青藏科考

研究揭示青藏高原夏季降水多年代际和年代际变化机理

文章来源 :
2020-12-29 17:54


在执行第二次青藏高原综合科学考察研究中,清华大学阳坤研究组先后在地学高影响期刊Journal of Climate和Environmental Research Letters发文,全面揭示了青藏高原腹地湿润化和高原南部降水年代际波动的机理。

青藏高原拥有世界上最集中的高海拔内陆湖泊。在高原内部,由于降水的增多,大部分湖泊自上世纪90年代中后期开始明显扩张。但是,在青藏高原南部自上世纪末出现暖干化的迹象,致使该地区大部分湖泊水量减少,冰川快速退缩。揭示高原内部和高原南部降水变化机理对理解和预测亚洲水塔的变化至关重要。

针对高原内部(羌塘高原)湿润化的现象,课题组分析了1979-2018年与羌塘高原变湿过程相关的大气环流及水汽变化特征。结果表明,该变湿过程与青藏高原上空减弱的西风相对应,后者在年代际尺度上又受北大西洋多年代际振荡(AMO)的调控。自20世纪90年代中期以来,AMO一直处于暖位相(即北大西洋表面异常增暖),诱发了一系列沿欧亚大陆副热带西风急流传输的气旋和反气旋异常,导致青藏高原附近的副热带急流异常北移和/或减弱。具体过程如图1所示。从图1可以看到,在羌塘高原东侧存在一个异常反气旋,其西侧存在一个异常气旋。前者减弱西风,使得西风携带的水汽不能进一步向东输送,从而在羌塘高原上空聚集;后者则使得羌塘高原南侧的西南风增强,有利于来自阿拉伯海的水汽进入羌塘高原。因此,上述有利的动力和水汽条件共同增强了羌塘高原上空的水汽辐合,使得自20世纪90年代中期以来,羌塘高原夏季降水增加。考虑到未来10年AMO可能仍处于正相位,预计羌塘高原近期夏季降水仍以偏多为主,有利于湖泊扩张。相关研究在Journal of Climate上发表。

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图1 AMO影响羌塘高原夏季降水变化的示意图(图中“A”表示反气旋异常,“C”表示气旋异常)

针对高原南部1990年代末由湿转干的问题,课题组与夏威夷大学王斌教授开展了合作研究,发现1979-2018年间高原南部的夏季降水量存在以十年为周期的年代际变化:1998前后降水由多转少,但在2007年后降水量逐步回升。在整个40年期间,降水没有明显的变化趋势。该研究进一步指出,赤道地区的海温梯度以及降水异常偶极子在高原南部夏季降水甚至整个南亚季风降水的年代际变化中起着十分重要的作用。当赤道太平洋中西部海温异常偏冷而东印度洋海温异常偏暖时,由此产生的纬向温度梯度会导致赤道东风增强,使得水汽在海洋大陆(Maritime Continent)地区汇流,进而增加海洋大陆上空的降水。另一方面,在赤道异常东风气流的促进下,菲律宾海附近生成一个反气旋异常,抑制上升气流,减少了菲律宾海上空的季风降水。由于赤道地区的降水差异而形成的热源偶极子会进一步激发向西传播的罗斯贝波,有利于10-20°N干燥条带的生成(图2)。海洋的长时记忆和大气-海洋正反馈使得该干燥条带在季风期间能够持续存在,并通过经向环流影响高原南部的夏季降水。该研究结果意味着高原南部自1990年代末以来的降水减少是降水年代际波动的一部分,而不是干旱化趋势。相关研究在Environmental Research Letters上发表。

以上研究得到了第二次青藏高原综合科学考察研究、中国科学院“丝路环境”专项等的资助。

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图2 机理图(以青藏高原南部夏季降水偏多时的大气环流特征为例)

图中“A”代表反气旋中心;“C”代表气旋中心。赤道太平洋中部海温异常冷而东印度洋海温异常暖时,赤道东风增强,西太平洋地区出现下沉运动和大面积的干燥异常,并在上空形成了一个反气旋,其脊从菲律宾海延伸至印度半岛。在这个干燥条带的南面和北面分别形成两条湿润带,南面的降水带与海洋大陆(Maritime Continent)相连,北面的降水带从喜马拉雅山区向东延伸。