青藏高原影响亚洲夏季风的机理

闻正

[本刊讯]中国科学院大气物理研究所吴国雄和他的团队，从天文和水文的角度对青藏高原影响南亚夏季风湿对流触发过程，以及对流层上层暖中心的形成做出了物理上的解释，相关研究成果发表于Scientific Reports，2015，5：17586和Climate Dynamics，2015，45：2757-2774。

青藏高原影响亚洲夏季风的活动一直是科学家们关注的话题，这一研究不仅具有重要的科学价值，同时也对全球可持续发展具有显著意义。有关青藏高原影响南亚夏季风形成的机制一直存在争议。该研究团队曾在2012年发表文章提出并证实了整个亚洲夏季风受海陆分布和大地形的热力作用共同调控。南亚夏季风的南支主要受海陆分布影响，北支受亚洲大地形的热力作用影响；而东亚季风则受到海陆分布和亚洲大地形热力作用的共同影响。大尺度地形对冷空气的动力阻挡作用并不是根本原因。

近期研究团队基于对辐射的诊断分析和一系列数值试验，进一步阐明了青藏高原在冬季无法阻挡高纬度的冷空气南侵；另一方面在夏季，无论是大气层顶部还是地表的太阳辐射，以及地表位温在高原北部地区都要强于高原的南侧地区，这就导致了高原北部地区没有冷空气可移动到青藏高原以南的较低纬度。通过无高原地形的试验进一步发现，即使不存在高原大地形，高纬度夏季的近地层冷空气也无法南下到南亚季风区。另一方面，从水分收支的分析上发现近地面相当位温在印度北部地区增强是由于高水汽含量的增强而导致的。他们还应用位涡一位温理论证明这部分水汽的来源是由于青藏高原地表的感热加热在近地面层形成的一个气旋式环流异常，从而将印度洋上的水汽向南亚内陆地区抽吸，导致高的相当位温、对流不稳定，进一步形成了季风降水。他们还通过“湿大气”和“干大气”数值试验的对比证明了上述观点：是青藏高原表面的加热作用，而不是其隔断作用，导致了水汽从海洋向陆地输送，进而形成了亚洲夏季风。

此外，研究团队还对南亚大陆上空的对流层上层暖中心形成的机制做出了新的解释。南亚大陆对流层上层暖中心的纬度与副高脊线的纬度重合，而它的经度是由大气非绝热加热/冷却的垂直梯度的纬向分布来决定，由此还修正了经典的Gill模型。由于在对流层上层对流加热和辐射冷却都随着高度递减，加热/冷却激发出垂直北风，南风切变，导致了加热场西，东侧和冷却场东/西侧出现了一个暖，冷中心。在20世纪后半期，中国南部地区降水出现增加趋势，伴随着高空北风切变的增强和其西侧南亚高压和对流层上层暖中心的增强。结果表明，大气环流对降水异常的反馈是区域气候空间分布型变化的一个重要贡献因素。