科学家通过数值模拟实验进一步揭示影响季风行为的驱动因子

内容来源：中国科学院

　　季风会对世界各地的人口产生重大影响，其带来的强降水以及随之而来的泥石流、山洪，能够损害农作物，并对安全和健康构成威胁。在一些国家，如印度，季风也为农作物的生长提供了重要水源。能够准确地预测季风，以及预测导致这些事件的气候变化，可以帮助国家和社会进行更好地准备和规划，从而提高安全性并减少经济损失。来自中国科学院的一组研究人员进行了一系列的模式扰动试验，产生了有助于改进这些预测的数据集。

　　近日，Advances in Atmospheric Sciences 刚刚预出版的一篇数据描述文章，介绍了该试验所用的模式、试验设计以及模拟数据集。

　　季风是大气环流或盛行风向的季节性变化，其与海洋和陆地的不均匀加热导致的降水的相应变化有关。季风从寒冷的地区吹向温暖的地区，导致了热带地区的干季和旱季。然而，由于诸如陆地和海洋位置之类的外部因素可以影响区域的风场以及降水场，因此，季风的特征以及活动因地区而异。例如，由于喜马拉雅山和青藏-伊朗高原的热力强迫作用使得印度洋暖湿气流输送到印度和南亚的湿润区，导致南亚季风环流和降水尤其强劲。

　　中科院的气候系统模式Flexible Global Ocean–Atmosphere–Land System (FGOALS-f3-L)向第六次耦合模式比较计划(The sixth phase of the Coupled Model Intercomparison Project, CMIP6)中全球季风模式比较计划(Global Monsoons Model Intercomparison Project, GMMIP)提交的模式数据集，为评估海表温度趋势以及其对季风环流和降水分布提供了一个有价值工具，同时也使人们更加清楚地理解高海拔地形如何影响全球季风系统。

　　本文的第一作者何编，来自中科院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics, LASG)和中国科学院大学地球与行星科学学院。他说：“这些数据对于理解由青藏高原驱动的次季节气候信号的变化十分有用。”

　　全球季风系统由几个季风子系统组成，包括亚洲季风、澳大利亚季风、北非季风和南非季风、北美季风和南美季风，它们在发生的时间和地点上都有各自独特的特征和行为。描述这些差异对当前的气候模式具有挑战性，因为人们还没有完全理解驱动季风系统的复杂的海陆气相互作用，而与此同时季风系统又受外部强迫和内部变率的共同影响。

　　地形可以通过强迫空气向上抬升而影响天气，随着空气的上升，气压和温度变化会导致降水，这种现象被称为“地形效应”或“地形降水”。尽管人们认识到地形会影响季风，但关于全球高大地形对季风环流和降水的直接影响仍存在很多争论。

　　何编解释说：“基于观测海表温度和海冰强迫，我们提供了三套全球季风长期变化的集合模拟试验，从初始化方法上来减少模式不确定性。我们也在GMMIP Tier-3试验中提供高时间频率输出以便通过瞬变过程更好地了解青藏高原在全球季风系统中的作用。”

　　这是作者为IPCC CMIP6 世界气候研究计划撰写的两篇论文之一。另一篇论文描述了中科院FGOALS-f3-L模式参加CMIP6 DECK试验中大气模式比较计划(Atmospheric Model Intercomparison Project, AMIP)这一基准试验的模拟数据。

　　何编说：“我们将在下一步模拟中考虑海气相互作用，因为这也是理解全球季风和相关的地形效应的一个重要因素。我们的最终目标是改进模式对季风行为的模拟，以便更准确地预测季风。”

　　论文链接：1 2

　　图：(a)全球陆地表面气温异常的时间序列(单位：K，相对于1951-1980年的异常)。红线表示GISS数据。粗黑线表示三组amip-hist试验的集合平均结果，而三个集合r1i1p1f1, r2i1p1f1, r3i1p1f1分别用三种虚线表示。(b)与(a)同，但为降水(单位：mm d-1)的结果。红线表示GPCC数据。