研究揭示青藏高原大氣水循環垂直輸送帶調控機制

作為“亞洲水塔”，青藏高原水循環受中緯度西風與印度夏季風的季節性交替調控。印度夏季風主導青藏高原南部降水量，西風則主導青藏高原北部和西部地區的水文氣候，并通過西風—季風相互作用，調控降水季節變化和印度夏季風強度，影響該地區春季積雪、冰川物質平衡及水資源空間異質性。因此，準確約束西風水汽傳輸的時空變化，對區域水資源安全研判意義重大。此前觀測資料不足，西風水汽集成于水循環的機制尚不明確，尤其無降水條件下地形、邊界層與外源水汽的相互作用缺乏系統研究，這對解析非季風期的大氣水汽來源及區域水循環變化尤為重要。

近日，中國科學院青藏高原研究所聯合空天信息創新研究院等團隊，完成了32次高海拔區浮空艇大氣水汽穩定同位素（δD_v和d-excess_v）和氣象要素三維綜合觀測，并結合同位素理論模型及同位素示蹤大氣環流模式模擬，揭示了西風主導的冬春季穩定天氣條件下青藏高原水汽輸送的垂直輸送帶調控機制。

研究發現，大氣水汽穩定同位素是理解青藏高原大氣動力過程的示蹤指標。32組大氣水汽穩定同位素垂直廓線揭示了大氣水汽分層結構及其存在顯著的季節差異。d-excess_v的躍變特征識別出魯朗冬季和春季的邊界層高度為600m和900m，d-excess_v垂直變率及深夜—清晨廓線差異揭示了魯朗冬季和春季的自由對流層分布在1600m和1800m以上。在自由對流層與邊界層之間，存在一個約600m-1600m的大氣水汽混合層。邊界層最底部表現出同位素、比濕和氣溫的最大垂直變率。

研究表明，青藏高原垂直水汽輸送由雙重輸送帶驅動。大尺度西風平流輸送的水汽主要分布于高空自由對流層，而局地來源水汽則在日尺度上塑造邊界層內的水汽分布。在夜間，西風輸送的外源水汽下沉并與熱力學性質不同的局地殘留水汽相互作用，引發逆溫和冷凝過程，抑制水汽的層間垂直混合，導致自由對流層水汽與大氣邊界層水汽發生解耦。地表凝結進一步抑制了邊界層內的向上水汽輸送，維持其下方近似穩態的大氣條件。模擬結果表明，在無降水情況下，西風平流輸送的自由對流層水汽通量中約有30%可通過這一夜間垂直輸送帶集成于局地大氣水循環。這一過程是西風平流水汽凈輸入青藏高原的局地水循環和維持邊界層內水汽積累的重要途徑。局地地表覆被可通過改變局地水汽蒸發和夜間邊界層高度調制上述動力過程。

這一研究可為改進大氣模式、優化青藏高原加速水循環的氣候預估、推進區域冰芯等同位素記錄的氣候解釋等提供依據。

相關研究成果在線發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。研究工作得到第二次青藏高原綜合科學考察研究等的支持。

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