增暖背景下西北西部区域气候及水分过程发生变化的机理研究

本项目拟从气候和水文器测资料、代用资料、场地实验观测数据并结合卫星遥感信息，揭示我国西北西部区域气候和水分过程变化的基本事实，尤其是西北西部区域气候水分过程发生转折性变化的规律及其与全球大尺度气候背景的相互联系；以实验观测数据和卫星遥感信息相结合确定具有西北西部地域特征的陆面过程参数，以期改进区域耦合气候模式中陆面模式过程，提高区域耦合气候模式对气候和地表水分过程的模拟能力。进一步利用区域耦合模式的对西北西部区域气候及水分过程发生转折性变化的机理进行模拟研究；对比增暖前后该区域气候及水分过程的特征差异，从地表过程的区域变化和大尺度气候背景作用两个方面研究我国西北西部气候及水分过程发生转折的原因，为全球增暖的区域响应研究及科学预测该地区气候和水分过程的未来变化提供依据。

项目通过4年的执行完成了申请书中所设计的研究内容，达到了预期的目标。建立了以新疆为主要研究对象的气候与水文数据库，包括气象站和水文站的观测数据和径流数据;建立了以观测数据为基础的陆面模式驱动场。组织了我国干旱半干旱区的地表能量、水分通量的协同观测，取得了连续4年的夏季25站的协同观测数据。通过分析发现，新疆地区降水的变化有明显的年代际变化特征，且各个季节在1987后降水都有增加趋势，降水量的大小随海拔高度的增加而增加，且和坡度和坡向有关；新疆降水的年代际增长趋势与大西洋多年代际振荡（AMO）密切相关，且AMO年代际变化的冷位相超前新疆降水降水年代际位相转折3年。基于以上数据，对干旱半干旱区陆面模式中的粗燥度、冻融过程和土壤呼吸过程进行改进完善并耦合于区域气候模式。利用全球大气环流模式和高分辨率区域气候模式对新疆地区降水和水分过程发生转折性变化机制的研究表明，AMO的冷位相时段对应西风气流的加强，而加强了进入新疆的西北气流，增加了对该地区的水分输送，加之该地区的特殊地形，造成新疆地区降水处于一个异常偏多的时段。进一步通过高分辨率的区域耦合模式的模拟研究发现，新疆地区降水偏多的主要原因是大尺度水汽的输送增强，而地表蒸发对降水的贡献相对较小，其中大气环流的水汽输送对降水增加的贡献达87%，而地表蒸散的贡献为13%。全球模式和区域模式相结合表明，大尺度海温的年代际振荡（如AMO）异常导致大气环流异常所引起的水分输送增加，导致新疆降水的和年代际转折性特征，而地表的蒸发加强了这种增加趋势。最后，给出了新疆地区降水增加形成机制的物理图像。通过该项目的执行，我们深刻地认识到干旱区的气候变化与全球尺度气候变化密切相关，要充分认识干旱区的气候变化并预测它需要进行气候变化的全球关联性研究。为此，在该项目的基础上，我们提出了《全球典型干旱半干旱地区年代尺度气候变化机理及其影响研究》的研究，被科技2011年批准列为“全球变化国家重大研究计划”项目。项目共发表论文20篇，其中SCI论文9篇，专著一部，译著1部。培养博士7名，硕士5名，已毕业博士3名，硕士2名。