青藏高原上的中东沙漠沙尘可能影响印度夏季季风
新的大气模型研究可以解释一个百年假设背后的机制
一个多世纪前，英国气象学家亨利•布兰福德(Henry Blanford)指出，青藏高原和喜马拉雅山脉的春季积雪与印度夏季季风季节强度之间存在联系。自布兰福德在1884年首次发表他的假说以来，已有数百项研究证实了这一关系。布兰福德发现，较少的积雪通常与湿润的季风有关。但到目前为止，研究人员一直在努力解释为什么积雪和季风强度之间存在这种联系。
由马里兰大学地球系统科学跨学科中心(ESSIC)的研究科学家William Lau领导的一项新研究为解释布兰福德的观测提供了一个合理的机制。令人惊讶的是，这个解释涉及到从一千多英里以外的中东沙漠中运送过来的灰尘。Lau使用nasa开发的一个强大的大气模型，他发现在季风开始前的春天，大量的黑色气溶胶——通过空气传播的颗粒，如灰尘和煤烟来吸收阳光——在青藏高原的积雪层上沉积。这些深色的气溶胶使雪吸收更多的阳光，融化得更快。模型研究结果表明，在这些深色气溶胶中，来自中东的风吹尘埃具有最强大的使雪变暗的效果。
在春季灰尘大量沉积的年份里，最终结果是青藏高原的积雪减少，导致地面和上空气温上升。这进而引发了一系列相互关联的反馈回路，加剧了印度的夏季季风。2018年11月12日，美国宇航局戈达德太空飞行中心的Kim Kyu-Myung Kim与人合著的一篇论文在《大气》杂志网络版上发表。“布兰福德知道青藏高原的积雪不是影响季风的唯一现象，但他知道这很重要，”刘说。“积雪和季风之间的关系非常有用，印度气象部门仍在利用它来制定每年的夏季季风预报。”通过增加对这种关系的物理机制的了解，我们的研究可能有助于开发出更准确的季风预报。
刘和金利用戈达德地球观测系统模型，版本5 (GEOS-5)，模拟了100年的春雪覆盖及其对每年夏季季风周期的影响。为了测试从中东吹来的灰尘的影响，研究人员再次进行了同样的模拟，并添加了一个软件包，其中包含了灰尘、烟尘和沉积在青藏高原上的其他黑色气溶胶造成的雪变暗的影响。在模型中加入暗气溶胶沉积，大大增加了雪吸收的阳光量，加速了融化速度。这是因为当雪融化时，它开始暴露在下面较暗的地面上，从而吸收更多的阳光，加速融化的速度。除了在季节的早期使雪变暗之外，沙尘还强烈地加剧了青藏高原的大气变暖，导致风的变化加剧了季风高峰。值得注意的是，这一系列的反馈也加强了从中东沙漠运送灰尘的风，带来了更多的灰尘，进一步加强了反馈回路。
据刘说，许多研究人员认为，季风带来的强降雨会将空气中所有的尘埃颗粒冲走，从而抵消了大气中的加热效应，并关闭了反馈回路。但刘和金的研究结果表明，增强的风带来的沙尘足以抵消这种冲刷效应，导致青藏高原的沙尘净积累。尘埃到达的时间也很重要。刘德华和金在4月、5月和6月的雪堆上堆积了大量的灰尘，他们发现了最强烈的影响。
每年的模型结果都不一样。当沙尘在季初到达时，它就为改变季风动力学提供了初始条件。但在某些年份，在高海拔地区，季末的暴风雪覆盖了灰尘，并关闭了反馈回路。很明显，由气溶胶造成的雪变暗——尤其是中东的沙漠尘埃——与印度季风季节之间存在着联系。刘和金承认有必要超越建模的范畴，用其他方法和新的观测方法来研究暗气溶胶、加热和季风周期之间的联系。但他们相信，他们的研究成果——利用现实世界的数据为GEOS-5模型奠定了基础——可以为现在的季风预测工作提供信息。
这对农业来说可能非常重要。农民们必须在季风季节前后计划，以决定什么时候播种，什么时候收割。“为了了解人类对气候变化和土地利用等因素的影响如何影响季风，我们必须了解基本知识——包括吸收光线的气溶胶对青藏高原积雪变暗和调节亚洲夏季季风的影响。”这些影响非常重要，最终我们可能不得不重写《季风101》的课程。
