《亞洲水塔大氣水分循環(huán)系統(tǒng)及其對多圈層影響》| 第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究叢書

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(jī)制及其對全球氣候影響的認(rèn)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(diǎn)；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(rèn)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(jī)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(rèn)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(jī)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(rèn)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(jī)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(rèn)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(jìn)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(jì)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(qiáng)對流天氣多尺度特征、高原強(qiáng)對流天氣診斷、強(qiáng)對流天氣影響系統(tǒng)、強(qiáng)對流云團(tuán)演變發(fā)展等方面進(jìn)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(rèn)知，尤其對西藏高原云團(tuán)系統(tǒng)集中地，如對流云發(fā)展及其降水特征等方面進(jìn)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(hù)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(diǎn)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(jī)制的新認(rèn)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(jī)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(jī)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(rèn)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(xiàn)程度。該研究結(jié)論為進(jìn)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(xiàn)，分析湖泊水量變化的時空分布規(guī)律，為認(rèn)識亞洲水塔各類水儲量對氣候變化的響應(yīng)及驅(qū)動機(jī)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(jī)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(jī)理，將對亞洲水塔水資源變化有新的認(rèn)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(bǔ)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(rèn)知，由此，提出了青藏高原冰川區(qū)人工增雪、補(bǔ)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(rèn)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(jì)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(jìn)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(rèn)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(diǎn)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(biāo)題為編者所加。

(本文編輯：鄭紫宸）

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