位渦(PV)是理解大氣運(yùn)動的重要理論工具。根據(jù)PV理論,地表的熱力異常是制造PV,驅(qū)動大氣環(huán)流異常的源動力。青藏高原是全球氣候重要的地形強(qiáng)迫,長久以來,人們對青藏高原冬季氣候影響的認(rèn)知,主要集中在其對西風(fēng)氣流的阻擋作用上。那么,冬季高原的熱力異常是否能夠參與區(qū)域氣候調(diào)控?高原地表的非絕熱冷卻異常通過什么樣的大氣過程影響周圍區(qū)域氣候?
近日,中國科學(xué)院大氣物理研究所生宸副研究員、吳國雄院士、劉屹岷研究員、何編研究員,聯(lián)合英國雷丁大學(xué)的Brian Hoskins教授和John Methven教授,針對青藏高原冬季的表面冷卻效應(yīng)開展了深入研究,相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Climate上。
研究結(jié)果表明(圖1):青藏高原的非絕熱冷卻異常主要集中在近地表淺層(厚度約88 hPa),地面強(qiáng)度最強(qiáng),向上迅速衰減,呈現(xiàn)“下重上輕”的垂直結(jié)構(gòu)。冬季高原的非絕熱冷卻異常有兩個重要作用(圖1左側(cè)),一方面,能夠激發(fā)沿著高原斜坡的近地層異常下降流(katabatic flow);另一方面,冷卻相關(guān)的垂直結(jié)構(gòu)能夠在高原近地層制造大量正PV。由冬季高原地表冷卻激發(fā)的異常下降流,能夠攜帶正PV進(jìn)入西伯利亞高壓區(qū),削弱西伯利亞高壓,進(jìn)而減弱東亞冬季風(fēng),引起我國冬季偏暖(圖1右側(cè))。
“我們發(fā)現(xiàn),青藏高原冬季的表面冷卻會生成異常正 PV,并激發(fā)近地層的下降流。這些下降流攜帶的正 PV 對周邊地區(qū)產(chǎn)生了顯著的氣候影響?!?論文作者指出,“這一結(jié)果表明,冬季除青藏高原的阻擋效應(yīng)外,熱狀況引起的位渦制造效應(yīng)可能在驅(qū)動中國東部氣候異常中同樣起著重要作用?!?/p>
在國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置(EarthLab)的支撐下,該研究的數(shù)據(jù)分析部分順利完成。本研究同時得到國家自然科學(xué)基金(42305057、42288101)、中國科學(xué)院特別研究助理資助項(xiàng)目(2022000242)及國家留學(xué)基金委(202304910130)的聯(lián)合資助。

圖1?北半球冬季,青藏高原地表非絕熱冷卻產(chǎn)生的位渦異常影響中國東部地面氣溫的機(jī)制示意圖。左半部分,近地表層非絕熱冷卻產(chǎn)生位渦的物理過程。棕色梯形代表青藏高原,藍(lán)線表示地表非絕熱冷卻異常,黑線為本研究中近地表層的頂部,紅色陰影表示正位渦生成異常,灰色矢量表示沿青藏高原斜坡的下降流(katabatic flow)。右半部分,青藏高原上方的紅色淺層表示近地表層非絕熱冷卻產(chǎn)生的位渦,藍(lán)色陰影表示西伯利亞高壓減弱,紅色虛線表示地表正位渦,黑色矢量表示異常南風(fēng)氣流,灰色矢量表示沿青藏高原斜坡的下降流。
論文鏈接:
Sheng,C.*,B. Hoskins,J. Methven,G. Wu,Y. Liu,and B. He,2025: Influence of potential vorticity generated by diabatic cooling over the Tibetan Plateau on the surface air temperature of eastern China during boreal winter.?Journal of Climate,?https://doi.org/10.1175/JCLI-D-24-0732.1