研究提高亞非季風區夏季降水預估可靠性壓縮三成“水分”

　　記者從中國科學院大氣物理研究所(中科院大氣所)獲悉，該所大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點實驗室(LASG)科研團隊研究發現國際上現行的最新氣候模式過高預估了未來亞非季風區的夏季降水和總徑流量的增幅，他們研發設計出一種基于觀測數據的、物理意義清晰的“萌現約束”方法，利用該方法對國際上最新的氣候模式預估結果進行約束校正后，亞非季風區的區域平均降水增幅只有原始結果的約70%，堪稱有效壓縮掉原預估結果三成“水分”。

　　中國科學家這項顯著提高氣候變化模式預估結果精準性的科研成果論文，北京時間5月10日下午在國際學術期刊《自然-通訊》上線發表，為國際社會氣候變化領域交流合作、相關國家和地區政府決策、學界后續研究等提供重要參考。

　　論文通訊作者、中科院大氣所周天軍研究員介紹說，亞非季風系統是全球季風系統的重要組成部分，包括東亞、南亞和西非季風。亞非季風區數十億人口的水資源來自夏季風降水。亞非季風的未來變化，將會對水資源和糧食產量造成顯著影響。因此，準確預估亞非季風區的降水變化，對于開展氣候變化影響和適應評估、制定減緩策略等至關重要。

　　他指出，“政府間氣候變化專門委員會”(IPCC)第六次評估報告指出在不同的排放情景下，未來亞非季風區的降水將普遍增多，但是受模式對溫室氣體的敏感度等偏差的影響，預估結果尚存在較大的不確定性。為此，中科院大氣所科研團隊發展了一種適用于亞非季風降水的“萌現約束”技術，基于多套可靠的觀測資料，對現行最新的國際“耦合模式比較計劃第六階段”(CMIP6)模式的預估結果進行約束校正，顯著提高了亞非季風區夏季降水預估結果的可靠性。

　　論文第一作者、中科院大氣所博士生陳梓明說，科研團隊研究發現，在兩種分別代表高碳排放和中等碳排放強度的共享社會經濟路徑下，CMIP6模式對亞非季風區夏季降水中長期(2050-2099年)變化的預估不確定性，主要與歷史升溫空間分布的模擬偏差有關：氣候敏感度越高的模式，其歷史氣候模擬中北半球的升溫幅度比南半球越強，對應的亞非季風環流的變化也越強，預估的未來季風降水變化的增幅也越大。

　　科研團隊進一步基于觀測數據，通過半球間熱力差這一指標來對夏季降水預估結果進行約束校正，發現原始的CMIP6模式顯著高估了亞非季風區夏季降水的增幅，而采用約束校正后，預估的亞非季風區平均降水未來(2050-2099年)較之參考態(1965–2014年)的增幅僅是CMIP6模式原始結果的70%，減少最大的是西非季風區，約為原始值的49%，東亞季風區的預估結果“縮水”幅度約為30%。

　　陳梓明稱，降水變化還影響到徑流量的變化。基于降水和總徑流量之間的聯系，科研團隊利用約束后的降水預估數據來估算總徑流量的變化，發現未來總徑流量顯著增多的區域面積占比僅為原始結果的66%，其中受影響最大的是西非季風區。

　　周天軍認為，他們的研究表明，受氣候模式在增暖空間型模擬上的偏差影響，國際上現行最新的氣候模式普遍高估了未來亞非季風區降水的變化，通過“萌現約束”后的預估結果表明，亞非季風區的降水和總徑流量增加不像原始結果那么強烈，但由于總徑流量與可用水資源直接相關，這也給水資源管理提出新的問題，特別是在觀測中西非和南亞季風區的降水在過去幾十年表現出顯著減少趨勢的背景下。

　　據了解，適應和減緩氣候變化需要利用氣候模式進行未來變化預估。基于“一人一票”的“模式民主”原則進行多模式集合(MME)，是包括IPCC科學評估報告在內的科學界常用的方法。但是，這種方法在應用于最新的、以CMIP6為代表的氣候模式時面臨挑戰，原因是受氣候系統復雜過程的參數化中存在的不確定性因素影響，最新的氣候模式許多存在“對溫室氣體的敏感度過高”、“模擬的溫度變化過熱”等問題，這會造成對未來氣候變化影響風險的高估。

　　為解決這些問題，IPCC第六次評估報告針對全球平均溫度等的預估提出了基于觀測證據對CMIP6結果進行約束的技術。不過，如何在區域尺度上解決CMIP6模式氣候敏感度過高所造成的預估偏差問題，科學界尚沒有統一的、行之有效的方法，中科院大氣所科研團隊研發設計的“萌現約束”方法，有望為解決季風區的預估偏差問題提供一種重要途徑和參考。