大氣所在捕捉增暖情景下副熱帶季風變化確定性方面獲進展

　　副熱帶季風區是世界人口的聚集區。低層副熱帶大氣環流連接熱帶信風和中緯度西風，通過副熱帶高壓的西側將熱帶的水汽向極地輸送，調控全球的能量和水汽循環。因此，副熱帶季風在全球變暖下的變化特征和機制是氣候變化動力學研究關注的核心問題。由于受到多種機制的調控，且數值模式的模擬能力目前尚有不足，全球變暖下副熱帶降水和環流變化的預估沒有顯著的變化信號，模式間的預估不確定性較大。

　　前期，中國科學院大氣物理研究所黃平課題組擴展了熱帶地區降水變化與水汽、環流變化分別在熱力和動力上的關聯，提出以上關系同樣適用于夏季風降水和環流變化。這明確了增暖環境下水汽增加對季風降水增加的確定性，而季風降水預估不確定性的來源主要是環流變化。進一步，研究顯示，東亞夏季風環流變化的不確定性在高、中、低層中存在系統性的聯系，而這種系統性的不確定性與亞印太交匯區季風和海溫變化之間的海氣耦合過程有關。

　　然而，進一步捕捉季風環流變化中的確定性頗具挑戰性，原因在于溫室氣體排放可以增強海陸熱力差異從而增強副熱帶環流，并可引起全球地表增暖從而減弱副熱帶環流。

　　近期，黃平課題組在《自然-通訊》（Nature Communications）上，在線發表了題為Robust changes in global subtropical circulation under greenhouse warming的最新成果。該研究通過分析多套不同情景和強迫的模擬試驗發現，CO2增加引起副熱帶環流變化的兩個主要機制（海陸熱力差異和地表增暖）存在不同的時間尺度，其通過海陸熱力差異對環流的增強作用在第一年已達到峰值，而通過地表增暖對環流的減弱作用則依賴于地球系統對輻射強迫的緩慢響應（圖1）。不同情景的模式預估試驗中，輻射強迫的路徑存在差異，因而兩種機制的占比不同且隨時間變化。若只籠統考慮一個未來的增暖環境，得到的副熱帶環流變化存在很大不確定性（圖2）。而在一個較穩定的增暖情境下，副熱帶季風環流將顯著減弱。

　　研究表明，在較穩定增暖情景下副熱帶季風環流的減弱意味著季風范圍的收縮以及邊界處干旱區域變得更干；而預估近期的副熱帶季風環流變化則需考慮溫室氣體強迫的排放路徑和時間尺度。

　　圖1.全球副熱帶環流強度變化的時間演變。abrupt-4xCO2試驗相對于piControl試驗的多模式平均的850百帕流函數（10°-45°S和10°-45°N）的強度變化，以及一倍模式間標準差的范圍。

　　圖2.不同試驗中相對于全球平均增溫幅度的全球副熱帶環流強度變化。SSP5-8.5試驗（黑色點）相對于historical試驗的全球副熱帶環流強度變化，amip-p4K試驗（藍色點）相對于amip試驗的強度變化，amip-future4K試驗（淺藍色點）相對于amip試驗，amip-4xCO2試驗（紅點）相對于amip試驗，abrupt-4xCO2試驗（橘色點）相對于piControl試驗，CESM1-CAM5模式的SMILE試驗（灰色空心圓）結果，CanESM2模式的SMILE試驗（灰色空心正方形）結果，CSIRO-Mk3-6-0模式的SMILE試驗（灰色空心三角形）結果，GFDL-CM3模式的SMILE試驗（灰色空心倒三角形）結果，MPI-ESM模式的SMILE試驗（灰色空心菱形）結果，以及d4PDF中6個HFB-4K試驗相對于HPB試驗的結果（紫色十字形）。圖中每一個模式或集合的結果均表示為點，而對應顏色的十字形為它們的多模式或多集合平均結果。