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。气候科学家一直在争论夏季洪水的原因。资料来源:RAJANISH KAKADE/美联社

中国的青藏高原一直是极端气候研究的对象。它是世界上最大的高海拔地区，面积约250万平方公里。由于平均海拔高达4000米，这里的广阔区域比地平线上的区域吸收更多的太阳能，所以冬天非常冷，夏天非常热。此外，实验模型预测，夏季高原地区的空气层要比同一海拔高度的海面和地平线上的陆地的空气层要热。

中国科学院院士、中国科学院大气物理研究所大气科学家吴国雄说，这就像“4000米外有一个热泵”。正如教科书所说，温差是南亚夏季洪水的引擎，也就是众所周知的印度雨季。然而，根据《科学》杂志的报道，一项新的研究挑战了当前的理论，并引发了关于青藏高原在印度雨季中的作用的争论。

重要的问题是如何“预测雨季何时开始，持续多长时间，以及它将如何应对二氧化碳和气溶胶的增长。”西雅图华盛顿大学的气候学家大卫·巴蒂斯蒂(David Battisti)说:“这涉及到数百万人。”然而，得出这些结论可能极其困难，因为模拟山区气候是一项挑战。

高原还是山脉

有一点是一致同意的:在夏天，青藏高原上空和周围的空气比印度洋上相同高度的空气要温暖。对于这种热效应是否会产生广泛的影响，还没有达成共识。

20世纪50年代，大气科学家叶杜正和赫尔曼·弗洛恩分别提出，温差产生的风将潮湿的空气从海洋吹进印度次大陆。这导致了季风降雨。这一假设得到了气候模型的支持:当中国的*和喜马拉雅山从气候模型中去除后，雨季的强度——印度次大陆的总降雨量——及其向北延伸的程度将大大减弱。

但是美国耶鲁大学的气候学家威廉·布斯指出，在这些气候模型的研究中存在错误。他表示，他们未能“区分喜马拉雅山和青藏高原扮演的不同角色”。2008年，在检查了中国印度和*的温度和湿度记录后，他和当时也在哈佛大学的朱明光发现了前面提到的季风模式的不一致性。

首先，印度北部的高层大气是最热的，并且分布在喜马拉雅山脉而不是青藏高原。科罗拉多大学的地球科学家彼得·莫尔纳尔说，这一发现“否定了中国*是高温中心的观点”。第二，博斯和匡说，最高能级的热空气覆盖了陆地表面。Boos认为这意味着印度加热的恒河平原，而不是青藏高原，正在驱动季风。

支持青藏高原变弱的科学家还指出，当水蒸气凝结并产生降水时，热量被释放，从而将能量从地表附近的空气传递到高层大气。更多的水蒸气意味着高层大气变暖——这是博斯和匡的发现。

在《科学报告》2月刊发表的一系列论文中，两位科学家称青藏高原与印度雨季无关。相反，雨季是由“屏障效应”造成的，喜马拉雅山阻挡了来自北方的干冷的风。在一个全球气候模型中，他们显示喜马拉雅山可能单独产生了雨季模型。如果这座山不存在，印度北部上空的空气能量将会降低，雨季将会减弱。

为了进一步验证他们的假设，研究人员略微改进了模型:青藏高原将把所有的太阳辐射反射到宇宙中，不会加热大气。这“有效地封闭了青藏高原的热源，而没有改变喜马拉雅山的屏障效应”。嘘声说。结果表明，雨季模式几乎没有改变。

每个人都坚持自己的论点

莫尔纳尔说，新的研究动摇了气候科学家理解印度雨季的基础。但不是每个人都同意这一新观点。根据《科学》杂志的报道，吴国雄是其中之一。他认为Boos和匡在他们的模型中发现的季风降雨的减少可能是由于喜马拉雅山斜坡的加热，而不是屏障效应。

为了验证这个想法，吴国雄和他的同事们进行了另一个模拟实验，他们在实验中移除了喜马拉雅山的热量。结果表明，印度雨季北部降雨量减少——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。在发表在《科学报告》上的一篇论文中，研究人员得出结论，覆盖印度南部的季风的南支主要是由海陆温差驱动的，加热喜马拉雅山是吸引内陆水的必要条件。

其他科学家也支持高原加热理论。乔治亚理工学院的气候学家彼得·韦伯斯特质疑印度北部的高层大气是否比青藏高原更热。他断言博斯和匡所依赖的气象数据是有缺陷的。同样的基本问题是“一个炎热的表面不足以引发雨季”。"加热高层大气最有效的方法是穿过大片高地上。"他说。

韦伯斯特说，赤道附近温暖海洋的高温和海水会给印度北部带来高能量水平的空气。这取决于赤道和亚洲中纬度高海拔地区之间的温差，这使得风吹向内陆。韦伯斯特说，印度北部的高能空气“是季风的结果，而不是原因”。

英国帝国理工学院的气象学家布莱恩·霍斯金斯说，博斯和匡的观点过于依赖理想化的大气塔下的垂直气流和能量流模型。它忽略了空气动力学和现实世界中的雨季结构。他说:“当你离开青藏高原的时候，你可能也有一个雨季，但是那将会非常不同。关键问题是高原如何影响雨季的开始、持续时间和分布。”

其他批评者认为，这场辩论凸显了山区气候建模的根本问题——众所周知，这非常困难，因为青藏高原和喜马拉雅山等地区的地形复杂，而且影响气候。此外，美国橡树岭国家实验室的气候科学家默塔西姆·阿什法克指出，博斯等人使用的气候模型的分辨率为200公里。该模型过于粗略，无法区分喜马拉雅山和青藏高原的影响，也无法描述高温和高湿分布的细节。

模型的粗糙意味着青藏高原不能通过模拟完全消除。阿什法克说:“很难确切知道你能从这样一个模型中学到什么。”Boos等人也承认粗分辨率是一个很大的限制。

阿什法克还说，天气研究和预测模型在这种模拟研究中优于全球气候模型。然而，普渡大学的气象学家马修·休伯指出，该模型是非静态模型——这意味着它考虑了空气和湿度的垂直运动，更能模拟云的形成。当青藏高原从模型中移除，只留下喜马拉雅山时，阿什法克发现季风带的北支“完全消失了”

地面实况

“屏障效应”阵营的人也承认喜马拉雅山的加热在雨季的形成中起了作用，但仍然坚持认为印度北部的低洼平原是暴雨的最初驱动力。

莫尔纳尔和他的同事巴拉吉·拉贾戈普兰在《地球物理研究杂志:大气》上发表的一篇论文中比较了青藏高原的加热和雨季特征。如果你加热青藏高原，雨季将会提前开始，降雨量将会增加莫尔纳尔说。然而，影响更集中在雨季的开始和结束。“但当我们看主要部分时:6月至8月降雨量最大，我们看不到更大的相关性。”他说。根据他们的研究，青藏高原的热量变化可能影响1/3的雨季和30%的降雨量。

据《科学》杂志报道，中国科学院青藏高原研究所研究员杨坤指出，青藏高原以缺乏气候观测而闻名，这削弱了该地区全球气候模型的预测能力。“即使是基础气象站也很少，更不用说土壤湿度数据了，这是陆地和大气之间能量交换的一个重要参数。”他说。

在过去的几年里，杨坤和他的同事们在青藏高原的100多个地方测量了土壤湿度。这些测量结果将用于修正卫星数据，并帮助科学家计算高原的能量变化。此外，中国已拨款4.41亿美元加强相关研究，并在青藏高原地区建立先进的气候观测站和长期研究站。这些数据将有助于阐明气候变化过程并验证模型。(张张)

《中国科学新闻》(第三版国际，2013年6月24日)