人類活動所引起的大氣中溫室氣體及氣溶膠含量的增加是造成人類世氣候和環(huán)境顯著變化的重要強(qiáng)迫因子。黑碳?xì)馊苣z作為大氣溶膠的重要組成成分，主要產(chǎn)生于化石燃料和生物質(zhì)燃料燃燒過程。它可直接通過吸收可見光到紅外波段范圍內(nèi)的太陽輻射加熱大氣，是除溫室氣體以外對引起全球變暖最大的貢獻(xiàn)者。近年來由于人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展使得亞洲成為世界上黑碳排放的主要源區(qū)。觀測和模擬結(jié)果都表明黑碳?xì)馊苣z對亞洲區(qū)域輻射收支、大氣環(huán)流和水循環(huán)有重要影響，但由于黑碳?xì)馊苣z復(fù)雜的時空特性以及氣溶膠-輻射-云之間的非線性相互作用，它對亞洲夏季風(fēng)的影響還存在很大的不確定性，而且人們對其作用機(jī)理缺乏深入的認(rèn)識和理解。

近日，中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所副研究員解小寧等利用降水變化的驅(qū)動和響應(yīng)模式比對計劃（PDRMIP）框架下的9個全球海-氣耦合模式試驗(yàn)結(jié)果，研究了10倍黑碳?xì)馊苣z和2倍CO₂對亞洲夏季風(fēng)和降水的影響，對比分析了黑碳與CO₂含量增加引起的區(qū)域氣候環(huán)境效應(yīng)的異同。PDRMIP多模式集成結(jié)果顯示：1、黑碳?xì)馊苣z和CO₂都可以顯著增加亞洲季風(fēng)區(qū)夏季有效降水量，分別增加13.6%以及12.1%。但是，黑碳?xì)馊苣z引起的有效降水量增加在不同模式間存在著更大差異 (圖1)。2、利用水汽收支分析顯示，黑碳?xì)馊苣z引起的亞洲季風(fēng)區(qū)有效降水量增加主要是加強(qiáng)的季風(fēng)環(huán)流引起的動力項(xiàng)增加，而CO₂引起的有效降水量增加則是增加的水汽相關(guān)的熱力項(xiàng)增加 (圖2a)。(3)從大氣環(huán)流角度，黑碳?xì)馊苣z引起的大氣低層季風(fēng)環(huán)流以及向上垂直風(fēng)速都有著更加明顯的增加，同時伴隨著大氣高層西風(fēng)急流軸顯著性北移(圖3)。而CO₂引起季風(fēng)環(huán)流以及西風(fēng)急流軸的變化則不顯著。 

黑碳?xì)馊苣z及CO₂引起亞洲夏季風(fēng)變化的機(jī)制差異主要來源于不同強(qiáng)迫引起的溫度反饋(圖2b)。黑碳?xì)馊苣z的增加直接加熱中緯度對流層上層大氣，增加高層南北海陸熱力梯度，加強(qiáng)季風(fēng)系統(tǒng)動力環(huán)流。而CO₂主要加熱赤道對流層上層大氣，使得高層海陸梯度明顯減小，抑制季風(fēng)系統(tǒng)動力的發(fā)展。這種不同強(qiáng)迫下控制機(jī)制的差異，將有助于人們理解未來全球變暖以及人為污染雙重影響下亞洲季風(fēng)的變化。 

該研究得到國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)及中科院西部之光等項(xiàng)目資助，相關(guān)成果發(fā)表在Atmospheric Chemistry and Physics上。 

論文鏈接：https://doi.org/10.5194/acp-20-11823-2020

圖1. 人為黑碳?xì)馊苣z和CO2引起亞洲夏季風(fēng)有效降水量P-E的變化(單位：mm day-1)。(a, b) 亞洲季風(fēng)區(qū)域即藍(lán)色實(shí)線區(qū)域內(nèi)空間平均值以及多模式的平均值MMM；(c, d) 多模式平均有效降水變化的空間分布。 

圖2. (a) 人為黑碳?xì)馊苣z和CO2引起的水汽收支變化 q budget (mm day-1)，包括夏季有效降水量變化△P-E，熱力項(xiàng)△TH，動力項(xiàng)△DY，以及其余項(xiàng)△Res。(b) 亞洲與海洋海陸南北梯度的變化 △MLOTG (攝氏度)。

圖3. (a, c, e) 人為黑碳?xì)馊苣z和 (b, d, f)CO2引起的對流層低層以及高層的大氣環(huán)流變化，包括850 hPa風(fēng)矢量(△UV)，500 hPa 垂直風(fēng)速 (△Omega)，以及200 hPa的西風(fēng) (△U200)。