全球和區(qū)域的季風(fēng)區(qū)降水改變的主要原因：自然變化和人為強(qiáng)迫

摘要：

本文結(jié)合不同的觀測(cè)數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)，對(duì)過(guò)去60年來(lái)季風(fēng)降水變化背后的主導(dǎo)因素進(jìn)行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）非洲季風(fēng)（AFM）降雨量變化主要是人為強(qiáng)迫造成的；（2）亞洲-澳大利亞季風(fēng)（AAM）降雨量的變化受內(nèi)部變化的影響；（3）美國(guó)季風(fēng)（AMM）由于數(shù)據(jù)集之間存在差異，因此降雨變化的原因尚不清楚。同時(shí)南北半球之間存在不對(duì)稱(chēng)性。降水受到溫室氣體和氣溶膠的影響較大。

引言：

（1）季風(fēng)區(qū)降水影響巨大

（2）雖然之前的研究已經(jīng)提出“濕更濕”但是并不是所有地區(qū)都存在這樣的變化

（3）降水的變化：全球變暖+自然變率

本文主要針對(duì)某些地區(qū)：降水變化趨勢(shì)一方面超出了自然變率的影響，但也與氣變暖模擬結(jié)果相反的原因進(jìn)行研究

數(shù)據(jù)

1958年-2015年

降水?dāng)?shù)據(jù)：PREC、CRU、GPCC、ERA-40、ERA-Interim、CMIP5（CGCM、CESM）

方法

降水趨勢(shì)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別代表強(qiáng)迫相應(yīng)和內(nèi)部變率。總體平均趨勢(shì)的絕對(duì)值除以總體成員的標(biāo)準(zhǔn)偏差為信噪比。出現(xiàn)時(shí)間被定義為氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率中的噪聲引起降雨的強(qiáng)制響應(yīng)的時(shí)間（信噪比大于閾值的第一年，本文為大于1 的第一年）。

結(jié)論

1.降水改變與突變?nèi)掌?/span>

1958年-2015年間，AAM季風(fēng)區(qū)降雨量顯著增加，中太平洋地區(qū)的降雨量顯著減少，西非和墨西哥的陸地降雨量顯著下降。

注意：(a)(b)圖進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)模式定義降水變化與再分析數(shù)據(jù)之間存在差異。相關(guān)僅達(dá)到-0.16。

圖b顯示，1990年代之前在北非和東南亞季風(fēng)區(qū)檢測(cè)到了人為T(mén)OE，并隨著時(shí)間推移，傳播到北太平洋和南太平洋等其他區(qū)域。然而，在近些年來(lái)，除了北非季風(fēng)、東南亞季風(fēng)和熱帶大西洋之外，大多數(shù)地區(qū)都無(wú)法檢測(cè)到人為T(mén)OE。在這些地區(qū)，內(nèi)部變異性很大，足以掩蓋人為影響。

進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)之后，北非的TOE變化最為可靠。

圖2a顯示，溫室氣體會(huì)引起熱帶西太平洋北部潮濕和南部干燥，這會(huì)導(dǎo)致亞洲降雨量增加和澳大利亞降水減少，但這與圖1中PREC表達(dá)的趨勢(shì)不同。

圖2b中自然強(qiáng)迫對(duì)降水變化影響不顯著。

圖2c顯示，氣溶膠可導(dǎo)致西非和南亞降雨量減少。同時(shí)在熱帶非洲、亞洲、西太平洋和北太平洋以及墨西哥上空的顯著下降趨勢(shì)。因此，圖以顯示的西非和墨西哥降雨量下降趨勢(shì)可能受到氣溶膠強(qiáng)迫的影響。

2.自然變率和Walker環(huán)流

自20世紀(jì)70年代末以來(lái)，西北太平洋季風(fēng)的年際變化與ENSO之間的相關(guān)性增強(qiáng)。由于ENSO 受到海表溫度的強(qiáng)烈影響。因此接著本文對(duì)于不同情況下海表溫度對(duì)于降水影響進(jìn)行探究。

在前工業(yè)化模型實(shí)驗(yàn)中，降雨變化沒(méi)有明顯的趨勢(shì)（圖2（d））。為了研究自然變量對(duì)降水量變化的影響，使用了太平洋年代際震蕩指數(shù)和北大西洋-南印度洋偶極子（NAID）指數(shù)，。結(jié)果表明，在井水變化趨勢(shì)上海洋大陸為正，西太平洋和中太平洋為負(fù)（圖2（e）和（f））。因此，印尼-澳大利亞潮濕季風(fēng)和中太平洋干燥季風(fēng)可能是由自然變化引起的。

3.再分析數(shù)據(jù)顯示季風(fēng)區(qū)降水的變化

為了檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，本研究接下來(lái)使用PREC、CRU、GPCC、ERA-40和ERA-Interim數(shù)據(jù)。對(duì)非洲季風(fēng)（AFM）、亞洲-澳大利亞季風(fēng)（AAM）和美洲季風(fēng)（AMM）分別檢查。

發(fā)現(xiàn)在60年間，PREC、CRU和GPCC數(shù)據(jù)集的降雨時(shí)間序列在區(qū)域季風(fēng)上具有較高的相關(guān)系數(shù)，而ERA-40和ERA中期數(shù)據(jù)相關(guān)較小。

對(duì)于全球季風(fēng)區(qū)而言，來(lái)自三個(gè)再分析數(shù)據(jù)集以及CESM和CMIP5的降水趨勢(shì)略有下降，但這些變化不是由于外部作用力造成的信號(hào)。除模型模擬外，三個(gè)再分析數(shù)據(jù)集中的AFM降雨趨勢(shì)顯著下降（圖3（b））。在所有數(shù)據(jù)集中，AAM降雨量的趨勢(shì)均未發(fā)現(xiàn)顯著變化（圖3（c））。CRU中的AMM降雨趨勢(shì)顯著增加，但無(wú)法檢測(cè)到其他數(shù)據(jù)集中的顯著降雨趨勢(shì)（圖3（d））。就AMM上的陸地降雨趨勢(shì)而言，三個(gè)再分析數(shù)據(jù)集之間存在不確定性。

4.外部強(qiáng)迫引起的陸地降水變化

GHG在南北半球產(chǎn)生降水的增減效果不同。非洲北的降水減少可能是由氣溶膠引起的，而南部的降雨量減少可能是溫室氣體引起的。

結(jié)論

在20世紀(jì)90年代之前，在北非季風(fēng)區(qū)檢測(cè)到人類(lèi)強(qiáng)迫引起的降水變化

北非季風(fēng)區(qū)降雨量的減少趨勢(shì)來(lái)自氣溶膠，而南非洲季風(fēng)區(qū)的降雨減少趨勢(shì)似乎是由于溫室變暖造成的北半球和南半球之間的熱對(duì)比而產(chǎn)生的向北輸送造成的（圖5（a））

亞洲季風(fēng)降雨的變化可能主要是由于內(nèi)部變化而非外部強(qiáng)迫，而澳大利亞季風(fēng)降雨有可能由于北半球和南半球較冷而通過(guò)產(chǎn)生的向南赤道氣流輸送的氣溶膠強(qiáng)迫而增加（圖5（b））??

本文圖一的對(duì)比啟示：就算觀測(cè)數(shù)據(jù)和模式結(jié)論不一致問(wèn)題也不大。說(shuō)不定是一個(gè)著手點(diǎn)。

文章來(lái)源：Ha K J, Kim B H, Chung E S, et al. Major factors of global and regional monsoon rainfall changes: natural versus anthropogenic forcing[J]. Environmental Research Letters, 2020, 15(3): 034055.