全世界超过一半的人口生活在北半球季风区，季风降水对这些地区的人类生存和社会发展至关重要。一般认为全球变暖将增加季风降水，过去100多年的观测资料是否支持这一普遍认识呢？南京信息工程大学大气科学学院曹剑副研究员团队的研究成果发现过去一百多年观测到的全球增温对应的是一个多世纪的北半球陆地季风降水的减少。为何历史时期的观测资料并不支持全球增暖将增加季风降水呢？

毋庸置疑的是20世纪至今全球气温已经上升约1℃，我们分析了1901-2014年的多套降水观测资料，发现这段时期北半球陆地季风降水存在显著的长期减少趋势，这说明了历史时期的增温并不能增强北半球季风降水。当前最先进的超级计算机模拟结果很好地重现了观测中的全球增暖和北半球季风降水减少。通过分离两种最主要的人为强迫（温室气体和气溶胶）对全球增温和北半球季风降水的影响，发现观测到的全球增暖被温室气体主导，而北半球季风降水减少被气溶胶主导。也就是说温室气体能明显增暖全球气温而对降水的增加作用很小；而气溶胶对全球的降温作用较小，却能够高效地减少季风降水（图1）。定量而言，全球温度变化1摄氏度，气溶胶能够减少北半球季风降水约11%，但温室气体的作用只有约2.2%，所以气溶胶对北半球陆地季风降水的影响效率是温室气体的5倍。

为什么气溶胶对季风降水的作用如此高效？对降水的物理过程进行详细分析，发现气溶胶能够同时改变地面蒸发作用，大气中水汽含量和大气环流，三个物理过程的协同作用放大了降水的变化。然而温室气体对降水的作用主要表现为增强大气中水汽含量和减弱大气环流，这两个过程会部分抵消，导致了季风降水的敏感度较小。为何气溶胶能够如此高效的作用于季风区的降水？季风区是典型的人口密集区，也是人类社会发现快速的区域，大量工业化过程产生了很高的局地气溶胶排放，会显著增强气溶胶与太阳辐射和气溶胶与云的相互作用，从而明显减小地面蒸发所需要的能量，导致地面增发减弱。气溶胶还能够通过海洋影响全球尺度的海温分布，能够更强地减弱北半球海温而对南半球海温影响较小，因此，形成了北半球冷-南半球暖的海温分布异常。这会带来北半球地面的异常正气压，而南半球异常负气压。气压的南北半球的差异会减弱从南半球向北的越赤道气流，减弱的大气低层季风环流能够降低由南半球向北的水汽输送，削弱了水汽辐合，使北半球季风降水减少。再者气溶胶的降温作用也会减弱大气中的水汽含量，三个过程叠加在一起，导致了季风降水对气溶胶很敏感（图2）。

但是，这些过程对温室气体并不敏感。温室气体主要通过长波的作用加热地面，这个过程对地面蒸发影响并不大，因此地面蒸发对温室气体不敏感。温室气体的增温作用虽然能够增加大气中的含水量，却也增强了大气的稳定度，导致了大气环流减慢。水汽含量增加的作用被大气环流减慢的作用部分抵消，导致了温室气体对季风降水的影响效率并不高（图2）。

上述的发现一方面解释了过去一个多世纪中全球增温与北半球季风降水减少这对矛盾，而且对理解季风降水的未来变化有重要启示作用。未来全球气溶胶排放的减少和温室气体的快速增加，可能会急速地增强北半球陆地季风降水，快速恢复季风区的降水量。这将能够丰富季风区水资源的同时带来更多的季风极端降水事件，加剧暴雨、洪涝等灾害的发生。目前这一成果发表在《Geophysical Research Letters》杂志。

图1 观测和模式模拟的北半球陆地季风降水演变。（a）38个CMIP6模式及14个DAMIP模式能够重现观测（Obs）中北半球陆地季风降水的变干特征。（b）温室气体和气溶胶对北半球陆地季风降水的作用，显示了气溶胶对季风降水减少的主导作用。

图2降水变化的物理过程分析。 (a)蒸发（E）、大气水汽含量（TH）和大气环流(DY)对降水（P）变化的贡献(单位：mm/d)。（b）全球平均温度 (GMST)变化一摄氏度对应的降水及其物理过程的贡献（单位：mm/d/K）。

论文信息：

Cao, J., Wang, H., Wang, B., Zhao, H., Wang, C., and Zhu, X, 2022: Higher Sensitivity of Northern Hemisphere Monsoon to Anthropogenic Aerosol than Greenhouse Gases. Geophysical Research Letters, e2022GL100270. https://doi.org/ 10.1029/2022GL100270