文章来源 | 公众号投稿
作者 | 姚俊强等
本成果以“Climatic and associated atmospheric water cycle changes over the Xinjiang, China”发表在国际水文领域SCI期刊Journal of Hydrology上。由中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所科研团队联合中科院新疆生态与地理研究所、成都信息工程大学和德国洪堡大学等科研单位共同完成，第一作者为中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所姚俊强副研究员，受到国家重点研发计划项目课题（2018YFA0606403）、国家自然科学基金（U1903208, U1903113, 41975146,U1603113）的共同资助。
全球气候变化引起广泛关注，干旱区对气候变化异常敏感，是全球变化的脆弱区。新疆地处亚洲中部干旱区，地形复杂，生态环境极其脆弱，抵御气候异常的能力较低，是全球气候变化的敏感区和强烈影响区。开展新疆大气水分循环过程研究，系统研究水汽来源、输送路径和水汽再循环过程对降水的影响，对提高区域降水变化的成因理解和预报预测水平具有重要的科学意义和应用价值。
大气水分循环过程是水循环过程的一个重要分支。大气降水一般有两个来源：局部蒸发的水汽（即大气水汽再循环）和外部水汽输送（平流水汽）。大气水汽再循环是水循环的关键组成部分，它连接着陆地表面和大气，平衡着地球系统的水和能量循环。因此，正确理解和准确估算大气水汽再循环过程对于预测区域水文气候和水资源的变化以及更好地适应变化具有至关重要的意义。但是，以往的新疆水循环研究往往忽略了大气水汽再循环过程。
围绕新疆区域大气水汽再循环变化过程及可能机制的科学问题，本研究基于大气水分循环理论框架，利用Brubaker和Schär水汽再循环模型计算了新疆区域水汽再循环率。首先，实际蒸散发量是水汽再循环模型中的关键参数，本研究利用Yao等（2017）构建的基于水热耦合平衡理论（Budyko假设）的内陆干旱区实际蒸散发估算模型，该模型在中国干旱区68个内陆河流域进行了验证，满足实际蒸散发量计算要求。其次，计算了新疆区域水汽再循环率及其变化，发现水汽再循环率在20世纪80年代突变型增加，区域水循环加快，显著区域在天山山区和昆仑山，春夏季更显著。
图1 新疆水汽再循环率和再循环降水量变化
研究揭示了气候变异性影响区域水汽再循环率变化的可能机理，发现水汽再循环率主要受降水量、水汽条件等水分变量的主导影响，辐射和大气动力项也有一定的影响。新疆上空水汽输入量和输出量变化均不明显，但偏南水汽输送加强。新疆地区经历了加速增暖和降水增加，水汽含量增加，地表风速“恢复”。所有这些变化都促进了潜在蒸发量的增加，而增加的降水量也增强了地表实际蒸发量，进而加剧区域水循环，形成正反馈机制。因此，大气的增温增湿增强了新疆地区的大气水汽循环，加快了水汽再循环过程。
图2 区域气候变暖加剧水汽再循环过程
图3 新疆大气水循环过程示意图（绿色数值表示1961-1979年平均值；蓝色数值表示1980-2010年平均值）
绿洲是干旱生态系统的重要组成部分。在新疆，约5%的绿洲面积支撑着95%以上的人口和90%以上的社会经济活动。绿洲“灌溉效应”对区域降水有明显的影响，灌溉可增加土壤水分，增加地表蒸发量和大气水汽含量；同时地表降温而改变区域风场，加强对流层低层对流上升运动，为局部降雨增强提供了良好的水分和动力条件。新疆是典型的“山盆”地形结构，具备山谷风循环条件。白天，谷风从绿洲吹向山区，增加了山区水汽含量，增强了向上垂直运动，为山区形成降水提供局地水汽源，并在山区形成更多降水。因此，人为改变水资源时空分布也加剧区域大气水汽再循环过程。
图4 人为改变水资源时空分布（灌溉）加剧区域水汽再循环过程示意图
研究表明水汽再循环形成的降水量在新疆降水总量中所占比重在10%左右，而90%以上的降水是由外来水汽输送引起的。因此，研究水分来源、运输路径以及与之相关的大气环流过程是至关重要的。新疆增温增湿迅速，大气水汽循环加剧，其影响可能改变邻近山区的冰川积雪状况，会进一步影响中亚干旱区的水文气候变化和水资源的可用性，在未来需要深入研究。
论文引用格式：Yao, J., Chen, Y., Zhao, Y., Guan, X., Mao, W., & Yang, L. (2020). Climatic and associated atmospheric water cycle changes over the Xinjiang, China. Journal of Hydrology, 585, 124823. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.124823
参考资料
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文章下载链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022169420302833/
