《海洋活动是夏季季风的关键控制因素》

  • 来源专题:物理海洋学知识资源中心
  • 编译者: 张灿影
  • 发布时间:2019-05-21
  • 每年夏天,气候变化都会以季节性季风的形式为东南亚大部分地区带来持续的风雨。一般认为,造成季风的原因是陆地变暖和海洋相对变冷之间的温差越来越大。但在很大程度上,季风的强度和时间是难以预测的,每年有数百万农民依赖季风。

    现在,麻省理工学院的科学家们发现,大气风与印度南部海域之间的相互作用对南亚季风的强度和时间产生了重大影响。他们近期发表在《气候杂志》(Journal of Climate)上的研究结果显示,随着夏季太阳加热印度次大陆,它也会引发横扫印度洋和南亚陆地的强风。当风向北推进时,它们也将海水推向南方,就像跑步者推着跑步机的传送带一样。研究人员发现,这些向南流动的海水起到了传递热量的作用,冷却了海洋,实际上增加了陆地和海洋之间的温度梯度。他们说,这种海洋热传输机制可能是控制季节性南亚季风以及世界其他季风系统的新旋钮。

    传统上,科学家们一直把喜马拉雅山作为南亚季风的关键影响因素,认为巨大的山脊可以阻挡来自北方的冷风,使印度次大陆隔离在一个温暖的茧中,并增强了陆地和海洋之间的夏季时差。

    Lutsko和Marshall怀疑,如果他们要开发一个包含海洋动力学的季风模型,这些影响将减弱季风的强度。他们的预感是基于以前的工作,Marshall和他的同事们发现,风力驱动的海洋环流使热带辐合带(ITCZ)的变化最小,ITCZ是一个靠近赤道的大气辐合带,通常会产生大面积剧烈的雷暴。众所周知,这个广阔的大气湍流区域会在北半球和南半球之间季节性地发生移动,Marshall发现海洋在这些变化中扮演着重要角色。

    Marshall说:“基于海洋ITCZ一直移动的想法,我们认为海洋也会抑制季风。”“但事实证明它实际上加强了季风。”

    在绘制了一个季风系统的简单模拟之后,研究人员得出了这个意想不到的结论。他们建立了一个数值模型,在不同的情景下进行了一些模拟。他们观察到向陆地吹来的风促使海水往相反的方向流动,将热量带离最靠近陆地的水域。这种风与海洋的相互作用对陆地上形成的任何季风都产生了显着影响:这种相互作用越强,风与海洋之间的耦合越强,陆地和海洋温度的差异越大,随之而来的季风强度越强。

    有趣的是,他们的模型不包括任何种类的喜马拉雅结构;然而,他们仍然能够仅仅通过海洋和风的影响产生季风。

    最终,他们的工作可能有助于解释为什么南亚季风是世界上最强的季风系统之一。北部的喜马拉雅山脉起到了暖化陆地的作用,南部的海洋从附近的水域带走热量,两者的结合为地球上最强烈、持续时间最长的季风之一创造了极端的温度梯度。

    在未来的工作中,研究人员计划利用他们对海洋作用的新发现,以帮助解释更早以前的季风变化。

    (侯颖琳 编译;於维樱 审校)

  • 原文来源:https://journals.ametsoc.org/doi/10.1175/JCLI-D-18-0623.1
相关报告
  • 《海洋试点国家实验室研究人员发现第四纪以来亚洲夏季风降水演化受控于类ENSO系统的调控 》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2018-09-06
    • 近日,海洋试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室于兆杰副研究员和万世明研究员利用国际海洋全球变化计划(IMAGES,中法合作西菲律宾海)在西菲律宾海采取的高质量沉积物岩芯首次重建了2.36个百万年以来高分辨率的东亚夏季风的降水演化历史,并以此指标为基础整合了南海大洋钻探ODP 1146站和位于黄土高原的黄土磁化率降水指标,首次揭示第四纪以来热带太平洋类ENSO系统相位变动对东亚夏季风降水在经向和纬向上的不同控制作用。该项成果揭示亚洲季风的演化历史及西太平洋沉积记录在气候环境长期变化中的关键作用对于预测未来气候变化对人类活动的影响具有重要的意义,也是目前国际气候变化研究的热点之一。 在长时间尺度上,类ENSO系统相位的变动主要受控于东西赤道太平洋温度梯度差。研究发现,当东西赤道太平洋温度梯度差较大时,类ENSO系统相位趋向于拉尼娜模态,此时Walker环流的强度较强,该环流的上升分支(也就是降雨带分支)被压迫在东亚低纬度地区,从而导致该地区的降水显著增加,而此时东亚中纬度黄土高原地区降水显著减少,东赤道太平洋地区则由于较强的Walker环流驱动强烈的上升流混合(富含营养物质的底层水上涌)而促使生产力勃发;相反地,当东西赤道太平洋温度梯度差较小时,类ENSO系统相位趋向于厄尔尼诺模态时,上述情况如跷跷板一样出现相反的情况。 目前主流观点认为,地球高纬度的气候变化,尤其是冰盖体积的变化是主导中更新世地球气候从41千年周期演变为100千年周期的主要原因。海洋试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室于兆杰副研究员和万世明研究员通过进一步研究轨道时间尺度的赤道太平洋气候变化,提出了一个新的假说。类ENSO系统可能通过控制北大西洋翻转流和Hadley环流自热带向高纬度地区传输热的量从而影响全球轨道气候周期的变化。类ENSO系统可能起到类似于热带气候变化的“放大器”的作用,将热带气候系统较小的扰动放大,通过海洋和大气环流的传输进而影响全球的气候变化。后续更多时间和空间尺度的证据将有待进一步研究和挖掘。 本项研究得到了中国科学院海洋所“优秀青年”启动基金(于兆杰),国家相关人才计划(万世明),海洋试点国家实验室“鳌山人才”计划项目(万世明)的支持。 具体文章请参考: 1. Zhaojie. Yu (*), Wan, S., Colin, C., Song, L., Zhao, D., Huang, J., Li, T. (2018). ENSO-like modulated tropical Pacific climate changes since 2.36 Myr and its implication for the Middle Pleistocene Transition. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 19. https://doi.org/10.1002/2017GC007247 原文链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/2017GC007247 2.Zhaojie. Yu(*), Wan, S., Colin, C., Yan, H., Bonneau, L., Liu, Z., et al. (2016). Co-evolution of monsoonal precipitation in East Asia and the tropical Pacific ENSO system since 2.36 Ma: New insights from high-resolution clay mineral records in the West Philippine Sea. Earth and Planetary Science Letters, 446, 45–55 原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X16301868
  • 《研究发现极地冰盖控制南亚季风变化》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2023-04-18
    • 近日,自然资源部第一海洋研究所(以下简称海洋一所)科研人员在南亚季风演化及驱动机制研究方面取得新进展。研究成果以“1200万年以来南亚夏季风的减弱与南北半球间冰盖的扩张有关”为题,在国际知名学术期刊《自然通讯》上在线发表。该研究阐明了极地冰盖是控制中新世以来构造尺度上南亚季风变化的重要机制,为季风演化的全球变冷观点提供了重要证据。 亚洲季风是全球气候系统的重要组成部分,其形成、演化和驱动机制在全球变化研究中备受关注。许多研究表明,亚洲季风最晚在早中新世就已形成,然而早中新世以来亚洲季风演化的驱动机制却尚未明晰,主要观点包括青藏高原隆升、全球变冷、特提斯海的退缩以及大气二氧化碳变化的影响。在这几个观点中,全球变冷这一观点受到了广泛关注,但全球变冷通过何种机制来影响亚洲季风演化仍不清楚。 研究团队通过对国际大洋钻探计划航次获得的位于马尔代夫内海的岩心中碎屑组分的锶、钕同位素进行研究,建立了过去1200万年以来的风尘、物源和季风演化历史。物源研究表明,钻孔中风尘物质主要来源于非洲东北部和阿拉伯半岛,其次为印度沙漠。前人基于现代观测及东北印度洋表层沉积地球化学的研究表明,来自非洲东北部和阿拉伯半岛的风尘物质只能由夏季风输运到马尔代夫内海。结合数值模拟,研究人员认为南、北半球冰盖的不对称演化可通过影响哈德莱环流/热带辐合带的经向移动以及马斯克林高压和印度低压之间气压梯度来控制南亚夏季风的演化。 该项成果由海洋一所海洋地质与成矿作用重点实验室姚政权研究员、石学法研究员,中国科学院地质与地球物理研究所郭正堂研究员,中国科学院地球环境研究所李新周研究员,以及德国汉堡大学、印度国家海洋研究所等国内外合作者共同完成。 本项研究得到了国家自然科学基金、山东省泰山学者攀登计划等项目的资助。