通过设计一种基于观测数据的物理意义清晰的约束校正方法，围绕着亚非季风降水的中长期变化预估问题，研究团队对参加“第六次国际耦合模式比较计划”（CMIP6）的气候模式的预估结果进行了约束校正，克服了温度过热所造成的偏差，显著提高了亚非季风区夏季降水预估结果的可靠性。
根据他们的研究，约束后的亚非季风区的区域平均降水增幅只有原始结果约70%。新的预估数据对于未来亚非季风区国家的水资源管理具有参考价值。
国际气候模式的新难题：CMIP6模式过热造成预估偏差
适应和减缓气候变化需要利用气候模式进行未来变化预估。基于“一人一票”的“模式民主”原则进行多个气候模式集合的平均（MME）是科学界常用的方法。但是，这种作法在应用于最新的以CMIP6为代表的气候模式时面临挑战，原因是受气候系统复杂过程的参数化中存在的不确定性因素影响，最新的气候模式存在对温室气体的敏感度过高、模拟的温度变化过热等问题，这会造成对未来气候变化影响风险的高估。
为解决这一问题，“政府间气候变化专门委员会”（IPCC）第六次评估报告针对全球平均温度等的预估，提出了有效的校正技术。不过，如何在区域尺度上解决CMIP6模式气候敏感度过高所造成的预估偏差问题，科学界尚没有统一的行之有效的方法。
“气候敏感度是指温室气体浓度翻倍后全球温度的变暖幅度。如果气候模式的敏感度高于实际，就会使得预估的未来温度变化‘太热’，从而高估气候变化对包括极端热浪和极端降水在内的气候风险的影响。”周天军解释说，对于亚非季风区来说，造成的影响表现为显著高估了未来亚非季风区的夏季降水和总径流量的增幅。
克服模式偏差的有效方案
周天军科研团队的研究发现，在SSP5-8.5和SSP2-4.5这两种分别代表高能耗和维持当前水平的中等温室气体排放情景下，CMIP6模式对亚非季风区夏季降水中长期（2050-2099）变化的预估不确定性，主要与历史升温空间分布的模拟偏差有关：气候敏感度越高的模式，其历史气候模拟中北半球的升温幅度比南半球越强，对应的亚非季风环流的变化也越强，预估的未来季风降水变化的增幅也越大。基于观测数据，通过半球间热力差这一指标来对夏季降水预估结果进行约束校正，发现原始的CMIP6模式显著高估了亚非季风区夏季降水的增幅，而采用约束校正后，预估的亚非季风区平均降水未来（2050-2099）较之参考态（1965–2014）的增幅仅是CMIP6模式原始结果的70%，减少最大的是西非季风区，约为原始值的49%。
降水变化还影响到径流量的变化。基于降水和总径流量之间的联系，利用约束后的降水预估数据来估算总径流量的变化，研究发现未来总径流量显著增多的区域面积占比仅为原始结果的66%，其中受影响最大的是西非季风区。
或影响中国未来水资源管理
亚非季风系统是全球季风系统的重要组成部分，包括东亚、南亚和西非季风。亚非季风区数十亿人口的水资源来自夏季风降水。亚非季风的未来变化，将会对水资源和粮食产量造成显著影响。因此，准确预估亚非季风区的降水变化，对于开展气候变化影响和适应评估、制定减缓策略等至关重要。
周天军科研团队的研究表明，受气候模式在增暖空间型模拟上的偏差影响， 原始的气候模式高估了未来亚非季风区降水的变化。“约束后的预估结果表明亚非季风区的降水和总径流量增加不像原始结果那么强，但由于总径流量与可用水资源直接相关，这也给水资源管理提出新的问题，特别是在观测中季风区降水在过去几十年呈现显著减少趋势的背景下。”周天军说。
周天军介绍说，在两种分别代表“高碳排放”和“中等碳排放”强度的共享社会经济路径下，预估的亚非季风区平均降水未来（2050-2099年）较之参考态（1965–2014年）的增幅，要比原来的估计结果“缩水”三成；减少最多的是西非季风区，约为原始值的49%；东亚季风区的预估结果“缩水”幅度约为24%，涵盖了我国人口密集的胡焕庸线以东的大部分地区。
降水变化还影响到径流量的变化。基于降水和总径流量之间的联系，科研团队利用约束后的降水预估数据来估算总径流量的变化，发现未来总径流量显著增多的区域面积占比仅为原始结果的66%。
据介绍，该研究工作受到国家重点研发专项（2020YFA0608904，2018YFA0606501）和国家自然科学基金项目（41988101）共同资助。论文第一作者为中国科学院大学博士生陈梓明，通讯作者为周天军研究员。
图1 SSP5-8.5情景下预估的降水（a1~d1）和总径流量（a2~d2）变化的空间累积概率密度分布（PDF）图。PDF中填色的部分以及旁边的数字表示未来降水或径流量显著增多的面积占比。红色和蓝色分别表示约束后和约束前的结果。底图的填色表示约束后与约束前的差值。
