為何阿拉斯加的三文魚一減產，印度就易發洪澇？丨大氣悟理

2020-08-10 中科院之聲

編者按：看寒來暑往雲捲雲舒，思古往今來氣候變遷，中科院之聲與中國科學院大氣物理研究所聯合開設「大氣悟理」，為大家介紹大氣裡發生的有趣故事，介紹一些與天氣、氣候和環境相關的知識。

導語：季風是氣候學中重要且廣為人知的概念，和大家熟悉的東亞季風一樣，南亞季風是全球季風系統中的另一分支，主要影響印度半島、中南半島、我國西南部等區域的氣候。我們將推出「南亞夏季風三部曲」系列文章，為大家介紹南亞夏季風的氣候特點、歷史演變、影響因素及其在未來的可能變化。下文為該系列的第二部，主要介紹南亞夏季風的特點、變化及太平洋海溫的影響。（點這裡查看第一部：季風降水先減後增，人類能否「翻雲覆雨」？）

「南風之時兮，可以阜吾民之財兮」，古老的歌謠傳唱千年，也蘊含著先民們對「季風」這一氣候概念的古樸理解。季風氣候對長於華夏大地的我們而言並不陌生，冬季北風呼嘯、寒冷乾燥，夏季南風徐徐、溫暖溼潤，這便是東亞季風的特點。雨熱同期的季風氣候為糧食的種植創造了得天獨厚的條件，促使華夏民族的祖先們馴服稻黍，建立起延續千年的農耕經濟。

除東亞以外，季風氣候對位於南亞的另一人口大國——印度，也有著至關重要的影響，這一季風系統被稱為「南亞夏季風」。印度夏天吹什麼風？歷史上的印度夏季降水如何變化？據說遠在重洋的阿拉斯加三文魚的產量也會影響印度的夏季降水，這又是怎麼回事呢？

印度夏天吹什麼風？

和東亞季風類似，南亞夏季風的主要產生原因之一便是海陸熱力差異：由冬到夏，隨著太陽直射點逐漸北移，北半球被持續加熱，由於陸地比熱容小於海洋，最終導致北半球夏季陸地溫度高於海洋，季風系統便是大氣對這種海陸溫度差異的響應和調整結果（劃重點，後面要考）。和東亞夏季風由來自太平洋的東南風主導不同，南亞夏季風則是自南半球緣起，一路向北越過赤道和東非沿岸，最後從西南方向進入印度半島上空，裹挾著印度洋溫暖溼潤的空氣，赴一場盛夏之約。

南亞季風示意圖（圖片來源：geography.name）

南亞夏季風是打開印度雨季的「開關」，海洋上大量的水汽被夏季風攜帶到陸地，造成的降雨可佔到印度全年總降雨量的70%左右。每年6-9月，印度雨季到來，當地約2.6億農民開始種植這一年的莊稼，例如水稻、甘蔗、玉米、棉花、大豆等等。南亞夏季風的變化會給印度帶來旱澇災害，對其農業收成、工業生產、經濟發展產生巨大影響。

南亞季風降水的長期變化，不同顏色表示不同觀測資料集的結果（Huang et al. 2020 JC）

歷史上的南亞夏季風降水可謂是「有時風雨有時晴」。觀測記錄顯示，印度中北部的季風降水在2000年前後經歷了一個「先減後增」的變化過程，從1970年代開始到2000年末，降水顯著減少，季風區變得越來越幹；但是2000年至今的近20年間，降水轉而呈現出增加的態勢，季風區又在變澇了。我們知道，降雨主要是氣流將水汽匯合抬升造成的，因此風和水汽的變化都會影響降雨的變化。那麼，為何2000年前後印度降雨的變化不同呢？

南亞夏季風降水為何如此「陰晴不定」？

季風氣候雖然主要體現為風向和降水的季節性變化，但影響因子卻不局限於大氣自身。現代氣候學將地球的氣候系統分為大氣圈、水圈、冰凍圈、巖石圈和生物圈，五大圈層緊密相連、相互影響，任何一個圈層的變化都會像多米諾骨牌一樣引起其他圈層的響應。可以想像這樣一個簡單的變化過程：全球變暖（大氣圈變化）引起極地冰川融化（冰凍圈變化），融化後的海冰進入大洋導致全球海平面升高（水圈變化），最終將威脅到沿海城市的命運（生物圈變化）。

當然，全球變暖是一個時間尺度在百年以上的過程，巖石圈的變化更是要以地質尺度來度量，而2000年前後南亞夏季風降水的這種周期在幾十年的變化則更多地受到全球海溫變化的影響，例如，年代際太平洋振蕩（IPO或PDO）。

別擔心，這裡的太平洋「振蕩」並不是說太平洋海盆會像蹺蹺板一樣忽高忽低地搖擺，而是氣候學術語中對太平洋海表溫度相較於正常值偏高或偏低的形容，「年代際」則是指這種海溫變化的周期在幾十年之間。

像中學時黑板上的正弦函數一樣，如果我們以橫軸表示時間，縱軸作為相較於正常值的太平洋海溫異常，一個IPO的周期即包含一次正位相和負位相的轉換。例如，觀測顯示1950年以來IPO的位相就經歷了「負-正-負」的變化，轉折點分別出現在1970年代後期和2000年左右。

太平洋年代際振蕩，粉色陰影表示正位相，藍色陰影表示負位相（圖片由黃昕提供）

機智的小夥伴眉頭一皺，發現事情並不簡單，這IPO的位相轉換時間點似乎和南亞夏季風的變化有點同步啊，這是巧合嗎？

阿拉斯加三文魚減產如何引起印度夏季降水增加？

首先需要說明的是，IPO正位相併不是指整個太平洋的海溫都偏高，這種海溫的變化在空間上是不一致的。具體而言，IPO正位相時，太平洋在南北半球的中緯度海域海溫偏冷，而熱帶太平洋、太平洋美洲沿岸海溫偏暖，此時阿拉斯加附近的海流在垂直方向上變得更加穩定，浮遊生物等營養物質得以累積，這裡盛產的三文魚的產量也會因此提高，而IPO負位相時則情況相反。

太平洋年代際振蕩不同位相示意圖（圖片來源：作者修改自Henley等（2015））

近日，中科院大氣物理研究所的周天軍研究員團隊在美國氣象學會 Journal of Climate 雜誌發文，利用超級計算機的模擬結果分析了不同位相的IPO對南亞季風的影響過程。

在2000年以前，IPO從負位相轉為正位相，隨著阿拉斯加三文魚的增產，增暖的海溫促進熱帶太平洋上空的大氣上升和降水增加，這一上升運動通過全球大氣環流在印度上空下沉並帶來幹空氣平流，抑制印度半島的降雨，使得印度易發乾旱。此外，熱帶太平洋上空增加的降雨通過潛熱釋放加熱了對流層大氣，這些熱量隨著大氣波動擴散至熱帶印度洋，減弱了印度洋和印度半島之間的海陸溫差，進而減弱南亞季風環流和印度半島降水。在2000年以後，IPO從正位相變為負位相，情況剛好相反，阿拉斯加的三文魚減產，熱帶太平洋海溫變冷，印度降雨卻因此增加，易發洪澇。

2000年以前太平洋海溫減少印度降雨的物理機制，2000年以後情況相反，熱帶太平洋海溫通過改變大尺度環流和對流層溫度影響南亞季風（圖片來源：作者提供）

您瞧，這大自然中太平洋海溫的變化不僅可以影響餐桌上美味的三文魚的價格，還可以通過一系列的氣候學過程漂洋過海影響到印度半島的降水多寡，是不是很神奇呢？自古以來，降水便和民生息息相關，雨水少了是乾旱，雨水過多卻成洪澇，人類對下雨這件事可謂是愛恨交加，對季風系統的研究也因此愈發重要。

太平洋帝王鮭（圖片來自網絡）

雖然氣候系統錯綜複雜，但為了更好地適應不斷加劇中的氣候變化，氣候學家們一直在嘗試用科學的手段預測未來。那麼，未來的南亞夏季風降水將會如何變化？氣候學家們又是怎樣預測的呢？請關注「南亞季風三部曲」最終回——《21世紀的「測天神器」：氣候模式預估的季風降水未來變化》。

參考文獻：

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來源：中國科學院大氣物理研究所

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