《科学通报》
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是什么力量，将水汽从南半球抽上青藏“水塔”？
2020-03-15 16:34:00青藏高原水资源丰富，有“亚洲水塔”之称。中国气象科学研究院徐祥德院士等提出，在青藏高原“热力驱动”下，暖湿气流从低纬海洋向高原输送、汇聚，形成了特殊的跨半球、全球性“大气水塔”大气水分循环过程。
青藏高原是全球最高的大地形，被称为“世界屋脊”，占中国陆地面积的四分之一。数以千计的冰川遍布在这一高原台地上，伴随高原隆起演化形成了大量冰川和积雪。融化的冰川和大气降水源源不断地形成径流，持续供应给湖泊与河流：长江、黄河、印度河、湄公河、恒河等大江大河都由此发源。青藏高原宛如一个庞大的“蓄水池”，它所提供的河流水资源为近40%的世界人口提供生活、农业和工业用水。
青藏高原及周边水源资源地理分布. 冰川积雪（白色）、河流（黄色）和湖泊（浅蓝）
西风与季风的水汽流在青藏高原汇合。本研究表明，在西风与季风的协同作用下，中低纬海洋水汽源与青藏高原冰川、湖泊、河流系统之间相互影响，产生了特殊的跨半球、全球性“大气水塔”大气水分循环过程。
研究者在跨半球尺度上，从大气能量、水汽交换视角出发，研究了高原区域相关的纬向、经向垂直环流结构。结果发现，在夏季的东亚及北美区域，同时出现跨赤道低层强偏南气流和高层强偏北气流，而这两个高低层反向跨赤道气流极值区，分别与青藏-伊朗高原在亚洲的位置，以及落基山在北美高原的位置相关。从行星尺度垂直环流的视角出发，研究者发现青藏高原的大地形动力和热力结构塑造了跨半球尺度的平均垂直经圈和纬圈环流。
夏半年，隆升的高原地形和强大的表面辐射加热共同作用，形成了局地上升对流和高耸入对流层中部的中空“热源柱”。通过视热源计算及其与流函数解析风场的三维立体动力相关结构的综合分析，研究者揭示：青藏高原上空的热源驱动可形成高、低层互为反环流，且高层辐散、低层辐合的耦合机制，这种类似于台风的自激反馈效应动力系统，使低纬暖湿气流从热带海洋向高原输送、汇聚，实现了“亚洲水塔”远距离的多尺度水汽输送强汇合，其南侧有来自印度洋、中国南海等的暖湿气流，而分析表明，高原水汽源区从亚热带的印度次大陆向南伸展到热带地区的孟加拉湾，甚至可以跨越赤道追踪到南半球。
这表明“亚洲水塔”热源（整层视热源）驱动机制有助于“世界屋脊”大气热岛、湿岛的形成和维持，青藏高原热力驱动在高原与“亚洲水塔”能量、水分循环过程中扮演着重要的角色。
青藏高原上对流活动频繁，中部和东部地区的“爆米花”状云系说明，高原地形效应形成了特殊的湍流-对流运动物理机制，大涡模式模拟又揭示了“世界屋脊”空气低密度条件对高原对流云的触发效应。“世界屋脊”低空气密度效应亦对强对流云产生效率贡献异常。
青藏高原“亚洲水塔”陆地-海洋-大气过程水分循环图像
从青藏高原对全球海洋-大气-陆地-水文过程特殊的相互作用视角，研究者提出了青藏高原大气水分循环结构类似全球性大气“水塔”的观点：“世界屋脊”上星罗棋布的冰川、积雪和湖泊储存着大量水资源，某种程度可以看作是“水塔存储池”，高原上河流水网则可作为连接高原水塔功能的“输水管道”。通过高原上空大气水汽输送通道，“世界屋脊”热力驱动下的全球尺度水分循环可以维持高原“供水源”与“存储水池”的水循环系统，进而影响到全球的大气与水环境，构成了西风与季风背景下，以青藏高原为核心区的陆地-海洋-大气相互作用的“大气水塔”水分循环物理图像（如上图）。
原文信息: 徐祥德, 董李丽, 赵阳, 王寅钧. 青藏高原“亚洲水塔”效应和大气水分循环特征. 科学通报, 2019, 64(27): 2830-2841
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