亚洲三大高原感热变化及其对中国天气气候协同影响研究进展

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2023.029

地球科学进展 ›› 2023, Vol. 38 ›› Issue (6): 580 -593. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2023.029

姚楠 ¹ ^, ²(

), 马耀明 ¹ ^, ² ^, ³ ^, ⁴ ^, ⁵ ^, ⁶(

)

^1.中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统科学国家重点实验室地气作用与气候效应团队，北京 100101
^2.中国科学院大学地球与行星科学学院，北京 100049
^3.兰州大学大气科学学院，甘肃兰州 730000
^4.西藏珠穆朗玛特殊大气过程与环境变化国家野外科学观测研究站，西藏定日 858200
^5.中国科学院加德满都科教中心，北京 100101
^6.中国科学院中国—巴基斯坦地球科学研究中心，伊斯兰堡 45320

收稿日期:2023-01-03 修回日期:2023-04-18 出版日期:2023-06-10
通讯作者: 马耀明 E-mail:nyao@itpcas.ac.cn;ymma@itpcas.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目“珠穆朗玛峰南北坡地区复杂地表地气间水热交换变化规律研究”(42230610);国家科技专项“第二次青藏高原综合科学考察研究”任务一之第3专题“地气相互作用及其气候效应”(2019QZKK0103)

Characteristics over Three Plateaus in Asia and Their Synergistic Impact on Weather and Climate in China: An Overview

Nan YAO ¹ ^, ²( ), Yaoming MA ¹ ^, ² ^, ³ ^, ⁴ ^, ⁵ ^, ⁶( )

^1.Land-Atmosphere Interaction and Its Climatic Effects Group, State Key Laboratory of Tibetan Plateau Earth System, Resources and Environment (TPESRE), Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
^2.College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
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^4.National Observation and Research Station for Qomolongma Special Atmospheric Processes and Environmental Changes, Dingri Tibet 858200, China
^5.Kathmandu Center of Research and Education, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
^6.China -Pakistan Joint Research Center on Earth Sciences, Chinese Academy of Sciences, Islamabad 45320, Pakistan

Received:2023-01-03 Revised:2023-04-18 Online:2023-06-10 Published:2023-06-07
Contact: Yaoming MA E-mail:nyao@itpcas.ac.cn;ymma@itpcas.ac.cn
About author:YAO Nan (1996-), female, Nanyang City, Henan Province, Ph.D student. Research areas include climate effects of land-atmosphere interaction over Tibetan Plateau. E-mail: nyao@itpcas.ac.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China “The study of land-atmosphere water and heat flux interaction over the complex terrain of north and south slopes of the Qomolangma region”(42230610);The Ministry of Science and Technology of China “Land-atmosphere interaction and its climate effect of the Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research Program”(2019QZKK0103)

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青藏高原、伊朗高原和蒙古高原属于亚洲高海拔地区，3个高原热力作用对同期和后期中国天气气候有重要影响。首先，介绍了3个高原地表感热时空变化特征，结果表明在全球变暖的背景下，3个高原地表感热经历了明显的年际和年代际变化，基本都在20世纪末到21世纪初出现年代际转折，之后探讨了它们之间地表感热可能存在的联系。其次，归纳总结了3个高原春季和夏季地表热力状况对中国天气气候的影响研究进展，结果显示：青藏高原感热对高原低涡的生成、发展和东移有重要作用，在适当的背景环流下会给中国东部地区带来暴雨天气；青藏高原和伊朗高原的“感热气泵”为亚洲季风区提供有利的大尺度上升背景场，而且这2个高原的热力协同作用对中国南方夏季降水的贡献要大于二者的线性叠加；青藏高原、伊朗高原和蒙古高原地表加热激发的次级环流下沉支与中国北方暖干化关系密切，且3个高原感热异常会引起其上空大气环流异常，通过大气遥相关调节中国北方天气气候。最后，在此基础上讨论了现有研究的不足，并对未来关于青藏高原、伊朗高原和蒙古高原感热的天气气候效应的研究进行了展望。

关键词: 地表感热, 青藏高原, 伊朗高原, 蒙古高原, 中国天气气候

The Tibetan Plateau (TP), Iranian Plateau (IP), and Mongolian Plateau (MP) belong to Asian high-altitude regions. Thermal forcing over the three plateaus is important in contemporaneous and subsequent weather and climate in China. Examination of the spatial and temporal variation characteristics of surface sensible heat over the three plateaus revealed remarkable interannual and interdecadal changes attributable to global warming that occurred from the end of the 20th century to the beginning of the 21st century. Their relationships and possible mechanisms are discussed. A summary of the research progress on the impact of surface thermal conditions over the three plateaus on the weather and climate of China during spring and summer revealed three findings. First, over the TP, sensible heating has a significant impact on the formation, development, and eastward movement of the TP vortex, which induces rainstorms in the eastern part of China with an appropriate circulation background. Second, the Tibetan-Iranian Plateau (TIP) “sensible heat driven air-pump” favors the development of upward flow over the Asian monsoon region. The combined contribution of TIP thermal condition is greater than their linear superposition to the summer precipitation in southern China. Third, the warmer and drier conditions in northern China are closely related to the compensatory downdraft induced by thermal forcing over the TP, IP, and MP. In addition, the abnormal surface heating of the three plateaus triggers abnormalities in local circulation and regulates the weather and climate over northern China through teleconnection patterns. The paper concludes with a discussion of future research considerations and challenges regarding the synergism of the TP, IP, and MP.

Key words: Surface sensible heat flux, Tibetan Plateau, Iranian Plateau, Mongolian Plateau, Weather-climate in China.

中图分类号:

P467

表1 青藏高原大气科学试验和陆—气相互作用过程观测试验（据参考文献［ 12 ， 18 ］修改）

Table 1 Information of the Tibetan Plateau atmospheric field experiments and land-atmospheric interaction process observation experiments （ modified after references ［ 12， 18］）

名称	重点观测内容	时间
第一次青藏高原气象科学实验	地面热量与辐射平衡观测，地面和高空常规气象要素加密观测	1979年5~8月
中日亚洲季风机制合作研究计划	地面热量与辐射平衡观测，边界层观测，冰雪与冻土过程监测	1993—1999年
第二次青藏高原大气科学试验	地面热量辐射平衡观测，边界层观测，地面和高空常规气象要素加密观测	1998年5~8月
全球水分能量循环亚洲季风试验——青藏高原试验研究	地面热量、辐射和水分观测，边界层观测，地面和高空常规气象要素加密观测，云降水特征观测	1996—2000年
全球协调加强观测计划亚澳季风之青藏高原试验研究	地面热量、辐射和水分观测，边界层观测，地面和高空常规气象要素加密观测，云降水特征观测	2001—2005年
中日气象灾害合作研究中心项目青藏高原及周边新一代综合气象观测计划	地面热量平衡观测，边界层观测，大气热源、能量和水分观测	2006—2009年
第三次青藏高原大气科学试验	陆面—边界层特征观测，对流层常规探空加密观测，云降水特征观测，大气臭氧、气溶胶和水汽垂直廓线加密观测（对流层—平流层交换过程观测）	2014—2018年
第三极环境观测研究平台	边界层过程观测，地面和高空常规气象要素加密观测，土壤温湿度观测	2018年至今

表1 青藏高原大气科学试验和陆—气相互作用过程观测试验（据参考文献［ 12 ， 18 ］修改）

Table 1 Information of the Tibetan Plateau atmospheric field experiments and land-atmospheric interaction process observation experiments （ modified after references ［ 12， 18］）

名称	重点观测内容	时间
第一次青藏高原气象科学实验	地面热量与辐射平衡观测，地面和高空常规气象要素加密观测	1979年5~8月
中日亚洲季风机制合作研究计划	地面热量与辐射平衡观测，边界层观测，冰雪与冻土过程监测	1993—1999年
第二次青藏高原大气科学试验	地面热量辐射平衡观测，边界层观测，地面和高空常规气象要素加密观测	1998年5~8月
全球水分能量循环亚洲季风试验——青藏高原试验研究	地面热量、辐射和水分观测，边界层观测，地面和高空常规气象要素加密观测，云降水特征观测	1996—2000年
全球协调加强观测计划亚澳季风之青藏高原试验研究	地面热量、辐射和水分观测，边界层观测，地面和高空常规气象要素加密观测，云降水特征观测	2001—2005年
中日气象灾害合作研究中心项目青藏高原及周边新一代综合气象观测计划	地面热量平衡观测，边界层观测，大气热源、能量和水分观测	2006—2009年
第三次青藏高原大气科学试验	陆面—边界层特征观测，对流层常规探空加密观测，云降水特征观测，大气臭氧、气溶胶和水汽垂直廓线加密观测（对流层—平流层交换过程观测）	2014—2018年
第三极环境观测研究平台	边界层过程观测，地面和高空常规气象要素加密观测，土壤温湿度观测	2018年至今

图1 第三极环境观测研究平台台站分布（修改自 http：//www.tpe.ac.cn/science/STEP/202003/t20200314_231337.html ）

Fig. 1 The stations layout on the TPEORP （modified after http：//www.tpe.ac.cn/science/STEP/202003/t20200314_231337.html ）

图2 1979—2016年青藏高原平均地表感热通量变化曼—肯德尔检验^{［

52
］}

Fig. 2 Mann-Kendall （MK） test of surface sensible heat flux over the Tibetan Plateau from 1979 to 2016^{［

52
］}

图3 1979—2014年春季［（a）~（b）］夏季［（c）~（d）］伊朗高原北部［（a）和（c）］和南部［（b）和（d）］感热通量指数（ $I S H$ ）和潜热通量指数（ $I L H$ ）的年际变化^{［

43
］}
*表示通过0.05显著性水平， r为

I S H

和

I L H

间去除线性趋势后的相关系数

Fig. 3 Interannual variations of $I S H$ and $I L H$ over western ［（a） and （c）］ and eastern ［（b） and （d）］ Tibetan Plateau in the spring ［（a）~（b）］ and summer ［（c）~（d）］ from 1979 to 2014^{［

43
］}
* Means the trend is significant at / above the 0.05 level， r is the correlation coefficient between

I S H

and

I L H

after the linear trend removed

I S H

和

I L H

间去除线性趋势后的相关系数

I S H

and

I L H

after the linear trend removed

图4 1979—2021年蒙古高原平均地表感热通量和潜热通量的季节变化

Fig. 4 The seasonal variations of surface sensible heat flux and surface latent heat flux over the Mongolian Plateau from 1979 to 2021

图5 蒙古高原全年平均［（a1）~（a4）］及春［（b1）~（b4）］、夏［（c1）~（c4）］、秋［（d1）~（d4）］、冬［（e1）~（e4）］季的地表感热通量EOF分解的第1模态［（a1）~（e1）］、第2模态［（a3）~（e3）］及对应的时间系数［（a2）~（e2）］和［（a4）~（e4）］
EOF右侧数字表示每个模态的贡献率，*表示通过North检验

Fig. 5 The first modes ［（a1）~（e1）］， second modes ［（a3）~（e3）］ modes of the EOF expansion for the annual average ［（a1）~（a4）］，spring ［（b1）~（b4）］，summer ［（c1）~（c4）］，autumn ［（d1）~（d4）］ and winter ［（e1）~（e4）］ sensible heat flux over the Mongolian Plateau，and the time coefficients ［（a2）~（e2）］ and ［（a4）~（e4）］
The contribution rate of each mode is shown in the figures，* indicates passing the significance North test

图6 青藏高原、伊朗高原和蒙古高原地表感热变化特征及其对中国天气气候协同影响规律研究框架

Fig. 6 Research frame of the synergistic impact of surface sensitive heating over Tibetan Plateau，Iranian Plateau and Mongolian Plateau on weather and climate in China

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