近日，物理海洋教育部重点实验室在Climate Dynamics期刊发表题为“Seasonal delay of Sahelian rainfall driven by an east-west contrast in radiative forcing in idealized CESM experiments”（《CESM理想试验下东西半球辐射强迫对比驱动的萨赫勒降雨季节延迟》）的最新研究成果，发现过去四十多年里东亚/南亚气溶胶排放增加导致的辐射减少和欧美气溶胶排放减少导致的辐射增加均对非洲萨赫勒（Sahel）地区降雨季节延迟产生贡献，并揭示了其内在的物理机制。该成果由实验室在读博士研究生董洪强为第一作者，“青年英才工程”第一层次宋丰飞教授为通讯作者的科研团队合作完成。

　　作为对气候变化极为敏感的热带季风区，萨赫勒的降雨变化被视为气候变化的“晴雨表”。前期研究显示，近四十年来气溶胶强迫的变化对萨赫勒降水季节延迟起到关键作用（Song et al. 2021）。在最近四十年，气溶胶强迫主要体现为东西半球相反的变化趋势：东亚/南亚气溶胶排放增长，其入射太阳短波辐射呈现减少趋势；相反，随着清洁空气政策的实施，欧美气溶胶排放显著减少，其入射太阳短波辐射呈现增加趋势。因此，二者对萨赫勒降雨季节循环变化的相对作用和具体影响过程亟需阐明。目前对流准平衡框架和整层大气能量框架发展较为成熟，均可用于理解热带降水变化，但对热带降水在外强迫下变化的解释能力尚未得到评估与比较。为了回答上述两个问题，本研究基于通用地球系统模式CESM1.2设计了两组敏感性试验：东亚/南亚入射太阳短波辐射削减试验和欧美入射太阳短波辐射增加试验。试验选择直接增减入射太阳短波辐射而不是固定气溶胶浓度或排放，是为了避免气溶胶间接效应的不确定性，从而更便于探讨其物理机制（详见文章）。利用这两组试验，研究发现东亚/南亚辐射减少和欧美辐射增加均会造成萨赫勒的降雨季节延迟。试验中对流准平衡框架和整层大气能量框架都能较好地刻画大气辐射变化造成的萨赫勒降雨季节延迟现象，但对流准平衡框架有更强的解释能力（图1）。值得注意的是，两套大气能量框架也存在显著相关，这是因为二者物理上的相通性。

图1：©东亚/南亚辐射减少（a-c）和欧美辐射增强（d-f）下，萨赫勒降雨季节延迟分别与对流准平衡框架（a，d），大气能量框架（b，e）以及对流准平衡框架与大气能量方程框架间（c，f）的散点分布图。黑色实线为线性拟合的结果，三角形代表变量平均值，相关系数R及其p值均标注于图中。

　　本研究进一步结合水汽收支诊断，指出东亚/南亚的辐射减少会削减局地的季风降雨，从而在局地上空激发异常反气旋，其西南侧的异常东风为夏秋季萨赫勒地区输送充足的水汽，而春季这种效应很弱，这就导致了降雨的季节延迟。而欧美的辐射增加则会加剧南北半球的能量对比，使得更多南半球热带的水汽向北半球输送，进一步加剧了萨赫勒地区的相对湿度增长，导致大气有效比容增加，大气对太阳辐射的季节响应变慢，因而产生降雨延迟现象（图2）。

图2：东亚/南亚辐射减少（a）和欧美辐射增强（b）驱动萨赫勒降雨季节延迟的示意图。

　　该研究揭示了过去四十年里东西半球辐射强迫变化对萨赫勒降雨季节延迟的贡献，增进了对萨赫勒降雨年循环变化的认识，比较了不同大气能量框架在解释热带降雨变化方面的能力，为研究人为外强迫下区域降雨季节循环变化提供了新思路和新见解。

文章引用：

Dong H. -Q., F. -F. Song*, F. -K. Liu, H. Wang, L. Dong, L. -R. Leung, and J. Lu, 2024: Seasonal Delay of Sahelian Rainfall Driven by an East–west Contrast in Radiative Forcing in Idealized CESM Experiments. Climate Dynamics, 62: 10307-10324, https://doi.org/10.1007/s00382-024-07452-3.

Song, F.*, Leung, L.R.*, Lu, J. et al, 2021: Emergence of Seasonal Delay of Tropical Rainfall during 1979-2019. Nature Climate Chang, 11, 605-612,https://doi.org/10.1038/s41558-021-01066-x.