青藏高原能量、水分循環(huán)影響效應(yīng)

徐祥德 馬耀明 孫 嬋* 魏鳳英

1 中國氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國家重點實驗室 北京 100081 2 中國科學(xué)院青藏高原研究所 北京 100101

青藏高原及周邊地區(qū)被稱為“亞洲水塔”，是我國重要的生態(tài)安全屏障、戰(zhàn)略資源儲備基地[1]，在我國氣候系統(tǒng)穩(wěn)定、水資源供應(yīng)、生物多樣性保護(hù)等多方面具有重要的生態(tài)安全屏障作用[2]。青藏高原是亞洲許多大江大河的發(fā)源地，如長江、黃河、印度河、瀾滄江（湄公河）和恒河等。這類似青藏高原維持著一個龐大的中空“蓄水池”，其河流水資源為全世界近 40% 的人口供給生活、農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水。青藏高原不僅是亞洲與世界著名大江大河的源頭，而且是亞洲的湖泊、濕地聚集地[3-5]。在西風(fēng)氣流、東亞季風(fēng)和印度季風(fēng)影響下，中低緯海洋暖濕氣流水汽來源使青藏高原擁有冰川、積雪、凍土，被譽為地球中低緯度高海拔永久“凍土和山地冰川王國”，構(gòu)成了可與南極、北極相提并論的地球“第三極”[6]。

世界上 96 座海拔超過 7 000 m 的高山中有 94 座圍繞青藏高原分布[7]。青藏高原現(xiàn)代冰川條數(shù)占我國現(xiàn)代冰川總條數(shù)的 80%，冰川面積占我國冰川總面積的84%，冰川冰儲量占我國冰川總儲量的80%[7]。Lu 等[8]的研究表明，冰川融水構(gòu)成中國青藏高原總徑流量的7.2%。數(shù)以千計的冰川遍布在這一高原“臺地”上，伴隨著高原隆起演化形成的大量冰川和積雪，融化的冰川和大氣降水源源不斷地形成徑流持續(xù)供應(yīng)給湖泊與河流[9,10]。青藏高原現(xiàn)有湖泊占我國湖泊總面積的52%，是地球上海拔最高的湖泊群[11,12]。由此，青藏高原被稱為“世界屋脊”，青藏高原及其周邊地區(qū)被稱為“亞洲水塔”。

青藏高原特有的江河源頭、冰川群、湖泊群均與大氣云降水特征分布密切相關(guān)。1961—2015 年，中國區(qū)域低云量與總云量極值區(qū)均與青藏高原中東部、東南緣部大江大河的源頭（長江、瀾滄江、雅魯藏布江等）、湖泊群與冰川集中區(qū)空間分布幾乎吻合（圖1）。這表明“亞洲水塔”的形成與“世界屋脊”特有的云降水結(jié)構(gòu)不可分割。通過數(shù)值模擬試驗分析亦可發(fā)現(xiàn)，青藏高原隆起的地形高度不僅影響青藏高原中東部（“三江源”等區(qū)域）降水空間分布，而且顯著調(diào)控著青藏高原南坡降水強(qiáng)度。

我們需進(jìn)一步思考在青藏高原大地形熱力強(qiáng)迫及其云降水過程在跨南、北半球的能量、水循環(huán)的交換、輸送過程扮演著何類角色？青藏高原異?；钴S的對流活動與降水頻發(fā)區(qū)中的關(guān)鍵驅(qū)動“機(jī)制”如何驅(qū)動低緯海洋遠(yuǎn)距離水汽輸送，并使青藏高原蘊藏著如此豐富的水資源儲量？它是如何將低緯海洋豐富的水汽源與位于對流層中部的“世界屋脊”云降水過程構(gòu)成跨半球的水循環(huán)系統(tǒng)？“亞洲水塔”水資源的大氣與全球海洋“供水系統(tǒng)”如何形成有機(jī)聯(lián)系？如何深化認(rèn)知“亞洲水塔”水分循環(huán)過程及其對東亞區(qū)域乃至全球的影響，仍是當(dāng)前大氣科學(xué)及地學(xué)界面臨的具有挑戰(zhàn)性的問題。

1 大地形熱力影響與“放大的海陸差異”效應(yīng)

眾所周知，亞洲夏季風(fēng)（ASM）是世界上最大和最顯著的季風(fēng)，其強(qiáng)度及其云降水變化可能對全球氣候和氣候系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，特別是對南亞和東亞的降水型與洪澇災(zāi)害產(chǎn)生重要影響。過去大量的研究試圖去解釋導(dǎo)致亞洲夏季風(fēng)的變化原因。許多研究表明，青藏高原作為亞洲夏季風(fēng)的主要驅(qū)動力[13,14]，季風(fēng)環(huán)流的變化能否反映青藏高原熱源的變化？研究認(rèn)為亞洲古氣候環(huán)境變化中青藏高原隆起是引起“行星波主導(dǎo)型”過渡到“季風(fēng)主導(dǎo)型”的關(guān)鍵因素。朱抱真[15]、朱乾根和胡江林[16]的模式研究表明，如果青藏高原不存在，季風(fēng)雨帶將被抑制在亞熱帶低緯地區(qū)。因此，青藏高原的地形作用導(dǎo)致了東亞季風(fēng)降雨時空分布特征。吳國雄[17]指出，東亞大氣環(huán)流對青藏高原的表面感熱加熱起著重要作用；Wu 和 Zhang[13]發(fā)現(xiàn)青藏高原的動力作用與“熱泵”效應(yīng)同時對亞洲夏季風(fēng)有影響。

研究青藏高原大地形熱力影響的另一關(guān)鍵而現(xiàn)實的問題仍然是：作為一個巨大的高架大陸，青藏高原大地形是一個伸展到自由大氣的巨大“熱源柱”，這種“中空加熱”季節(jié)變化是否可影響亞洲季風(fēng)云降水時空分布變化？東亞區(qū)域梅雨雨帶的演進(jìn)是否存在青藏高原到黃土高原“三階梯”大地形地—氣變化過程熱力驅(qū)動作用，這些關(guān)鍵物理過程是否影響了梅雨帶時空的演變？

東亞區(qū)域春夏季季風(fēng)降水最突出的是“梅雨”，日本稱“Baiu”，韓國稱“Changma”?！懊酚辍币辉~的起源，是因為中國南方梅子成熟季節(jié)與雨季來臨不謀而合。在梅雨季節(jié)，大范圍降水覆蓋中國東部、朝鮮半島和日本，并形成跨日本海雨帶。亞洲夏季風(fēng)區(qū)域劃分成東亞夏季風(fēng)和南亞夏季風(fēng)（印度季風(fēng)）[19,20]。許多先前的研究還表明，梅雨鋒的時空變化反映了季節(jié)轉(zhuǎn)換過程中由于海陸熱力差異而產(chǎn)生的影響作用。從春到夏的季節(jié)轉(zhuǎn)換，海洋大量水汽輸送到東亞，為中國及東亞區(qū)域梅雨降雨提供充沛的水汽供應(yīng)；降雨向北擴(kuò)張，西太平洋副熱帶高壓控制著梅雨雨帶的位置和強(qiáng)度[21,22]。

圖1 1961—2015 年中國陸地區(qū)域7 月云量分布

東亞夏季風(fēng)最顯著的特點之一是東亞區(qū)域梅雨雨帶的演進(jìn)。春、夏季梅雨雨帶在中國東南部，季風(fēng)降雨每年從 3 月開始，雨區(qū)逐月向北部和西北部發(fā)展且面積擴(kuò)大。每年 7 月，梅雨影響到中國東北北部，但值得注意的是，盛夏梅雨鋒突然停滯，且梅雨帶北部前沿與中國西部地形線（青藏高原與黃土高原東緣）相吻合；每年 8 月，雨帶開始撤退。高原—平原“三階梯”地形也存在地—氣過程動態(tài)變化規(guī)律，自每年春季 3—4 月起，地氣溫差與感熱“強(qiáng)信號”（高值中心）首先在青藏高原出現(xiàn)。隨著春季向夏季過渡，此“強(qiáng)信號”區(qū)域逐月擴(kuò)展到中國北部和東北部。這種大地形地—氣過程熱力“強(qiáng)信號”區(qū)的時空變化隨著季節(jié)轉(zhuǎn)換，每年 3—7月，陸地大氣溫差與感熱逐月增強(qiáng)，從青藏高原到黃土高原“三階梯”大地形向東北方向延伸，梅雨及其云降水帶亦同步從東南沿海向西北方高原—平原過渡帶（青藏高原與黃土高原邊緣）移動，兩者似乎可歸納是一種“動態(tài)的吸引”綜合動態(tài)模型。這種大地形地表熱力強(qiáng)迫變化和梅雨鋒的推進(jìn)同步響應(yīng)，在盛夏兩者相遇于青藏高原與黃土高原東緣“地形線”[14,18]。

Xu 等[14]揭示了春夏過渡期中國西部青藏高原、黃土高原大地形的熱力變化與中國梅雨及其東亞云降水帶時空演進(jìn)的關(guān)聯(lián)性特征，夏半年青藏高原大地形（大于 1 000 m）地、氣溫差與水汽輸送通量相關(guān)矢場可清晰地描述出青藏高原熱源與東亞、南亞夏季風(fēng)水汽流型相關(guān)特征（圖 2）；研究還揭示出隨季節(jié)變化中國東部季風(fēng)降水空間分布與前一季（月）青藏高原視熱源（地、氣溫差）呈顯著相關(guān)的規(guī)律[14,23]。這反映從冬到早春季節(jié)轉(zhuǎn)換過程由于太陽輻射的影響造成青藏高原大地形感熱“快速響應(yīng)”動態(tài)變化。隨之，東亞梅雨及其云降水帶前沿線亦同步響應(yīng)，此現(xiàn)象表明青藏高原到黃土高原大地形“熱力驅(qū)動”可能作為“放大的海陸溫差”，扮演著東亞區(qū)域夏季風(fēng)過程陸地—海洋—大氣相互作用關(guān)鍵影響角色之一。

圖2 夏半年青藏高原大于1 000 m 站點大地形區(qū)域地氣溫差與區(qū)域整層水汽通量（qu,qv）相關(guān)矢量場，以及東亞夏季降水分布（陰影）綜合圖 [18]

2 “亞洲水塔”影響效應(yīng)與下游區(qū)域云降水時空分布特征

與上述大地形熱力過程季節(jié)變化密切相關(guān)的亞洲夏季風(fēng)亦是世界上范圍最廣和強(qiáng)度最強(qiáng)的季風(fēng)，其變化可能對全球氣候和氣候系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[24-26]。青藏高原被稱為“世界屋脊”，占亞洲面積的 1/6。作為占中國國土面積約 1/4 的一個巨大的“高架陸地”“平臺”，青藏高原是世界上總輻射量最高的地區(qū)，高原氣溫較周邊同高度自由大氣高出 4℃—6℃，甚至是 10℃[27]。青藏高原形成了一個“嵌入”對流層中部大氣的巨大熱源，可以伸展到自由大氣。一些文獻(xiàn)曾提出青藏高原作為“熱島”，其熱力強(qiáng)迫影響大氣環(huán)流結(jié)構(gòu)的觀點[13]。青藏高原是全球超太陽常數(shù)的極值區(qū)域之一。1992 年夏季，在珠穆朗瑪峰地區(qū)記錄到的瞬時總輻射量達(dá)到 1 688 W/m2，超過了太陽常數(shù)的 23%[28,29]。這遠(yuǎn)大于北半球熱帶和副熱帶沙漠地區(qū)太陽總輻射量極值[7,30]。巨大的太陽輻射熱量儲存在占中國約 1/4 面積的青藏高原上，成為持續(xù)存在的中空熱島，其超越了世界上任何超級城市群落所產(chǎn)生的效應(yīng)，對全球與區(qū)域大氣環(huán)流系統(tǒng)變化的動力“驅(qū)動”產(chǎn)生了難以估計的效應(yīng)。

夏半年青藏高原上空大氣的物理屬性與赤道低緯地區(qū)有許多相似之處。青藏高原東部夏季旺盛的中尺度對流活動和巨大積雨云向上層大氣持續(xù)輸送著熱量和水汽。青藏高原地區(qū)作為中國區(qū)域積云高頻發(fā)生地（極值區(qū)）之一，第二次青藏高原綜合科學(xué)考察大氣科學(xué)試驗（TIPEX）中對其當(dāng)雄邊界層加強(qiáng)觀測期聲雷達(dá)資料亦發(fā)現(xiàn)窄長的對流熱泡特征。從對流云發(fā)展動力學(xué)視角，在對流邊界層中浮力是驅(qū)動湍流的主要機(jī)制，這種湍流不是完全無規(guī)則的，而往往是有組織形成熱泡和卷流之類可識別的結(jié)構(gòu)[31,32]?！笆澜缥菁埂备哳l對流云發(fā)展的機(jī)制與低空氣密度伴隨的湍流驅(qū)動機(jī)制亦存在某種聯(lián)系。夏季雅魯藏布江、三江源與高原東南緣區(qū)域是中國區(qū)域低云量的極值區(qū)（圖1a）。通過大渦模擬可揭示出低空氣密度條件有助于強(qiáng)熱力湍流、熱泡強(qiáng)上升氣流，使得積云更易發(fā)展?！笆澜缥菁埂睆?qiáng)太陽輻射與空氣密度異常區(qū)亦是夏季旺盛的對流活動向上層大氣持續(xù)地輸送著熱量和水汽，構(gòu)成了影響東亞區(qū)域乃至全球的重要能量與水汽源。

圖3 青藏高原“熱泵”效應(yīng)

值得探討的是，衛(wèi)星遙感動態(tài)圖像發(fā)現(xiàn)上層對流云團(tuán)往往圍繞青藏高原中心做順時針旋轉(zhuǎn)，顯然 “亞洲水塔”云降水特征與青藏高原區(qū)域此衛(wèi)星遙感動態(tài)圖像反氣旋環(huán)流（高層輻散結(jié)構(gòu)）密切相關(guān)聯(lián)（圖3a）。從視熱源緯向偏差東—西垂直剖面圖（圖 3b）可發(fā)現(xiàn)，夏季青藏高原東—西剖面圖上，高原隨著高度抬升大地形熱源特征不僅未削弱，在某些高度還趨于顯著。尤其令人驚奇的是青藏高原“中空熱島”300—100 hPa 呈類似臺風(fēng)“自激反饋”機(jī)制圖像、高層“蘑菇云”“暖區(qū)”結(jié)構(gòu)（視熱源緯向偏差高值區(qū)）顯著區(qū)。青藏高原為全球唯一視熱源“中空熱島”極值區(qū)，這一熱源結(jié)構(gòu)對高層水汽輻散-低層水汽匯合輻合動力機(jī)制維持具有關(guān)鍵作用[32]。另外，全球 500 hPa 以上整層水汽含量場亦可描述出青藏高原為全球唯一的“濕島”特征，這反映青藏高原亦是全球?qū)α鲗釉平邓诵膮^(qū)。

Xu 等[35]通過歐洲中心細(xì)網(wǎng)格資料（ERA-Interim資料）發(fā)現(xiàn)，視熱源與水汽輸送通量的相關(guān)場低層呈逆時針旋轉(zhuǎn)氣旋環(huán)流，高層則呈明顯為順時針旋轉(zhuǎn)反氣旋環(huán)流（圖 3c）。上述分析結(jié)果揭示出高、低層互為反向環(huán)流結(jié)構(gòu)，其類似高層潛熱釋放的臺風(fēng)“自激反饋”“熱泵”效應(yīng)（圖 3d）。此熱源與高、低層水汽流相關(guān)特征不僅印證了青藏高原這一熱驅(qū)動形成的三維特殊的渦旋結(jié)構(gòu)對“亞洲水塔”大氣水分循環(huán)起著核心作用，而且可揭示出此特殊的渦旋結(jié)構(gòu)亦對“亞洲水塔”下游云降水活動起著關(guān)鍵影響效應(yīng)。圖 3c 所示高層此反氣旋相關(guān)環(huán)流系統(tǒng)向東延展，在長江流域上空高層呈東—西反氣旋型輻散帶；中低層則為東—西輻合帶，此類三維環(huán)流相關(guān)結(jié)構(gòu)有助于在長江流域產(chǎn)生降水雨帶。

Yasunari 和 Miwa[36]發(fā)現(xiàn)夏季在高原熱力作用下對流層低層形成了輻合帶，隨后輻合帶在青藏高原東部邊緣激發(fā)出氣旋性渦旋，伴隨著充足的水汽輸送，氣旋性渦旋東移發(fā)展在長江中下游上空演變成為中尺度強(qiáng)對流云系統(tǒng)。Zhao 等[33,34]研究表明青藏高原大氣熱源對局地與下游區(qū)域云降水過程水汽輸送流型等均呈顯著影響；研究統(tǒng)計了 1979—2016 年夏季青藏高原對流源東移軌跡，發(fā)現(xiàn)東移至下游長江流域的對流系統(tǒng)可能源于青藏高原，也與前人的研究吻合[37,38]。研究統(tǒng)計長江流域暴雨與特大暴雨（23.4%）發(fā)生前期青藏高原上空水汽通量渦旋位移特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在明顯的水汽通量渦旋結(jié)構(gòu)東移影響到長江流域異常降水事件。另外，Zhao 等[33]計算亦發(fā)現(xiàn)長江流域降水與全國低云量存在從青藏高原延伸至長江下游地區(qū)的帶狀高相關(guān)結(jié)構(gòu)。上述研究可綜合描述出高原熱源驅(qū)動相關(guān)環(huán)流渦旋，尤其高層帶狀向下游延伸的反氣旋型輻散結(jié)構(gòu)亦是“激發(fā)”下游及其周邊東亞區(qū)域云降水及其異常天氣災(zāi)害事件的關(guān)鍵動力機(jī)制之一。

3 “亞洲水塔”低緯海洋水汽型“匯流”效應(yīng)與跨半球水分循環(huán)影響域

在長江洪澇過程中，青藏高原地區(qū)中部和東部往往會出現(xiàn)“爆米花”狀對流云高頻突發(fā)現(xiàn)象。青藏高原水汽輸送通道及其對流云團(tuán)亦是影響中國區(qū)域旱澇形成的重要因素[35,39]。“亞洲水塔”的水資源“供應(yīng)區(qū)”低緯海洋水汽源區(qū)亦是水分循環(huán)過程關(guān)鍵影響區(qū)。徐祥德等[40]提出了青藏高原與低緯海洋季風(fēng)活躍區(qū)水汽輸送“大三角扇形”關(guān)鍵影響域的概念模型。青藏高原大氣水分循環(huán)過程不僅反映了西風(fēng)與“大三角扇形”影響域[40]季風(fēng)水汽輸送的相互作用特征，而且描述了跨半球能量、水汽的交換效應(yīng)。

從夏季青藏高原整層視熱源（Q1）與水汽通量相關(guān)矢量場（圖 4a）可見，青藏高原南側(cè)東起菲律賓以東洋面，經(jīng)過我國南海，西至東非索馬里、阿拉伯海、印度洋（大三角扇形），水汽輸送匯流構(gòu)成了“亞洲水塔”相關(guān)的青藏高原南坡“水汽供應(yīng)區(qū)”，這揭示了季風(fēng)過程青藏高原熱源驅(qū)動下“亞洲水塔”與中低緯海洋多尺度大氣水分循環(huán)相互作用機(jī)制。

圖4 青藏高原視熱源與南坡水汽輸送三維結(jié)構(gòu)相關(guān)特征

通過青藏高原整層視熱源（Q1）與高原區(qū)域垂直運動、散度三維相關(guān)結(jié)構(gòu)綜合分析亦可發(fā)現(xiàn)視熱源Q1相關(guān)散度結(jié)構(gòu)，即南坡低層輻合-坡頂輻散與青藏高原主體低層輻合-上空輻散形成耦合“二階梯接力”爬升效應(yīng)。此青藏高原特殊的“熱驅(qū)動”為陡峭南坡源自低緯海洋乃至跨半球水汽流強(qiáng)“匯流”提供了動力機(jī)制（圖 4b 和 c）。

上述分析揭示出“亞洲水塔”“中空熱島”熱源結(jié)構(gòu)是構(gòu)成青藏高原與中低緯乃至南半球能量、水分循環(huán)的關(guān)鍵動力源，并進(jìn)一步揭示出“亞洲水塔”特殊的“熱驅(qū)動”為亞洲乃至跨半球水汽輸送提供了重要動力源，使“亞洲水塔”在區(qū)域、全球能量、水分循環(huán)交換過程中扮演著重要角色。

4 “亞洲水塔”水循環(huán)模型及其區(qū)域-全球尺度大氣能量、水汽交換

有關(guān)文獻(xiàn)對北半球夏季青藏高原大地形機(jī)械屏障和抬升熱源的作用有了更深刻的認(rèn)識。例如，青藏高原的“感熱氣泵”效應(yīng)，不僅對亞洲夏季風(fēng)的維持有重要作用，也通過激發(fā) Rossby 波列對全球氣候產(chǎn)生影響[13,42-44]。上述研究結(jié)果描述了熱源驅(qū)動效應(yīng)為跨半球水汽輸送提供了強(qiáng)迫源動力機(jī)制[35]。從跨赤道經(jīng)向環(huán)流的視角，研究發(fā)現(xiàn)，夏季南、北半球跨赤道氣流低層強(qiáng)偏南、高層強(qiáng)偏北氣流出現(xiàn)在東亞地區(qū)和北美區(qū)域兩大地形對應(yīng)的赤道區(qū)，這 2 個跨赤道極值區(qū)均與亞洲的青藏高原和北美的落基山位置相對應(yīng)（圖 5a 和 b）。但青藏高原高低層反向經(jīng)向跨赤道氣流較落基山顯著得多，這印證了地球上大地形隆起狀況亦與全球行星尺度垂直環(huán)流特征存在某種關(guān)聯(lián)性。

圖5 青藏高原云結(jié)構(gòu)及其跨半球尺度環(huán)流區(qū)域、全球影響效應(yīng)

如圖 5c 所示，北半球在夏半年時，位于亞洲的青藏高原和位于北美洲的落基山，這兩大地形均為北半球最為顯著上升支區(qū)，青藏高原與落基山東側(cè)均有一顯著的東—西緯圈環(huán)流；其中，青藏高原東側(cè)環(huán)流圈呈顯著的跨半球尺度特征，落基山東側(cè)環(huán)流尺度相對小得多[35]。另外，計算結(jié)果亦可描述高原區(qū)域為強(qiáng)上升支，呈南—北經(jīng)圈環(huán)流，青藏高原南側(cè)低層呈跨赤道強(qiáng)偏南氣流，高層則呈顯著的偏北氣流，且該支氣流下沉區(qū)位于南印度洋（圖 5d）。青藏高原形成了顯著的南—北跨半球尺度經(jīng)圈環(huán)流，在跨半球尺度能量、水分循環(huán)的交換、輸送過程中起著關(guān)鍵作用[35]。

Xu 等[35]基于青藏高原在亞洲季風(fēng)系統(tǒng)大氣水分循環(huán)過程重要地位，進(jìn)一步以東亞、全球水循環(huán)視角來認(rèn)識青藏高原跨半球環(huán)流結(jié)構(gòu)及其全球尺度海洋與大氣水循環(huán)結(jié)構(gòu)，描述出青藏高原類似全球“水塔”功能及其海洋—大氣—陸地—水文過程特殊的相互作用過程。上述青藏高原“亞洲水塔”關(guān)鍵驅(qū)動因素（視熱源）及整層水汽通量相關(guān)矢“匯流”特征（圖4a）、青藏高原大地形南側(cè)低層跨赤道偏南氣流（圖5a）和跨半球南北向垂直環(huán)流（圖 5d）可綜合描述出在青藏高原地區(qū)源自低緯海洋乃至跨半球水汽流低層強(qiáng)“匯流”與高層強(qiáng)“外流”結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)成了一個“亞洲水塔”跨半球水循環(huán)“供水”體系，為青藏高原地表數(shù)以千計的冰川和星羅棋布的湖泊群的形成，以及著名的江河源提供了豐富的水汽條件，從而造就了這“世界屋脊”的龐大“蓄水池”系統(tǒng)。而青藏高原的“三江源”等江河源亦可作為“輸水管道”系統(tǒng)，使高原冰川、湖泊與濕地“蓄水池”系統(tǒng)通過江河“輸水管道”聯(lián)接下游區(qū)域、包括南亞、東南亞等廣闊的陸地水文系統(tǒng)乃至太平洋、印度洋。

圖6 青藏高原作為陸地—海洋—大氣相互作用和水文循環(huán)的作用的示意圖[26]

通過青藏高原低云量與全球低云量的相關(guān)場分析（圖 5e）亦可發(fā)現(xiàn)夏季青藏高原低云活動與北極、太平洋中部，跨洋至北美洲南部低云量呈顯著相關(guān)區(qū)空間分布，尤其由圖 5c 可發(fā)現(xiàn)青藏高原低云活動高相關(guān)區(qū)延伸跨赤道至南半球的印度尼西亞、澳大利亞與南美洲等。研究描述出青藏高原對流活動與全球大氣云降水活動亦存在顯著關(guān)聯(lián)性，這進(jìn)一步揭示出上述青藏高原緯向與經(jīng)向環(huán)流圈結(jié)構(gòu)與區(qū)域-全球大氣環(huán)流相關(guān)機(jī)制，印證了“世界屋脊”隆起大地形的“熱驅(qū)動”及其對流活動在全球能量、水分循環(huán)中的作用。上述高層“世界屋脊”特殊跨半球的緯向、經(jīng)向大氣垂直環(huán)流圖亦描述了“亞洲水塔”通過高層將能量、水汽向外部周邊及全球區(qū)域輸送渠道，其反映青藏高原對全球能量、水分循環(huán)亦具有強(qiáng)反饋及其重要影響作用，從而支持了“世界水塔”的概念。圖 6 綜合描述了青藏高原“世界水塔”及其地球上一個完整的行星尺度陸地—海洋—大氣水分循環(huán)物理圖像[35]。青藏高原與全球大氣水分循環(huán)過程具有重要的互反饋作用。青藏高原作為“世界水塔”，其大氣-水文過程對亞洲乃至全球自然和氣候環(huán)境將會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

5 結(jié)論

（1）青藏高原熱源驅(qū)動對亞洲水塔及其下游區(qū)域云降水特征呈顯著影響。青藏高原是世界上總輻射量最大的地區(qū)，是全球超太陽常數(shù)的極值區(qū)域之一。其形成了一個“嵌入”對流層中部大氣的巨大熱源，可以伸展到自由大氣，這超越了世界上任何超級城市群落所產(chǎn)生的中空熱島效應(yīng)，對全球與區(qū)域大氣環(huán)流系統(tǒng)變化的動力“驅(qū)動”產(chǎn)生了難以估量的影響。中國區(qū)域低云量與總云量極值區(qū)均與青藏高原大江大河的源頭（如長江、瀾滄江、雅魯藏布江等）、中東部湖泊群和冰川集中區(qū)空間分布幾乎吻合，這表明“世界屋脊”頻發(fā)的對流活動是“亞洲水塔”形成的關(guān)鍵因素。研究表明，青藏高原與全國低云量存在一個明顯沿長江流域的帶狀高相關(guān)結(jié)構(gòu)，這充分表明長江流域降水與上游高原“亞洲水塔”“熱驅(qū)動”以及對流系統(tǒng)具有重要相關(guān)關(guān)系。青藏高原熱源驅(qū)動構(gòu)成的高、低層特殊的渦旋三維結(jié)構(gòu)特征不僅印證了熱驅(qū)動對“亞洲水塔”大氣水分循環(huán)起著核心作用，而且揭示出青藏高原對下游（如長江流域等）乃至東亞區(qū)域云降水活動起著關(guān)鍵影響作用。

（2）季節(jié)變化過程青藏高原大地形陸—氣過程特征可作為“放大的海陸溫差”，其與中國梅雨云降水帶時空變化密切相關(guān)。亞洲夏季風(fēng)是世界上范圍最廣和強(qiáng)度最強(qiáng)的季風(fēng)，從冬季到早春季節(jié)轉(zhuǎn)換過程中，由于太陽輻射的影響造成青藏高原大地形感熱的“快速響應(yīng)”及其相對高值向東北動態(tài)移動，伴隨著盛夏梅雨云降水帶前沿線從東南北移，恰好停滯于中國“三階梯”地形分布山地—平原過渡區(qū)，青藏高原陸—氣過程變化與東部梅雨雨帶與副熱帶高壓同步變化的季節(jié)跳躍演進(jìn)現(xiàn)象。此規(guī)律性現(xiàn)象表明青藏高原大地形熱力結(jié)構(gòu)變化可能扮演著影響夏季風(fēng)云降水過程關(guān)鍵影響角色。由此，提出了春夏過渡期中國西部青藏高原、黃土高原大地形地氣過程作為“放大的海陸溫差”，其變化影響中國梅雨帶云降水帶時空變化的前兆性強(qiáng)信號的新認(rèn)識。

（3）“世界屋脊”“中空熱島”是青藏高原“亞洲水塔”與中低緯乃至南半球能量、水分循環(huán)交換的關(guān)鍵“驅(qū)動源”。青藏高原特殊的“熱驅(qū)動”為陡峭南坡源自低緯海洋乃至跨半球水汽流強(qiáng)“匯流”提供了動力機(jī)制。青藏高原南側(cè)東起菲律賓以東洋面，經(jīng)過我國南海，西至東非索馬里、阿拉伯海、印度洋（“大三角扇形”），在高原熱驅(qū)動下青藏高原南坡源自低緯乃至南半球的水汽輸送“匯流”構(gòu)成了“亞洲水塔”的“水汽供應(yīng)源”，這揭示了季風(fēng)過程“亞洲水塔”與中低緯海洋多尺度大氣水分循環(huán)相互作用機(jī)制。

（4）隆起的“世界屋脊”大地形“熱驅(qū)動”環(huán)流結(jié)構(gòu)及其云降水特征在全球能量、水分循環(huán)過程扮演著的重要角色。從跨赤道經(jīng)向環(huán)流的視角可發(fā)現(xiàn)，夏季南、北半球跨赤道氣流低層強(qiáng)偏南、高層強(qiáng)偏北氣流出現(xiàn)的赤道經(jīng)度恰與東亞地區(qū)和北美區(qū)域兩大地形——青藏高原、落基山對應(yīng)。青藏高原緯向與經(jīng)向環(huán)流圈結(jié)構(gòu)與區(qū)域-全球大氣環(huán)流相關(guān)機(jī)制，印證了“世界屋脊”隆起大地形的“熱驅(qū)動”及其對流活動在全球能量、水分循環(huán)的作用。高原特殊跨半球的緯向和經(jīng)向大氣垂直環(huán)流圖表明青藏高原大氣動力過程對全球尺度大氣環(huán)流變化的貢獻(xiàn)顯著。研究可描述出青藏高原對流活動與全球大氣云降水活動亦存在顯著關(guān)聯(lián)性，通過青藏高原低云量與全球低云量的相關(guān)場分析亦可發(fā)現(xiàn)夏季青藏高原低云活動與北極、太平洋中部，跨洋至北美洲南部低云量空間分布亦呈顯著相關(guān)。

（5）青藏高原構(gòu)成地球上“世界水塔”行星尺度陸地—海洋—大氣水循環(huán)物理圖像。從全球水循環(huán)的視角，提出的青藏高原作為全球性大氣“水塔”的觀念，認(rèn)為在熱力驅(qū)動背景下通過區(qū)域、跨半球能量、水汽輸送建立了青藏高原地區(qū)“亞洲水塔”的“供水”“蓄水”與“排水”的循環(huán)體系，特別是青藏高原地表冰川，積雪和湖泊作為“蓄水池”系統(tǒng)，江河源可作為“輸水管道”，將“亞洲水塔”的水向外輸送出去，高層大氣也提供向外輸送的渠道。青藏高原特殊的跨區(qū)域、跨半球大氣水分循環(huán)可構(gòu)建“世界水塔”獨特的大氣-水文功能體系，其綜合描繪了青藏高原“世界水塔”及其地球上一個完整的行星尺度陸地—海洋—大氣水循環(huán)物理圖像。