青藏高原影響亞洲夏季風的機理

聞正

[本刊訊]中國科學院大氣物理研究所吳國雄和他的團隊，從天文和水文的角度對青藏高原影響南亞夏季風濕對流觸發(fā)過程，以及對流層上層暖中心的形成做出了物理上的解釋，相關(guān)研究成果發(fā)表于Scientific Reports，2015，5：17586和Climate Dynamics，2015，45：2757-2774。

青藏高原影響亞洲夏季風的活動一直是科學家們關(guān)注的話題，這一研究不僅具有重要的科學價值，同時也對全球可持續(xù)發(fā)展具有顯著意義。有關(guān)青藏高原影響南亞夏季風形成的機制一直存在爭議。該研究團隊曾在2012年發(fā)表文章提出并證實了整個亞洲夏季風受海陸分布和大地形的熱力作用共同調(diào)控。南亞夏季風的南支主要受海陸分布影響，北支受亞洲大地形的熱力作用影響；而東亞季風則受到海陸分布和亞洲大地形熱力作用的共同影響。大尺度地形對冷空氣的動力阻擋作用并不是根本原因。

近期研究團隊基于對輻射的診斷分析和一系列數(shù)值試驗，進一步闡明了青藏高原在冬季無法阻擋高緯度的冷空氣南侵；另一方面在夏季，無論是大氣層頂部還是地表的太陽輻射，以及地表位溫在高原北部地區(qū)都要強于高原的南側(cè)地區(qū)，這就導致了高原北部地區(qū)沒有冷空氣可移動到青藏高原以南的較低緯度。通過無高原地形的試驗進一步發(fā)現(xiàn)，即使不存在高原大地形，高緯度夏季的近地層冷空氣也無法南下到南亞季風區(qū)。另一方面，從水分收支的分析上發(fā)現(xiàn)近地面相當位溫在印度北部地區(qū)增強是由于高水汽含量的增強而導致的。他們還應用位渦一位溫理論證明這部分水汽的來源是由于青藏高原地表的感熱加熱在近地面層形成的一個氣旋式環(huán)流異常，從而將印度洋上的水汽向南亞內(nèi)陸地區(qū)抽吸，導致高的相當位溫、對流不穩(wěn)定，進一步形成了季風降水。他們還通過“濕大氣”和“干大氣”數(shù)值試驗的對比證明了上述觀點：是青藏高原表面的加熱作用，而不是其隔斷作用，導致了水汽從海洋向陸地輸送，進而形成了亞洲夏季風。

此外，研究團隊還對南亞大陸上空的對流層上層暖中心形成的機制做出了新的解釋。南亞大陸對流層上層暖中心的緯度與副高脊線的緯度重合，而它的經(jīng)度是由大氣非絕熱加熱/冷卻的垂直梯度的緯向分布來決定，由此還修正了經(jīng)典的Gill模型。由于在對流層上層對流加熱和輻射冷卻都隨著高度遞減，加熱/冷卻激發(fā)出垂直北風，南風切變，導致了加熱場西，東側(cè)和冷卻場東/西側(cè)出現(xiàn)了一個暖，冷中心。在20世紀后半期，中國南部地區(qū)降水出現(xiàn)增加趨勢，伴隨著高空北風切變的增強和其西側(cè)南亞高壓和對流層上層暖中心的增強。結(jié)果表明，大氣環(huán)流對降水異常的反饋是區(qū)域氣候空間分布型變化的一個重要貢獻因素。