研究揭示青藏高原夏季降水多年代際和年代際變化機理
在執行第二次青藏高原綜合科學考察研究中，清華大學陽坤研究組先后在地學高影響期刊Journal of Climate和Environmental Research Letters發文，全面揭示了青藏高原腹地濕潤化和高原南部降水年代際波動的機理。
青藏高原擁有世界上最集中的高海拔內陸湖泊。在高原內部，由于降水的增多，大部分湖泊自上世紀90年代中后期開始明顯擴張。但是，在青藏高原南部自上世紀末出現暖干化的跡象，致使該地區大部分湖泊水量減少，冰川快速退縮。揭示高原內部和高原南部降水變化機理對理解和預測亞洲水塔的變化至關重要。
針對高原內部（羌塘高原）濕潤化的現象，課題組分析了1979-2018年與羌塘高原變濕過程相關的大氣環流及水汽變化特征。結果表明，該變濕過程與青藏高原上空減弱的西風相對應，后者在年代際尺度上又受北大西洋多年代際振蕩（AMO）的調控。自20世紀90年代中期以來，AMO一直處于暖位相（即北大西洋表面異常增暖），誘發了一系列沿歐亞大陸副熱帶西風急流傳輸的氣旋和反氣旋異常，導致青藏高原附近的副熱帶急流異常北移和/或減弱。具體過程如圖1所示。從圖1可以看到，在羌塘高原東側存在一個異常反氣旋，其西側存在一個異常氣旋。前者減弱西風，使得西風攜帶的水汽不能進一步向東輸送，從而在羌塘高原上空聚集；后者則使得羌塘高原南側的西南風增強，有利于來自阿拉伯海的水汽進入羌塘高原。因此，上述有利的動力和水汽條件共同增強了羌塘高原上空的水汽輻合，使得自20世紀90年代中期以來，羌塘高原夏季降水增加。考慮到未來10年AMO可能仍處于正相位，預計羌塘高原近期夏季降水仍以偏多為主，有利于湖泊擴張。相關研究在Journal of Climate上發表。
圖1 AMO影響羌塘高原夏季降水變化的示意圖（圖中“A”表示反氣旋異常，“C”表示氣旋異常）
針對高原南部1990年代末由濕轉干的問題，課題組與夏威夷大學王斌教授開展了合作研究，發現1979-2018年間高原南部的夏季降水量存在以十年為周期的年代際變化：1998前后降水由多轉少，但在2007年后降水量逐步回升。在整個40年期間，降水沒有明顯的變化趨勢。該研究進一步指出，赤道地區的海溫梯度以及降水異常偶極子在高原南部夏季降水甚至整個南亞季風降水的年代際變化中起著十分重要的作用。當赤道太平洋中西部海溫異常偏冷而東印度洋海溫異常偏暖時，由此產生的緯向溫度梯度會導致赤道東風增強，使得水汽在海洋大陸（Maritime Continent）地區匯流，進而增加海洋大陸上空的降水。另一方面，在赤道異常東風氣流的促進下，菲律賓海附近生成一個反氣旋異常，抑制上升氣流，減少了菲律賓海上空的季風降水。由于赤道地區的降水差異而形成的熱源偶極子會進一步激發向西傳播的羅斯貝波，有利于10-20°N干燥條帶的生成（圖2）。海洋的長時記憶和大氣-海洋正反饋使得該干燥條帶在季風期間能夠持續存在，并通過經向環流影響高原南部的夏季降水。該研究結果意味著高原南部自1990年代末以來的降水減少是降水年代際波動的一部分，而不是干旱化趨勢。相關研究在Environmental Research Letters上發表。
以上研究得到了第二次青藏高原綜合科學考察研究、中國科學院“絲路環境”專項等的資助。
圖2 機理圖（以青藏高原南部夏季降水偏多時的大氣環流特征為例）
圖中“A”代表反氣旋中心；“C”代表氣旋中心。赤道太平洋中部海溫異常冷而東印度洋海溫異常暖時，赤道東風增強，西太平洋地區出現下沉運動和大面積的干燥異常，并在上空形成了一個反氣旋，其脊從菲律賓海延伸至印度半島。在這個干燥條帶的南面和北面分別形成兩條濕潤帶，南面的降水帶與海洋大陸（Maritime Continent）相連，北面的降水帶從喜馬拉雅山區向東延伸。