青藏高原水汽“源汇”结构的多尺度变化及其对区域降水影响研究

The atmospheric branch of the hydrological cycle is one of the key research priorities for the current NSFC Major Research Plan: ‘the Change of the Tibetan Plateau Land-Atmosphere Coupling System and Its Effects on Global Climate’. In this project, we propose to extend our previous work by applying a WRF-FLEXPART coupling system to construct a long-term (1980-2015) Lagrangian datasets with relative high resolution for the Tibetan Plateau (TP). In the following, the analysis on the moisture source-sink of TP will be carried out by using a sophisticated Lagrangian method, with the aim to locate all moisture sources for the TP and, additionally, to pin down where exactly water evaporating from TP precipitates over its downstreams. To reveal the underlying mechanisms for the maintenance of this moisture source-sink structure, the moisture transport processes from the evaporative sources to the sink regions is to be investigated in details with the consideration of changes in humidity along their Lagrangian trajectories, and at last the main meteorological structures at regional scale carrying moisture are identified and analyzed using the trajectory-clustering method. The multi-scale variability of moisture source-sink of TP will be examined as well, including the changes in position and intensity of the sources under the modulation of main modes of climate variability, such as ENSO, NAO. The possible relationship between the changes in moisture source-sink and TP precipitation will be explored, following by an analysis on the long-term trend of moisture source-sink variability in order to answer the question: why TP region is getting wetter in the last decades linked to the climate change. The products of this project would no doubt enhance the description quantitatively on the crucial aspect of the atmospheric branch of the hydrological cycle over TP, and thus deepen our knowledge about its effects on the weather and climate change both at regional and global scale. The output of this research would also provide us with useful information on the TP water resource mangagement in the future.

青藏高原大气水分循环过程是“青藏高原地–气耦合系统变化及其全球气候效应”重大研究计划关注的一个核心科学问题。本项目在已有研究基础上，实施区域气象模式WRF和三维拉格朗日输送模式FLEXPART耦合模拟，构建青藏高原多年（1980-2015）高分辨拉格朗日数据集；继而采用水汽追踪和“源汇”识别技术，诊断高原水汽的“源汇”结构及其多尺度变化特征；通过剖析水汽从“源区”到“汇区”的精细输送过程，以及探究气候变化的主模态对水汽“源汇”变化的调制作用等，揭示高原水汽“源汇”结构的维持和变化机理；在分析高原降水多寡与水汽“源汇”变化的关联特征基础上，研究全球气候变化背景下高原水汽“源汇”的变化趋势，从水汽输送视角揭示近年来高原“干湿”变化的可能机制，以期进一步完善青藏高原大气水分循环过程的定量描述，加深人们对青藏高原在区域和全球水循环过程作用的认识，同时也为全球变化背景下的高原水资源管理提供参考。

鉴于有关青藏高原水汽源区的认识还存在分歧，其中研究资料种类、资料处理方式以及研究时段选取的不同都是导致研究结果存在差异的可能原因；另外，过去研究大都以欧拉坐标下的整层或者特定层“水汽通量”为分析对象，并不能识别出真正意义上的水汽“蒸发”性源区，使得已有研究结果还停留在较模糊的定性分析层面上，缺乏相对精确的定量化描述。.因此，本项目以高原青藏大气水分循环过程为研究对象，致力于高原水汽的拉格朗日“源汇”结构的多尺度变化特征及其对周边区域降水的影响研究，力求实现如下目标：明确青藏高原水汽输送“源汇”结构时空分布及多尺度变化特征，量化不同水汽源区的相对贡献；阐明高原水汽“源汇”结构形成和变化机制。项目实施过程中，首先完成了多年的中尺度模式对青藏高原的区域模拟，构建青藏高原多年高时空分辨率的相对真实三维大气数据集；然后优化和改进基于拉格朗日气块追踪方法的高原水汽“源汇”计算方法，分析和揭示了青藏高原水汽“源汇”的三维时空分布特征，其中包括水汽源区的多时空变化特征、评估不同源区对青藏高原水汽的相对贡献等；基于高原水汽“汇区”分析结果，并与实测降水资料比较，研究高原水汽“源汇”对降水影响的大小；识别了从水汽源区到降水区域输送的大气环流结构及其变化对降水的影响；初步分析了青藏高原水汽“源汇”结构的形成机制，并结合多源观测资料及其相关统计方法，并通过研究高原东南部地区降水的水汽源区变化对降水强度的影响，初步揭示了水汽“源汇”结构与高原降水变化的关联特征。总体来看，项目研究按计划进行，完成各项研究任务。.项目研究成果在国际较高影响的大气科学刊物上，共发表 SCI研究论文7篇，培养研究生4名，其中硕士1名，博士研究生2名。相关研究成果亦美国地球物理学会AGU会议大会口头报告，引起国内外同行关注。

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