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崂山实验室 2025年09月11日
近日，由崂山实验室吴立新院士领衔的科研团队在气候变化领域取得重要突破。相关成果以“Magnitude uncertainty dominates intermodel spread in zonal-mean precipitation response to anthropogenic aerosol increase”（《幅度不确定性主导人为气溶胶增加强迫下纬向平均降水响应的模式间差异》）为题，在线发表于Science Advances（《科学进展》）期刊。
人为气溶胶在1750—2019年间导致的全球有效辐射强迫约为−1.1 W/m²，其对气候的净冷却效应在一定程度上抵消了温室气体排放导致的全球变暖。自工业化以来至20世纪80年代的历史时期，亚洲、北美和欧洲上空的人为气溶胶排放显著增加。然而，气候模式中人为气溶胶的气候效应存在显著模式间差异。本研究将降水响应分解为幅度与空间分布响应，发现与温室气体强迫相比，历史人为气溶胶增加导致的模式间降水响应呈现为一致的南北半球间非对称分布（图1），而其模式间不确定性主要源于其响应幅度。定量分析表明，纬向平均降水响应的模式间差异76%由其响应幅度不确定性贡献，而温室气体强迫下仅为13%。
图1. 历史人为气溶胶和温室气体强迫下的降水响应
为进一步探究人为气溶胶增加强迫下降水响应“空间分布相似而幅度模式间差异显著”，本研究利用大气能量势发展了二维大气能量框架来研究其物理机制（图2）。通过将大气能量势分解为大气层顶与地表能量通量两部分，研究揭示了其关键物理机制：人为气溶胶强迫下，跨赤道大气能量输运的模式间不确定性由人为气溶胶辐射强迫所驱动，而云辐射反馈和海洋环流反馈分别起放大和抑制作用。
该研究对理解和减少人为辐射强迫下降水响应的模式间不确定性具有重要指导意义。首先，准确模拟历史阶段由人为气溶胶导致的气候响应，关键在于降低其响应幅度的不确定性。其次，除了广为研究的人为气溶胶辐射强迫模式间不确定性外，还亟需进一步关注海洋环流反馈过程。
该成果由崂山实验室、中国海洋大学的研究团队，联合国内外多位专家学者共同合作攻关完成。研究工作得到崂山实验室科技创新项目、国家自然科学基金等项目的大力支持。未来，崂山实验室将聚焦“透明海洋”核心任务，厘清气溶胶气候效应中的具体海洋环流反馈过程，推进海气多尺度动力过程机理透明，为海洋强国战略提供重要的科技支撑。
图2. 大气能量输运势的机制示意图
引用：
Geng, Y.-F., S.-P. Xie, X.-T. Zheng, H. Wang, S.M. Kang, X. Lin, L. Wu, and F. Song, 2025: Magnitude uncertainty dominates intermodel spread in zonal-mean precipitation response to anthropogenic aerosol increase. Sci. Adv., 10, https://doi.org/10.1126/sciadv.adv5013 |
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