西非萨赫勒地区干旱重现的机制解析：全球变暖与北大西洋冷却的协同作用

本研究通过分析CMIP6多模型数据，揭示了萨赫勒地区降水变化的两大模式——空间均匀变化与东西差异。研究发现20世纪外部强迫（如气溶胶）放大了均匀干旱，而全球变暖通过增强季风环流引发东西降水差异，北大西洋相对冷却进一步加剧西部干旱。这一发现为预测萨赫勒气候突变提供了新机制，对区域水资源管理具有重要意义。

　　

萨赫勒地区——撒哈拉沙漠南缘的半干旱带，被称为"非洲的气候晴雨表"。20世纪70-80年代，这片横跨大西洋至红海的广袤土地曾经历了一场持续数十年的严重干旱，导致数百万人陷入饥荒。尽管随后的降水恢复让中部和东部重现生机，但西部却始终未能完全摆脱干旱威胁。这种"同病不同命"的现象背后，究竟隐藏着怎样的气候密码？

传统研究将萨赫勒干旱归因于两种机制：本地生物地球物理反馈（如过度放牧导致的荒漠化）与大西洋海表温度(SST)异常引发的跨半球梯度变化。随着CMIP6多模型数据的完善，科学家们发现外部强迫因素扮演着关键角色——20世纪后期北美和欧洲减排的气溶胶，意外成为调节北大西洋(NA)热力状态的"隐形推手"。而全球变暖背景下，季风环流与NA相对冷却的博弈，正在重塑萨赫勒的降水格局。

研究人员创新性地将1900-210年的气候数据分解为两个主导模式：EOF1（东西差异，解释89%方差）和EOF2（均匀变化，解释8%方差）。通过构建北大西洋相对指数(NARI)，发现20世纪干旱源于气溶胶导致的NA冷却与温室气体(GHG)引发的全球热带(GT)暖化的"双重打击"；而21世纪西部干旱恶化，则与NA相对GT的冷却突变（约2060年）直接相关。

关键技术方法

研究整合CMIP6中13个模型的预工业控制(piC)、历史模拟(Hist)和SSP5-8.5情景数据，采用多模型集合平均(MMM)提取强迫响应信号。通过经验正交函数(EOF)分解降水场，结合蒙特卡洛检验评估显著性；利用NA与GT SST的主成分(p₁/p₂)构建预测模型，并回归分析风场与SST的关联机制。观测数据来自CRU降水、Kaplan SST和20世纪再分析风场。

研究结果

从均匀变化到西部干旱重现

EOF分析显示，1900-2100年间萨赫勒降水呈现"东西分异"与"全域同步"的跷跷板模式。PC1（东西差异）与全球变暖趋势高度相关（ρ=0.984），而PC2（西部降水）则受NARI主导（ρ=0.996）。值得注意的是，p₂指数将在2030年后逆转，预示西部或重返干旱。

外部强迫的影响

在无强迫的piC中，均匀变化仅解释30%方差；而在包含强迫的Hist中跃升至76%。SSP5-8.5情景下东西差异成为主导（83%方差），反映GHG强迫的压倒性影响。NA与GT的相关系数从piC的0.26飙升至SSP5-8.5的0.99，证实外部强迫的同步效应。

季风强化与区域分异

回归分析揭示关键动力学差异：Hist期间的西南风水汽输送滋养西部，而SSP5-8.5中西北风成为"干旱信使"。PC2在SSP5-8.5中呈现的沿海西南风异常，实为未来西北干旱风的"镜像预告"，这种次季节尺度海气耦合机制将加速西部水分流失。

结论与意义

该研究首次统一解释了萨赫勒过去干旱与未来分异的物理机制：20世纪气溶胶强迫通过NARI导致全域干旱，而21世纪GHG强迫通过"季风增压效应"制造东西鸿沟。特别值得注意的是，约2060年NA相对冷却的突变，将使西部萨赫勒面临"双重打击"——既错失全球变暖的湿润红利，又承受邻海冷却的干旱加剧。

这一发现突破了传统SST解释框架的局限，为理解《SCIENCE ADVANCES》强调的"气候突变阈值"提供了萨赫勒案例。尽管中部和东部可能迎来"绿色萨赫勒"时代，但西部即将面临的干旱风险尚无仪器记录先例。研究呼吁建立针对西部萨赫勒的早期预警系统，同时警示：气候政策需从"全域干旱"叙事转向更精细的区域适应战略。