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科学通报:第三极西风和季风主导流域源区降水呈现不同梯度特征
2019-11-29      
  以青藏高原为核心的第三极地区是长江、黄河、澜沧江、怒江、雅鲁藏布江、印度河、阿姆河、锡尔河和塔里木河等主要大江大河的发源地,为下游20多亿人口提供水安全,同时也是地球上两大环流—季风和西风交汇碰撞并严重影响人类生存环境的区域。降水是水循环的关键组成部分,也是水文模型模拟陆面水文过程的重要输入。模型结果的可靠性很大程度依赖于降水等气象输入的准确性。第三极地区海拔高、地形复杂,长时间序列的气象观测站点稀少且主要集中在东部低海拔地区(图1),为该区域水文模拟研究带来很大挑战。已有研究表明,利用降水梯度将低海拔站点数据插值到高海拔区域,是反演高海拔区域降水数据的一个有效方法。然而,第三极地区地形复杂,高原热力作用、大尺度环流及高原局部环流等机制并存,降水的地形效应在不同地区也有所变化。因此,西风-季风作用下第三极流域源区降水和地形的关系及其影响机制是什么,是否可以通过降水地形校正来准确推算高海拔区域降水,从而满足第三极流域水文模拟的精度要求?
  针对以上问题,manbetx万博体育官网青藏高原研究所圈层作用与环境变化团队苏凤阁研究员课题组及合作者利用位于第三极东南部受季风主导的长江、黄河、澜沧江、怒江上游和雅鲁藏布江流域,以及位于西部受西风主导的叶尔羌河、印度河、阿姆河和锡尔河上游流域源区256个气象站和雨量筒的降水数据,分析了各流域降水随海拔变化的梯度关系;基于ERA5数据,通过分析水汽含量、对流有效势能和抬升凝结高度与各流域内海拔的变化关系,探讨了不同气候系统主导的流域呈现不同梯度特征的原因;通过水文模型模拟径流反向验证降水梯度校正方法在推算高海拔山区降水时的可行性。研究发现:(1)位于季风区的长江上游、黄河上游、澜沧江、怒江和雅鲁藏布江流域降水随海拔增加而降低,主要由水汽含量随海拔增加而减少所致,地形效应仅在小尺度呈现;西风主导的叶尔羌河、印度河、阿姆河和锡尔河上游流域降水随海拔增加而增加,地形效应明显,主要受抬升凝结高度降低和对流有效势能增加的影响(图2,3)。(2)位于西风区的叶尔羌河上游和位于季风区的雅鲁藏布江日喀则子流域的水文模拟反向验证结果表明(图4),在降水地形效应明显的流域,地形校正是提高从低海拔站点推算高海拔区域降水可靠性、提高水文模拟精度的一个有效途径。
  随着中国科学家主导的“第三极环境”国际研究计划、manbetx万博体育官网A类先导专项“泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”,以及国家科技部“第二次青藏高原综合科学考察研究”项目的推进,在第三极流域气象观测网络也将更加完善,数据更加丰富。本研究对于第三极不同气候类型区主导的流域新设、增设降水观测设施的选点有指导意义;对通过低海拔实测降水数据的地形校正来反演第三极流域高海拔山区降水的工作有参考价值。
  本研究成果近期以题为“第三极西风和季风主导流域源区降水呈现不同梯度特征”在线发表在《科学通报》( http://engine.scichina.com/doi/10.1360/TB-2019-0491 ),第一作者为博士生孙赫,该研究得到了第二次青藏高原综合科学考察研究(2019QZKK0201)、国家自然科学基金项目(91747201;41871057) 和manbetx万博体育官网A类战略性先导科技专项“泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”(XDA20060202)联合资助。
 
图1 第三极9条河流源区流域位置、地形及水文气象站分布
图2 第三极9条河流源区流域年均降水量和海拔关系 (*表示在95%的置信水平)
图3 ERA5数据中降水、抬升凝结高度、水汽总量、和对流有效势能在第三极9条主要河流源区随高程变化特征
图4 叶尔羌河上游、雅鲁藏布江日喀则流域校正前后的降水(a, b)和模拟的径流(c, d)
 
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