研究进展 | 降水季节性随地球变暖而增强
文摘
科学
2024-05-20 08:00
广东
中山大学地理科学与规划学院罗明教授CHASE课题组联合中国海洋大学宋丰飞教授等分析并总结了降水季节性变化及其原因，研究结果有利于极端雨旱灾害的预测预警。相关论文“Precipitation Seasonality Amplifies as Earth Warms”发表于中科院一区期刊《Geophysical Research Letters》，CHASE课题组王晓喻同学为论文第一作者。
降水量呈现明显的年内差异，显示出较强的季节性周期。这种季节性差异对自然生物的节律和人类社会经济生产周期都起着至关重要的作用，并且与干旱、洪水风险密切相关。适当的降水季节分布有助于为动植物提供良好的生存条件，从而保护当地生态系统。然而，降水发生时间的偏离，比如提前或延迟，可能会对生物物候和水文循环产生影响，从而导致农作物产量下降和水安全问题。尽管现有研究多关注平均/总降水量的变化，但全球变暖下降水周期的变化情况仍不明晰。因此本文基于八个全球降水观测或类观测数据集，研究了降水季节性变化的趋势和分布；为了评估人为气候变暖的影响，还使用CMIP6模拟降水数据评估四种不同人为强迫（ALL、GHG、AER和NAT）对降水季节性的影响，同时预测未来四种不同共享社会经济路径（SSP126、SSP245、SSP370和SSP585）情景下的可能变化。自1980年以来，八个不同的观测数据集都显示出降水季节性增加的趋势（图1）。增幅最大的是 CHIRPS（3.85%/十年，p<0.05），其次是TerraClimate（3.10%/十年，p<0.05）。降水季节性的增强主要由雨季降水的增加主导，同时受到部分地区旱季降水量下降的影响。降水季节性的增加，尤其是在低纬度地区的人口稠密地区，可能会导致更大的风险，引发了人们对气候灾害的担忧。![]()
图1. 历史时期降水季节性的长期趋势（a），雨季（蓝色）和旱季（红色）变化趋势（b），和观测数据平均（c）和CMIP6模式平均（d）空间分布。
如图2a所示，GHG和AER强迫都存在降水季节性的增加趋势（分别为0.91%/十年和0.47%/十年，p<0.05），并且GHG情景下的增加更为明显，并且与ALL强迫的增长有些一致。GHG强迫的模拟结果显示，热带地区大部分地区的降水季节性增加，这种增加主要归因于温室气体强迫。AER强迫情景显示了部分地区的降水季节性的增加（图2c）。相比之下，NAT运行在全球降水季节性方面表现出可忽略不计的变化（图2d）。![]()
图2.历史时期不同强迫下降水季节性的长期趋势（a）和GHG（b）、AER（c）和NAT（d）强迫下该趋势的空间分布。
在未来几十年的不同共享社会经济路径（SSP）情景下，CMIP6气候模型预测到21世纪末降水季节性将持续放大，且该放大在高排放情景（如SSP585）下比低排放情景（如SSP126）更快。与1982-2014年的历史时期相比，在远期未来（2081-2100年）SSP585和SSP370情景下，全球平均降水季节性预计将分别增加17.6%和14.7%。在SSP245和SSP126情景下，这一增幅将分别限制在10.7%和7.2%。这些结果表明，较低的排放条件有利于缓解降水季节性的持续放大。联合国《巴黎协定》设定了将全球平均气温升幅限制在比工业化前水平高2°C（并努力限制至1.5°C）以内的目标。为反映降水季节性对不同全球变暖水平的响应，图3a显示了全球平均降水季节性变化与全球平均温度变化相对于工业化前水平（1861-1880年）之间的关系。降水季节变化的幅度与全球平均气温成正比，表明全球变暖推动了降水季节性的放大。这种降水季节性变化的幅度只取决于变暖的水平，而与这个变暖水平发生得更早（SSP585）或更晚（SSP126）无关，全球均温每升高1℃，降水季节性幅度将预估放大4.2%。在4°C的升温水平（图3b）下，预计整个热带和亚热带地区的降水季节性将增加。如果全球变暖被限制在较低的水平，这种放大将大大减少（图3c和3d）。![]()
图3. 两类连续热浪事件的移动模式分布（上图）和两种类型之间多个指标的比较（下图），其中蓝色表示1型热浪，红色表示2型热浪。
如图4所示，进一步阐明了降水季节性放大与全球温度升高之间的模型间关系，不同的模型实验都表明了全球变暖对季节性变化的强烈影响，且模拟全球变暖水平较高的模型预测降水季节性的放大更强。模型间季节性放大与全球平均地表变暖之间的模型间相关系数为+0.90（p值<0.01），表明模拟全球变暖幅度较高的模式倾向于预测更放大的降雨季节性。
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图4. 1961~2018年期间1型连续热浪各指标逐年统计时间序列，其中各指标同图2。
（1）自20世纪80年代以来，全球大部分陆地地区，尤其是热带地区的降水年循环增强。
（2）随着全球变暖，未来降水季节性增强将进一步加剧，这主要由人为排放驱动。
（3）全球每变暖1°C，降水季节性幅度将增强4.2%。
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原文链接：Precipitation Seasonality Amplifies as Earth Warms - Wang - 2024 - Geophysical Research Letters
引用方式：
Wang, X., Luo, M., Song, F., Wu, S., Chen, Y. D., & Zhang, W. (2024). Precipitation seasonality amplifies as Earth warms. Geophysical Research Letters, 51, e2024GL109132. https://doi.org/10.1029/2024GL109132
中山大学气候变化与可持续环境CHASE（Climate CHange And Sustainble Environment）研究小组致力于气候变化与可持续环境的理论、方法及应用研究（微信公众号：气候变化与可持续环境）。合作联系请私信或邮件至we.chase@hotmail.com。
