是什麼力量,將水汽從南半球抽上青藏「水塔」?--中國數字科技館

2021-01-09 中國科學技術館

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《科學通報》開博時間：2019-09-06 16:50:00

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是什麼力量，將水汽從南半球抽上青藏「水塔」？2020-03-15 16:34:00

　　青藏高原水資源豐富，有「亞洲水塔」之稱。中國氣象科學研究院徐祥德院士等提出，在青藏高原「熱力驅動」下，暖溼氣流從低緯海洋向高原輸送、匯聚，形成了特殊的跨半球、全球性「大氣水塔」大氣水分循環過程。

　　青藏高原是全球最高的大地形，被稱為「世界屋脊」，佔中國陸地面積的四分之一。數以千計的冰川遍布在這一高原臺地上，伴隨高原隆起演化形成了大量冰川和積雪。融化的冰川和大氣降水源源不斷地形成徑流，持續供應給湖泊與河流：長江、黃河、印度河、湄公河、恆河等大江大河都由此發源。青藏高原宛如一個龐大的「蓄水池」，它所提供的河流水資源為近40%的世界人口提供生活、農業和工業用水。

青藏高原及周邊水源資源地理分布. 冰川積雪（白色）、河流（黃色）和湖泊（淺藍）

　　西風與季風的水汽流在青藏高原匯合。本研究表明，在西風與季風的協同作用下，中低緯海洋水汽源與青藏高原冰川、湖泊、河流系統之間相互影響，產生了特殊的跨半球、全球性「大氣水塔」大氣水分循環過程。

　　研究者在跨半球尺度上，從大氣能量、水汽交換視角出發，研究了高原區域相關的緯向、經向垂直環流結構。結果發現，在夏季的東亞及北美區域，同時出現跨赤道低層強偏南氣流和高層強偏北氣流，而這兩個高低層反向跨赤道氣流極值區，分別與青藏-伊朗高原在亞洲的位置，以及落基山在北美高原的位置相關。從行星尺度垂直環流的視角出發，研究者發現青藏高原的大地形動力和熱力結構塑造了跨半球尺度的平均垂直經圈和緯圈環流。

　　夏半年，隆升的高原地形和強大的表面輻射加熱共同作用，形成了局地上升對流和高聳入對流層中部的中空「熱源柱」。通過視熱源計算及其與流函數解析風場的三維立體動力相關結構的綜合分析，研究者揭示：青藏高原上空的熱源驅動可形成高、低層互為反環流，且高層輻散、低層輻合的耦合機制，這種類似於颱風的自激反饋效應動力系統，使低緯暖溼氣流從熱帶海洋向高原輸送、匯聚，實現了「亞洲水塔」遠距離的多尺度水汽輸送強匯合，其南側有來自印度洋、中國南海等的暖溼氣流，而分析表明，高原水汽源區從亞熱帶的印度次大陸向南伸展到熱帶地區的孟加拉灣，甚至可以跨越赤道追蹤到南半球。

　　這表明「亞洲水塔」熱源（整層視熱源）驅動機制有助於「世界屋脊」大氣熱島、溼島的形成和維持，青藏高原熱力驅動在高原與「亞洲水塔」能量、水分循環過程中扮演著重要的角色。

　　青藏高原上對流活動頻繁，中部和東部地區的「爆米花」狀雲系說明，高原地形效應形成了特殊的湍流-對流運動物理機制，大渦模式模擬又揭示了「世界屋脊」空氣低密度條件對高原對流雲的觸發效應。「世界屋脊」低空氣密度效應亦對強對流雲產生效率貢獻異常。

青藏高原「亞洲水塔」陸地-海洋-大氣過程水分循環圖像

　　從青藏高原對全球海洋-大氣-陸地-水文過程特殊的相互作用視角，研究者提出了青藏高原大氣水分循環結構類似全球性大氣「水塔」的觀點：「世界屋脊」上星羅棋布的冰川、積雪和湖泊儲存著大量水資源，某種程度可以看作是「水塔存儲池」，高原上河流水網則可作為連接高原水塔功能的「輸水管道」。通過高原上空大氣水汽輸送通道，「世界屋脊」熱力驅動下的全球尺度水分循環可以維持高原「供水源」與「存儲水池」的水循環系統，進而影響到全球的大氣與水環境，構成了西風與季風背景下，以青藏高原為核心區的陸地-海洋-大氣相互作用的「大氣水塔」水分循環物理圖像（如上圖）。

　　原文信息: 徐祥德, 董李麗, 趙陽, 王寅鈞. 青藏高原「亞洲水塔」效應和大氣水分循環特徵. 科學通報, 2019, 64(27): 2830-2841, https://doi.org/10.1360/TB-2019-0203

本文來自《科學通報》

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青藏高原水資源豐富，有「亞洲水塔」之稱。

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