導語：季風是氣候學中重要且廣為人知的概念，和大家熟悉的東亞季風一樣，南亞季風是全球季風系統中的另一分支，主要影響印度半島、中南半島、我國西南部等區域的氣候。我們將推出「南亞夏季風三部曲」系列文章，為大家介紹南亞夏季風的氣候特點、歷史演變、影響因素及其在未來的可能變化。下文為該系列的第一部，主要介紹人類活動對南亞夏季風的影響。
南亞夏季風是打開印度雨季的「開關」。印度洋上空大量的暖濕空氣被西南季風吹至印度半島，造成的降雨可占到印度全年總降雨量的70%左右，對其工農業生產和社會經濟發展產生巨大影響。然而，觀測記錄顯示，印度中北部的季風降水在1970年代到2000年之間顯著減少，季風區變得越來越干；但是從2000年至今的近20年間，這裡的降水又轉而呈現出增加的態勢，洪澇風險逐漸增加。
工業革命以來，人類在生產生活中向大氣排放了大量溫室氣體（如CO₂、甲烷等）和氣溶膠（如硫酸鹽氣溶膠），這些粒子的人為排放速度遠遠超過其在自然界原本的生成和消亡速度，因此不可避免地對地球環境帶來影響，例如溫室氣體會造成全球變暖。大氣中的這些「不速之客」，會不會也對南亞夏季風降水的歷史變化產生影響呢？
答案是肯定的。
「溫室效應」與「陽傘效應」
溫室氣體主要包括二氧化碳、甲烷、水汽等，它們能夠被太陽短波入射所穿透，同時阻攔從地面逸出的長波輻射，因此可以把輻射能量「鎖」在大氣層中，引起大氣增溫，其效果類似於北方冬季種植蔬菜的溫室大棚，我們稱這一過程為「溫室效應」。
氣溶膠則是指大氣和混雜其中的各類固液小顆粒的混合物，多數氣溶膠可通過散射太陽光、影響雲的生成等過程減少到達地面的輻射能量，造成大氣降溫，仿佛給地球撐起了一把遮陽傘，我們稱該過程為「陽傘效應」。
溫室氣體、氣溶膠等人為因素的影響隨時間的演變。灰色曲線和柱狀圖代表主要溫室氣體CO₂的輻射強迫，體現為對氣候系統的加熱作用，而橘色曲線和柱狀圖則表示氣溶膠的降溫作用。（圖片來源：IPCC AR5圖8.18）
由此可見，「溫室效應」和「陽傘效應」對地球輻射的影響大致相反，而南亞季風降水在2000年前後的不同變化，就是人類活動的這兩種效應共同作用的結果。
具體而言，在2000年以前，人類活動排放的溫室氣體使全球溫度升高，變暖的大氣可以葆有更多的水汽，為成雲致雨提供「原材料」，有利於降雨增加；但與此同時，這一時期印度半島人為排放的硫酸鹽氣溶膠也大量增加，造成局地大陸溫度降低，減弱的海陸熱力差異和季風環流卻不利於降雨增加。
而在2000年以後，人類活動引起的全球增暖更強，「溫室效應」勢頭蓋過「陽傘效應」，更多的水汽進入大氣，且由於陸地和海洋的比熱容不同，亞洲大陸增暖比周圍海洋更快，海陸熱力差異增強，季風環流增強，這一時期的印度降雨便逐漸增加了。
「熱力過程」和「動力過程」
降雨歸根結底就是空氣把水汽匯合、抬升，致其凝結、墜落的過程。如果把下雨比作大自然在煮飯，水汽就相當於食材，由於水汽的凝結蒸發常伴隨著能量的收放，我們把這一過程稱為降雨的「熱力過程」；另一方面，大氣運動的作用就相當於煮飯這一動作，我們稱之為降雨的「動力過程」，就像儲藏室的米粒不會自動變熟一樣，如果沒有向上運動的空氣將水汽不斷抬升至凝結高度，水汽也不會自己變成液態水降落下來。
近日，中科院大氣物理研究所的周天軍研究員團隊在美國氣象學會Journal of Climate雜誌發文，利用超級計算機的模擬結果進一步分析了在人類活動的背景下，「熱力過程」和「動力過程」對2000年前後南亞夏季風降水不同變化的影響。
自2000年開始，在溫室氣體和氣溶膠的綜合作用下，全球增暖更強、大氣水汽含量增多（「熱力過程」）；同時，季風區氣流上升運動增強、濕空氣平流更多（「動力過程」）。在熱力過程和動力過程的共同作用下，就造成了我們觀測到的南亞季風區降水越來越多的現象。
那麼在2000年之前，人類活動對南亞季風區降水的減少現象就沒有貢獻嗎？答案是當然有，只是故事情節有點複雜，若要長話短說，就是人類活動的熱力影響令降水增加，但是其動力影響又使降水減少，二者符號相抵，我們最終看到的降水減少現象就主要由氣候系統內部的變化（如太平洋海溫變化：IPO位相由負轉正）主導了。
2000年以後人類活動增加印度降雨的過程（圖片來源：作者提供）
人為外強迫：人類能否「翻雲覆雨」？
「溫室效應」和「陽傘效應」都是由人類活動造成的、對地球本身的氣候系統強行施加的額外影響，我們將其統稱為「人為外強迫」。工業革命以來，人類不斷刷新自己適應、改造大自然的能力，然而與此同時，我們也在這顆蔚藍的星球上留下了無法磨滅的印記。
這些變化像一個個「黑箱實驗」，我們知道人類活動勢必對地球環境和氣候產生影響，卻對過程了解太少、對還未顯現的結果束手無策。「人類能否『翻雲覆雨』」中的「能否」一詞如果譯作英語，可以有「Can we?」和「Should we?」兩種譯法，對於前者，或許答案是肯定的，但對於後者，希望我們的答案是：「No, we shouldn』t」。氣候系統敏感複雜，牽一髮而動全身，在人類活動之外，是否還有其他因素影響著南亞季風降水？南亞季風降水在未來又將如何變化呢？請聽下回分解~
參考文獻：
1. B. J. Henley, J. Gergis, D. J. Karoly, S. Power, J. Kennedy and C. K. Folland, A Tripole Index for the Interdecadal Pacific Oscillation. Climate Dynamics, 45, 3077–3090 (2015).
2. X. Huang, T. Zhou*, A. Dai, H. Li, C. Li, X. Chen, J. Lu, J-S Von Storch and B. Wu, South Asian summer monsoon projections constrained by the interdecadal Pacific oscillation. Science Advances, 6, eaay6546 (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aay6546
3. X. Huang, T. Zhou*, A. G. Turner, A. Dai, X. Chen, R. Clark, J. Jiang, W. Man, J. Murphy, J. Rostron, B. Wu, L. Zhang, W. Zhang and L. Zou, The Recent Decline and Recovery of Indian Summer Monsoon Rainfall: Relative Roles of External Forcing and Internal Variability. Journal of Climate. (2020) ) doi: 10.1175/JCLI-D-19-0833.1
4. HUANG Xin, Tianjun Zhou*, Wenxia Zhang, Jie Jiang, Puxi Li, Yin Zhao, 2019: Northern Hemisphere land monsoon precipitation changes in the twentieth century revealed by multiple reanalysis datasets. Climate Dynamics (2019) 53:7131–7149, https://doi.org/10.1007/s00382-019-04982-z
5. T. Zhou, A. G. Turner, J. L. Kinter, B. Wang, Y. Qian, X. Chen, B. Wu, B. Wang, B. Liu, L. Zou, B. He, GMMIP (v1.0) contribution to CMIP6: global monsoons model inter-comparison project. Geosci Model Dev 9 (10):3589–3604 (2016).
6. Lehodey, P., Alheit, J., Barange, M., Baumgartner, T., Beaugrand, G., Drinkwater, K. F., ... & Werner, F. E. (2006). Climate Variability, Fish, and Fisheries. Journal of Climate, 19(20), 5009-5030.
來源：中國科學院大氣物理研究所