研究揭示陸地季風區水循環對全球增暖響應的整體圖像

　　在全球增暖背景下，大氣持水能力增加，水分和能量平衡過程發生改變，全球以及區域尺度的水循環將隨之改變，并進一步影響到全球水資源分布和旱澇災害的發生，對生態系統和社會、經濟發展具有重要影響。

　　基于形態，完整的水循環包括通量和儲量；基于區域，水循環包括大氣分支和陸面分支。降水、蒸發和淡水通量（即降水與蒸發之差）是連接大氣和陸面水循環的關鍵過程。除此之外，大氣水循環還包括大氣含水量和水汽輸送；陸面水循環還包括陸地水儲量（如積雪、土壤含水量、地下水）和徑流。

　　在全球季風區，充沛的季風降水和顯著的干濕季節轉換使得該地區具有活躍的水循環。得益于充沛的季風降水，全球陸地季風區生活著全球約三分之二人口，是全球人口最密集的地區之一，尤其是南亞和東亞季風區。全球季風區通常被劃分為三部分，即亞洲-澳洲季風區（簡稱“亞澳季風”，包括著名的印度季風/南亞季風、東亞季風、西北太平洋季風和澳洲季風）、非洲季風（含北部非洲季風和南部非洲季風）、美洲季風（含北美季風和南美季風）。季風降水和水循環過程對于全球水循環具有重要影響。因此，預估和理解未來全球季風區的水循環變化，對于理解全球水循環的變化，進一步對于未來水資源規劃、旱澇災害風險管理、減緩與適應策略的制定具有重要意義。

　　近日，中國科學院大氣物理研究所博士張文霞及其合作者研究員周天軍于Journal of Climate發表文章，揭示了全球陸地季風區水循環對全球增暖響應的整體圖像，指出全球陸地季風區水循環將隨全球增溫而顯著增強，同時其干濕季節差異也將增加。

　　利用參加第五次耦合模式比較計劃（CMIP5）的多模式氣候預估數據，研究團隊綜合分析了季風區大氣水循環和陸面水循環過程對全球增溫的響應及其物理機制。研究表明，在年平均時間尺度上，全球陸地季風區水循環隨全球增溫而增強，體現在各要素上，包括降水、蒸發、淡水通量和徑流。水循環的變化具有明顯的區域特征。其中，北非、南亞和東亞季風區水循環將顯著增強，而北美季風區水循環將顯著減弱。對降水變化的物理機制研究表明，盡管全球季風環流在未來預估中呈減弱趨勢，與水汽增加有關的熱力作用將使得水汽輻合和季風降水增加，進而引起季風區水循環過程的整體增強。

　　除了年平均水循環的整體增強，水循環的變化還具有明顯的季節差異，具體表現為對于氣候態年循環的增強，即水循環要素（包括降水、徑流和淡水通量）在濕季顯著增加、而在干季略微減少。從水資源供給角度而言，該季節變化可概括為“濕季更濕、干季更干”。這意味著季風區濕季洪澇風險可能增加。此外，增暖導致的蒸發量增加將使得表層土壤濕度顯著減少，在干、濕季節均是如此。作為衡量農業干旱的一個重要指標，土壤濕度的減少意味著未來季風區潛在的農業干旱風險增加，以及糧食減產。

　　該項研究表明，盡管水循環的增強將有利于全球季風區水資源的總體供給，但其變化具有明顯的空間和時間差異。特別是水循環季節循環的變化可能增加未來旱澇災害的風險，并危及糧食產量。因此，不同區域需要更多關注其水循環季節循環的變化，以更有效地發展水資源規劃方案和旱澇災害應對措施，更好地應對水循環變化的影響。

CMIP5多模式揭示的全球陸地季風區水循環概念圖。黑色數字表示1986-2005年年平均氣候態，紅色數字表示RCP8.5排放情景下水循環要素對全球增溫的響應（單位：%/K），下劃線表示至少2/3模式預估的變化符號一致。中括號里為第25到75百分位模式范圍。其中水汽收支相關要素的變化表達為相對于氣候平均態降水的百分比變化