第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究叢書

亞洲水塔大氣水分循環(huán)系統(tǒng)及其對多圈層影響

本書是以亞洲水塔大氣水分循環(huán)系統(tǒng)及其對多圈層影響為主題的第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究任務(wù)的成果。全書從多圈層過程相互作用的視角，深化亞洲水塔大氣水分循環(huán)機制及其對全球氣候影響的認知，提出亞洲水塔水分循環(huán)及其水汽輸送“窗口”效應(yīng)對全球氣候影響的新觀點；剖析亞洲水塔區(qū)域大氣水分循環(huán)結(jié)構(gòu)及其云降水系統(tǒng)多尺度特征，探索亞洲水塔豐富水資源的“供水”驅(qū)動系統(tǒng)，并揭示陸地水圈水儲量變化及其與多圈層交互影響特征；深化亞洲水塔暖濕化特征對大氣圈結(jié)構(gòu)異常響應(yīng)認知，揭示亞洲水塔暖濕化與印太高影區(qū)海溫變化相關(guān)機理；提出亞洲水塔暖濕化對冰凍圈、生態(tài)環(huán)境變化影響新認知，并預(yù)估亞洲水塔未來氣候變化特征。

• 亞洲水塔大氣水分循環(huán)全球尺度影響

第1章研究描述青藏高原類似全球“水塔”功能及其大氣-海洋-陸地特殊的相互作用機制，揭示青藏高原特殊的“熱驅(qū)動”可為亞洲水塔區(qū)域乃至全球水分循環(huán)提供重要動力源；通過綜合剖析凸顯亞洲水塔在區(qū)域、全球能量、水分循環(huán)交換過程中扮演的重要角色。通過亞洲水塔水汽垂直輸送“窗口”效應(yīng)，構(gòu)建青藏高原與全球乃至北極、南極水分循環(huán)相互關(guān)聯(lián)的“橋梁”，凸顯亞洲水塔大氣水分循環(huán)對全球水汽與能量交換的關(guān)鍵作用，并提出亞洲水塔水分循環(huán)對全球氣候影響綜合模型，這一新認知對青藏高原對全球氣候變化互反饋問題研究具有重要科學(xué)價值與應(yīng)用意義。

• 亞洲水塔區(qū)域水分循環(huán)結(jié)構(gòu)特征

第2章研究聚焦于亞洲水塔大氣水分循環(huán)結(jié)構(gòu)變化，探索青藏高原大氣水分循環(huán)結(jié)構(gòu)對亞洲水塔水資源環(huán)境變化影響機制，主要研究亞洲水塔降水時空分布特征，青藏高原降水區(qū)域季節(jié)性差異及其水汽輸送結(jié)構(gòu)，水汽收支變化特征，從而認知亞洲水塔大氣水分循環(huán)結(jié)構(gòu)變化如何影響大江大河發(fā)源地，亞洲的冰川、湖泊、濕地聚集地水資源時空分布格局。亞洲水塔大氣水分循環(huán)結(jié)構(gòu)變化特征將對中國、亞洲乃至全球氣候變化產(chǎn)生影響，進而為青藏高原防災(zāi)減災(zāi)和水資源、生態(tài)安全保障及其社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)支撐。

• 亞洲水塔水分循環(huán)過程的云降水尺度特征

第3章從高原強對流天氣多尺度特征、高原強對流天氣診斷、強對流天氣影響系統(tǒng)、強對流云團演變發(fā)展等方面進行研究，以期獲取對亞洲水塔關(guān)鍵區(qū)云降水結(jié)構(gòu)與對流特征的新認知，尤其對西藏高原云團系統(tǒng)集中地，如對流云發(fā)展及其降水特征等方面進行深入探討，可為雅魯藏布江流域水資源開發(fā)利用、高原生態(tài)環(huán)境保護等方面提供科學(xué)依據(jù)。

• 亞洲水塔江河源“供水”驅(qū)動系統(tǒng)

第4章重點探索亞洲水塔江河源水資源成因，探討青藏高原大氣-水文過程與亞洲水塔“供水系統(tǒng)”的關(guān)聯(lián)性，獲取對此江河源頭豐富水資源的動力驅(qū)動機制的新認知，揭示三江源水分循環(huán)結(jié)構(gòu)及其大氣-水文過程交互影響特征，剖析三江源徑流上游降水高影響區(qū)分布特征，并發(fā)現(xiàn)高影響降水區(qū)特殊水資源存儲功能特征，該區(qū)域為河流水網(wǎng)區(qū)與湖泊群集中地，以及局地降水高頻區(qū)。研究揭示出三江源熱源結(jié)構(gòu)起著“供水系統(tǒng)”的關(guān)鍵驅(qū)動作用，且在東亞和印度季風(fēng)驅(qū)動下的青藏高原南側(cè)低緯度海洋亦是亞洲水塔供水系統(tǒng)的暖濕氣流主要源地，印證了亞洲水塔三江源區(qū)特殊大氣降水機制中青藏高原隆升所構(gòu)建的大地形熱源驅(qū)動效應(yīng)。

• 亞洲水塔暖濕化特征與大氣圈結(jié)構(gòu)異常響應(yīng)

第5章研究提出高原海拔依賴型變暖空間模態(tài)，并分析高原海拔依賴型變暖物理機制，研究還揭示出在高原北部，冷位相的年代際太平洋濤動和暖位相的大西洋多年代際振蕩的協(xié)同作用對高原北部水汽凈收支的年代際轉(zhuǎn)折有重要影響。另外，亞洲水塔降水變化趨勢的區(qū)域性南北反向變化特征與氣候變暖背景下高原低渦發(fā)生頻數(shù)區(qū)域性變化特征有密切關(guān)系。在全球變暖背景下，青藏高原暖濕化特征導(dǎo)致大氣圈結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，亞洲水塔大氣圈和冰凍圈正在發(fā)生顯著變化，導(dǎo)致青藏高原氣候復(fù)雜多變，且受冰川、積雪變化與海拔等因素影響，亞洲水塔水資源、生態(tài)環(huán)境發(fā)生深刻變化，認知亞洲水塔變化及多圈層影響事實具有重要戰(zhàn)略意義。

• 亞洲水塔暖濕化與印太高影區(qū)海溫影響

第6章研究探討海洋水圈升溫顯著區(qū)對青藏高原“暖濕化”水汽輸送的調(diào)控作用，從年代際環(huán)流變化的視角，提出海洋高影響區(qū)海溫調(diào)制亞洲水塔“暖濕化”趨勢的綜合影響模型。通過研究青藏高原暖濕化與海洋水圈影響源分布結(jié)構(gòu)的相關(guān)特征，揭示出影響亞洲水塔“暖濕化”年代際變化的海洋水汽源及其環(huán)流型異常特征，并給出各海洋影響源對亞洲水塔“暖濕化”影響的貢獻程度。該研究結(jié)論為進一步探索亞洲水塔“暖濕化”及其氣候變化預(yù)估提供重要的科學(xué)依據(jù)。

• 亞洲水塔暖濕化影響與水圈陸地水儲量變化

第7章采用多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，量化2000～2020年青藏高原各類水儲量變化及其對總水儲量變化的貢獻，分析湖泊水量變化的時空分布規(guī)律，為認識亞洲水塔各類水儲量對氣候變化的響應(yīng)及驅(qū)動機制提供關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)，并為亞洲水塔失穩(wěn)的適應(yīng)性對策制定提供參考。

• 亞洲水塔暖濕化影響與生長季植被變化

第8章使用高分辨率優(yōu)化變分的熱帶降雨測量任務(wù)降水資料，分析青藏高原復(fù)雜地形高分辨率降水變化趨勢，在此基礎(chǔ)上研究高原葉面積指數(shù)變化對降水的滯后響應(yīng)、植被環(huán)境變化區(qū)域性特征及對區(qū)域降水的響應(yīng)，以及亞洲季風(fēng)變化對高原生態(tài)環(huán)境的影響。研究結(jié)果表明，亞洲水塔氣候“暖濕化”對植被環(huán)境的影響，除了氣溫為主因外，還與高原降水時空分布變化的區(qū)域性特征存在顯著的關(guān)聯(lián)性，因此高原南、北部植被環(huán)境變化呈顯著區(qū)域性差異，高原暖濕化驅(qū)動因素中南亞與東亞季風(fēng)亦通過年際、年代際水汽輸送格局重大變化顯著影響著生態(tài)環(huán)境的非均勻性區(qū)域變異特征。

• 亞洲水塔暖濕化影響與冰凍圈變化

第9章研究冰凍圈與暖濕化影響相關(guān)機理，揭示出青藏高原及其周圍地區(qū)，特別是亞洲水塔冰川區(qū)降水區(qū)域性特征受季風(fēng)區(qū)水汽輸送影響；基于多源資料與信息，深入探討亞洲水塔暖濕化與冰凍圈變化的關(guān)聯(lián)性及其影響機理，將對亞洲水塔水資源變化有新的認知，這將有助于加深對氣候變暖背景下亞洲水塔水環(huán)境變化的理解，為青藏高原暖濕化對冰凍圈影響的氣候應(yīng)對提供科學(xué)支撐，深化對亞洲水塔暖濕化降水補給區(qū)域性差異特征及其冰凍圈水資源失衡調(diào)制因素的新認知，由此，提出了青藏高原冰川區(qū)人工增雪、補冰氣候應(yīng)對科學(xué)工程。

• 亞洲水塔氣候變化未來預(yù)估

第10章基于氣候模式和物理統(tǒng)計模型開展了青藏高原區(qū)域未來氣候和環(huán)境變化的研究，取得了一些重要的科學(xué)認識。隨著政府間氣候變化專門委員會第六次評估報告的發(fā)布，應(yīng)用到此報告中新的共享社會經(jīng)濟路徑排放情景的預(yù)估數(shù)據(jù)陸續(xù)完成，利用第六次國際耦合模式比較計劃在新的SSPs 排放情景下的未來數(shù)值模擬結(jié)果進行氣候預(yù)估研究成為可能。由此，給出了CMIP6 模式在SSPs 排放情景下的青藏高原的氣候未來預(yù)估結(jié)果，以期對深入認識青藏高原未來氣候變化及生態(tài)環(huán)境影響提供科學(xué)依據(jù)。

• 亞洲水塔風(fēng)云氣象衛(wèi)星多圈層監(jiān)測系統(tǒng)及其應(yīng)用

第11章介紹國產(chǎn)風(fēng)云氣象衛(wèi)星現(xiàn)狀，以及針對青藏高原地區(qū)冰川、積雪和湖泊的業(yè)務(wù)產(chǎn)品。針對包括大氣三維溫度、濕度、地表植被指數(shù)、凍融類型、土壤濕度等關(guān)鍵大氣和地表參數(shù)，基于各參數(shù)特點和青藏高原地區(qū)地理特征，重新構(gòu)建各關(guān)鍵參數(shù)的反演算法模型，并給出各算法反演產(chǎn)品在青藏高原地區(qū)的精度評估。在第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究期間，應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)開發(fā)構(gòu)建了多個青藏高原及周邊地區(qū)高質(zhì)量數(shù)據(jù)集，包括高時空分辨率降水產(chǎn)品、冰川表面高程變化序列、典型冰川區(qū)域及湖泊面積數(shù)據(jù)集等。

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本文摘 自《亞洲水塔大氣水分循環(huán)系統(tǒng)及其對多圈層影響》 （ 徐祥德等著，科學(xué)出版社，2025.8.），有刪減修改，標題為編者所加。

(本文編輯：鄭紫宸）

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