在温室气体持续增加导致全球变暖的背景下，未来潜在大火山喷发以及太阳活动变弱会导致全球降水如何变化？通过增加平流层气溶胶来减缓全球变暖的地球系统工程会对全球水循环造成什么影响？回答以上问题对水资源管理十分重要，这迫切需要我们探讨全球水循环在不同外强迫下如何变化。
本工作利用CESM地球系统模式三套单因子实验探讨全球水循环在太阳辐射减弱，火山喷发以及温室气体增加的情境下的变化情况。模式结果表明，在年代际以上的低频时间尺度上,三种强迫激发的模态远远大于气候内部模态导致的全球变化，特别是全球平均温度和降水的变化。对于全球1oC平均气温的改变，温室气体，太阳辐射以及火山喷发下全球降水的改变率分别为1.9%，2.8%和3.5%。 这结果表明，如果我们利用改变辐射的地球系统工程来减缓全球增暖，全球的水循环将会极大的减弱，危害到全球的水循环安全。
进一步纬度带的分析表明（图1），北极增暖的放大效应在温室气体强迫下最强，而火山喷发不能造成北极变冷的放大效应。这是因为火山强迫下，增强的大西洋径向环流输送足够的热量抵制北极的变冷。火山喷发显著减弱了ITCZ和季风区域的降水。这意味着未来全球变暖的情境下，潜在大火山喷发会导致一种极端的气候状态，北极海冰由于温室气体的增加急剧减少，而季风区域却由于火山的喷发变得干旱。
图1：全球纬向平均温度（a）和降水（b）在太阳辐射增强（蓝色），火山喷发（红色，-）以及温室气体增加（绿色）情景下的变化。
Liu Fei, Tianlang Zhao, Bin Wang, Jian Liu, and Wubian Luo, 2018: Different global precipitation responses to solar, volcanic and greenhouse gas forcings. Journal of Geophysical Research-Atmospheres, DOI: 10.1029/2017JD027391. https://doi.org/10.1029/2017JD027391