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水利系杨大文教授课题组最新研究揭示青藏高原夏前冻土融化异常与东亚梅雨关系

清华新闻网11月11日电 在气候变化影响下,全球近几十年来冰冻圈(积雪、冰川、冻土)均发生不同程度的退化;同时,冰冻圈退化又通过调节地表能量收支、水循环和大气环流等过程进一步影响气候系统。青藏高原作为地球“第三极”,拥有除极地地区以外最大范围的冰冻圈分布,其冰冻圈变化被认为是影响东亚夏季风气候系统的一个关键指标。然而,由于已有实测或模拟冻土数据集的局限性,评估冻土融化异常对东亚气候系统影响的研究仍然较为匮乏,青藏高原冻土变化对下游降水的广域影响的认识仍然存在不足。

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图1 青藏高原冻土类型的空间分布以及研究区域概况图

清华大学水利系杨大文教授团队基于分布式冻土水文模型(GBEHM)模拟的青藏高原多年冻土与活动层厚度分布数据集,结合统计分析方法,探讨了1981-2019年夏前冻土融化与东亚6-7月梅雨季降水的遥相关关系。其中,青藏高原夏前冻土融化厚度的增加(减少)与长江中下游流域、日本南部地区6-7月降水偏多(偏少)以及珠江流域、海河流域6-7月降水偏少(偏多)有关,青藏高原夏前冻土融化异常可能通过陆气耦合机制影响东亚梅雨季降水。

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最大协方差分析(MCA)第一模式 (a)冻土(相关系数)

最大协方差分析(MCA)第一模式(b)降水(相关系数)

图2 1981-2019年夏前冻土融化和东亚降雨之间的耦合分析。第一个MCA模式(协方差frac=59%, corr=0.99)下的(a)夏前冻土融化和(b)东亚6、7月降水的异质性回归图。黑色标记表示具有统计学显著相关性的区域(p<0.1)

进一步探究其机理发现,随着地表非绝热加热的增强(减弱),冻土融化的增加(减少)会使地表感热和地表温度增加(减少),这一变化将导致南亚高压增强(减弱)向东延伸,对流层高层西风带增强(减弱);同时,西北太平洋副热带高压向西延伸,且向东北方向输送的水汽增多(减少)。上述机制将导致梅雨带进一步向西延伸(向东回撤),给长江中下游一带以及日本南部带来较多(较少)降水。这一发现有望为揭示气候变化下青藏高原冻土退化对东亚夏季风气候系统的广域影响提供新的思路。

图3 合成分析(Composite analysis)。(a)夏前冻土融化厚度(m),(b)东亚梅雨季节降水(mm/d),(c)水汽输送(IVT)矢量(kg/(m·s))和(d)大气河(atmospheric river)发生频率的正负异常年差值

11月1日,该项研究工作以“青藏高原夏前冻土融化异常与东亚夏季降水关联”(Linkage between anomalies of pre-summer thawing of frozen soil over the Tibetan Plateau and summer precipitation in East Asia)为题的研究论文发表在《环境研究快报》(Environmental Research Letters)上。这是该课题组近年连续在专业领域顶级期刊发表多项关于青藏高原冻土变化的研究成果后,在青藏高原冻土变化对东亚气候影响研究上的又一重要进展。

清华大学水利系2020届硕士毕业生李钰珩为论文第一作者,杨大文教授为通讯作者,合作者包括清华大学水利系博士后王泰华、清华大学水利系副研究员唐莉华、清华大学地球系统科学系教授阳坤和三峡集团科研院教高刘志武。该研究工作得到了国家自然科学基金、三峡集团科研专项等项目资助。

论文链接:

https://www.researchgate.net/publication/355190893_Linkage_between_anomalies_of_pre-summer_frozen_soil_thawing_over_Tibetan_Plateau_and_summer_precipitation_in_East_Asia

供稿:水利系

标题图设计:任左莉

编辑:李华山

审核:李晨晖

2021年11月11日 13:42:07

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