青藏高原内循环降水特征及其对全球变化的响应研究

Climate warming has caused a series of environmental problems in the land surface. The Tibetan Plateau warms with a faster pace than other regions with the same latitude. Therefore, the ecological security problems are particularly serious. Evapotranspiration is a key factor to characterize the surface ecological system activity. Part of the evapotranspiration from the land surface rises up through the vertical motion and forming clouds then fall to the local area again as precipitation, which is known as recycling, which became a quantitative index denoting the impacts of the land surface ecosystem on the regional water cycle. What about the recycling over the TP looks like? What will happen under the global change? What kind impacts on the water cycle will occur and how? All of these questions became the fundamental aspects of the land surface and atmosphere interaction study. The objective of this project is to assess the recycling over the Tibetan Plateau utilizing the advanced dynamic recycling model and high resolution atmospheric data sets. Recycling changes in the future under different emission scenarios will be projected. Possible mechanisms of recycling responses to climate change and influences on water cycle will be discussed. It is expected to provide scientific support for decision-making in the water resources protection in the head water zone, ecological security protection and response to global change research.

气候变暖引发了一系列地表环境问题。青藏高原的变暖速率大于同纬度其它地区，生态安全问题尤为严重。蒸散发是表征地表生态系统活动的关键因子，本地蒸发的水汽有一部分通过垂直运动凝结成云再形成降水又降到本地，称之为内循环降水，是地表生态系统对区域水分循环影响的一个定量指标。青藏高原内循环降水究竟如何？全球变化影响下将发生怎样的变化？对水循环有会产生怎样的影响？这些问题成为青藏高原地气耦合研究中的重要方面。本项目拟利用先进的动力内循环降水模型和高分辨率大气数据，评估青藏高原内循环降水率，预估未来不同排放情景下高原内循环降水的可能变化，揭示青藏高原内循环降水对气候变化的响应机理和地表生态系统对水循环的影响机制，为水源地水资源，生态安全保护和应对全球变化研究提供决策依据。

内循环降水过程是一种潜在的、重要的气候反馈机制，是地表生态系统对区域水分循环影响的一个定量指标。以往研究内循环降水多采用水量平衡法，该方法受假定条件限制，不能在全球变化背景下分析小时间尺度上的内循环降水过程，其内循环降水分析结果有很大不确定性。本研究利用拉格朗日后向轨迹法和耦合区域气候模式的欧拉方法估算了青藏高原内循环降水特征。本研究利用拉格朗日后向轨迹法对ERA-Interim（简称ERAI）、CCSM及其驱动的动力降尺度结果研究青藏高原内循环率特征，及其对气候变暖的响应。研究发现：1）拉格朗日后向轨迹法得到的内循环降水率主要受降水、潜热、可降水量等因素影响，无论时间空间尺度，降水都是主要影响因素。潜热是动力降尺度和驱动数据计算内循环降水率差异的主要影响因素。2）CCSM的降水量、潜热和可降水量均较ERAI大，但是高原平均内循环降水率ERAI与CCSM相当。ERAI和CCSM驱动的动力降尺度结果中，降水和可降水量的模拟均较其驱动小，潜热与可降水量比值较其驱动大，使得得到的内循环降水率较其驱动大。因此降水是影响内循环降水率空间分布的主导因素，而潜热是导致动力降尺度结果与大尺度驱动数据估算内循环降水率差异的主要原因。3）本世纪末（2090-2099年）RCP4.5与RCP8.5两种情景下CCSM预估内循环降水率均减小，而高分辨率模拟结果没有明显变化。.另外，我们还是用了最新的耦合区域气候模式的欧拉方法研究内循环降水率。研究发现区域气候模式中默认湖泊表面温度使用最近点的海温，严重高估了降水和内循环降水率的模拟，而且大值中心位于高原西南部的湖泊上空。改进湖泊模块的处理减小了降水模拟误差，更准确计算了内循环降水率，大值中心位置也由湖泊上空转移到中东部的三江源上空。使用改进后的湖泊模块，计算青藏高原平均内循环降水率为0.2-0.4，与拉格朗日后向轨迹法接近。