作者:张章 来源:中国科学报 发布时间:2013-6-24 8:58:12
选择字号:
印度季风到底是谁的“错”
中外科学家激辩南亚夏季气候成因

在南亚,人们的生活节奏取决于印度季风。气候科学家一直为引起夏季洪水的原因争论不休。图片来源:RAJANISH KAKADE/AP
 
中国的青藏高原一直是极端气候研究的对象。它是世界上最广阔的高海拔地区,面积约为250万平方公里。由于平均海拔高达4000米,这里的广阔地域吸收了比位于海平线的地区更多的太阳能量,因此这里冬季严寒,夏季酷热。而且实验模型预测,夏季高原地区的空气层要比海洋和位于海平线的陆地上空同海拔的空气更为温暖。
 
那就像“在4000多米的地方有一个热力泵”,中国科学院院士、中科院大气物理研究所大气学家吴国雄说。温度的差别是驱动南亚夏季洪水的引擎,该洪水也被称为印度雨季——教科书是这样说的。不过据《科学》杂志报道,一项新研究挑战了目前的理论,引发了一场有关青藏高原在印度雨季中所起作用的争论。
 
重要问题是,如何“预测雨季何时开始、可能持续多久,以及它将如何响应二氧化碳和气溶胶的增长”。美国西雅图市华盛顿大学气候学家David Battisti说:“这事关数百万人。”然而,要得出这些结论可能是极为困难的,因为模拟山地的气候是一项挑战。
 
高原还是山脉
 
有一点是大家一致同意的:在夏季,青藏高原上空和周围的空气比印度洋上空同海拔的空气更温暖。有关这种热效应是否会产生广泛影响却尚未达成共识。
 
上世纪50年代,大气科学家叶笃正和Hermann Flohn分别提出,温度的差别产生了风,将海洋上的湿润空气吹向印度次大陆内部。这样就产生了季风雨。该假设已得到气候模型的支持:当中国西藏和喜马拉雅山脉被从气候模型中移除后,雨季的强度——印度次大陆的全部雨量——以及向北延伸范围大幅减弱。
 
但是美国耶鲁大学气候学家William Boos指出,这些气候模型研究出现了错误。他说,它们未能“区别喜马拉雅山和青藏高原所起的不同作用”。2008年,他与当时同在哈佛大学的Zhiming Kuang在检查了印度和中国西藏的温度及湿度记录后,发现了之前提到的在季风模式上的不一致。
 
其一,印度北部地区的上层大气是最热的,并且沿着喜马拉雅山脉分布,而非青藏高原。该发现“否定了中国西藏是高温中枢的观点”,科罗拉多大学地球科学家Peter Molnar说。第二,Boos和Kuang表示,最高能量级的热空气覆盖在陆地表面。Boos认为,这就意味着加热的印度恒河平原,而不是青藏高原,驱动了季风。
 
支持青藏高原作用削弱的科学家也指出,当水蒸气冷凝并产生降水时,热度释放,从而转移了靠近地表到上层大气的空气的能量。更多的水蒸气意味着更温暖的上层大气——这正是Boos和Kuang所发现的。
 
在今年2月份的《科学报告》发表的一系列论文中,这两位科学家表示,青藏高原与印度雨季不相关。相反该雨季是由“屏障效应”引起的,喜马拉雅山脉阻挡了来自北方的寒冷干燥的风。在一个全球气候模型中,他们展示了喜马拉雅山脉可能独自产生了雨季模式。如果这条山脉不存在,印度北部上方的空气能量更低,雨季将会减弱。
 
为了进一步验证他们的假设,研究人员稍稍改进了模型:青藏高原会将所有的太阳辐射反射到宇宙中,并且没有加热大气。这就“有效地关闭了青藏高原的热源,而没有改变喜马拉雅山的屏障效应”。Boos说。结果显示,雨季模式几乎没有改变。
 
各执一词
 
Molnar称,新研究动摇了气候科学家如何理解印度雨季的基础。但是并非每个人都赞成这一新观点。据《科学》杂志报道,吴国雄便是其中之一,他认为Boos和Kuang在其模型中发现的季风雨量的减少,可能是由于喜马拉雅山脉斜坡的加热,而非一种屏障效应。
 
为了验证这一想法,吴国雄和同事进行了另一个模拟实验,他们移除了喜马拉雅山脉的热力。结果发现印度雨季北部分支雨量变小——雨带从孟加拉湾延伸到孟加拉国、印度北部、缅甸、尼泊尔和巴基斯坦北部。在发表于《科学报告》的一篇论文中,研究人员推断覆盖印度南部的季风南分支主要由陆地—海洋热差驱动,同时加热喜马拉雅山对吸引内陆的水分十分必要。
 
其他科学家也赞成高原加热理论。美国佐治亚理工学院气候学家Peter Webster质疑了印度北部的上层大气是否比青藏高原的上层大气更热。他断言,Boos和Kuang依赖的气象资料存在缺陷,同样的根本问题在于“一个热表面不足以引发雨季”。“加热上层大气最有效的方式是通过大面积、地势高的陆地。”他说。
 
Webster表示,来自赤道附近温暖海洋的高温和水分会带给印度北部高能量级的空气。这取决于赤道和亚洲中纬度高海拔地区之间的温度差,这使得风吹向内陆。Webster说,印度北部的高能量空气“是季风的结果,而非原因”。
 
英国帝国理工学院气象科学家Brian Hoskins则表示,Boos和Kuang的论据过于依赖理想化常压塔下的垂直空气和能量流模型。它忽视了气流动力学和现实世界中的雨季结构,他说:“离开青藏高原,你也可能会迎来雨季,但那将迥然不同。利害攸关的问题是高原如何影响雨季的开始、持续时间和降水分布。”
 
其他评论家认为,该争论突出了为山区气候建模的根本问题——众所周知这十分困难,因为诸如青藏高原和喜马拉雅山等地区地形复杂,以及其影响气候的方式十分难懂。另外,美国橡树岭国家实验室的气候科学家Moetasim Ashfaq指出,Boos等人使用的气候模型的分辨率为200公里,要分离喜马拉雅山和青藏高原的影响,或描绘高温和湿度分布细节,该模型过于粗糙。
 
该模型的粗糙意味着青藏高原无法被完全模拟移除,Ashfaq表示:“很难精确地知道你能从这样的模型中了解到什么。”Boos等人也承认粗糙的分辨率是一个大的约束。
 
Ashfaq还表示,对于此类模拟研究而言,天气研究和预报模式优于全球气候模型。但是,普渡大学气象学家Matthew Huber指出,该模型是非静力模型——意味着它将空气垂直移动和湿度计算在内,并且更有能力模拟云的形成。当把青藏高原从该模型中移除,仅留下喜马拉雅山脉,Ashfaq发现,该雨季带北分支“完全消失了”。
 
地面实况
 
那些身处“屏障效应”阵营的人也承认,喜马拉雅山脉加热在雨季形成中扮演了一定的角色,但是仍坚持印度北部的低洼平原是暴雨的初始驱动力。
 
Molnar和同事Balaji Rajagopalan在发表于《地球物理学研究杂志:大气》上的一篇论文中,对照了青藏高原的加热和雨季的特征。“如果你加热青藏高原,雨季便开始得早,且雨量更大。”Molnar说。不过,影响更多集中在雨季开始和结束时。“但是当着眼于主体部分:6月~8月雨量最大时,我们无法看到更大的关联性。”他说。根据他们的研究,青藏高原的热度变化可能影响雨季1/3的时间和30%的雨量。
 
据《科学》杂志报道,中国科学院青藏高原研究所研究员阳坤指出,青藏高原在气候观察缺失方面是出了名的,这就削弱了该地区全球气候模型的预测能力。“即使基础气象站也十分稀少,更不必说土壤湿度的数据,这是陆地和大气能量交换的重要参数。”他说。
 
在过去的数年间,阳坤和同事测量了青藏高原100多个地点的土壤湿度。这些测量结果将被用于矫正卫星数据,帮助科学家计算高原的能量变化。此外,中国拨款4.41亿美元以加强相关研究,并在青藏高原地区建立先进的气候观测站和长期研究站。这些数据将帮助阐明气候变化过程和验证模型。(张章)
 
《中国科学报》 (2013-06-24 第3版 国际)
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
以下评论只代表网友个人观点,不代表科学网观点。 

2013-6-24 18:56:34 wangzhe1987
现将文中涉及的相关研究论文转载于下:
Jane Qiu, Monsoon Melee, Science, 21 June 2013: Vol. 340 no. 6139 pp. 1400-1401.DOI:10.1126/science.340.6139.1400.
Guoxiong Wu, Yimin Liu, Bian He, Qing Bao, Anmin Duan &Fei-Fei Jin, 2012: Thermal Controls on theAsian Summer Monsoon. Nature_Sci. Rep. 2, 404; DOI:10.1038/srep00404.
Boos, W. R. & Kuang, Z. M. 2010: Dominant control of the South Asian monsoon by orographic insulation versus plateau heating. Nature 463, 218-223.
2013-6-24 18:56:13 wangzhe1987
季风之争——《科学》报道大气所科学家成果
2013年6月21日,《科学:新闻聚焦》(Science: News Focus)以“季风之争(Monsoon Melee)”为题报道了近期中美两国科学家关于青藏高原影响季风的争论。
青藏高原热力效应对天气气候的影响一直是高原研究中的重要课题。2010年,耶鲁大学的William R. Boos和哈佛大学的Zhiming Kuang在《自然》(Nature)上发表文章,认为高原热力作用对印度季风形成并不重要,提出了喜马拉雅山阻挡干冷空气形成印度陆面高的能量进而导致印度季风和对流层上层的暖中心在印度上空形成的观点。
2013-6-24 13:20:34 hobbyist
如果有文献出处就好了
2013-6-24 12:43:15 flyindusk

读Boos & Kuang的文章、Wu发表在NatureComm上的争论,以及Boos & Kuang对Wu文章的回应,感觉还是Boos & Kuang更有说服力。

某次报告中引用了Boos & Kuang的观点,结果被一位同行引用Wu观点批判。一笑

目前已有4条评论
相关新闻 相关论文

图片新闻
北京科技周:感受科技魅力 火烈鸟睡觉单腿站
埃博拉疫苗问题形势严峻 地球观测公司推动更先进科学卫星
>>更多
 
一周新闻排行 一周新闻评论排行
 
编辑部推荐博文
 
论坛推荐