史前大雨的成因（新知季风降水先减后增）

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。下文为该系列的第一部，主要介绍人类活动对南亚夏季风的影响。

南亚夏季风是打开印度雨季的“开关”。印度洋上空大量的暖湿空气被西南季风吹至印度半岛，造成的降雨可占到印度全年总降雨量的70%左右，对其工农业生产和社会经济发展产生巨大影响。然而，观测记录显示，印度中北部的季风降水在1970年代到2000年之间显著减少，季风区变得越来越干；但是从2000年至今的近20年间，这里的降水又转而呈现出增加的态势，洪涝风险逐渐增加。

工业革命以来，人类在生产生活中向大气排放了大量温室气体（如CO₂、甲烷等）和气溶胶（如硫酸盐气溶胶），这些粒子的人为排放速度远远超过其在自然界原本的生成和消亡速度，因此不可避免地对地球环境带来影响，例如温室气体会造成全球变暖。大气中的这些“不速之客”，会不会也对南亚夏季风降水的历史变化产生影响呢？

答案是肯定的。

“温室效应”与“阳伞效应”

温室气体主要包括二氧化碳、甲烷、水汽等，它们能够被太阳短波入射所穿透，同时阻拦从地面逸出的长波辐射，因此可以把辐射能量“锁”在大气层中，引起大气增温，其效果类似于北方冬季种植蔬菜的温室大棚，我们称这一过程为“温室效应”。

气溶胶则是指大气和混杂其中的各类固液小颗粒的混合物，多数气溶胶可通过散射太阳光、影响云的生成等过程减少到达地面的辐射能量，造成大气降温，仿佛给地球撑起了一把遮阳伞，我们称该过程为“阳伞效应”。

温室气体、气溶胶等人为因素的影响随时间的演变。灰色曲线和柱状图代表主要温室气体CO₂的辐射强迫，体现为对气候系统的加热作用，而橘色曲线和柱状图则表示气溶胶的降温作用。（图片来源：IPCC AR5图8.18）

由此可见，“温室效应”和“阳伞效应”对地球辐射的影响大致相反，而南亚季风降水在2000年前后的不同变化，就是人类活动的这两种效应共同作用的结果。

具体而言，在2000年以前，人类活动排放的温室气体使全球温度升高，变暖的大气可以葆有更多的水汽，为成云致雨提供“原材料”，有利于降雨增加；但与此同时，这一时期印度半岛人为排放的硫酸盐气溶胶也大量增加，造成局地大陆温度降低，减弱的海陆热力差异和季风环流却不利于降雨增加。

而在2000年以后，人类活动引起的全球增暖更强，“温室效应”势头盖过“阳伞效应”，更多的水汽进入大气，且由于陆地和海洋的比热容不同，亚洲大陆增暖比周围海洋更快，海陆热力差异增强，季风环流增强，这一时期的印度降雨便逐渐增加了。

“热力过程”和“动力过程”

降雨归根结底就是空气把水汽汇合、抬升，致其凝结、坠落的过程。如果把下雨比作大自然在煮饭，水汽就相当于食材，由于水汽的凝结蒸发常伴随着能量的收放，我们把这一过程称为降雨的“热力过程”；另一方面，大气运动的作用就相当于煮饭这一动作，我们称之为降雨的“动力过程”，就像储藏室的米粒不会自动变熟一样，如果没有向上运动的空气将水汽不断抬升至凝结高度，水汽也不会自己变成液态水降落下来。

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进一步分析了在人类活动的背景下，“热力过程”和“动力过程”对2000年前后南亚夏季风降水不同变化的影响。

自2000年开始，在温室气体和气溶胶的综合作用下，全球增暖更强、大气水汽含量增多（“热力过程”）；同时，季风区气流上升运动增强、湿空气平流更多（“动力过程”）。在热力过程和动力过程的共同作用下，就造成了我们观测到的南亚季风区降水越来越多的现象。

那么在2000年之前，人类活动对南亚季风区降水的减少现象就没有贡献吗？答案是当然有，只是故事情节有点复杂，若要长话短说，就是人类活动的热力影响令降水增加，但是其动力影响又使降水减少，二者符号相抵，我们最终看到的降水减少现象就主要由气候系统内部的变化（如太平洋海温变化：IPO位相由负转正）主导了。

2000年以后人类活动增加印度降雨的过程（图片来源：作者提供）

人为外强迫：人类能否“翻云覆雨”？

“温室效应”和“阳伞效应”都是由人类活动造成的、对地球本身的气候系统强行施加的额外影响，我们将其统称为“人为外强迫”。工业革命以来，人类不断刷新自己适应、改造大自然的能力，然而与此同时，我们也在这颗蔚蓝的星球上留下了无法磨灭的印记。

这些变化像一个个“黑箱实验”，我们知道人类活动势必对地球环境和气候产生影响，却对过程了解太少、对还未显现的结果束手无策。“人类能否‘翻云覆雨’”中的“能否”一词如果译作英语，可以有“Can we?”和“Should we?”两种译法，对于前者，或许答案是肯定的，但对于后者，希望我们的答案是：“No, we shouldn’t”。气候系统敏感复杂，牵一发而动全身，在人类活动之外，是否还有其他因素影响着南亚季风降水？南亚季风降水在未来又将如何变化呢？请听下回分解~

参考文献：

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来源：中国科学院大气物理研究所