平流層臭氧變化對青藏高原南麓夏季降水的重要影響
青藏高原南麓夏季強降水對南亞地區的水資源和水文災害有著巨大的影響。這一區域降水在1979-1996年間呈上升趨勢，而在1996-2022年間呈下降趨勢（圖1），而出現這一趨勢轉換的原因還不太清楚。本文通過觀測分析和數值模式試驗研究證明，平流層臭氧對高原南麓夏季強對流降水的長期趨勢有著顯著影響。研究發現，平流層臭氧長期損耗通過調節平流層下層的溫度改變了對流層上層靜力穩定度，導致了1979-1996年期間的高原南麓的深對流和降水。結果表明， 21世紀上半葉平流層臭氧恢復可能會導致未來青藏高原南麓夏季降水減少，這對南亞未來的水資源管理和規劃有著重要指導意義。
在1979-2022年期間，青藏高原南麓經歷了1996年之前的夏季降水增加和1996年之后的降水減少（圖1）。而平流層臭氧也有著非常相似的趨勢轉折：由于人類排放的臭氧損耗物質，導致平流層臭氧在1979-1996年間處于不斷損耗的階段，而蒙特利爾協定的成功實施，使得平流層臭氧在1996年之后開始逐漸恢復。而在年際時間尺度，青藏高原南麓的夏季降水和臭氧之間相關系數約為–0.48，達到了99%信度的顯著性水平。
圖1. 1979–2022年期間青藏高原南麓夏季（左側）降水和（右側）平流層臭氧時間序列。
進一步研究發現，1979-1996年間，平流層臭氧的顯著減少導致平流層低層輻射冷卻（圖2）。平流層低層降溫導致下平流層和上對流層區域靜力穩定度減小和青藏高原高原南麓的深對流增強以及高云云量增加。云的遮擋作用導致高原南麓地區到達地表的紫外輻射強度降低，這一作用甚至超過了平流層臭氧損耗導致的紫外輻射增加（圖3）。深對流增強還導致了南麓的顯著降水增加。與 6月和8月相比，7月份深對流增強和降水增加的主要區域位于更靠南的位置。氣候模式的敏感性試驗進一步驗證了平流層臭氧對高原南麓夏季降水的影響機制（圖4）。1996年以來，青藏高原上空臭氧總柱含量雖然在逐漸增加，但是平流層底層臭氧還在持續減少，使得在臭氧恢復期間平流層低層增溫被削弱，減弱了1996-2022年間高原南麓降水量對平流層臭氧恢復的正響應。
圖2. 青藏高原上空大氣臭氧、溫度、靜力穩定度和云量（風場）在1979-1996年間的變化趨勢。
圖3. 1979-1996年間，臭氧柱含量、高云云量、到達地表的紫外輻射以及降水在夏季的長期變化趨勢。
圖4. 平流層臭氧損耗影響青藏高原南麓降水的機制圖
本文的研究結果有助于改進對青藏高原南麓降水的預測，減少未來降水變化預測的不確定性。結果表明，青藏高原夏季平流層臭氧的變化應該得到更多的關注，尤其是未來臭氧的恢復，這可能會導致青藏高原南坡夏季降水量的減少，對于未來南亞地區農業、水力發電、工業發展和人類基本需求的水資源管理起著非常關鍵的作用。
本研究以“Stratospheric ozone loss enhances summer precipitation over the southern slope of the Tibetan Plateau”為題發表于《Geophysical Research Letters》，北京師范大學夏炎老師為第一作者，北京大學趙傳峰教授為通訊作者。該研究工作得到了第二次青藏高原綜合科學考察研究-專題“大氣成分垂直結構及其氣候影響”( STEP , 2019QZKK0604)的第一資助。
原文鏈接：http://doi.org/10.1029/2023GL103742