南科大曾振中团队揭示全球变暖通过MJO加剧热带地区极端降水
2022年09月19日 科研新闻 浏览量 :1602

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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。

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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%。

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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


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