青藏高原能量、水分循环影响效应

发布时间:2019-12-09 11:28:18  |  来源:中国网·中国发展门户网  |  作者:徐祥德 马耀明 孙婵 魏凤英  |  责任编辑:赵斌宇
关键词:青藏高原,亚洲水塔,大气水分循环,热驱动,机制,物理图像

“亚洲水塔”影响效应与下游区域云降水时空分布特征

与上述大地形热力过程季节变化密切相关的亚洲夏季风亦是世界上范围最广和强度最强的季风,其变化可能对全球气候和气候系统产生深远的影响。青藏高原被称为“世界屋脊”,占亚洲面积的 1/6。作为占中国国土面积约 1/4 的一个巨大的“高架陆地”“平台”,青藏高原是世界上总辐射量最高的地区,高原气温较周边同高度自由大气高出 4℃—6℃,甚至是 10℃。青藏高原形成了一个“嵌入”对流层中部大气的巨大热源,可以伸展到自由大气。一些文献曾提出青藏高原作为“热岛”,其热力强迫影响大气环流结构的观点。青藏高原是全球超太阳常数的极值区域之一。1992 年夏季,在珠穆朗玛峰地区记录到的瞬时总辐射量达到 1 688 W/m2,超过了太阳常数的 23%。这远大于北半球热带和副热带沙漠地区太阳总辐射量极值。巨大的太阳辐射热量储存在占中国约 1/4 面积的青藏高原上,成为持续存在的中空热岛,其超越了世界上任何超级城市群落所产生的效应,对全球与区域大气环流系统变化的动力“驱动”产生了难以估计的效应。

夏半年青藏高原上空大气的物理属性与赤道低纬地区有许多相似之处。青藏高原东部夏季旺盛的中尺度对流活动和巨大积雨云向上层大气持续输送着热量和水汽。青藏高原地区作为中国区域积云高频发生地(极值区)之一,第二次青藏高原综合科学考察大气科学试验(TIPEX)中对其当雄边界层加强观测期声雷达资料亦发现窄长的对流热泡特征。从对流云发展动力学视角,在对流边界层中浮力是驱动湍流的主要机制,这种湍流不是完全无规则的,而往往是有组织形成热泡和卷流之类可识别的结构 。“世界屋脊”高频对流云发展的机制与低空气密度伴随的湍流驱动机制亦存在某种联系。夏季雅鲁藏布江、三江源与高原东南缘区域是中国区域低云量的极值区(图1a)。通过大涡模拟可揭示出低空气密度条件有助于强热力湍流、热泡强上升气流,使得积云更易发展。“世界屋脊”强太阳辐射与空气密度异常区亦是夏季旺盛的对流活动向上层大气持续地输送着热量和水汽,构成了影响东亚区域乃至全球的重要能量与水汽源。

值得探讨的是,卫星遥感动态图像发现上层对流云团往往围绕青藏高原中心做顺时针旋转,显然 “亚洲水塔”云降水特征与青藏高原区域此卫星遥感动态图像反气旋环流(高层辐散结构)密切相关联(图3a)。从视热源纬向偏差东—西垂直剖面图(图 3b)可发现,夏季青藏高原东—西剖面图上,高原随着高度抬升大地形热源特征不仅未削弱,在某些高度还趋于显著。尤其令人惊奇的是青藏高原“中空热岛”300—100 hPa 呈类似台风“自激反馈”机制图像、高层“蘑菇云”“暖区”结构(视热源纬向偏差高值区)显著区。青藏高原为全球唯一视热源“中空热岛”极值区,这一热源结构对高层水汽辐散-低层水汽汇合辐合动力机制维持具有关键作用。另外,全球 500 hPa 以上整层水汽含量场亦可描述出青藏高原为全球唯一的“湿岛”特征,这反映青藏高原亦是全球对流层云降水核心区。

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