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威利斯人发表NSR综述文章—海陆气耦合下青藏高原对全球气候的影响

  在全球变暖的背景下,过去几十年青藏高原增暖速度显著高于全球平均,它对于全球变暖的响应和影响也日趋凸显。由于它高耸于欧亚大陆副热带东部,位于亚洲季风区内,并且是全球海拨最高、坡度最陡、面积最大的高原(图1);发生在青藏高原及相邻伊朗高原上的巨大热力和动力作用,对于上下游地区乃至全球的大气和海洋都有显著影响。目前,青藏高原本身观测仍旧不足,青藏高原与周围和全球海-陆-气之间的相互作用机理仍需深入研究。因而,进一步理解与青藏高原相关的海陆气相互作用及其气候影响,已经成为了全球变化研究的前沿课题。

  2013年,为深入理解上述问题,提高天气预报和气候预测水平,国家自然科学基金委员会发起了为期10年的“青藏高原地-气耦合系统变化及其全球气候效应”(LASTPIC)重大研究计划。作为该计划的成果之一,近期,澳门威利斯人最新网站刘屹岷等、中山大学杨崧等和北京大学杨海军在《国家科学评论》(National Science Review, NSR)发表综述文章“青藏高原相关的海陆气相互作用及其气候影响”(Land–atmosphere–ocean coupling associated with the Tibetan Plateau and its climate impacts),系统总结了过去6年中的研究成果,对青藏高原-伊朗高原(TIP)动力耦合系统的形成、其对邻近地区和北半球气候的影响,以及与海洋协同影响亚洲气候的机理等进行了阐述。

 

  

  图1 青藏高原的“五度”特征决定了它对区域和全球气候具有重要影响。通过热力作用和机械强迫,高原影响其上空大气的水分交换、能量输送、物质输送、动量输送和涡度输送,从而改变中国东部天气、亚洲季风、大气环境、全球大气环流和平流层大气

 

  1. 两大高原上的地-气耦合系统

  文章揭示了由夏季青藏高原、伊朗高原的表面抬升加热强迫,以及南亚季风区的水汽输送、季风降水导致的大气凝结潜热加热共同构成了亚洲季风区内的相互反馈的耦合系统(TIPS)(图2a)。TIP加热抬升了其上空的对流层顶,形成对流层顶附近上冷下暖的异常反气旋环流(图2b,c),从而在亚洲季风区激发出季风的经圈环流,为亚洲夏季风的形成和维持提供大尺度上升运动环流背景(图2d)。

 

 

  图2 (a)动力耦合系统(TIPS)示意图;TIP感热加热对平流层下层100 hPa (b)和对流层上层300 hPa (c)的温度(阴影, K)和风场(矢量, m s-1),以及对亚洲季风区夏季平均的绝对涡度(彩色,单位:10-5 s-1)和经圈环流(d)的影响

 

  2. 高原影响下的全球大气环流

  夏季青藏高原的表面加热异常可以影响亚洲气候,也可以影响全球大气环流异常的区域分布:20世纪末发生在我国的“南涝/北旱”格局以及中国南部多雨/印度北部少雨等气候现象,与青藏高原表面热力强迫的减弱有关(图3a);通过大气内部温度与非绝热加热垂直梯度(T-Qz)之间的动力学约束关系,以及潜热加热激发的Rossby波列和大气环流异常,季风降水的增加能够增强暖性的南亚高压(图3b),从而影响上游地区(西亚、非洲北部、欧洲南部、以及热带大西洋)的环流和气候异常(图3c),并增强下游地区(西北太平洋)的海气相互作用(图3d)。

图 3 (a)观测的夏季降水90年代与80年代之差; (b)增多的夏季风降水加强暖性南亚高压和西部的下沉运动示意图;和青藏高压加热影响上游气候(c)和下游海气相互作用(d)示意图

 

  3. 海气耦合,青藏高原影响两大洋

  大西洋环流是影响全球气候变化的重要海洋运动,它是热带到极地之间海洋和大气热量交换的关键枢纽。通过海气耦合,青藏高原可以影响这一洋流。海气耦合模式试验证明,青藏高原的强迫作用可以借由大气中的准定常波动和海气相互作用,影响海洋的表面温度和盐度,以及海洋环流(图4)。如果没有青藏高原,大西洋经圈翻转环流将会崩溃,北太平洋的海温和环流也将大大改变。

图4 青藏高原改变大气波动(兰色箭矢、橙色和紫色波状带)、水分输送(红色箭矢)和降水(绿色阴影),从而影响大西洋经圈翻转环流 (AMOC)。

  从地-气耦合、全球大气环流异常和海-气耦合这三个方面,文章提出了青藏高原气候变化和气候效应相关研究的未来重点方向,包括青藏高原动力阻挡作用和热力驱动作用对亚洲季风变化的相对贡献,高原影响其上游非洲和欧洲的物理过程,高原和全球海洋相互作用方面在多大程度上影响亚洲季风的变化,以及ENSO-季风之间的关系等。文章还强调,改进气候系统模式中对青藏高原边界层过程和云及降水的模拟具有重要意义。

  上述工作对推动青藏高原影响区域和全球气候变化的研究作出了有益的探索和贡献。

  论文信息:

  Yimin Liu, Mengmeng Lu, Haijun Yang, Anmin Duan, Bian He, Song Yang, Guoxiong Wu, Land–atmosphere–ocean coupling associated with the Tibetan Plateau and its climate impacts, National Science Review, Volume 7, Issue 3, March 2020, Pages 534–552, https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa011

 
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