北京
來源：人民日報
本報北京5月14日電 （記者吳月輝）青藏高原大氣水循環如何受中緯度西風影響，一直以來頗受關注。日前，在第二次青藏高原綜合科學考察研究支持下，中國科學院青藏高原研究所環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，揭示了在西風主導的冬春季穩定天氣條件下、青藏高原水汽輸送的垂直輸送帶調控機制。
青藏高原的水循環受中緯度西風與印度夏季風的季節性交替調控。盡管印度夏季風貢獻了青藏高原南部約70%的年總降水量，但更多研究表明，西風是青藏高原水循環演變的重要動力調控因素。西風不僅主導青藏高原北部和西部地區的水文氣候過程，還通過西風—季風相互作用，調控降水季節變化和印度夏季風強度，進而影響該地區春季積雪、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，對于理解和預估青藏高原未來水資源穩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青藏高原的大氣水循環及其發生機制仍不清楚。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域大氣水汽含量和分布，仍缺乏系統認知。該過程的解析對非季風期的大氣水汽來源及區域水循環變化尤為重要。
為破解這一關鍵難題，研究團隊經過8年科學攻關，成功完成了32次高海拔區浮空艇大氣水汽穩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流模式模擬，揭示了在西風主導的冬春季穩定天氣條件下青藏高原水汽輸送的垂直輸送帶調控機制。
“研究發現，大氣水汽穩定同位素是理解青藏高原大氣動力過程的有力示蹤指標。32組大氣水汽穩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差異。”高晶說，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，青藏高原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生解耦。隨著解耦過程的發生，大氣中的水汽凝結，這使得西風輸送的外來水汽以水滴或冰晶的形式進入當地的水循環。
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。這一過程是西風平流水汽凈輸入青藏高原的局地水循環和維持邊界層內水汽積累的重要途徑。
“這項研究結果可為改進大氣模式、優化青藏高原加速水循環的氣候預估、推進區域冰芯等同位素記錄的氣候解釋等提供關鍵依據。”高晶說。
研究團隊也提醒，由于本項研究使用的浮空艇觀測僅在相對靜穩天氣條件下進行，因此，相關研究結論更適宜對干季或干旱環境中無強對流天氣情況下的持續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。
這項西風影響和調控青藏高原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新研究院以及中外多個研究團隊共同完成，相關論文近日在相關國際學術期刊上線發表。
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