全球穩定增溫1.5 ℃下北非夏季風降水的響應及其機理

摘要 利用第六次國際耦合模式比較計劃（CMIP6）模式模擬結果，研究了21世紀末全球穩定增溫1.5 ℃下北非夏季風降水的變化及機理。結果表明，全球穩定增溫1.5 ℃較1985—2014年北非夏季風降水將增加0.26 mm／d，區域降水敏感度為4.8 ％／℃，且季風區北部降水增幅大于南部。基于水汽收支診斷發現熱力項對季風區總降水增加作用明顯，動力項對降水空間變化起重要作用。進一步分析當地水汽條件及相應環流場發現：在熱力上，相對于1985—2014年，穩定增溫1.5 ℃加強了北非地區表面溫度及低層水汽輸送，有利于當地維持更高的大氣可降水量。在動力上，穩定增溫1.5 ℃下顯著的撒哈拉沙漠增溫加大了海陸溫度梯度，增強了對流層低層季風環流，同時非洲東風急流北移，使得季風區北部低層氣流輻合加強，而高層熱帶東風急流減弱會導致季風區高層輻散運動減弱。總的來說，熱力項增加了整個季風區降水，而動力項增強了季風區北部降水，減弱南部降水，主導了降水變化的空間格局。

關鍵詞全球穩定增溫;增溫1.5 ℃;北非夏季風降水;季風環流

為降低氣候變化帶來的風險，2015年巴黎協議中世界各國達成一致，提出“將全球增溫幅度控制在較工業化前2 ℃之內，并力爭限制在1.5 ℃”的溫控目標（http：／／unfccc.int／resource／docs／2015／cop21／eng／l09r01.pdf.）。隨后，2018年政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發表的報告也著重強調了全球溫升1.5 ℃下于21世紀末全球增溫趨于穩定的路徑（IPCC，2018）。相比于將全球增溫幅度限制在2 ℃，1.5 ℃將更有利于人類和自然生態的和諧共處以及社會的可持續發展（趙宗慈等，2019;江曉菲等，2020;孫雪榕等，2021;周波濤，2021），有關全球增溫1.5 ℃下的氣候變化也隨之引起了國際社會的廣泛關注。值得指出的是，北非季風區在適應氣候變化過程中將面臨更大的挑戰，這是因為北非季風區內發展中國家眾多，人口增長迅速，人均國內生產總值不高（Mertz et al.，2011），當地人們生產生活和社會經濟發展均嚴重依賴于夏季風帶來的降水。利用最新一代國際耦合模式比較計劃（CMIP）模式研究全球穩定增溫1.5 ℃下北非夏季風降水的變化，有助于為北非季風區國家制定適應氣候變化的科學決策提供理論依據。

隨著全球變暖的加劇，北非季風降水和與之伴隨的極端天氣事件均發生了顯著變化（Haarsma et al.，2005;Dong and Sutton，2015;Monerie et al.，2017;Diedhiou et al.，2018）。針對全球增暖背景下北非夏季風降水變化及可能原因，國內外學者利用CMIP5／6模式及其驅動的區域氣候模式（CORDEX）模擬數據進行了研究。Park et al.（2015）利用CMIP5模式結果及一系列敏感性試驗研究表明，北半球副熱帶海溫的顯著增溫加速熱帶東風急流及推動非洲東風急流北移，促進薩赫勒地區的垂直上升運動，有利于季風區北部降水增加。Monerie et al.（2017）利用聚類的方法將CMIP5中32個數值模式預估21世紀末RCP8.5情景下薩赫勒夏季風降水變化分成4種降水模態，其中大多數模式模擬出薩赫勒地區“西部降水減少，中部降水增加”，并指出造成這種降水特征的物理原因是當撒哈拉沙漠異常增暖時，撒哈拉熱低壓增強會加大其與赤道北大西洋之間的海陸熱力差異和地表氣壓梯度，增強低層西南風季風環流，從而加強當地降水。Akinsanola and Zhou（2019a）利用多個CMIP5數值模式降尺度后的模式數據研究表明，高排放情景RCP8.5下薩赫勒中東部大部分地區夏季降水將會增加，但其西北部的塞內加爾周邊地區降水會減弱。Wang et al.（2020）采用CMIP6中SSP2-4.5情景下15個全球耦合模式預估21世紀末北非夏季風降水將會顯著增加，且其西北部降水將會減少，這與CMIP5結論較為一致，該研究基于水汽收支診斷方程進一步指出大氣濕度的變化（熱力作用）將有利于北非季風區降水增加。

值得指出的是，當前有關1.5 ℃目標下北非夏季風降水變化的研究主要利用高排放情景（例如RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5）中全球瞬變增溫1.5 ℃的模擬數據進行預估，研究結果表明全球瞬變增溫1.5 ℃下塞內加爾地區夏季降水會減弱，極端降水事件增強（Mbaye et al.，2019）;而薩赫勒中東部夏季風降水將持續增加，日降水強度將加強（Nikulin et al.，2018;Weber et al.，2018）;幾內亞海岸雨季時間將縮短（Diedhiou et al.，2018）。King et al.（2020）指出當全球增溫幅度一樣時，穩定和瞬變增溫下氣候系統的響應存在顯著差異。那么，當考慮全球穩定增溫1.5 ℃時，北非夏季風降水將會有怎樣的變化？造成全球穩定增溫1.5 ℃下北非夏季風降水變化的可能機制又是什么？顯然，對這些問題的研究有助于提高北非季風區降水對全球變暖的響應及其機理認識，可以為北非季風區制定應對氣候變化的決策提供科學依據。為此，本研究將利用CMIP6中未來增溫情景SSP1-2.6試驗數據，根據其全球平均增溫特征（增溫速率和增溫幅度）確定全球穩定增溫1.5 ℃的數值模式，分析北非夏季（7—9月）風降水的變化特征并診斷造成該變化的原因，進一步從熱力和動力過程角度探究造成這一變化的物理機制。

1 資料和方法

1.1 數據

本文所用的降水觀測資料為1985年1月—2014年12月全球降水氣候研究項目第2.2版（Global Precipitation Climatology Project，GPCP v2.2）的月平均降水資料，水平分辨率為2.5°×2.5°（Huffman et al.，2015）。為了進一步檢驗所選模式對北非歷史時期平均氣候的模擬能力，還選取NCEP／NCAR中心提供的1985—2014年地表溫度和整層風速等物理量的月平均資料，水平分辨率為2.5°×2.5°（Kalnay et al.，1996）。

選用的模式資料為CMIP6中32個數值模式在歷史氣候模擬（historical）和共享社會經濟路徑情景SSP1-2.6試驗下表面溫度的月平均資料，從中挑選出21世紀末后60 a中全球平均溫度增加速率小于0.0025 K／a的模式作為具有穩定增溫特征的數值模式，且于21世紀末最后30 a全球增溫幅度在（1.5±0.1） ℃范圍內為穩定增溫1.5 ℃的數值模式。所選的全球氣候模式見表1。根據所選模式在historical和SSP1-2.6試驗下溫度、降水、比濕、水平風速以及垂直速度等物理量的月平均資料進行研究。下文中提到的歷史參考期為1985—2014年，全球穩定增溫1.5 ℃時間段為2070—2099年。由于CMIP6中各個模式數據的空間分辨率不一致，為了便于比較，利用雙線性插值方法將其插值至2.5°×2.5°網格上。

1.2 方法

本文根據全球平均溫度增加速率和21世紀末增溫幅度（相對1850—1899年）確定全球穩定增溫1.5 ℃的數值模式（表1）。同時也試驗了0.002 K／a和0.003 K／a兩個標準定義穩定增溫，得到的北非夏季風降水變化與0.0025 K／a標準相一致。為了評估所選CMIP6模式對北非歷史平均氣候的模擬能力，首先分析歷史參考期北非夏季風降水與觀測資料的差值場（圖1a）發現，絕大部分季風區模式平均降水為負偏差，降水偏差范圍為-1～-3 mm／d，幾內亞灣沿岸降水為正偏差，降水偏差小于3 mm／d，其中模式對于塞內加爾附近降水的低估最為顯著，中心值可達到-6 mm／d。進一步從模式模擬的歷史氣候場與再分析資料和觀測場的空間相關系數和標準偏差兩方面評估所選模式對北非地區（30°W～60°E，10°S～40°N）各變量的模擬能力（圖1b），表明多模式平均較單個數值模式能更好地模擬北非歷史平均氣候以及季風區夏季降水，其與再分析資料和觀測場的相關系數均超過0.7，且標準偏差基本為0.75～1.5。參考Lee and Wang（2014）對季風區的定義，利用1985—2014年GPCP降水觀測資料定義了北非陸地季風區，即夏季與冬季降水年較差大于

2.5 mm／d，并且夏季降水量超過全年總降水量的55％的陸地區域。這里夏季為5—9月，冬季為11月至次年3月。

水汽收支方程被廣泛應用于分析降水變化的熱力和動力作用（Cao et al.，2022），具體表達式如下：

式中：P代表降水；E是蒸發；q是比濕；Vh代表水平風速;ω代表垂直速度。p是垂直方向上的導數。lt; gt;代表從地面垂直積分到100 hPa。-lt;Vh·hqgt;′是水平水汽平流項，-lt;ωpqgt;′為垂直水汽平流項，其中垂直水汽平流項可進一步分解為：

式中：代表歷史參考期的平均值；′則是相對歷史參考期氣候態的變化。其中垂直水汽平流項包含與比濕變化有關的熱力項-lt;pq′gt;（簡稱TH）和與垂直速度變化有關的動力項-lt;ω′pgt;（簡稱DY）。Res為非線性作用項，由于該項量級相對較小，文中忽略其作用。

2 全球穩定增溫1.5 ℃下北非夏季風降水響應特征

圖2a給出了所選模式在historical和SSP1-2.6試驗下相對于工業革命前（1850—1899年）全球平均表面溫度的溫升曲線。在低排放試驗SSP1-2.6下，所選模式的全球增溫速率于2040年開始減緩，基本穩定在1.5 ℃附近，多模式平均表明21世紀末穩定增溫時期（2070—2099年）較工業革命前平均增溫1.49 ℃，較歷史參考期（1985—2014年）增加0.77 ℃（圖2a）。與全球增溫速率相對應，多模式平均模擬北非夏季風降水在2040年之前顯著增加，之后趨于穩定，全球穩定增溫1.5 ℃時期降水增加至5.36 mm／d，較歷史參考期增加0.26 mm／d（圖2b），且1985—2099年北非夏季風降水敏感度為4.8 ％／℃。從歷史參考期北非夏季風降水氣候態的空間分布（圖3a）可以看出，季風區降水較鄰近陸地更為充沛，降水大值區為幾內亞、喀麥隆以及埃塞俄比亞高原，當地降水量可達10 mm／d及以上。多模式平均結果顯示，全球穩定增溫1.5 ℃較歷史參考期北非夏季風降水將顯著增加，表現為中東部降水增幅較西部大，且北部大于南部（圖3c）。其中，絕大多數模式均模擬出穩定增溫1.5 ℃下北非夏季風降水主要增加在乍得湖東南側，而塞內加爾和喀麥隆降水減弱的模式一致性較弱。進一步對比模式模擬兩個時段內季風區范圍（圖3），發現全球穩定增溫1.5 ℃下季風區有向東北擴展的現象。

3 物理機制

3.1 水汽收支診斷

為了厘清全球穩定增溫1.5 ℃下北非夏季風降水改變的物理原因，利用水汽收支方程進行診斷分析。圖4a表明相對于歷史參考期，穩定增溫1.5 ℃下北非夏季風降水顯著增加0.26 mm／d，主要原因是垂直水汽平流，其貢獻為0.26 mm／d，而蒸發項和水平水汽平流項貢獻相對較小，其貢獻分別為0.06 mm／d和0.02 mm／d。垂直水汽平流可以進一步分解為與比濕變化有關的熱力項和與垂直速度變化有關的動力項，其中熱力項對全球穩定增溫1.5 ℃下季風區總降水增加作用明顯（圖4a中TH項），其貢獻可達0.25 mm／d，而區域平均的動力項為0.01 mm／d，且模式間不確定性較大。Jin et al.（2020）利用CMIP6中SSP2-4.5試驗下24個數值模式研究21世紀末北非夏季風降水變化，同樣發現垂直水汽平流是主要原因，其中850 hPa比濕增大（熱力作用）有利于季風降水增加，且其貢獻與降水變化的數值幾乎一致。

進一步分析全球穩定增溫1.5 ℃下熱力項和動力項變化的空間分布（圖4b、4c）可知，熱力項有利于北非夏季風降水的增加，具有區域一致性，正貢獻大值區在幾內亞、喀麥隆以及埃塞俄比亞高原等地。而對于動力項而言，其貢獻空間分布不均勻，季風區中部北部有大范圍地區為正貢獻，而南部以負貢獻為主，負貢獻大值區主要集中在北非季風區西北部、喀麥隆和埃塞俄比亞高原，正貢獻大值區出現在乍得湖東南側，這與降水變化的空間分布相對應。

3.2 熱力過程

降水的熱力過程與大氣溫度和水汽含量息息相關。圖5a為1985—2014年整層大氣可降水量的氣候態，可以看出北非季風區為水汽含量大值區，大部分地區整層水汽含量可達42 kg／m2;而全球穩定增溫1.5 ℃下大部分季風區整層大氣可降水量高達49 kg／m2及以上，且季風區南部水汽含量較北部更為充沛（圖5b）。對比兩個時期下北非地區的整層水汽含量（圖5c），發現相對歷史參考期，全球穩定增溫1.5 ℃下整個季風區大氣水汽含量均為正異常，即季風區大氣中水汽含量均有增加，這與熱力項正貢獻的空間一致性相同（圖4b）。大氣中水汽含量的變化與大氣溫度直接相關，對比歷史參考期和全球穩定增溫1.5 ℃下近地面溫度可知，全球穩定增溫1.5 ℃下北非季風區地面溫度的增溫幅度將進一步增加，絕大部分地區溫度正異常超過0.5 ℃（圖5f），這將增加季風區大氣中的可降水量。當大氣輻合上升運動不發生變化時，全球穩定增溫1.5 ℃下更大的大氣可降水量將帶來更多季風降水。因此，大氣中水汽含量變化會導致熱力作用的正異常（圖4b），進而促使穩定增溫1.5 ℃下更強的季風降水（圖3c）。

水汽輸送是維持一個地區大氣中可降水量的重要方式，北非季風區的水汽主要源自熱帶大西洋和幾內亞灣（Akinsanola and Zhou，2019b）。由歷史參考期夏季925 hPa水汽通量氣候態（圖5d）可知，低層西南風將大量水汽由赤道北大西洋向北非季風區輸送，直至季風區北沿，增加了季風區大氣中的水汽含量。這是由于海洋熱容量更大使得夏季海表溫度較陸地表面溫度低，導致夏季低層氣流為海洋吹向陸地，從而使得陸地上水汽含量增多。相對于歷史參考期，全球穩定增溫1.5 ℃下低層水汽輸送更強，這是由于穩定增溫1.5 ℃下撒哈拉地區增溫更強，沙漠和大西洋的熱力差異以及地表氣壓梯度更大，進而加強了低層西南氣流，更有利于海洋向北非季風區輸送水汽，從而造成了穩定增溫1.5 ℃下更多的水汽輸送（圖5f）。

3.3 動力過程

動力過程幾乎主導了穩定增溫1.5 ℃下北非夏季風降水變化的空間格局（圖3c、4c），從水汽收支方程可以看出，其直接原因是穩定增溫1.5 ℃下季風區內垂直上升運動變化的不均勻分布。比較全球穩定增溫1.5 ℃和歷史參考期500 hPa垂直運動的差值場（圖6c），發現全球穩定增溫1.5 ℃下北非季風區500 hPa垂直速度負異常中心主要在薩赫勒中東部地區，即該地區以上升運動為主，這導致更加明顯的降水正異常（圖3c）;而垂直速度正異常大值區主要在季風區西部、喀麥隆以及埃塞俄比亞高原，即該地區以下沉運動為主;整體而言，全球穩定增溫1.5 ℃下季風區北部垂直上升運動加強，南部上升運動減弱。對流層中層上升運動越強越有利于當地降水，反之降水減弱，這能很好地解釋穩定增溫1.5 ℃下北非夏季風降水動力項變化的空間分布（圖4c）。

北非季風區中層垂直運動與高低層環流配置有關，比如低層西南季風環流、對流層中低層的非洲東風急流和高層的熱帶東風急流。分析歷史參考期北非地區夏季近地面溫度和低層環流氣候態（圖5d、7a）可知，陸地增溫大于海洋，從而形成了經向海陸熱力梯度，驅動低層大氣從赤道北大西洋向非洲大陸運動，形成了低層西南季風環流。圖5f顯示出全球穩定增溫1.5 ℃下近地面溫度響應發生明顯變化，表現為穩定增溫1.5 ℃使得撒哈拉沙漠近地面溫度的增幅進一步增加，絕大部分地區溫度正異常達1 ℃以上，其引起的低壓異常將導致撒哈拉熱低壓加強（圖7c）。穩定增溫1.5 ℃下撒哈拉沙漠地區出現了氣旋式環流異常，北非陸地季風區位于氣旋性環流的南側，這將加強北非季風區低層的西南風環流;同時在季風區北部乍得湖東南側出現了異常西風氣流輻合，低層輻合有利于垂直上升運動，進而加強季風區北部降水（圖7c）。

非洲東風急流一般位于700～600 hPa高度，主要是由于撒哈拉沙漠和非洲赤道地區經向上較大的濕度和溫度梯度形成（Cook，1999）;而熱帶東風急流一般位于150～100 hPa高度，從東南亞一直延伸至非洲大陸，橫貫印度洋（丁一匯和李怡，2016）。Grist and Nicholson（2001）研究發現非洲東風急流北移有利于在薩赫勒產生氣旋式切變，促進垂直上升運動，使得薩赫勒降水增加;而熱帶東風急流加強北移會增強高層輻散，加強當地垂直上升運動，從而增加北非季風區降水（丁一匯和李怡，2016）。

圖8a和8d分別為歷史參考期不同高度上水平風場的氣候態，非洲東風急流中心出現在700 hPa高度上13°N附近，中心最大風速達10 m／s以上;熱帶東風急流中心位于150 hPa高度上8°N附近，中心最大風速達24 m／s以上。相對歷史參考期，穩定增溫1.5 ℃下700 hPa高度上，非洲東風急流核北側東風增強，南側東風減弱，急流中心風速變化不明顯，即穩定增溫1.5 ℃下非洲東風急流北移（圖8c）。非洲東風急流中心以南（靠赤道一側）由于水平風切變會產生氣旋式環流，當非洲東風急流北移時，北非季風區北緣將受氣旋式環流控制，季風區北部低層氣流輻合加強，有利于增加季風區北部降水。在150 hPa高度上，穩定增溫1.5 ℃下熱帶東風急流強度整體減弱，這會削弱季風區高層的輻散運動，減弱垂直上升運動，從而減少穩定增溫1.5 ℃下北非季風降水（圖8f）。

綜上，相較歷史參考期，全球穩定增溫1.5 ℃下撒哈拉沙漠的暖溫度異常和低壓異常加大了北非季風區附近的經向氣壓梯度，從而增強低層季風環流及其輻合;非洲東風急流北移，北非季風區北緣將受氣旋式環流控制，季風區北部低層氣流輻合加強。而熱帶東風急流有所減弱，對應季風區高層輻散運動減弱，這將減弱季風區垂直上升運動。總的來說，動力作用增強了季風區北部降水，減弱南部降水，主導了降水變化的空間格局。

4 結論和討論

利用21世紀末全球穩定增溫1.5 ℃的10組CMIP6模式數據，考察了北非夏季風降水變化，并基于水汽收支方程診斷了造成該變化的熱力和動力作用，進一步從水汽條件和大氣環流角度進行物理機制分析，主要結論如下。

1）CMIP6多模式平均結果表明，全球穩定增溫1.5 ℃下北非夏季風降水有所增加，表現為中東部降水增幅較西部大，且北部大于南部。全球穩定增溫1.5 ℃時期較歷史參考期（1985—2014年）全球平均表面溫度增加0.77 ℃，北非夏季風降水增加0.26 mm／d，且北非季風區區域降水敏感度為4.8％／℃。

2）基于水汽收支診斷發現垂直水汽平流是引起全球穩定增溫1.5 ℃下北非夏季風降水增加的主要原因，其中熱力項對季風區總降水貢獻為0.25 mm／d，動力項為0.01 mm／d。在空間分布上，熱力項正貢獻具有區域一致性，而動力項具有較大空間不均勻性。季風區北部地區動力項為正貢獻，南部以負貢獻為主，這與降水變化的空間分布基本一致。也就是說，導致全球穩定增溫1.5 ℃下北非夏季風總降水增加的熱力作用明顯，而動力作用決定了降水變化的空間分布。

3）通過物理過程的分析發現：在熱力上，全球穩定增溫1.5 ℃較歷史參考期北非地區表面溫度有所增加，使得整層大氣可降水量增多，其中撒哈拉沙漠的暖溫度異常和低壓異常加大了沙漠和赤道北大西洋之間的海陸熱力差異和地表氣壓梯度，從而增強對流層低層的西南風，有利于海洋向季風區的水汽輸送，因此季風區能夠維持較高大氣可降水量。在動力上，對流層低層的西南季風環流有所加強;中低層非洲東風急流北移會使得季風區北緣受氣旋式環流控制，加強季風區北部低層氣流輻合;但是高層熱帶東風急流減弱導致季風區高層輻散運動減弱，從而減弱季風區垂直上升運動。總體而言，動力作用增強了季風區北部降水，減弱南部降水，主導了降水變化的空間格局。

與以往增暖情景下北非季風降水研究結果一致的是，本研究發現全球穩定增溫1.5 ℃下北非夏季風降水明顯增加，其在季風區北部更加明顯（He et al.，2020;Jin et al.，2020;Wang et al.，2020）。然而季風降水的敏感度較SSP2-4.5情景更大，主要因為SSP1-2.6情景下地面增溫在撒哈拉沙漠地區最顯著，其不僅加強對流層低層西風季風環流，也促進了熱帶大西洋向北的越赤道氣流，造成了更高的降水敏感度。本研究強調了撒哈拉沙漠地區增溫的重要性，這與之前研究往往將北非夏季風降水增強歸因于大西洋和撒哈拉沙漠地區的同步增溫（Jin et al.，2020），南北半球熱力差異的加大（Lee and Wang，2014;Cao et al.，2020），北半球熱帶與副熱帶海溫梯度的改變等有所不同（Park et al.，2015）。另外，不同于以往工作中關注的全球溫度持續增加的情景（如：SSP2-4.5、SSP5-8.5），本研究著重考察了穩定增溫下北非季風降水的變化。Cao and Zhao（2020）和Jiang et al.（2021）均指出穩定和瞬變增溫過程間全球氣候系統的響應存在差異，可見穩定和瞬變增溫過程間北非季風降水的差異及其物理機制值得進一步研究。

致謝：感謝世界氣候研究計劃（WCRP）耦合模式工作小組提供了CMIP6模式數據集;感謝南京信息工程大學高性能中心提供了計算資源。

參考文獻（References）

Akinsanola A A，Zhou W，2019a.Projection of West African summer monsoon rainfall in dynamically downscaled CMIP5 models［J］.Climate Dyn，53（1）：81-95.doi：10.1007／s00382-018-4568-6.

Akinsanola A A，Zhou W，2019b.Dynamic and thermodynamic factors controlling increasing summer monsoon rainfall over the West African Sahel［J］.Climate Dyn，52（7）：4501-4514.doi：10.1007／s00382-018-4394-x.

Cao J，Zhao H K，2020.Distinct response of Northern Hemisphere land monsoon precipitation to transient and stablized warming scenarios［J］.Adv Clim Change Res，11（3）：161-171.doi：10.1016／j.accre.2020.09.007.

Cao J，Wang B，Wang B，et al.，2020.Sources of the intermodel spread in projected global monsoon hydrological sensitivity［J］.Geophys Res Lett，47（18）：e2020GL089560.doi：10.1029／2020GL089560.

Cao J，Wang H，Wang B，et al.，2022.Higher sensitivity of Northern Hemisphere monsoon to anthropogenic aerosol than greenhouse gases［J］.Geophys Res Lett，49（20）：e2022GL100270.doi：10.1029／2022GL100270.

Cook K H，1999.Generation of the African easterly jet and its role in determining West African precipitation［J］.J Climate，12（5）：1165-1184.doi：10.1175／1520-0442（1999）012lt;1165：gotaejgt;2.0.co;2.

Diedhiou A，Bichet A，Wartenburger R，et al.，2018.Changes in climate extremes over West and Central Africa at 1.5 ℃ and 2 ℃ global warming［J］.Environ Res Lett，13（6）：065020.doi：10.1088／1748-9326／aac3e5.

丁一匯，李怡，2016.亞非夏季風系統的氣候特征及其長期變率研究綜述［J］.熱帶氣象學報，32（6）：786-796. Ding Y H，Li Y，2016.A review on climatology of Afro-Asian summer monsoon and its long-term variability［J］.J Trop Meteor，32（6）：786-796.doi：10.16032／j.issn.1004-4965.2016.06.002.（in Chinese）.

Dong B W，Sutton R，2015.Dominant role of greenhouse-gas forcing in the recovery of Sahel rainfall［J］.Nat Clim Change，5（8）：757-760.doi：10.1038／nclimate2664.

Grist J P，Nicholson S E，2001.A study of the dynamic factors influencing the rainfall variability in the West African Sahel［J］.J Climate，14（7）：1337-1359.doi：10.1175／1520-0442（2001）014lt;1337：asotdfgt;2.0.co;2.

Haarsma R J，Selten F M，Weber S L，et al.，2005.Sahel rainfall variability and response to greenhouse warming［J］.Geophys Res Lett，32（17）：L17702.doi：10.1029／2005GL023232.

He C，Li T，Zhou W，2020.Drier North American monsoon in contrast to Asian-African monsoon under global warming［J］.J Climate，33（22）：9801-9816.doi：10.1175／jcli-d-20-0189.1.

Huffman G J，Bolvin D T，Nelkin E J，et al.，2015.GPCP version 2.2 combined precipitation data set［D］.doi：10.5065／D6R78C9S.

IPCC，2018.Global warming of 1.5 ℃［R］.Cambridge：Cambridge University Press.

江曉菲，江志紅，李偉，2020.全球增溫1.5和2 ℃下中國東部極端高溫風險預估［J］.大氣科學學報，43（6）：1056-1064. Jiang X F，Jiang Z H，Li W，2020.Risk estimation of extreme high temperature in eastern China under 1.5 and 2 ℃ global warming［J］.Trans Atmos Sci，43（6）：1056-1064.doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20201011001.（in Chinese）.

Jiang Z H，Hou Q Y，Li T，et al.，2021.Divergent responses of summer precipitation in China to 1.5 ℃ global warming in transient and stabilized scenarios［J］.Earth’s Future，9（9）：e2020EF001832.doi：10.1029／2020EF001832.

Jin C H，Wang B，Liu J，2020.Future changes and controlling factors of the eight regional monsoons projected by CMIP6 models［J］.J Climate，33（21）：9307-9326.doi：10.1175／jcli-d-20-0236.1.

Kalnay E，Kanamitsu M，Kistler R，et al.，1996.The NCEP／NCAR 40-year reanalysis project［J］.Bull Amer Meteor Soc，77（3）：437-471.doi：10.1175／1520-0477（1996）077lt;0437：tnyrpgt;2.0.co;2.

King A D，Lane T P，Henley B J，et al.，2020.Global and regional impacts differ between transient and equilibrium warmer worlds［J］.Nat Clim Chang，10（1）：42-47.doi：10.1038／s41558-019-0658-7.

Lee J Y，Wang B，2014.Future change of global monsoon in the CMIP5［J］.Climate Dyn，42（1／2）：101-119.doi：10.1007／s00382-012-1564-0.

Mbaye M L，Sylla M B，Tall M，2019.Impacts of 1.5 and 2.0 ℃ global warming on water balance components over Senegal in West Africa［J］.Atmosphere，10（11）：712.doi：10.3390／atmos10110712.

Mertz O，Mbow C，Reenberg A，et al.，2011.Adaptation strategies and climate vulnerability in the Sudano-Sahelian region of West Africa［J］.Atmos Sci Lett，12（1）：104-108.doi：10.1002／asl.314.

Monerie P A，Sanchez-Gomez E，Boé J，2017.On the range of future Sahel precipitation projections and the selection of a sub-sample of CMIP5 models for impact studies［J］.Climate Dyn，48（7）：2751-2770.doi：10.1007／s00382-016-3236-y.

Nikulin G，Lennard C，Dosio A，et al.，2018.The effects of 1.5 and 2 degrees of global warming on Africa in the CORDEX ensemble［J］.Environ Res Lett，13（6）：065003.doi：10.1088／1748-9326／aab1b1.

Park J Y，Bader J，Matei D，2015.Northern-hemispheric differential warming is the key to understanding the discrepancies in the projected Sahel rainfall［J］.Nat Commun，6：5985.doi：10.1038／ncomms6985.

孫雪榕，葛非，羅浩林，等，2021.全球增暖1.5 ℃和2.0 ℃下成渝經濟區及周邊地區極端溫度事件的變化預估［J］.大氣科學學報，44（6）：875-887. Sun X R，Ge F，Luo H L，et al.，2021.Projected changes of temperature extremes in Chengdu-Chongqing Economic Zone and its surrounding areas under 1.5 ℃ and 2.0 ℃global warming［J］.Trans Atmos Sci，44（6）：875-887.doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20201221001.（in Chinese）.

Wang B，Jin C H，Liu J，2020.Understanding future change of global monsoons projected by CMIP6 models［J］.J Climate，33（15）：6471-6489.doi：10.1175／jcli-d-19-0993.1.

Weber T，Haensler A，Rechid D，et al.，2018.Analyzing regional climate change in Africa in a 1.5，2，and 3 ℃ global warming world［J］.Earth’s Future，6（4）：643-655.doi：10.1002／2017EF000714.

趙宗慈，羅勇，黃建斌，2019.全球增暖1.5 ℃的再思考：寫在SR15發表之后［J］.氣候變化研究進展，15（2）：212-216. Zhao Z C，Luo Y，Huang J B，2019.Rethinking about global warming at 1.5 ℃：written after the publication of SR15［J］.Clim Change Res，15（2）：212-216.doi：10.12006／j.issn.1673-1719.2018.197.（in Chinese）.

周波濤，2021.全球氣候變暖：淺談從AR5到AR6的認知進展［J］.大氣科學學報，44（5）：667-671. Zhou B T，2021.Global warming：scientific progress from AR5 to AR6［J］.Trans Atmos Sci，44（5）：667-671.doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20210815009.（in Chinese）.

·ARTICLE·

Response and mechanism analysis of North Africa summer monsoon precipitation under stabilized global warming of 1.5 ℃

WANG Yajun，CAO Jian，JIANG Zhihong

Key Laboratory of Meteorological Disaster of Ministry of Education （KLME）／Joint International Research Laboratory of Climate and Environment Change （ILCEC），Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing 210044，China

Abstract The response of North Africa （NA） summer monsoon precipitation to stabilized global warming of 1.5 ℃ at the end of the 21th century is investigated using the SSP1-2.6 scenario from Coupled Model Intercomparison Program Phase 6 （CMIP6）.The multi-model ensemble mean suggests the NA summer monsoon precipitation will be increased by 0.26 mm／d relative to 1985—2014 under stabilized global warming of 1.5 ℃，yields the monsoon hydrological sensitivity of 4.8％／℃.The change of monsoon precipitation is more pronounced over the northern part of the NA monsoon region.The moisture budget analysis revealed that the thermodynamics processes increase the atmospheric temperature and enhance moisture transport，leading to the higher atmospheric precipitable water relative to 1985—2014 in the whole NA monsoon region.In the dynamic perspective，the significant warming over the Sahara region increases the land-sea thermal contrast and alters the zonal mean temperature structure.The former enhances the low-troposphere monsoon circulation，and the latter pushes the African Easterly Jet northward，resulting in enhanced monsoon precipitation over the northern part of the NA monsoon region.It is partially canceled by the weakened upper Tropical Easterly Jet，especially over the southern NA monsoon region.Thus，the dynamic processes shape the inhomogeneous change of monsoon precipitation.Therefore，the thermodynamic processes increase the regional mean monsoon precipitation，and the dynamic processes contribute to the spatial pattern of precipitation changes.

Keywords stabilized global warming;global warming of 1.5 ℃;North Africa summer monsoon precipitation;monsoon circulation

doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20211130002

（責任編輯：張福穎）