为何阿拉斯加的三文鱼一减产，印度就易发洪涝？丨大气悟理

编者按：看寒来暑往云卷云舒，思古往今来气候变迁，中科院之声与中国科学院大气物理研究所联合开设“大气悟理”，为大家介绍大气里发生的有趣故事，介绍一些与天气、气候和环境相关的知识。

导语：季风是气候学中重要且广为人知的概念，和大家熟悉的东亚季风一样，南亚季风是全球季风系统中的另一分支，主要影响印度半岛、中南半岛、我国西南部等区域的气候。我们将推出“南亚夏季风三部曲”系列文章，为大家介绍南亚夏季风的气候特点、历史演变、影响因素及其在未来的可能变化。下文为该系列的第二部，主要介绍南亚夏季风的特点、变化及太平洋海温的影响。（点这里查看第一部：季风降水先减后增，人类能否“翻云覆雨”？）

“南风之时兮，可以阜吾民之财兮”，古老的歌谣传唱千年，也蕴含着先民们对“季风”这一气候概念的古朴理解。季风气候对长于华夏大地的我们而言并不陌生，冬季北风呼啸、寒冷干燥，夏季南风徐徐、温暖湿润，这便是东亚季风的特点。雨热同期的季风气候为粮食的种植创造了得天独厚的条件，促使华夏民族的祖先们驯服稻黍，建立起延续千年的农耕经济。

除东亚以外，季风气候对位于南亚的另一人口大国——印度，也有着至关重要的影响，这一季风系统被称为“南亚夏季风”。印度夏天吹什么风？历史上的印度夏季降水如何变化？据说远在重洋的阿拉斯加三文鱼的产量也会影响印度的夏季降水，这又是怎么回事呢？

印度夏天吹什么风？

和东亚季风类似，南亚夏季风的主要产生原因之一便是海陆热力差异：由冬到夏，随着太阳直射点逐渐北移，北半球被持续加热，由于陆地比热容小于海洋，最终导致北半球夏季陆地温度高于海洋，季风系统便是大气对这种海陆温度差异的响应和调整结果（划重点，后面要考）。和东亚夏季风由来自太平洋的东南风主导不同，南亚夏季风则是自南半球缘起，一路向北越过赤道和东非沿岸，最后从西南方向进入印度半岛上空，裹挟着印度洋温暖湿润的空气，赴一场盛夏之约。

南亚季风示意图（图片来源：geography.name）

南亚夏季风是打开印度雨季的“开关”，海洋上大量的水汽被夏季风携带到陆地，造成的降雨可占到印度全年总降雨量的70%左右。每年6-9月，印度雨季到来，当地约2.6亿农民开始种植这一年的庄稼，例如水稻、甘蔗、玉米、棉花、大豆等等。南亚夏季风的变化会给印度带来旱涝灾害，对其农业收成、工业生产、经济发展产生巨大影响。

南亚季风降水的长期变化，不同颜色表示不同观测资料集的结果（Huang et al. 2020 JC）

历史上的南亚夏季风降水可谓是“有时风雨有时晴”。观测记录显示，印度中北部的季风降水在2000年前后经历了一个“先减后增”的变化过程，从1970年代开始到2000年末，降水显著减少，季风区变得越来越干；但是2000年至今的近20年间，降水转而呈现出增加的态势，季风区又在变涝了。我们知道，降雨主要是气流将水汽汇合抬升造成的，因此风和水汽的变化都会影响降雨的变化。那么，为何2000年前后印度降雨的变化不同呢？

南亚夏季风降水为何如此“阴晴不定”？

季风气候虽然主要体现为风向和降水的季节性变化，但影响因子却不局限于大气自身。现代气候学将地球的气候系统分为大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈和生物圈，五大圈层紧密相连、相互影响，任何一个圈层的变化都会像多米诺骨牌一样引起其他圈层的响应。可以想象这样一个简单的变化过程：全球变暖（大气圈变化）引起极地冰川融化（冰冻圈变化），融化后的海冰进入大洋导致全球海平面升高（水圈变化），最终将威胁到沿海城市的命运（生物圈变化）。

当然，全球变暖是一个时间尺度在百年以上的过程，岩石圈的变化更是要以地质尺度来度量，而2000年前后南亚夏季风降水的这种周期在几十年的变化则更多地受到全球海温变化的影响，例如，年代际太平洋振荡（IPO或PDO）。

别担心，这里的太平洋“振荡”并不是说太平洋海盆会像跷跷板一样忽高忽低地摇摆，而是气候学术语中对太平洋海表温度相较于正常值偏高或偏低的形容，“年代际”则是指这种海温变化的周期在几十年之间。

像中学时黑板上的正弦函数一样，如果我们以横轴表示时间，纵轴作为相较于正常值的太平洋海温异常，一个IPO的周期即包含一次正位相和负位相的转换。例如，观测显示1950年以来IPO的位相就经历了“负-正-负”的变化，转折点分别出现在1970年代后期和2000年左右。

太平洋年代际振荡，粉色阴影表示正位相，蓝色阴影表示负位相（图片由黄昕提供）

机智的小伙伴眉头一皱，发现事情并不简单，这IPO的位相转换时间点似乎和南亚夏季风的变化有点同步啊，这是巧合吗？

阿拉斯加三文鱼减产如何引起印度夏季降水增加？

首先需要说明的是，IPO正位相并不是指整个太平洋的海温都偏高，这种海温的变化在空间上是不一致的。具体而言，IPO正位相时，太平洋在南北半球的中纬度海域海温偏冷，而热带太平洋、太平洋美洲沿岸海温偏暖，此时阿拉斯加附近的海流在垂直方向上变得更加稳定，浮游生物等营养物质得以累积，这里盛产的三文鱼的产量也会因此提高，而IPO负位相时则情况相反。

太平洋年代际振荡不同位相示意图（图片来源：作者修改自Henley等（2015））

近日，中科院大气物理研究所的周天军研究员团队在美国气象学会 Journal of Climate 杂志发文，利用超级计算机的模拟结果分析了不同位相的IPO对南亚季风的影响过程。

在2000年以前，IPO从负位相转为正位相，随着阿拉斯加三文鱼的增产，增暖的海温促进热带太平洋上空的大气上升和降水增加，这一上升运动通过全球大气环流在印度上空下沉并带来干空气平流，抑制印度半岛的降雨，使得印度易发干旱。此外，热带太平洋上空增加的降雨通过潜热释放加热了对流层大气，这些热量随着大气波动扩散至热带印度洋，减弱了印度洋和印度半岛之间的海陆温差，进而减弱南亚季风环流和印度半岛降水。在2000年以后，IPO从正位相变为负位相，情况刚好相反，阿拉斯加的三文鱼减产，热带太平洋海温变冷，印度降雨却因此增加，易发洪涝。

2000年以前太平洋海温减少印度降雨的物理机制，2000年以后情况相反，热带太平洋海温通过改变大尺度环流和对流层温度影响南亚季风（图片来源：作者提供）

您瞧，这大自然中太平洋海温的变化不仅可以影响餐桌上美味的三文鱼的价格，还可以通过一系列的气候学过程漂洋过海影响到印度半岛的降水多寡，是不是很神奇呢？自古以来，降水便和民生息息相关，雨水少了是干旱，雨水过多却成洪涝，人类对下雨这件事可谓是爱恨交加，对季风系统的研究也因此愈发重要。

太平洋帝王鲑（图片来自网络）

虽然气候系统错综复杂，但为了更好地适应不断加剧中的气候变化，气候学家们一直在尝试用科学的手段预测未来。那么，未来的南亚夏季风降水将会如何变化？气候学家们又是怎样预测的呢？请关注“南亚季风三部曲”最终回——《21世纪的“测天神器”：气候模式预估的季风降水未来变化》。

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