青藏高原与北部沙漠地区陆-气耦合系统关联性及其对北方干旱的影响研究

China is the world's one of the most frequent countries for drought disasters which varies significantly across regions, particularly the northern region (mainly consisting of northwest- and northeast- arid and semi-arid regions). As the roof of the world, Tibetan Plateau play an important role on these regional drought formation through the land-atmosphere interaction. Especially, there is a vast desert north of Tibetan Plateau, of which the land-atmosphere interaction shows multilayered abnormally because of the unique symbiosis of plateau and desert. But such land-atmosphere interaction is still unclear in its internal characteristics and the influences on the droughts in northern China. Therefore, this project will make full use of the valuable experimental data in a series of scientific research projects such as "The third Tibetan Plateau experiment of atmospheric sciences" and "Drought Meteorology Scientific Research Project", to study the characteristics of the land-atmosphere interaction in Tibetan plateau and its surrounding desert and then uncover their influence mechanism on the drought in northern China and further give the development of the drought in the north of China, based on the observation, numerical simulation and theory analysis. The implementation of this project will expand and deepen the study of land-atmosphere coupling system in Tibetan plateau and its surrounding region and provide a new perspective and theoretical basis for the drought formation mechanism research. It will have important support to the development of the integrated drought early warning technology for our country.

我国干旱灾重且区域性明显，主要分布在北方干旱半干旱区，发生最频、影响最重，青藏高原陆-气耦合系统对这些区域干旱有重要影响，高原北部的我国最大沙漠群其陆-气耦合对该区域干旱的作用同样不能忽视，且这两种独特而重要的共生地理单元构成了显著的陆-气耦合多层次性且相互关联，那么它对北方干旱又如何影响？本项目将利用第三次青藏高原大气科学试验计划、干旱气象科学研究计划等项目观测试验资料和成果，通过观测分析、模式改进和模拟、统计和动力诊断及理论分析等手段，研究青藏高原及其北部沙漠地区陆-气耦合特征，并探究高原和北部沙漠之间陆-气耦合系统的关联性，揭示高原—沙漠共生地理现象陆-气耦合过程对北方重大干旱的影响机制，并给出清晰物理图像。本项目是对青藏高原陆-气耦合系统研究的深化和拓展，为我国干旱成因研究提供新视角新理论，有创新性，对我国干旱早期预警技术集成发展将产生重要支撑。

干旱是影响最广泛的灾害性气候事件之一，我国北方是旱灾的频发区，其干旱的发生不仅受到青藏高原陆-气耦合系统的重要影响，同时也与高原北部沙漠地区陆-气耦合系统的作用相关。本项目以青藏高原及其北部沙漠地区作为切入点，首先，对这两个区域的陆-气耦合过程进行观测试验。然后，在探究青藏高原—沙漠地区的两种陆-气耦合系统之间相互关联性的基础上，进一步研究并揭示高原—沙漠地区陆-气耦合过程对我国北方干旱的影响及作用机理。结果表明，高原北坡塔克拉玛干沙漠腹地不稳定边界层高度可以超过3000米。蒙古高原东部地区的气压涨落对湍流能量的贡献主要体现在较大尺度，气压、气压标准差和气压脉动湍流强度存在明显的白天强、夜晚弱的日变化特征。慢速过程在青藏高原大部分区域冷季都对陆地水储量变化起着主导作用。通过引入湍流热力间歇性修正因子，修正了黄土高原半干旱区的湍流间歇指数。我国北方干旱事件开始发生后，地表植被强度出现萎缩，导致地表返照率增加，从而影响大气能量收支，进而影响干旱解除阶段的天气系统，造成不利的水汽条件。在干旱结束阶段，此类植被萎缩导致的环流信号通过边界层传递至高层，逐次影响接连而来的历次降水过程，最终使得干旱解除周期显著延长。西北干旱区土壤湿度增加会导致该地区降温、降水增加，进一步导致华北地区升温、降水量显著减少。青藏高原大气的水汽含量在夏季呈现增加趋势，内循环和外循环对这一变湿趋势的贡献率分别为63.87%和36.13%。土壤湿度与大气之间的负反馈在黄土高原北部和西部地区占主导地位，而正反馈在黄土高原南部和东部地区占主导地位。从边界层水热交换的角度探究干旱形成的深层机制，发现不同下垫面条件下深对流的发生与大气初始状况有关。本项目成果是对青藏高原陆-气耦合过程研究的拓展和深化，将进一步加深青藏高原对我国干旱事件影响机理的科学认识，为干旱预警预测技术的集成发展以及我国防旱减灾决策提供重要支撑。