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近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院趙純教授課題組，首次使用全球變空間分辨率模式在青藏高原地區(qū)加密至公里尺度(4公里)，開展了數(shù)值模擬試驗(yàn)，研究了高原復(fù)雜地形對(duì)夏季水汽輸送和降水的影響機(jī)制。研究結(jié)果展現(xiàn)了全球變空間分辨率區(qū)域加密模擬能很好地再現(xiàn)高原地區(qū)的環(huán)流和氣象要素特征，定量評(píng)估了高原復(fù)雜地形對(duì)水汽輸送和降水的影響并解釋了相關(guān)機(jī)制。相關(guān)工作以“Impacts of Topographic Complexity on Modeling Moisture Transport and Precipitation over the Tibetan Plateau in Summer”為題發(fā)表于具有國際影響力的期刊Advances in Atmospheric Sciences（入選中國科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃）。

青藏高原面積廣袤，是世界上海拔最高的高原，同時(shí)又是長江、黃河、印度河等河流的發(fā)源地，為滋養(yǎng)亞洲文明的“亞洲水塔”，該區(qū)域的降水對(duì)于水循環(huán)和生態(tài)環(huán)境具有重要影響。每年夏季，盛行東南風(fēng)將印度洋處的暖濕水汽向青藏高原輸送，帶來大量降水。而高原區(qū)域尤其是喜馬拉雅山脈地勢陡峭，溝壑縱橫，地形極為復(fù)雜，與多尺度大氣過程相互作用形成獨(dú)特的水汽輸送和降水過程機(jī)制。為了更準(zhǔn)確地模擬青藏高原夏季水循環(huán)過程并深入理解其變化特征，通常需要在公里尺度甚至更高的空間分辨率下解析復(fù)雜地形特征，模擬和認(rèn)知復(fù)雜地形對(duì)高原夏季水循環(huán)的作用機(jī)制。

圖1 全球變空間分辨率模式網(wǎng)格示意圖及喜馬拉雅山脈部分復(fù)雜地形示意圖（分辨率~1km°）

以往的高分辨率模擬研究多采用區(qū)域模式進(jìn)行網(wǎng)格嵌套加密模擬，會(huì)受到側(cè)邊界條件的限制。全球變空間分辨率模擬能夠更好地模擬小尺度過程或強(qiáng)迫對(duì)大尺度環(huán)流的反饋?zhàn)饔?。本研究開展了復(fù)雜與平滑地形的對(duì)比模擬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)高原復(fù)雜地形增加了~11%的區(qū)域凈水汽輸入，對(duì)喜馬拉雅山脈地區(qū)的降水空間分布產(chǎn)生重要影響，但對(duì)青藏高原內(nèi)部降水總量影響不大。陡峭地形導(dǎo)致抬升氣流的位置更偏北，高空間分辨率所解析的山谷又可充當(dāng)水汽輸送的通道，因此解析了復(fù)雜地形的影響會(huì)導(dǎo)致模擬的喜馬拉雅山脈降水整體北移。這些結(jié)果表明了高空間分辨率模擬對(duì)于高原復(fù)雜地形效應(yīng)研究的必要性。

圖2 喜馬拉雅山脈復(fù)雜地形對(duì)降水和水汽輸送的影響機(jī)制示意圖

本研究展現(xiàn)了全球變空間分辨率模式在青藏高原地區(qū)天氣、氣候、生態(tài)環(huán)境研究領(lǐng)域的應(yīng)用前景。趙純教授課題組未來計(jì)劃使用全球變空間分辨率模式探究青藏高原地區(qū)的水循環(huán)、能量循環(huán)、大氣環(huán)境特征及變化機(jī)制，其中包括進(jìn)一步探索青藏高原復(fù)雜地形的氣候效應(yīng)及對(duì)大氣污染傳輸?shù)挠绊憴C(jī)制等。

趙純教授為本論文的通訊作者，碩士研究生李顧東澤為第一作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)“雙一流工程”研究基金、中科院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究計(jì)劃等項(xiàng)目的共同資助。同時(shí)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)超級(jí)計(jì)算中心和廣州國家超級(jí)計(jì)算中心“天河二號(hào)“為本研究提供了高性能計(jì)算支持。

參考文獻(xiàn)

Li, G. D. Z., H. M. Chen, M. Y. Xu, C. Zhao, L. Zhong, R. Li, Y. F. Fu, and Y. H. Gao, 2022: Impacts of topographical complexity on modeling moisture transport and precipitation over the Tibet Plateau in summer. Adv. Atmos. Sci.,https://doi.org/10.1007/s00376-022-1409-7

原文鏈接

(地球和空間科學(xué)學(xué)院、科研部)