郭维栋教授团队在高原低涡气候学研究方向取得系列进展

发布时间：2021-08-14浏览次数：4493

青藏高原是亚洲众多大江大河的源头，为亿万人口提供生活必需的水源，被称为“亚洲水塔”。亚洲水塔的主要补给为青藏高原地区的降水，其中高原低涡是青藏高原上重要的降水系统之一。由于青藏高原地形复杂、观测资料匮乏，对高原低涡的气候学特征、变化机制及其未来预估的研究仍然存在很多不足。近期，公司郭维栋教授团队在上述研究方向取得了系列进展：

（1）利用天气系统客观识别方法，并与手工天气图鉴对比，从五套再分析资料中得到了一套准确性高、时长达40年的高原低涡气候集。该数据集已在Science Data Bank （http://www.sciencedb.cn）实现共享，并被国内外同行广泛使用。分析表明：高原低涡年均数量为63.5个，主要起源于青藏高原中西部的高山区域，在低谷和山脉背风面消亡，多发于5月至9月的暖季。高原低涡在 1990 年代中期发生了由少到多的突变，这种突变与大西洋海温多年代际振荡（AMO）的相态变化导致的大尺度环流调整和高原加热差异显著相关。

（2）分析了高原低涡的垂直结构特征。发现大多数高原低涡是浅薄系统，只有20%能发展到400 hPa高度。低涡的垂直结构是决定其能否移出高原的重要因素，深厚的高原低涡移出高原的可能性是浅薄低涡的5倍左右。可以据此作为低涡能否移出高原的一个预测因子。

（3）建立了高原低涡生成指数。发现反映感热的环境因子（海拔和地气温差）在该指数的空间分布中起着至关重要的作用，而反映潜热的环境因子（高低层辐散差异和对流层中层湿度）则主要决定了低涡的年际变化特征。感热加热在高海拔地区有利于高原低涡的生成，在较低海拔上反而不利于低涡生成。而潜热加热则一致地有利于高原低涡的生成。

（4）指出高原低涡对降水的影响在暖季（5-9月）更为显著。在青藏高原30%以上地区，高原低涡暖季降水占总降水量一半以上。青藏高原热力异常是影响高原低涡降水的重要因素。强（弱）高原加热和由此产生的上升运动会加强（减弱）高原近地面附近的辐合和对流层上部的辐散，从而产生更多（更少）的高原低涡和低涡降水。

（5）利用CESM Low-warming (CESM-LW)试验结果评估了全球气候在本世纪末稳定增暖1.5ºC和2ºC情景下的高原低涡活动。发现相较1.5℃增温情景，2℃增温情景下的高原低涡发生频率更高，其导致的降水占总降水量的比例也更高。这意味着在气候变暖的情景下，未来高原低涡对青藏高原降水贡献可能变得更加重要。而在不同增暖情景下高原低涡的变化主要是由于青藏高原相对于周边地区增暖强化的空间非均匀性导致的。

图1 多套再分析资料得到的高原低涡生成源地空间分布（Lin et al. 2020）

图2 高原低涡降水占总降水的比例，从上到下分别为ERA-Interim、CPC和CMA降水数据，从左到右为暖季(5-9月)、冷季(10月-次年4月)（Lin et al. 2021a）

上述成果分别发表在Climate Dynamics, International Journal of Climatology, Theoretical and Applied Climatology和Advances in Climate Change Research等期刊上，研究得到第二次青藏高原综合科学考察和中国科学院战略性先导科技专项资助。论文第一作者为林志强博士，通讯作者为郭维栋教授。