针对以上问题,中国科学院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、中国科学院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) 和中国科学院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。
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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
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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)
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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
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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)