青藏高原被譽(yù)為亞洲水塔，其大氣水循環(huán)如何受中緯度西風(fēng)影響一直備受關(guān)注。中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所的研究團(tuán)隊(duì)在第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究的支持下，揭示了在西風(fēng)主導(dǎo)的冬春季穩(wěn)定天氣條件下亞洲水塔水汽輸送的垂直輸送帶調(diào)控機(jī)制。

研究表明，西風(fēng)是亞洲水塔水循環(huán)演變的重要?jiǎng)恿φ{(diào)控因素。它不僅主導(dǎo)亞洲水塔北部和西部地區(qū)的水文氣候過程，還通過與季風(fēng)的相互作用，調(diào)控降水季節(jié)變化和印度夏季風(fēng)強(qiáng)度，進(jìn)而影響該地區(qū)春季積雪、冰川物質(zhì)平衡以及水資源的空間異質(zhì)性。因此，準(zhǔn)確了解西風(fēng)水汽傳輸?shù)臅r(shí)空變化對(duì)于預(yù)估亞洲水塔未來水資源穩(wěn)定性及風(fēng)險(xiǎn)管理具有重要意義。

然而，由于觀測(cè)資料匱乏，關(guān)于西風(fēng)平流輸送的水汽如何集成于亞洲水塔的大氣水循環(huán)及其發(fā)生機(jī)制仍不清楚。特別是在無(wú)降水條件下，復(fù)雜地形、邊界層過程及殘余水汽如何與西風(fēng)傳輸?shù)耐庠此嗷プ饔酶淖儏^(qū)域大氣水汽含量和分布，仍缺乏系統(tǒng)認(rèn)知。

經(jīng)過8年科學(xué)攻關(guān)，研究團(tuán)隊(duì)成功完成32次高海拔區(qū)浮空艇大氣水汽穩(wěn)定同位素和氣象要素三維綜合觀測(cè)，并結(jié)合同位素理論模型及同位素示蹤大氣環(huán)流模式模擬。他們發(fā)現(xiàn)，大氣水汽穩(wěn)定同位素是理解亞洲水塔大氣動(dòng)力過程的有效示蹤指標(biāo)。32組大氣水汽穩(wěn)定同位素垂直廓線揭示出大氣水汽分層結(jié)構(gòu)，且存在顯著的季節(jié)差異。

在自由對(duì)流層與邊界層之間，存在一個(gè)約600米至1600米的大氣水汽混合層。邊界層最底部（高度約100米）表現(xiàn)出同位素、比濕和氣溫的最大垂直變率。研究顯示，亞洲水塔垂直水汽輸送由雙重“輸送帶”驅(qū)動(dòng)：大尺度西風(fēng)平流輸送的水汽主要分布于高空自由對(duì)流層，而局地來源水汽則在日尺度上塑造邊界層內(nèi)的水汽分布；在夜間，西風(fēng)輸送的外源水汽下沉并與熱力學(xué)性質(zhì)不同的局地殘留水汽相互作用，引發(fā)逆溫和冷凝過程，從而抑制水汽的層間垂直混合，導(dǎo)致自由對(duì)流層水汽與大氣邊界層水汽解耦。地表凝結(jié)進(jìn)一步抑制了邊界層內(nèi)的向上水汽輸送，維持其下方近似穩(wěn)態(tài)的大氣條件。

模擬結(jié)果表明，在無(wú)降水情況下，西風(fēng)平流輸送的自由對(duì)流層水汽通量中約有30%可通過夜間垂直“輸送帶”集成于局地大氣水循環(huán)。這一過程是西風(fēng)平流水汽凈輸入亞洲水塔的局地水循環(huán)和維持邊界層內(nèi)水汽積累的重要途徑。這項(xiàng)研究結(jié)果可為改進(jìn)大氣模式、優(yōu)化亞洲水塔加速水循環(huán)的氣候預(yù)估、推進(jìn)區(qū)域冰芯等同位素記錄的氣候解釋提供關(guān)鍵依據(jù)。

研究團(tuán)隊(duì)也提醒，由于本項(xiàng)研究使用的浮空艇觀測(cè)僅在相對(duì)靜穩(wěn)天氣條件下進(jìn)行，因此相關(guān)結(jié)論更適用于干季或干旱環(huán)境中無(wú)強(qiáng)對(duì)流天氣情況下的持續(xù)水汽傳輸機(jī)制識(shí)別，而非全年所有天氣尺度的完整刻畫。