青藏高原影响亚洲夏季风形成研究获进展

                                          

        亚洲季风总体结构示意图。受热带海陆热力差异的调控,水汽被输送到南亚南部,形成南支季风环流;受伊朗-青藏高原感热气泵影响,水汽被输送到南亚北部,产生强降水,形成南亚北支季风;其他水汽则在海陆对比和青藏高原热力强迫作用下到达东亚地区,维持东亚季风。
        亚洲季风区的社会发展迅速,引领全球的经济发展。亚洲社会的可持续发展意义重大,而这种可持续发展与气候变化关系密切。季风通常被认为是大气对太阳天顶角年循环引发的海-陆热力差异季节性变化的响应。亚洲夏季季风是全球最强的季风系统。除了海陆热力对比,它还受到青藏高原等大地形的影响。包括青藏高原的大地形几乎横跨整个欧亚大陆,在冬季青藏高原对环流的动力阻挡作用强迫出准定常偶极型环流,使东亚和东南亚盛行冬季风。
        早在20世纪50年代,叶笃正先生和Flohn等就分别发现青藏高原在夏季是一个抬升的大热源。以叶笃正为首的科学家努力不懈,开创了青藏高原气象学的新时代。近年来,我国学者发现在表面感热的驱动下,青藏高原低空的空气夏天辐合上升,冬天辐散下沉,如同巨大的“感热气泵”,对亚洲季风系统和全球气候有重要影响。由于热带海陆分布和亚洲大地形在亚洲夏季风的形成中起着重要的作用,同时亚洲夏季风释放的巨大潜热是全球大气运动的一个重要能源,因此亚洲大地形对亚洲夏季风的影响是研究区域性和全球性的“水、能量与气候”的一个核心问题。
        近年来,有科学家在Nature发表文章提出了不同的观点,认为对南亚季风的形成来说青藏高原的热力作用并不重要,引发了古季风和近代季风研究界的重视。该文利用数值试验首先保留全球地形进行试验,然后去除青藏高原的主体而只保留其南部狭长的喜马拉雅山脉和其向西延伸的部分,由此模拟得到的南亚夏季风彼此相似,从而得出结论,对南亚季风重要的是喜马拉雅山脉对高纬度冷空气的机械隔绝作用使得印度上空的对流得以发展。但是,在其试验设计中仍然保留着喜马拉雅山脉的感热加热,因此其试验结果其实是保留了青藏高原南坡的侧边界加热的影响,意味着保留了“青藏高原感热气泵”的作用。因此其结论是存在问题的。
        事实上,大地形一旦存在,即包括了其动力阻挡作用和抬升加热对环流的影响。在《自然》出版集团系列杂志中的Scientific Reports上,中科院大气物理研究所吴国雄院士研究团队刚刚发表了题为Thermal Controls on the Asian Summer Monsoon的研究文章。他们通过位涡位温理论研究和系统数值试验,阐明大地形的动力阻挡作用对于亚洲夏季风形成的影响很弱,而不同地区的季风分别受到海陆分布、青藏高原和伊朗高原的热力强迫的控制。南亚20°N以南地区季风环流受海陆热力差异的调控,以北受伊朗高压热力强迫控制,而东亚季风和南亚季风东部则受青藏高原热力强迫的影响。文中给出了有无感热气泵作用的喜马拉雅山脉试验,指出了为什么Boos and Kuang (2010)在Nature上的上述结论是不正确的。
        全球变暖影响了青藏高原冰川消融和雪盖面积,进而影响青藏高原的热力驱动。因此,本研究对于理解由于人类活动对环境和气候的影响有重要意义。
该研究得到科技部973项目2010CB950400、2012CB417200和自然科学基金项目40875034、40925015的联合资助。(来源:中科院大气物理研究所)
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《科学报告》发表论文摘要(英文)

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