1980-2018年藏东南降水时空变化及其预估

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青藏高原东南部是青藏高原冰川作用中心之一,是雅鲁藏布江的重要水源补给区。在全球变暖背景下,近年来该地区气温上升、降水下降且冰川呈加速退缩趋势。然而,藏东南地区观测数据有限,难以满足对复杂地形下降水研究的需求,无法揭示降水的空间分布特征及其随海拔变化规律,且冰川变化对降水产生的影响尚不清楚。因此,再分析资料和数值模拟是弥补观测资料不足,全面认识藏东南降水时空分布的重要途径。本文基于JRA-55、ERA5再分析资料以及第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)模式数据,对藏东南地区1980-2100年的降水变化进行了分析。再利用新一代中尺度数值模式(WRF模式)对2017年藏东南地区的降水进行了高分辨率模拟,揭示了藏东南地区水汽输送特征、降水空间分布规律以及降水随海拔变化特征。此外,本文设计了关于冰川消亡的敏感性试验,以探讨藏东南冰川消亡对局地降水的影响。论文的主要结论如下:(1)藏东南是1980-2018年间整个青藏高原降水量最大的地区,也是降水量减少最快的地区,减少趋势达到12mm/10a。近40年来,气温以0.18℃/10a趋势波动上升,且冬季增温幅度显著高于夏季。(2)WRF模式能较为准确的模拟藏东南地区的降水过程。通过与GPM卫星资料对比分析,发现WRF模式模拟的降水量空间格局与卫星资料一致,且高分辨率的WRF模拟结果能更细致揭示降水随地形的变化特征。藏东南各季节降水均主要分布在低海拔地区,即雅鲁藏布江河谷的喇叭口地带。夏季降水量最大,冬季降水量最小。最大降水高度带位于海拔3000m处,在海拔3000m以下,降水量随海拔的升高而增加,而在海拔3000-5400m区间,降水量整体上随海拔增加而降低。(3)有无冰川两组WRF模式敏感性试验揭示了冰川会对局地环流产生较大影响。冰川存在时,下沉的冰川风会减弱向北流动的暖湿气流。而在没有冰川的情况下,随着冰川冷却作用的消失,原冰川区域成为热源,原下坡的冰川风将变成谷风,加强了印度季风向高海拔地区的水汽输送。冰川的消失导致在高海拔地区,尤其是在原冰川地区,年降水量将增加20%-50%,而冰川南侧低海拔地区的降水量减少约20%。通过对水汽通量、水汽含量和经向风速的差值分析,发现冰川消亡会导致藏东南南坡的经向风速增大,北坡减小,这表明冰川削弱了向北的经向风。同时,冰川的存在会使其上的大气更加干燥,而在冰川消亡后整层水汽含量急剧增加。冰川对局地气候的影响多集中在距地1500m的边界层中。据此预计未来几十年的冰川的加速退缩可能会对藏东南地区的降水模态产生影响。(4)CMIP6多模式集合平均模拟结果显示:在2015-2100年间,藏东南地区的年均降水量在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5四种情景下均呈上升趋势,在21世纪中叶以前降水上升幅度较为一致,都比较小。到21世纪后期,降水上升幅度在四种情景下存在明显差异。2015-2100年,藏东南年降水量的变化趋势在四种情景下分别为 10.2 mm/10a、11.6 mm/10a、66.2 mm/10a 和 96.0 mm/10a。总体上未来藏东南年降水量增加呈现北缓南快的空间格局。在四种情景下,随着辐射强迫的增强,降水增加速率逐渐加大。
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