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气象学家揭秘北非“哥斯拉”超级沙尘暴的绕球输送及其辐射强迫对降水的影响机制

时间：2024-06-02 来源：浏览：

气象学家揭秘北非“哥斯拉”超级沙尘暴的绕球输送及其辐射强迫对降水的影响机制

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北非是全球最大的活跃性沙尘源区 , 每年向大气释放的沙尘颗粒物达 400 ~ 2200 Tg ，对全球沙尘排放总量的贡献远超 50%。北非沙尘从撒哈拉沙漠的西部边缘出发，受超强东风气流的作用经大西洋传输至加勒比海、佛罗里达、美国墨西哥湾沿岸和亚马逊盆地，实现了地球上规模最大的 “矿物迁徙” ，对全球辐射平衡、云微物理过程、大气化学和海洋系统、以及当地大气环境和人民生命财产安全均造成至关重要的影响。

202 0 年 6 月，北非爆发了有史以年来最强沙尘暴，沙尘羽流的规模比以往平均水平大 60%-70% ，被称为北非 “哥斯拉”超级沙尘暴。此次沙尘天气对局地及全球大气环境和生态系统造成不容忽视的影响，因此也受到国内外研究学者的广泛关注。北非沙尘跨大西洋输送的形成机理及北非沙尘西传与大尺度气候变率的关系已被充分阐明，但北非沙尘东传造成的天气气候效应尚不明晰，特别是北非沙尘通过调控大尺度环流对下游地区降水的影响还未充分揭示。兰州大学陈思宇教授团队对此次极端事件的发生发展及动力输送机制进行细致分析，相关研究成果以题 “The Circum-global Transport of Massive African Dust and its Impacts on the Regional Circulation in Remote Atmosphere” 发表在美国气象学会会刊（ Bulletin of the American Meteorological Society, BAMS）。

图 1 从卫星观测和模式模拟揭示北非“哥斯拉”超级沙尘暴绕球输送特征

图 2 北非 “哥斯拉”超级沙尘暴起沙成因及动力输送机制

图 3 北非沙尘辐射强迫驱动的大气环流变化对下游地区降水的影响

研究团队结合多源卫星观测和W RF-C hem模式发现了北非沙尘绕球输送的三维结构特征。北非沙尘颗粒物在强垂直气流作用下被抬升至高空，并沿着东西两条路径实现绕球输送。一支跨大西洋海域到达美国东南部及加勒比盆地，沙尘羽流高度主要集中在对流层中下层，另一支受西风急流影响，部分羽流传输至印度次大陆，部分羽流在高原北部对流层中上层形成高空输送带，进而席卷东亚及太平洋海域（图1）。

通过探究北非 “哥斯拉”超级沙尘暴的起沙成因及动力输送机制，发现西非沿岸的异常海平面气压梯度为触发强烈东北风提供了有利条件，其促进了沙尘颗粒物的动力抬升，并伴随边界层高度的发展被进一步输送至高空。同时，研究也明确了驱动北非沙尘绕球输送的主导因子是北大西洋涛动正位相及欧洲阻塞偶极子稳定维持，与欧洲阻塞偶极子关联的地中海低压是导致北非沙尘羽流东传的关键（图2）。

相关研究进一步表明北非沙尘通过辐射强迫调控大气环流型并进一步改变下游地区降水的影响机理，表明非洲沙尘一方面通过辐射加热增强了北美中部的异常暖高压，抑制北大西洋水汽向北美的输送，另一方面通过激发北半球中高纬大气波列，进而导致印度东北部上空出现异常反气旋，削弱印度夏季风，最终抑制北美中部和印度东北部降水的物理机制（图 3）。

北非撒哈拉沙漠作为世界上最大的流动性沙漠，大量沙尘排放及远距离输送不仅刺激北大西洋浮游植物的生长，为亚马逊热带雨林提供充足养分，同时也会影响热带气旋强度及飓风发生频率，影响局地甚至全球的生物地球化学过程和气候变化。因此，深入了解沙尘气溶胶尤其是北非沙尘的形成机理、动力输送机制及其天气气候效应具有重要的科学意义。

作者介绍

第一作者：毕鸿儒，兰州大学大气科学学院在读博士。主要研究方向为沙尘气溶胶物理过程的数值模拟及其天气气候效应研究。以第一作者或共同作者在Bulletin of the American Meteorological Society、Environmental Research Letters 、Particuology等国际期刊发表论文。

来源： 大气污染及气候环境数值模拟研究