地球环境所揭示末次冰盛期沙尘辐射效应对东亚西风-夏季风环流的影响
亚洲沙尘主要来源于中东、中亚以及东亚等地,是全球沙尘循环及气候系统的重要组成成分。通过直接、间接等效应,沙尘气溶胶能够对全球与区域气候产生影响。末次冰盛期(LGM)距今约2.1万年,该时期北半球高纬度地区被永久冰盖覆盖,相较于现代,亚欧大陆整体温度低约-5~-10℃,东亚夏季风强度也更弱。通过黄土与冰心记录重建得知,LGM沙尘沉降通量约为现代的2~20倍。大气中大量增加的沙尘使得LGM沙尘对大气的直接辐射强迫显著增强,但增强的沙尘辐射强迫对区域气候系统(例如亚洲季风)的影响机制尚不清楚。
最近,中国科学院地球环境研究所石正国研究员(院青促会第八批会员)及合作者基于气候模型进行系列数值试验评估LGM沙尘辐射强迫对东亚夏季风的影响。结果表明,LGM时期沙尘辐射效应可使东亚夏季风显著减弱,沙尘对夏季风风速以及降雨所产生的影响可达冰期边界强迫(大冰盖、海平面、二氧化碳等)影响的约30-40%。LGM时期,亚洲比现在干冷,高纬积雪南移,沙漠裸地也恶化扩张,在中亚北部和远东出现了新的沙尘源区。新源区排放的大气沙尘粒子通过其对长短波辐射的影响,对局地地表大气产生制冷效应。温度扰动被积雪反照率反馈放大,并与底层大气环流相互作用,最终表现为中纬度底层西风出现类似波列的异常响应,在下游中国北方导致东亚夏季风减弱(图1)。然而在现代由于不存在高纬源区并没有对西风的扰动产生,对东亚夏季风影响也较为有限。该结果显示,在冰期气候变化中,亚洲沙尘的潜在作用不可忽视。
该研究成果近期在线发表于国际地学期刊《Geophysical Research Letters》上(Shi, Z., Xie, X., Ren, X., et al., 2019. Radiative effect of mineral dust on East Asian summer monsoon during the Last Glacial Maximum: role of snow-albedo feedback. Geophysical Research Letters, 46, https://doi.org/10.1029/2019GL084211)。
论文链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2019GL084211
图1:LGM时期沙尘辐射效应对东亚夏季风气候的影响:(a)地表温度(℃);(b)850hPa风场(m*s-1);(c)850hPa位势高度(gpm);(d)500hPa垂直风速(Pa*s-1负值为上升运动);(e)降水率(mm*d-1)。
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