气候变化下中国西部水汽内外循环的变化特征及其对降水的影响

The global warming is estimated to lead to the acceleration of the water cycle, and then the Spatio-temporal distribution and the intensity of precipitation may be changed. The variation of water vapor content is closely related to the rate of water cycle and the variation of precipitation. Terrestrial moisture is contributed by evapotranspiration and advection moisture, but the two moisture sources may have different effects on precipitation changes in different regions. According to the weak links in the study of water cycle over Western China, this project will analyze the Spatio-temporal variation of recycled moisture and advection moisture, and estimate the contributions of the two moisture sources to the wetting trend over Western China by calculating the moisture recycling ratio. Also, this project will analyze the possible changes in the main moisture transport sources and moisture transport pathways affecting the variations of precipitation since climate warming and wetting. The role of new moisture transport pathway that may exist in the wetting period also will be studied. Besides, the future change of the recycled moisture and advection moisture, and their impact on future precipitation over Western China will be projected by using climate model datas.

气候变暖背景下，全球水循环过程加速，进而引起降水的时空分布格局和强度可能发生改变。空中水汽含量的变化与水循环速率及降水多寡变化密切相关。外部水汽输入和本地蒸散发补充是区域空中水汽两种来源，在不同区域对降水变化具有不同作用。本项目针对中国西部地区水循环研究的薄弱环节，通过计算区域水汽内外循环速率，分析内外循环降水的时空变异特征，确定水汽内外循环对中国西部增湿的贡献量。同时，深入分析气候暖湿化以来影响中国西部地区降水变化的主要水汽源和水汽输送路径可能发生的变化，探究西部增湿可能存在的新的水汽输送通道的作用。最后，通过气候模式资料，预估未来中国西部地区水汽内外循环的变化趋势及其对未来降水的影响。

本项目研究了内外循环对西北暖湿的相对贡献，并分析了西北增湿的水汽来源和路径。近60年中国西北和青藏高原地区降水再循环率均呈显著上升趋势，即中国西部地区内循环显著加强。西北和高原总降水中，外循环降水量远大于内循环降水量，总降水的变化主要受外循环降水变化主导。近几十年西北和高原年降水量均呈现显著增加趋势，其中西北地区外循环降水增加对其总降水量增加的贡献达75%，内循环降水增加对总降水量增加的贡献约为25%，而高原地区外循环降水增加对其总降水量增加的贡献为68.4%，内循环降水增加对总降水量增加的贡献约为31.6%。中国西部地区在20世纪90年代初发生的年代际增湿主要是由于东边界水汽异常输入的结果，偏东风水汽输送异常已成为近30年影响西部地区夏季降水的主要水汽异常输送带。降水和水汽输送路径的年代际转变与北大西洋和印度洋-西太平洋暖池在20世纪80年代中期开始发生的年代际增暖有关。印度洋-西太暖池增暖减弱了海陆热力梯度，东亚经向环流减弱，导致偏南的亚洲夏季风水汽输送显著减少。另外，印度洋-西太暖池增暖和西太平洋增暖都可以激发出贝加尔湖和阿留申群岛低空产生反气旋环流异常，日本上空产生气旋环流异常，这样的波列使得中国东部被异常的偏北气流控制，西部地区为偏东风气流，从而使得北冰洋和北太平洋的两支水汽输送到我国西部地区，并辐合上升，有利于降水的形成。预估在SSP126情景下，未来百年降水再循环率仍将呈波动增加趋势，而在SSP585情景下，未来降水再循环率呈明显的下降趋势。在SSP126和SSP585情景下，未来近期（2021-2040年）、中期（2041-2060年）和远期（2081-2100年）西北全区外循环降水均偏多，随时间推移，外循环降水增加将更为明显。从内外循环降水变化来看，未来西部降水的增加是由内外循环降水增加共同导致，但外循环降水增加贡献更大。