前 言
——國家自然科學(xué)基金重大研究計劃“青藏高原地-氣耦合系統(tǒng)變化及其全球氣候效應(yīng)”專題

周秀驥 吳國雄 徐祥德

青藏高原（以下簡稱高原）是世界上海拔最高的高原，平均海拔超過4000 m，其覆蓋面積約占我國陸地領(lǐng)土的四分之一。高原群山起伏，山谷縱橫交錯，地表狀況和地—?dú)饨粨Q的物理過程極其復(fù)雜。高原的復(fù)雜地形通過其熱力和動力作用對高原及鄰近地區(qū)乃至全球的環(huán)流系統(tǒng)和天氣氣候產(chǎn)生巨大影響。特別是近幾十年以來高原主體部分發(fā)生了異常顯著的氣候增暖，其幅度明顯超過北半球平均狀況和同緯度其他地區(qū)，被公認(rèn)為是對全球變化響應(yīng)最顯著的地區(qū)之一。因此，探究高原的氣候影響已成為全球氣候變化研究的科學(xué)前沿。然而，由于觀測資料的缺乏、氣候系統(tǒng)模式的偏差以及物理認(rèn)識的不足，當(dāng)前對高原能量和水分交換及其氣候影響的認(rèn)識仍然有限。

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，國家自然科學(xué)基金委員會于2014 年1 月啟動了為期10 年的重大研究計劃“青藏高原地－氣耦合系統(tǒng)變化及其全球氣候效應(yīng)”。該計劃的核心科學(xué)目標(biāo)是深化對青藏高原的陸氣耦合過程的理解，建立面向高原的大氣和陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)，完善區(qū)域和全球氣候模式，揭示高原天氣和氣候影響機(jī)制，最終為提高高原及周邊地區(qū)天氣預(yù)報和氣候預(yù)測水平提供科學(xué)支撐。在科學(xué)層面上，該計劃強(qiáng)調(diào)地表過程和對流層—平流層的相互作用、高原和海洋對亞洲季風(fēng)的協(xié)同影響、以及高原陸—?dú)怦詈舷到y(tǒng)對全球氣候的影響等新問題。此外，該計劃還突出開展對青藏高原多源數(shù)據(jù)進(jìn)行同化和模式發(fā)展的研究，這也是與以往青藏高原相關(guān)項目明顯區(qū)別之處。

截至目前，重大研究計劃已資助項目91 項，其中管理項目3 項、重點(diǎn)項目33 項、培育項目45 項、集成項目9 項、戰(zhàn)略研究項目1 項，比例分別為3%、36%、50%、10%和1%。通過這些項目的實施，在如下幾方面取得了一系列重要進(jìn)展：

（1）以高原地—?dú)怦詈舷到y(tǒng)為主線，首次實現(xiàn)了在“世界屋脊”上近地層—邊界層—對流層—平流層等多層次大氣物理耦合過程的綜合研究，深化了高原地區(qū)對流層—平流層物質(zhì)交換的認(rèn)識。實現(xiàn)了高原上陸—?dú)饨粨Q觀測由點(diǎn)到面的突破，構(gòu)建了覆蓋高原的有關(guān)陸—?dú)馕镔|(zhì)和能量交換的時空分布場。推動高原云觀測系統(tǒng)的建設(shè)并定量揭示了高原云的宏觀和微觀參數(shù)特征、閃電活動與降水頻次分布特征。開展上對流層—下平流層大氣成分國際協(xié)同觀測并首次提供了亞洲對流層頂氣溶膠層存在的原位觀測證據(jù)；揭示了亞洲南部排放的大氣污染物經(jīng)該通道進(jìn)入平流層及其對北半球平流層氣溶膠收支的顯著貢獻(xiàn)。

（2）在高原天氣、氣候動力學(xué)理論方面，從能量交換、水分交換和位渦守恒理論的不同角度確定了高原的加熱作用在亞洲夏季風(fēng)環(huán)流形成中的主導(dǎo)作用和對全球氣候的影響。明晰了伊朗—青藏高原熱源對區(qū)域、全球氣候協(xié)同影響的物理過程。提出了海洋與高原協(xié)同影響東亞季風(fēng)及氣候變化的概念模型。明確了高原土壤濕度、融凍和融雪異常等引起的地表非絕熱加熱效應(yīng)異常與東亞夏季風(fēng)的關(guān)系及機(jī)理。揭示了高原低渦系統(tǒng)活動特征，提出了不同于垂直耦合作用的高原渦、西南渦“橫向耦合”新機(jī)制。建立了高原低渦系統(tǒng)暴雨分析與預(yù)報新思路。揭示了青藏高原動力、熱力強(qiáng)迫對印度洋環(huán)流和溫度、太平洋赤道輻合帶、大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)流（AMOC）形成的影響。

（3）從地球氣候系統(tǒng)?！憽?dú)庀嗷プ饔玫囊暯浅霭l(fā)，顯著推進(jìn)了高原天氣、氣候效應(yīng)的科學(xué)認(rèn)知。建立了融合高原特色物理過程的高分辨率數(shù)值模式，研發(fā)了適合高原的高分辨率氣候模式和若干具有高原特色的物理過程參數(shù)化方案，改進(jìn)了高原地區(qū)陸面過程參數(shù)化方案和云過程關(guān)鍵參數(shù)化方案；建成了針對高原和周邊地區(qū)的短期氣候預(yù)測系統(tǒng)。發(fā)展了耦合CLM（公共陸面模式）和DART（數(shù)據(jù)同化研究平臺）的全球陸面多源數(shù)據(jù)的同化系統(tǒng)，推動了高原地區(qū)天—空—地多源觀測信息融合、同化及再分析新技術(shù)發(fā)展。創(chuàng)新性地建成了國內(nèi)唯一的、實時業(yè)務(wù)運(yùn)行的、覆蓋青藏高原及周邊區(qū)域的高時效（1 h）、高分辨（6.25 km/1 km）和高質(zhì)量的陸面數(shù)據(jù)同化業(yè)務(wù)系統(tǒng)，提供近地面溫、濕、壓、風(fēng)、降水、輻射、地表溫度、土壤濕度、土壤溫度等格點(diǎn)產(chǎn)品，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。還建成了長達(dá)22 年的相應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)系列（溫、壓、濕、風(fēng)達(dá)41 年），提供公開服務(wù)。

該重大研究計劃有力地推動了大氣科學(xué)與其他學(xué)科的交叉融合，將高原大氣科學(xué)推向了跨學(xué)科的交叉和應(yīng)用研究。其中很多成果達(dá)到了國際先進(jìn)水平，提升了我國大氣科學(xué)的原始創(chuàng)新能力和國際影響力，并培養(yǎng)了一批中青年學(xué)科帶頭人。

本專題登載了該研究計劃的部分研究成果。希望其發(fā)表有助于進(jìn)一步推動相關(guān)的學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)青藏高原天氣氣候影響的研究。