《亞洲水塔大氣水分循環系統及其對多圈層影響》| 第二次青藏高原綜合科學考察研究叢書

第二次青藏高原綜合科學考察研究叢書

亞洲水塔大氣水分循環系統及其對多圈層影響

本書是以亞洲水塔大氣水分循環系統及其對多圈層影響為主題的第二次青藏高原綜合科學考察研究任務的成果。全書從多圈層過程相互作用的視角，深化亞洲水塔大氣水分循環機制及其對全球氣候影響的認知，提出亞洲水塔水分循環及其水汽輸送“窗口”效應對全球氣候影響的新觀點；剖析亞洲水塔區域大氣水分循環結構及其云降水系統多尺度特征，探索亞洲水塔豐富水資源的“供水”驅動系統，并揭示陸地水圈水儲量變化及其與多圈層交互影響特征；深化亞洲水塔暖濕化特征對大氣圈結構異常響應認知，揭示亞洲水塔暖濕化與印太高影區海溫變化相關機理；提出亞洲水塔暖濕化對冰凍圈、生態環境變化影響新認知，并預估亞洲水塔未來氣候變化特征。

• 亞洲水塔大氣水分循環全球尺度影響

第1章研究描述青藏高原類似全球“水塔”功能及其大氣-海洋-陸地特殊的相互作用機制，揭示青藏高原特殊的“熱驅動”可為亞洲水塔區域乃至全球水分循環提供重要動力源；通過綜合剖析凸顯亞洲水塔在區域、全球能量、水分循環交換過程中扮演的重要角色。通過亞洲水塔水汽垂直輸送“窗口”效應，構建青藏高原與全球乃至北極、南極水分循環相互關聯的“橋梁”，凸顯亞洲水塔大氣水分循環對全球水汽與能量交換的關鍵作用，并提出亞洲水塔水分循環對全球氣候影響綜合模型，這一新認知對青藏高原對全球氣候變化互反饋問題研究具有重要科學價值與應用意義。

• 亞洲水塔區域水分循環結構特征

第2章研究聚焦于亞洲水塔大氣水分循環結構變化，探索青藏高原大氣水分循環結構對亞洲水塔水資源環境變化影響機制，主要研究亞洲水塔降水時空分布特征，青藏高原降水區域季節性差異及其水汽輸送結構，水汽收支變化特征，從而認知亞洲水塔大氣水分循環結構變化如何影響大江大河發源地，亞洲的冰川、湖泊、濕地聚集地水資源時空分布格局。亞洲水塔大氣水分循環結構變化特征將對中國、亞洲乃至全球氣候變化產生影響，進而為青藏高原防災減災和水資源、生態安全保障及其社會經濟的可持續發展提供科學支撐。

• 亞洲水塔水分循環過程的云降水尺度特征

第3章從高原強對流天氣多尺度特征、高原強對流天氣診斷、強對流天氣影響系統、強對流云團演變發展等方面進行研究，以期獲取對亞洲水塔關鍵區云降水結構與對流特征的新認知，尤其對西藏高原云團系統集中地，如對流云發展及其降水特征等方面進行深入探討，可為雅魯藏布江流域水資源開發利用、高原生態環境保護等方面提供科學依據。

• 亞洲水塔江河源“供水”驅動系統

第4章重點探索亞洲水塔江河源水資源成因，探討青藏高原大氣-水文過程與亞洲水塔“供水系統”的關聯性，獲取對此江河源頭豐富水資源的動力驅動機制的新認知，揭示三江源水分循環結構及其大氣-水文過程交互影響特征，剖析三江源徑流上游降水高影響區分布特征，并發現高影響降水區特殊水資源存儲功能特征，該區域為河流水網區與湖泊群集中地，以及局地降水高頻區。研究揭示出三江源熱源結構起著“供水系統”的關鍵驅動作用，且在東亞和印度季風驅動下的青藏高原南側低緯度海洋亦是亞洲水塔供水系統的暖濕氣流主要源地，印證了亞洲水塔三江源區特殊大氣降水機制中青藏高原隆升所構建的大地形熱源驅動效應。

• 亞洲水塔暖濕化特征與大氣圈結構異常響應

第5章研究提出高原海拔依賴型變暖空間模態，并分析高原海拔依賴型變暖物理機制，研究還揭示出在高原北部，冷位相的年代際太平洋濤動和暖位相的大西洋多年代際振蕩的協同作用對高原北部水汽凈收支的年代際轉折有重要影響。另外，亞洲水塔降水變化趨勢的區域性南北反向變化特征與氣候變暖背景下高原低渦發生頻數區域性變化特征有密切關系。在全球變暖背景下，青藏高原暖濕化特征導致大氣圈結構發生變化，亞洲水塔大氣圈和冰凍圈正在發生顯著變化，導致青藏高原氣候復雜多變，且受冰川、積雪變化與海拔等因素影響，亞洲水塔水資源、生態環境發生深刻變化，認知亞洲水塔變化及多圈層影響事實具有重要戰略意義。

• 亞洲水塔暖濕化與印太高影區海溫影響

第6章研究探討海洋水圈升溫顯著區對青藏高原“暖濕化”水汽輸送的調控作用，從年代際環流變化的視角，提出海洋高影響區海溫調制亞洲水塔“暖濕化”趨勢的綜合影響模型。通過研究青藏高原暖濕化與海洋水圈影響源分布結構的相關特征，揭示出影響亞洲水塔“暖濕化”年代際變化的海洋水汽源及其環流型異常特征，并給出各海洋影響源對亞洲水塔“暖濕化”影響的貢獻程度。該研究結論為進一步探索亞洲水塔“暖濕化”及其氣候變化預估提供重要的科學依據。

• 亞洲水塔暖濕化影響與水圈陸地水儲量變化

第7章采用多源衛星遙感數據，量化2000～2020年青藏高原各類水儲量變化及其對總水儲量變化的貢獻，分析湖泊水量變化的時空分布規律，為認識亞洲水塔各類水儲量對氣候變化的響應及驅動機制提供關鍵科學依據，并為亞洲水塔失穩的適應性對策制定提供參考。

• 亞洲水塔暖濕化影響與生長季植被變化

第8章使用高分辨率優化變分的熱帶降雨測量任務降水資料，分析青藏高原復雜地形高分辨率降水變化趨勢，在此基礎上研究高原葉面積指數變化對降水的滯后響應、植被環境變化區域性特征及對區域降水的響應，以及亞洲季風變化對高原生態環境的影響。研究結果表明，亞洲水塔氣候“暖濕化”對植被環境的影響，除了氣溫為主因外，還與高原降水時空分布變化的區域性特征存在顯著的關聯性，因此高原南、北部植被環境變化呈顯著區域性差異，高原暖濕化驅動因素中南亞與東亞季風亦通過年際、年代際水汽輸送格局重大變化顯著影響著生態環境的非均勻性區域變異特征。

• 亞洲水塔暖濕化影響與冰凍圈變化

第9章研究冰凍圈與暖濕化影響相關機理，揭示出青藏高原及其周圍地區，特別是亞洲水塔冰川區降水區域性特征受季風區水汽輸送影響；基于多源資料與信息，深入探討亞洲水塔暖濕化與冰凍圈變化的關聯性及其影響機理，將對亞洲水塔水資源變化有新的認知，這將有助于加深對氣候變暖背景下亞洲水塔水環境變化的理解，為青藏高原暖濕化對冰凍圈影響的氣候應對提供科學支撐，深化對亞洲水塔暖濕化降水補給區域性差異特征及其冰凍圈水資源失衡調制因素的新認知，由此，提出了青藏高原冰川區人工增雪、補冰氣候應對科學工程。

• 亞洲水塔氣候變化未來預估

第10章基于氣候模式和物理統計模型開展了青藏高原區域未來氣候和環境變化的研究，取得了一些重要的科學認識。隨著政府間氣候變化專門委員會第六次評估報告的發布，應用到此報告中新的共享社會經濟路徑排放情景的預估數據陸續完成，利用第六次國際耦合模式比較計劃在新的SSPs 排放情景下的未來數值模擬結果進行氣候預估研究成為可能。由此，給出了CMIP6 模式在SSPs 排放情景下的青藏高原的氣候未來預估結果，以期對深入認識青藏高原未來氣候變化及生態環境影響提供科學依據。

• 亞洲水塔風云氣象衛星多圈層監測系統及其應用

第11章介紹國產風云氣象衛星現狀，以及針對青藏高原地區冰川、積雪和湖泊的業務產品。針對包括大氣三維溫度、濕度、地表植被指數、凍融類型、土壤濕度等關鍵大氣和地表參數，基于各參數特點和青藏高原地區地理特征，重新構建各關鍵參數的反演算法模型，并給出各算法反演產品在青藏高原地區的精度評估。在第二次青藏高原綜合科學考察研究期間，應用衛星遙感技術開發構建了多個青藏高原及周邊地區高質量數據集，包括高時空分辨率降水產品、冰川表面高程變化序列、典型冰川區域及湖泊面積數據集等。

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本文摘 自《亞洲水塔大氣水分循環系統及其對多圈層影響》 （ 徐祥德等著，科學出版社，2025.8.），有刪減修改，標題為編者所加。

(本文編輯：鄭紫宸）

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