科研进展

IJC/JC: 近十几年东亚超级干旱热点区域及其成因分析

  最近十几年,东亚超级干旱发生的频率在最近10年显著增强,主要包含两个热点区域:过渡带地区(TCZ)和亚洲东南部地区(SEA)。2010-2019年,TCZ发生的超级干旱总月份数占整个区域的40%,SEA发生的超级干旱占27%。这两个热点区域的总贡献达到2/3,对于过渡带地区,2000年之后是超级干旱频发时段,夏季最多,冬季几乎很少发生。对于亚洲东南部地区,1990年前后和近十几年为超级干旱频发的时段,夏季和秋季和最易发生。基于统计和模式归因分析,过渡带(TCZ)的超级干旱增加主要由全球变暖导致的蒸发增加驱动的,蒸发增加的贡献可达80%,对于蒸发而言,内部变率作用相对较弱,主要是外强迫的贡献,全球变暖趋势信号可以解释局地蒸发变化的90%。亚洲东南部地区(SEA)最近十几年的超级干旱频发主要是降水的贡献,贡献率60%–80%。对于降水变率而言,主要是年代际自然变率的贡献,而外强迫的贡献只有自然变率的15%。

  进一步,我们分析了最近十几年亚洲东南部地区(SEA)降水年代际背景产生的原因。研究发现,亚洲东南部地区的春季降水也发生了由“湿”向“干”的年代际转变,转折发生在2010年。春季降水年代际变化对超级干旱年代际加剧的贡献为43%。2010–2019年,亚洲东南部地区为为西北风控制,不利于来自印度洋的水汽输送,使得向从海洋向亚洲东南部的水汽输送减弱,表现为显著的水汽通量辐散。同时,亚洲东南部地区为下沉气流控制。三维环流场结构表明,热带西印度洋可能是影响亚洲东南部地区年代尺度干旱的关键区。在年代际尺度上,亚洲东南部地区春季降水与热带西印度洋海温存在负相关关系。同时,热带西印度洋海温年代际转折也发生在2010年,由冷海温转向暖海温。这与亚洲东南部地区超级干旱年代际转变发生的时间完全一致。主要的物理动力机制是,热带西印度洋暖海温使得其上空的对流层增暖,激发出东传的Kelvin波,其东北边缘穿过亚洲东南部地区。中高层大气为东风异常响应,而低层大气由于边界层摩擦作用而产生东北风异常和Ekman辐散。一方面,东北风异常阻碍来自印度洋的水汽输送;另一方面,Ekman辐散形成下沉气流,不利于对流活动和降水。数值模式中仅加入热带西印度洋异常热源强迫,就能够再现观测中的环流结构,这证明了热带西印度洋确是亚洲东南部超级干旱年代际变化的主导因子。最后,进一步的研究表明,前期冬季和同期春季的ENSO及其多样性对于亚洲东南部的春季降水和热带西印度洋–亚洲东南部的春季降水的耦合关系存在调制作用。

  研究成果由中国科学院大气物理研究所王林(RCE-TEA)副研究员,陈文研究员、黄刚研究员等,与泰国清迈大学,泰国自然资源和环境部,以及华盛顿大学的付强教授等合作完成。近期发表在IJC和JC上,得到国家自然科学基金中泰国际合作项目(41961144016)和面上项目(41875115)共同资助。

  论文信息:

  Wang Lin*, Chen Wen, Fu Qiang, Huang Gang*, Wang Qiulin, Chakrit Chotamonsak, Atsamon Limsakul , 2021: Super droughts over East Asia since 1960 under the impacts of global warming and decadal variability. International Journal of Climatology. https://doi.org/10.1002/joc.7483

  Wang Lin*, Huang Gang, Chen Wen, Wang Ting, Chakrit Chotamonsak, Atsamon Limsakul, 2022: Decadal background for active extreme drought episode in the decade of 2010–2019 over southeastern mainland Asia. Journal of Climate, https://doi.org/10.1175/JCLI-D-21-0561.1

图 近十几年东亚超级干旱热点区域及成因示意图

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