近日，我院刘传联教授团队博士后周辛全的研究成果（The change in convection over the Indo-Pacific warm pool in the mid-Holocene and its influence on South Asian precipitation）发表在国际知名地学期刊Quaternary Science Reviews上。论文聚焦印-太暖池区大气对流在中全新世的变化，提出了大气对流变化的纬向“双极”不均一模式，并讨论了该变化对南亚降雨的影响。
印-太暖池区由于温暖海水的作用，具有很强的大气对流，是维持太平洋和印度洋沃克环流的关键因素，也是暖池区以外区域的重要能量和水汽来源。现代观测表明，太平洋和印度洋沃克环流的年际异常状态，往往会造成南亚地区降雨量的异常增大或减小，而异常的沃克环流反映了暖池对流的强度和空间分布的变化。研究地质历史时期不同边界条件下的气候变化，有助于我们评估未来气候变化的趋势，以及理解气候对强迫因子响应的敏感性。
中全新世（距今6千年前）是目前古气候研究的热点之一。该时期的岁差角小于现代，造成区别于现代的辐射量纬度与季节分布。尽管印—太暖池区与海洋性陆地有大量的古气候记录报道，但对中全新世时印—太暖池大气对流是如何变化的，以及如何影响南亚降雨，还没有达成共识。
图1. 中全新世相对于现代的降雨量与水文气候变化。印—太暖池与海洋性陆地的古气候记录与AWI-ESM-1-1-LR模型的模拟结果。苏拉威西海西部（MD98-2178站位）古生产力记录（橘黄色）。
本研究收集了印—太暖池区与海洋性陆地的反映降雨量或者干湿变化的全新世古气候记录，并结合PMIP3和PMIP4中全新世模拟实验数据，来讨论印—太暖池大气对流的变化特征。本研究还重建了苏拉威西海西部的全新世古生产力，该海域的初级生产力变化可以指示婆罗洲降雨和赤道异常纬向风的共同作用。
结果表明，在30个耦合模型的结果中，AWI-ESM-1-1-LR的结果与古气候记录最符合，两者共同反映印—太暖池区的年降雨量在中全新世期间（相较于现代）发生“双极”变化：东部变干旱，西部变湿润（图1）。对AWI-ESM-1-1-LR结果进一步分析发现，与降雨量变化相联系的是大气对流的纬向不均一变化，以及印—太暖池区的“跨洋盆”异常纬向环流（图2）。这种异常的大气环流出现在夏季，并在秋季达到最顶峰。在赤道西太平洋，大气发生异常辐散，所形成的异常赤道东风与婆罗洲干旱，导致苏拉威西海西部初级生产力的中全新世极小值（图1）。在暖池西部，大气发生异常上升，所影响的区域延伸至南亚，造成该地区降雨量增大。AWI-ESM-1-1-LR的结果表明，中全新世南亚地区年降雨量增量的40%来自秋季，并涉及区别于南亚夏季风增强的机制：赤道西太平洋的水汽由“跨洋盆”纬向环流输送至东印度洋和南亚。论文还讨论了这种“双极”模式的形成机制。
图2. AWI-ESM-1-1-LR模型的模拟结果（中全新世相较于现代）。年平均500 hPa大气高度的大气垂向运动速率（wap_500）。年平均纬向质量流函数（ZMSF）与大气运动矢量，结果为10°S−10°N平均。
本研究以“模拟—指标结合”为手段，为季风区降雨量变化机制提供了新的认识与见解。AWI-ESM-1-1-LR的独特结果可能与该模型的高分辨率非结构化网格海洋子模型有关，需要对相关具体过程做进一步研究。
论文第一作者为周辛全博士，通讯作者为刘传联教授，合作者包括我院金晓波副研究员，和南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）时晓旭副研究员。该研究受国家自然科学基金（41930536、42206060、42188102、410123005）资助。
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S027737912300447X
撰稿：周辛全
编辑：高小丰