陸海空全局視角下的青藏高原與全球氣候

從陸、海、空三個維度來看，青藏高原都獨特而重要：它是全球海撥最高、坡度最陡、面積最大的高原（陸地）；它高聳於歐亞大陸副熱帶東部，高原上空氣稀薄，溫度、溼度、氣壓、輻射和大氣熱力過程都獨具特色（天空/大氣，圖1）；雖然不直接與海洋相鄰，但是發生在青藏高原及相鄰伊朗高原上的特殊熱力和動力作用，對於上下遊地區乃至全球的大氣和海洋都有顯著影響。

圖1 青藏高原的「五度」特徵決定了它對區域和全球氣候具有重要影響。通過熱力作用和機械強迫，高原影響其上空大氣的水分交換、能量輸送、物質輸送、動量輸送和渦度輸送，從而改變中國東部天氣、亞洲季風、大氣環境、全球大氣環流和平流層大氣

過去幾十年中，全球變暖，而青藏高原的變暖速度顯著高於全球平均，它對於全球氣候變化的影響也日趨凸顯。因而，進一步理解與青藏高原相關的海陸氣相互作用及其氣候影響，已經成為了全球變化研究的前沿課題。

2013年，為深入理解上述問題，提高天氣預報和氣候預測水平，國家自然科學基金委員會發起了為期10年的「青藏高原地－氣耦合系統變化及其全球氣候效應」（LASTPIC）重大研究計劃。作為該計劃的成果之一，近期，中國科學院大氣物理研究所吳國雄、劉屹岷等，中山大學楊崧等和北京大學楊海軍在《國家科學評論》（National Science Review, NSR）發表綜述文章「青藏高原相關的海陸氣相互作用及其氣候影響」（Land–atmosphere–ocean coupling associated with the Tibetan Plateau and its climate impacts），系統總結了過去6年中的研究成果，對青藏高原-伊朗高原（TIP）動力耦合系統的形成、其對鄰近地區和北半球氣候的影響，以及與海洋協同影響亞洲氣候的機理等進行了闡述。該文將收錄於NSR「青藏高原地氣相互作用」專題。

兩大高原上的地-氣耦合系統

文章揭示了由夏季青藏高原、伊朗高原的熱力強迫，以及南亞的水汽輸送共同構成的相互反饋的耦合系統（TIPS）（圖2a）。TIP加熱抬升了其上空的對流層頂，形成對流層頂附近上冷下暖的異常反氣旋環流（圖2b，c），從而在亞洲季風區激發出季風型的經圈環流，為亞洲夏季風的形成和維持提供大尺度上升運動環流背景（圖2d）。

圖2 （a)動力耦合系統（TIPS）示意圖；TIP感熱加熱對平流層下層100 hPa (b)和對流層上層300 hPa (c)的溫度（陰影, K）和風場（矢量, m s-1）,以及對亞洲季風區夏季平均的絕對渦度(彩色，單位:10 5s 1)和經圈環流（d）的影響

高原影響下的大氣環流

夏季青藏高原的加熱異常可以影響亞洲氣候，也可以影響全球大氣環流異常的區域分布：20世紀末發生在我國的「南澇/北旱」以及中國南部多雨/印度北部少雨等氣候現象，與青藏高原感熱加熱的減少有關（圖3a）；通過大氣內部溫度與非絕熱加熱垂直梯度（T-Qz）的動力約束，以及潛熱加熱激發的Rossby波列和大氣環流異常，季風降水的增加能夠增強暖性的南亞高壓（圖3b），從而影響上遊地區（西亞、非洲北部、歐洲南部、以及熱帶大西洋）的環流和氣候異常（圖3c），並增強下遊地區（西北太平洋）的海氣相互作用（圖3d）。

圖 3（a）觀測的夏季降水90年代與80年代之差; （b）增多的夏季風降水加強暖性南亞高壓和西部的下沉運動示意圖；和青藏高壓加熱影響上遊氣候（c）和下遊海氣相互作用（d）示意圖

海氣耦合，青藏高原影響兩大洋

講述氣候變化災難的電影《後天》中提到對全球氣候影響重大的大西洋經圈翻轉環流。通過海氣耦合，青藏高原可以影響這一洋流。海氣耦合模式試驗證明，青藏高原的強迫作用可以藉由大氣中的準定常波動和海氣相互作用，影響海洋的表面溫度和鹽度，以及海洋環流（圖4）。如果沒有青藏高原，大西洋經圈翻轉環流將會崩潰，北太平洋的海溫和環流也將大大改變。

圖4 青藏高原改變大氣波動（蘭色箭矢、橙色和紫色波狀帶）、水分輸送（紅色箭矢）和降水（綠色陰影），從而影響大西洋經圈翻轉環流 (AMOC)。

從上述事實出發，文章提出了青藏高原相關研究的未來重點方向，包括青藏高原動力阻擋作用和熱力驅動作用對亞洲季風變化的相對貢獻，高原影響其上遊非洲和歐洲的物理過程，高原和全球海洋相互作用方面在多大程度上影響亞洲季風的變化，以及ENSO-季風之間的關係等。文章還強調，改進氣候系統模式中對青藏高原邊界層過程和雲及降水的模擬具有重要意義。

上述工作對推動青藏高原影響區域和全球氣候變化的研究作出了有益的探索和貢獻。