上翻流运动，使得该地区呈现更强的类El Nino型增暖。这种海表温度异常会削弱Walker环流，抑制印度上空的上升运动。同时，减弱的Walker环流影响海洋大陆和热带西印度洋的降水。海洋性大陆降水减少，激发赤道Rossby波，减弱印度的上升运动；热带西印度洋降水增加，激发赤道Kelvin波，削弱水汽输送。另外，热带地区的增暖会削弱海陆热力对比，减弱季风环流。最终，这些过程共同导致CO2对称移除情景下印度夏季风降水出现不对称的响应，增加了印度的干旱风险（图2）。
“我们的研究表明，对称的CO2移除可能会导致印度夏季风降水的不对称响应，相对于CO2增加期印度会出现异常的干旱，影响水资源管理。这提示我们，在制定缓解气候变化政策时，应该考虑气候减缓更全面的影响，以及它的副作用”，文章通讯作者黄刚研究员强调。
该文章由中国科学院大气物理研究所博士生张苏芹、屈侠副研究员、黄刚研究员、胡鹏博士合作完成。
Zhang, S., Qu, X., Huang, G. et al. Asymmetric response of South Asian summer monsoon rainfall in a carbon dioxide removal scenario. npj Clim Atmos Sci 6, 10 (2023). https://doi.org/10.1038/s41612-023-00338-x
图1. 印度夏季风降水（红色）对理想化CO2对称先升后降试验（1%CO2和1%CO2-CDR，蓝色）的响应。
图2. CO2对称先升后降情景下印度夏季风降水不对称响应的关键过程示意图。
