西北干旱區氣候變濕機制研究取得進展

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近日，中國科學院地球環境研究所氣候變化集成-模擬-同化-預測科研團隊解小寧研究員等聯合中國氣象科學研究院及美國布魯克海文國家實驗室科學家的最新研究表明，源區沙塵活動減弱與西北干旱區變濕之間可能存在著因果聯系，相關研究成果發表在Environmental Research Letters上。

我國西北干旱區位于亞洲內陸深處，常年降水量偏少，屬于典型的內陸干旱和半干旱區，該區域生態環境脆弱且對氣候變化的響應敏感。近幾十年來，西北地區持續變濕，表現為地表降水增加、主要河流徑流量加強、湖泊水位上升及植被恢復等現象，但西北干旱區氣候變濕的原因尚不完全清楚。同時，在全球變暖背景下近幾十年來西北干旱區沙塵活動也顯著減弱 。

基于觀測分析及敏感性數值試驗，團隊探討了區域沙塵活動減弱對西北干旱區降水的可能影響。研究結果表明，全球氣候變暖引起的東亞沙塵活動減弱（沙塵氣溶膠粒子減少）會通過降低冰核濃度對混合相云產生顯著影響，加強對流降水和極端降水，進而造成西北干旱區降水量明顯增加。考慮沙塵粒子的冰核效應可能會有效地減少CMIP6多模式模擬與站點觀測降水趨勢之間的差異 。基于敏感性數值試驗結果，團隊提出了一種新的對流增強機制，即沙塵氣溶膠粒子的減少可以通過改變混合相云的微物理特性增強大氣垂直溫度梯度和對流不穩定性，最終導致對流增強和降水量增加。然而，這種沙塵減少-對流加強機制在北非沙塵源區模擬結果中并不適用。在北非低緯度干旱區，混合相云和冰云相對較少，沙塵減少并不能增加區域降水，反而加劇了北非的干旱，因為北非降水主要受到沙塵氣溶膠直接加熱影響下的北非季風擾動所控制。團隊利用檢測歸因模式比較計劃（DAMIP）多模式結果分析表明，在全球變暖背景下，中國西北干旱區未來數十年將持續變濕。由全球變暖驅動的西北干旱區沙塵活動顯著減弱進一步加強區域變濕，氣候變濕也有助于沙塵活動減弱，從而形成了一種正反饋過程，影響著該區域歷史時期和未來的干濕變化 。此外，該區域降水還受到南亞和東亞地區人為氣溶膠的遠程影響。

觀測的沙塵活動指數 (a, b)與降水變化趨勢 (c, d)，以及CMIP6模擬與觀測的降水趨勢對比 (e, f)。

沙塵活動減弱導致西北干旱區降水增加的機制示意圖。（圖片均由課題組提供）