西風如何影響亞洲水塔大氣水循環(huán)？二次青藏科考最新研究揭示

來源：中國新聞網

青藏高原被譽為亞洲水塔，其大氣水循環(huán)如何受中緯度西風影響，一直以來頗受關注。

中國科學院青藏高原研究所5月12日向媒體發(fā)布消息說，在第二次青藏高原綜合科學考察研究(二次青藏科考)支持下，該所環(huán)境變化與多圈層過程團隊高晶研究員和姚檀棟院士聯合中外合作者，最新研究揭示了在西風主導的冬春季穩(wěn)定天氣條件下、亞洲水塔水汽輸送的垂直輸送帶調控機制。

為何研究

研究團隊介紹說，越來越多的研究表明，西風是亞洲水塔水循環(huán)演變的重要動力調控因素。西風不僅主導亞洲水塔北部和西部地區(qū)的水文氣候過程，還通過西風-季風相互作用，調控降水季節(jié)變化和印度夏季風強度，進而影響該地區(qū)春季積雪、冰川物質平衡以及水資源空間異質性。

因此，準確約束西風水汽傳輸的時空變化，對于理解和預估亞洲水塔未來水資源穩(wěn)定性及風險管理具有重要意義。

然而，由于觀測資料匱乏，西風平流輸送的水汽如何集成于亞洲水塔的大氣水循環(huán)及其發(fā)生機制仍不清楚。特別是在無降水條件下，復雜地形、邊界層過程及殘余水汽如何與西風傳輸的外源水汽相互作用改變區(qū)域大氣水汽含量和分布，仍缺乏系統認知。

如何研究

經過8年科學攻關，研究團隊成功完成32次高海拔區(qū)浮空艇大氣水汽穩(wěn)定同位素和氣象要素三維綜合觀測，并結合同位素理論模型及同位素示蹤大氣環(huán)流模式模擬。

他們研究發(fā)現，大氣水汽穩(wěn)定同位素是理解亞洲水塔大氣動力過程的有力示蹤指標。32組大氣水汽穩(wěn)定同位素垂直廓線揭示出大氣水汽分層結構，且其存在顯著的季節(jié)差異。

同時，在自由對流層與邊界層之間，存在一個約600米至1600米的大氣水汽混合層。邊界層最底部(高度約100米)表現出同位素、比濕和氣溫的最大垂直變率。

研究表明，亞洲水塔垂直水汽輸送由雙重“輸送帶”驅動：大尺度西風平流輸送的水汽主要分布于高空自由對流層，而局地來源水汽則在日尺度上塑造邊界層內的水汽分布；在夜間，西風輸送的外源水汽下沉并與熱力學性質不同的局地殘留水汽相互作用，引發(fā)逆溫和冷凝過程，從而抑制水汽的層間垂直混合，進而導致自由對流層水汽與大氣邊界層水汽發(fā)生解耦。

此外，地表凝結進一步抑制了邊界層內的向上水汽輸送，維持其下方近似穩(wěn)態(tài)的大氣條件。

有何意義

模擬結果表明，在無降水情況下，西風平流輸送的自由對流層水汽通量中約有30%可通過夜間垂直“輸送帶”集成于局地大氣水循環(huán)。這一過程是西風平流水汽凈輸入亞洲水塔的局地水循環(huán)和維持邊界層內水汽積累的重要途徑。

研究團隊表示，這項研究結果可為改進大氣模式、優(yōu)化亞洲水塔加速水循環(huán)的氣候預估、推進區(qū)域冰芯等同位素記錄的氣候解釋等提供關鍵依據。

他們也提醒指出，由于本項研究使用的浮空艇觀測僅在相對靜穩(wěn)天氣條件下進行，因此，相關研究結論更適宜對干季或干旱環(huán)境中無強對流天氣情況下的持續(xù)水汽傳輸機制的識別，而非對全年所有天氣尺度的完整刻畫。

據悉，這項西風影響和調控亞洲水塔水汽輸送機制的重要研究，由中國科學院青藏高原研究所聯合中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院以及法國、美國、德國、挪威、日本等中外多個研究團隊共同完成，相關論文近日在國際學術期刊《美國國家科學院院刊》(PNAS)上線發(fā)表。