北京
本报北京5月14日电(记者吴月辉)青藏高原大气水循环如何受中纬度西风影响，一直以来颇受关注。日前，在第二次青藏高原综合科学考察研究支持下，中国科学院青藏高原研究所环境变化与多圈层过程团队高晶研究员和姚檀栋院士联合中外合作者，揭示了在西风主导的冬春季稳定天气条件下、青藏高原水汽输送的垂直输送带调控机制。
青藏高原的水循环受中纬度西风与印度夏季风的季节性交替调控。尽管印度夏季风贡献了青藏高原南部约70%的年总降水量，但更多研究表明，西风是青藏高原水循环演变的重要动力调控因素。西风不仅主导青藏高原北部和西部地区的水文气候过程，还通过西风—季风相互作用，调控降水季节变化和印度夏季风强度，进而影响该地区春季积雪、冰川物质平衡以及水资源空间异质性。因此，准确约束西风水汽传输的时空变化，对于理解和预估青藏高原未来水资源稳定性及风险管理具有重要意义。
然而，由于观测资料匮乏，西风平流输送的水汽如何集成于青藏高原的大气水循环及其发生机制仍不清楚。特别是在无降水条件下，复杂地形、边界层过程及残余水汽如何与西风传输的外源水汽相互作用改变区域大气水汽含量和分布，仍缺乏系统认知。该过程的解析对非季风期的大气水汽来源及区域水循环变化尤为重要。
为破解这一关键难题，研究团队经过8年科学攻关，成功完成了32次高海拔区浮空艇大气水汽稳定同位素和气象要素三维综合观测，并结合同位素理论模型及同位素示踪大气环流模式模拟，揭示了在西风主导的冬春季稳定天气条件下青藏高原水汽输送的垂直输送带调控机制。
“研究发现，大气水汽稳定同位素是理解青藏高原大气动力过程的有力示踪指标。32组大气水汽稳定同位素垂直廓线揭示出大气水汽分层结构，且其存在显著的季节差异。”高晶说，同时，在自由对流层与边界层之间，存在一个约600米至1600米的大气水汽混合层。边界层最底部(高度约100米)表现出同位素、比湿和气温的最大垂直变率。
研究表明，青藏高原垂直水汽输送由双重“输送带”驱动：大尺度西风平流输送的水汽主要分布于高空自由对流层，而局地来源水汽则在日尺度上塑造边界层内的水汽分布；在夜间，西风输送的外源水汽下沉并与热力学性质不同的局地残留水汽相互作用，引发逆温和冷凝过程，从而抑制水汽的层间垂直混合，进而导致自由对流层水汽与大气边界层水汽发生解耦。随着解耦过程的发生，大气中的水汽凝结，这使得西风输送的外来水汽以水滴或冰晶的形式进入当地的水循环。
模拟结果表明，在无降水情况下，西风平流输送的自由对流层水汽通量中约有30%可通过夜间垂直“输送带”集成于局地大气水循环。这一过程是西风平流水汽净输入青藏高原的局地水循环和维持边界层内水汽积累的重要途径。
“这项研究结果可为改进大气模式、优化青藏高原加速水循环的气候预估、推进区域冰芯等同位素记录的气候解释等提供关键依据。”高晶说。
研究团队也提醒，由于本项研究使用的浮空艇观测仅在相对静稳天气条件下进行，因此，相关研究结论更适宜对干季或干旱环境中无强对流天气情况下的持续水汽传输机制的识别，而非对全年所有天气尺度的完整刻画。
这项西风影响和调控青藏高原水汽输送机制的重要研究，由中国科学院青藏高原研究所联合中国科学院空天信息创新研究院以及中外多个研究团队共同完成，相关论文近日在相关国际学术期刊上线发表。
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