近日，南方科技大学环境科学与工程学院副教授曾振中团队在Nature旗下期刊npj Climate and Atmospheric Science发表题为“Madden-Julian Oscillation-induced extreme rainfalls constrained by global warming mitigation”的研究论文，结合第六次模型耦合比较计划（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6, CMIP6）的模型数据探究了在21世纪末不同共享社会经济路径（Shared Socioeconomic Pathways, SSPs）下，MJO引起的极端降雨的变化，并估算了暴露在极端降雨下人口数量和城市面积。

Madden-Julian Oscillation （MJO）是一种发生在热带的次季节的气候现象，表现为数千米的云团，风及降雨自西向东沿赤道以20-90天的周期传播，是中国南方地区、东南亚及澳大利亚北部的极端降雨的重要成因。通过地球系统模式（Earth System Models，ESMs）研究未来MJO引起的极端降雨变化需要模式准确地模拟出MJO的过程和强度。此前研究发现，部分参与CMIP6的模式对MJO模拟有显著提升，这些提升为研究未来MJO相关的极端降雨变化提供了条件，也为评估MJO相关的极端降雨带来的潜在社会经济影响提供了支持。

研究团队通过筛选出的8个参与CMIP6并对MJO自西向东传播过程与强度模拟准确的气候模式，分别在SSP5-8.5（化石燃料为主要发展路径），SSP2-4.5（中间路径）及SSP1-2.6（可持续发展路径）下根据Wheeler & Hendon 提出的MJO指数（real-time MJO multivariate RMM index），计算出北半球冬季MJO相关的极端降雨量。其中，向外长波辐射（Outgoing Longwave Radiation），850百帕和250百帕纬向风速三个变量用于计算MJO指数。

在极端的变暖情景（SSP5-8.5）下，区域内预计的总极端降雨增加达到103.9 mm，是历史时期的60%。而约84%的极端降雨的增加与活跃的MJO相关，说明MJO在未来预测极端降雨中起到重要作用。从空间上看，大部分极端降雨（图1a），包括MJO引起的极端降雨（图1b），都集中在陆地上，尤其是马来西亚、印度尼西亚、巴布亚新几内亚和新加坡等地区。从时间上看，极端降雨和MJO引起的极端降雨都呈现出显著快速增加的趋势（图1c）。在区域内平均而言，极端降雨增加的趋势是每十年增加18.5 mm，而MJO引起的极端降雨是每十年增加15.6 mm。由MJO引起的极端降雨往往也带来社会影响。就海洋性大陆来看，以极端降雨超出五年重现值为阈值，约9385万人口和940万平方公里的城市区域将会暴露在快速增加的极端降雨中。

图1. SSP5-8.5情景下北半球冬季极端降雨的时间空间变化

在缓解气候变化的情景下，预计MJO引起的极端降雨也将被限制更低的水平。但是在不同的MJO相位，极端降雨减少量不同。比如在海洋性大陆，虽然极端降雨在每个MJO相位都显著减少，但在第2个相位减少量更多（图2a）。类似地，在菲律宾（图2b）和中南半岛（图2c），在MJO的第4个相位极端降雨减少量较多，而在澳大利亚北部（图2d），在第5至第8相位的极端降雨都明显减少。随着MJO引起的极端降雨的减少，在SSP2-4.5情景下（图2e），预计暴露在超出5年重现值的极端降雨的人口和城市地区也将大幅减少，仅为485万人及12万平方公里的城市面积，相较于SSP5-8.5情景，分别减少了95%和99%。

图2. 缓解气候变化对MJO引起的极端降雨和人口暴露的影响

该研究依托于国家自然科学基金和南方科技大学启动基金完成。南方科技大学为该论文第一单位。南科大环境学院2021级硕士生梁时婧为论文第一作者，曾振中和南科大研究助理教授王大山为论文共同通讯作者，合作者包括泰国梅州大学Alan D. Ziegler教授与法国气候与环境科学实验室李肇新教授。《npj Climate and Atmospheric Science》是自然出版集团旗下于2016年创办的新期刊，是继《Nature》子刊《Nature Geoscience》《Nature Climate Change》等之后，在地学领域推出的又一刊物，旨在发表气候学和大气科学领域的高水平创新性研究成果。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41612-022-00291-1

供稿：环境科学与工程学院