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NSR:梅雨如何响应气候变化?
作者:王会军 孙博 薛茹帆 等               发布时间:2023/09/20 11:56:38       浏览量:

梅雨是东亚地区夏季特有的天气现象。长江中下游流域的梅雨一般以6月中旬至7月上旬持续的阴雨天气为主要特征,对农业、经济和人们的生活有着广泛的影响。在全球变暖背景下,近些年异常的梅雨天气引发了严重的气象灾害。例如,2020年的“超级暴力梅”引发江淮流域严重洪涝灾害,造成逾3000万人受灾,直接经济损失1322亿元;2022年梅雨期间长江流域的高温干旱天气对农业生产和电力供应等造成了严重影响。

那么,梅雨对全球变暖到底有怎样的响应?原因是什么?未来随着全球增暖加剧,梅雨又会如何变化?回答这些问题对于我国的应对气候变化工作至关重要。

近日,球迷吧球迷吧王会军院士的研究团队发现在过去60年里,长江中下游流域梅雨期间的无雨日数、降水强度、极端降水事件的频次和强度均呈现增加趋势(图1),其中降水强度增加趋势最为明显。这表明随着全球变暖,梅雨期间的天气变得更加不稳定和极端。

梅雨期间无雨日数的增加趋势可能与地表相对湿度的减小有关。根据Clausius-Clapeyron方程,随着全球气温升高,大气的饱和比湿(qs)将急剧增加,温度每升高1℃,其增幅约为7%。由于长江中下游流域地表的比湿(q)增速小于饱和比湿(qs),因此相对湿度(RH)呈下降趋势。这不利于降水事件的发生,可能导致梅雨期间无雨日数增多。此外,随着全球气温升高,降水事件发生前后大气水汽含量的减少幅度可能超过7%/℃,导致在下一次降水事件之前大气需要更多时间获得足够的水汽,这也是无雨日数增多的原因之一。值得注意的是,受年代际振荡影响,无雨日数在2013-2020年期间出现了年代际减少,此后明显增多。

梅雨期间降水事件强度、极端降水频次和强度的增加趋势可能与热力和动力因素的共同作用有关。通过分析1961-1980年(相对冷期P1)和2001-2022年(相对暖期P2)长江中下游流域梅雨期间的区域性降水事件,结果表明在P2时期,梅雨期间发生降水时的瞬态水汽输送和辐合更加剧烈,且对流活动更加强烈,导致降水强度增大(图2)。这主要是由于在全球变暖背景下,大气水汽含量增多,且极端降水事件的对流活动显著增强。

此外,作者利用CMIP6资料分析了梅雨在全球增暖2℃情景下的变化。结果表明,随着全球增暖加剧,长江中下游流域梅雨期间的无雨日数、降水事件强度、极端降水频次和强度将增加,其中降水事件强度增加最为明显(图3),这给未来的气候风险管理工作带来了严峻挑战。由于目前模式对梅雨变化的模拟能力普遍较差,梅雨的预估结果有较大不确定性。

本研究的相关成果发表在国际著名期刊National Science Review,王会军院士为通讯作者,孙博教授为第一作者。

Reference:

Bo Sun, Rufan Xue, Wanling Li, Siyu Zhou, Huixin Li, Botao Zhou, Huijun Wang*. 2023: How does Mei-yu precipitation respond to climate change? National Science Review, 2023, nwad246, https://doi.org/10.1093/nsr/nwad246.

图1. 梅雨期间相关变量的长期趋势。(a)1961-2012年无雨日数、(b)1961-2022年降水事件强度、(c)1961-2022年极端降水事件频次、(d)1961-2022年极端降水事件强度、(e)1961-2022年地表气温、(f)1961-2020年地表qs、(g)1961-2022年总水汽含量、(h)1961-2020年相对湿度。(a-f)和(h)中的“+”符号以及(g)中的点表示线性趋势通过了90%置信度检验。

图2. P1和P2期间区域性降水事件的瞬态大气环流差异(P2-P1)。(a)1961-2022年梅雨期长江中下游流域区域平均的区域性降水事件强度时间序列,(b)瞬态垂直积分水汽通量和水气通量散度、(c)850-hPa风及散度、(d)500-hPa垂直速度、(e)降水事件强度的差异。(a)中的红色和蓝色线分别表示长期趋势和九年滑动平均时间序列。(b)、(c)、(d)中的黄点,(b)、(c)中的绿色箭头和(e)中的“+”符号表示差异通过了90%置信度检验。

图3. (a)SSP1-2.6和(e)SSP5-8.5情景下各模式和模式集合平均的长江中下游流域区域平均地表温度距平时间序列。基于(b, c, d)SSP1-2.6和(f, g, h)SSP5-8.5试验预估的全球增温2℃情景下梅雨期间(b, f)无雨日数、(c, g)降水事件强度和(d, h)极端降水事件频次相对于1985-2005年的变化。空间图中的灰点表示差异通过了90%置信度检验。

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