您现在的位置是:首页 >国外科研 > 2020-06-30 10:04:14

计算协作揭示了季风变化的全球连锁效应

能源部橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)以及其他十几个国际研究机构的科学家提供了迄今为止最详尽的预测,阐明了主要季风地区的未来前景。

世界各地有多个地区根据季风的年度到来计划能源生产,农业实践和其他重要的经济努力,这需要风向发生季节性变化,从而提供稳定的降雨期。但是,未经检查的温室气体排放可能会破坏这些传统上可预测的事件。

该团队使用RegCM4(由意大利国际理论物理中心开发的流行的区域气候模型的最新版本)进行了一系列模拟,以预测和评估五大洲九个季风区域的变化。研究人员使用每个区域的紧密网格设计了模拟,每个网格的间距小于16英里,从而提供了大量的细节。

该小组是全球合作的一部分,称为“区域协调降尺度实验”(CORDEX),其发现发表在《气候动力学》上。

ORNL的气候计算科学家Moetasim Ashfaq说:“这是第一次使用区域气候模型来提供全球季风变化的观点。” “花费了大量的时间和精力来编译和分析这种引人注目的高分辨率数据,如果没有重大的国际合作,这些详细的模拟是不可能的。”

ORNL的研究人员使用实验室的“科学计算和数据环境”资源以及计算集群Eos 对南亚季风地区进行了模拟,其余模拟是在其他各种计算中心进行的。该小组发现了区域季风对温室气体排放量增加的反应的共性。这些反应包括季风爆发延迟,季风季节缩短和季节性波动加剧。

这些模拟预测并比较了政府间气候变化专门委员会(IPCC)提供的在不同情况下发生的变化,这些变化被称为代表浓度路径(RCA8.5)和RCP8.5和RCP2.6。

RCP8.5假定碳排放遵循“一切照旧”的情况,而无需采取政策干预措施,而RCP2.6则基于采用积极的缓解政策的低得多的排放增加量。尽管两个RCP的季风模式可能都会改变,但模拟显示,在RCP2.6下,变化量可能很小,但在RCP8.5下可能很大。

“如果根据RCP2.6直到2100年减少排放,模拟表明季风行为的长期破坏性变化可以避免,” Ashfaq说。“如果以最好的情况来看,我们仍然会看到变化,但是它们与社区已经习惯的区域性季风的典型逐年变化没有显着差异。”

变化的季节

九个季风区域中的七个显示出季风发作的逐渐延迟,全球排放量不断增加,这可能产生广泛的后果,到本世纪末,这将直接影响到世界三分之二的人口。与所有季节的降水量相对均匀的地区不同,季风密集的地区在夏季风季节获得的降水量为60%至70%。

阿什法克说:“ RCP8.5模拟显示,雨季开始时出现了强烈的延误,这些延缓在这些地区的日常生活中产生了影响。” “例如,通常在6月的第一周在南亚和西非开始的季风可能会在这些地区的某些地区推迟至15天(天)至20天甚至整个月,直到21日结束世纪。”

尽管模拟也显示雨季结束时有所延迟,也称为季风消亡,但这种变化并不像季风爆发延迟那样剧烈,从而缩短了整个季风季节的时间。研究人员还发现,受影响的季风地区在此期间可能会出现更多的降水,从而导致降雨增多。相反,今年剩下的时间会有更长的干旱期。

季节性的增加可能加剧洪水,干旱,野火和其他极端气候事件的流行,这些事件已经给这些地区带来挑战。季风行为的重大变化可能导致霍乱,登革热和疟疾等媒介传播疾病的爆发。

由于季风区的农业活动通常被安排为与雨季的周期性发作和消亡相一致,因此这些因素可能会改变与雨有关的农作物的产量。

阿什法克说:“世界上一半的阿拉比卡咖啡供应都来自巴西,而用来制作巧克力的可可豆则有70%以上来自西非,而大米出口量的三分之一则来自印度和巴基斯坦。” 。“如果区域性农业受到季风爆发的延迟和雨季的缩短,那么这类商品的产量将减少,并将对全球经济产生重大影响。”

这些地区的许多国家都依靠水力发电,其中包括巴西,巴西通过这种方法生产了其75%的能源。较短的季风季节将无法在正确的时间提供足够的降雨来提供足够的电力,而不会大修当前的运行。

微妙的平衡

除了确定潜在的季风变化及其影响之外,研究小组还调查了造成这些变化的根本原因。

在缺乏有组织的天气系统和持续的水分供应的情况下,相对干燥的季风前季节仅受到热驱动的间歇性和对流降雨。这些地区的土地在季风爆发之前每年都会变暖,通常达到120华氏度的地表温度。对流降水使上部大气变暖,而热表面条件使下部大气变暖的结合,导致陆地和海洋上的暖空气之间存在差异,这迫使旱季让位于季风降雨。

然而,模拟显示,在全球排放量的持续增加将使预季风环境对流性降水,这将延缓上层大气的变暖和干燥的雨季过渡不利于季节。研究人员确定将在季风爆发前减少对流降水的一个关键因素是形成了一个更深,更不饱和的边界层-这是低层大气的一部分,土地与大气之间交换了水分和能量。

阿什法克说:“将空气束提升到自由对流水平所需的向上力随边界层的深度而增加。” “而且,大气越热,对流不稳定所需的水分就越多,这对于雷暴的发展至关重要。在季风期间,要满足这一要求是具有挑战性的,因为随着风向陆地吹散,水分供应有限。”

该小组将在下一次IPCC评估的区域气候变化章节中贡献他们的CORDEX模拟。

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