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过去千年大火山增强东亚夏季风

  坐落于世界最大的陆地(欧亚大陆)与海洋(太平洋)之间,东亚地区的洪涝与干旱常常由东亚夏季风的强弱控制,其变化通常是由气候系统内部变率所驱动,例如前冬的厄尔尼诺即赤道东太平洋暖海温会增强夏天江淮的梅雨。大火山喷发是气候系统重要的自然强迫(图1),热带火山喷发通常被认为通过减少地表太阳辐射来削弱全球的水循环,然而古气候资料则指出热带大火山喷发会增加厄尔尼诺发生的概率,那么历史上热带大火山的喷发如何影响东亚夏季风仍是一个谜团。

图1. 2020年1月12日飞往马尼拉航班上拍摄菲律宾Taal火山喷发场景(陈发新摄)

  最近,中山大学,浙江大学,成都信息工程大学,中科院大气所,青藏所,香港大学,美国夏威夷大学和罗格斯大学的科学家在Nature Communications发表文章指出:历史热带大火山喷发增强了东亚夏季风的降水。

  科学家们期望从复杂的历史代用资料和数值实验中找到非常坚实的证据。本文第一作者,中山大学刘飞教授说:季风区域湿润的环境降低了用树轮来表征降水多少的可靠性,所以我们采用了中国气象局整理的中国过去500年旱涝等级指数(图2),基于这套具有中华文化特色的文献记录,我们以及其他科学家重建了东亚区域过去500年的降水变迁。参考的历史资料还包括:南北极冰芯记录的过去历史热带火山喷发的准确年份,以及11套厄尔尼诺重建序列。为了验证和理解这些历史记录,该研究还采用当前最先进的第五次和第六次气候模式比较计划中14套千年模拟实验。

图2. 中国三千年气象记录总集(张德二2004)

  这些历史资料表明,热带大火山喷发显著增强东亚夏季风。这些降水增加的区域主要在长江流域,中国东北以及日本的九州岛。本文通讯作者,浙江大学高超超副教授解释道(图3):大火山喷发显著增加厄尔尼诺发生的概率,从平均的27%提高到44%,这将导致更多的火山次年夏季风降水。大气卡尔·古斯塔夫·罗斯贝奖得主,夏威夷大学Bin Wang教授还指出:火山不仅增加厄尔尼诺发生概率,还会增强西北太平洋冷海温加强副热带高压,为长江流域带来充沛的水汽。

图3. 热带火山增强东亚夏季风降水的物理机制:(a)增加厄尔尼诺发生的概率;(b)加强厄尔尼诺次年菲律宾海冷海温和副高,加强中国东部西南风水汽输送。陆地与海洋上填色分别为海温和降水,箭头为大气低层风场。

  不同于传统的火山制冷变干效应,该研究指出热带大火山将会通过气候的动力反馈来增强区域季风降水。本文作者,大气所 LASG黄刚教授提到:在未来全球变暖情景下充足的水汽将会增强这种火山加强东亚夏季风效应; 未来地球计划全球秘书中心(中国)主任、中山大学大气科学学院董文杰院长最后强调:该工作在评估未来火山爆发引起的平流层气溶胶及其相关的大气成分改变,预估气候变化及其极端天气气候事件方面有重要的科学意义;为防灾减灾和应对气候变化具有借鉴意义。

    论文信息:Liu, F. , C. Gao* , J. Chai , A. Robock , B. Wang* , J. Li , X. Zhang ,G. Huang and W. Dong, 2022:Tropical volcanism enhanced the East Asian summer monsoon during the last millennium, Nature Communications, 13, 3429 (2022),https://doi.org/10.1038/s41467-022-31108-7

  论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-31108-7

 
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