青藏高原是中國最大、世界海拔最高的高原,被稱為“世界屋脊”“第三極”,對(duì)我國乃至全球氣候都有難以忽視的影響。同時(shí),青藏高原蘊(yùn)含豐富水資源,外流水系流域面積占高原總面積的53.56%,也是亞洲許多著名大河發(fā)源地,素有“亞洲水塔”之稱。
近幾十年來,青藏高原暖濕化愈發(fā)引起關(guān)注。關(guān)于青藏高原濕化的原因眾說紛紜,但此前研究并沒有一個(gè)定量的表述有力解釋當(dāng)前程度的濕化。近日,中國氣象科學(xué)研究院大氣成分與環(huán)境氣象研究所所長、研究員王志立,中國氣象科學(xué)研究院副院長、研究員車慧正,中國氣象局碳中和監(jiān)測與評(píng)估中心主任、中國工程院院士張小曳及其團(tuán)隊(duì)量化分析了近四十年夏季青藏高原水汽收支變化,并從人為氣溶膠強(qiáng)迫角度對(duì)其分析解釋。
青藏高原位于亞歐大陸內(nèi)部,其平均海拔高達(dá)4200米,原本平直經(jīng)過此地的西風(fēng)氣流受阻擋后,從高原北側(cè)和南側(cè)分別繞行,使此處的大氣環(huán)流發(fā)生了重要變化。這種環(huán)流形態(tài)可以被視為一個(gè)長方形的“邊框”,其水汽收支可分為東南西北四個(gè)方向,其中西側(cè)、北側(cè)主要靠西風(fēng)急流向內(nèi)部輸送水汽;南側(cè)主要靠印度季風(fēng)進(jìn)行水汽輸送,東側(cè)則主要表現(xiàn)為西風(fēng)急流向下游輸送水汽,即南、北、西側(cè)為水汽輸入通道,東側(cè)則為水汽輸出通道。
以水汽輸送最為劇烈的夏季為例,1979年至2014年青藏高原總體水汽含量增加,這與多年來青藏高原濕化的結(jié)論一致。具體而言,西側(cè)、南側(cè)水汽輸送量無顯著變化,北側(cè)表現(xiàn)西風(fēng)急流減弱趨勢,即水汽輸入減少(表現(xiàn)為凈支出);東側(cè)因西風(fēng)急流減弱,水汽向下游輸送減少(表現(xiàn)為凈收入),東側(cè)凈收入多于北側(cè)凈支出,這也是青藏高原濕化最直接的原因。
在了解各個(gè)邊界水汽收支情況之后,團(tuán)隊(duì)以第六次國際耦合模式比較計(jì)劃(CMIP6)中11個(gè)模式的氣溶膠、溫室氣體、自然強(qiáng)迫和內(nèi)部氣候變率等五類影響因子對(duì)其解釋,量化了這些影響因子在高原水汽收支變化中的占比,模擬結(jié)果表明,氣溶膠強(qiáng)迫在青藏高原東側(cè)水汽通量變化趨勢中起了主導(dǎo)作用,而溫室氣體和自然強(qiáng)迫則抑制了這種變化趨勢。
研究還進(jìn)一步探究了氣溶膠強(qiáng)迫導(dǎo)致青藏高原水汽增加的機(jī)理。王志立介紹,氣溶膠對(duì)氣候的影響可分為直接效應(yīng)和間接效應(yīng)兩種。直接效應(yīng)是指氣溶膠通過散射或吸收短波和長波輻射,直接影響地-氣系統(tǒng)的能量平衡;間接效應(yīng)是指氣溶膠作為云凝結(jié)核或冰核通過改變?cè)频奈⑽锢磉^程來影響云的輻射特性、云量和云的壽命,進(jìn)而影響地球的輻射平衡、水循環(huán)和氣候系統(tǒng)。
綜合來看,人為氣溶膠排放增加對(duì)地-氣系統(tǒng)起到了凈冷卻效應(yīng)。近年來,青藏高原上游地區(qū)氣溶膠減少導(dǎo)致異常升溫,而其下游氣溶膠增多導(dǎo)致異常冷卻。上下游地區(qū)的這種差異一方面導(dǎo)致了對(duì)流層上層向東傳遞的異常羅斯貝波列,減弱高原東部的西風(fēng)氣流和水汽輸出;另一方面高原東部中緯度大氣形成向南的異常溫度梯度,加劇西風(fēng)急流減弱,并進(jìn)一步造成東側(cè)水汽輸出減弱。
此前在提到氣候變化時(shí),往往更關(guān)注溫室氣體的影響,那么氣溶膠為何在青藏高原有這么強(qiáng)的影響力?王志立解釋,這主要由于溫室氣體在全球大致均勻分布,且其壽命較長,對(duì)于長期、全球性變暖負(fù)主要責(zé)任;氣溶膠的分布則存在區(qū)域性差異,且壽命較短,因而對(duì)于短期、區(qū)域溫度變化影響更為顯著。
正是由于二者在時(shí)空尺度上的差異,團(tuán)隊(duì)也呼吁,在考慮應(yīng)對(duì)長期氣候變化的同時(shí),不可忽視短期和區(qū)域性氣候變化。因此,需對(duì)未來氣溶膠減排的區(qū)域氣候效應(yīng)開展綜合研判,綜合規(guī)劃綠色減排路徑,更加科學(xué)合理地應(yīng)對(duì)氣候變化。(作者:張藝博)