中国干旱半干旱区水汽源地和水汽输送路径特征研究

The arid and semi-arid region is a hot spot of land-atmosphere interaction, as well as the sensitive area of the response of hydrological cycle to global warming around the world. In the arid and semi-arid region of China, the precipitation has changed dramatically in recent decades. Although the precipitation variation is supposed to be impacted significantly by the moisture recycling process, its mechanism is still unclear. Particularly, there is no clear conclusion of the quantitative contribution of the recycled moisture for the precipitation in that region. To do this, the project firstly plans to select the relatively best datasets for this study from several established high-quality reanalysis datasets. Based on that selected datasets, the moisture sources and transport paths with their moisture contribution ratios will be derived by the use of the Eulerian-type numerical recycling model and Lagrangian-type semi-analytical recycling model, respectively. Further analysis about the spatiotemporal variation of the moisture sources and transport paths and the associated governing atmospheric circulation systems will help us to construct the physical image, i.e. atmospheric circulation-moisture source (include oceanic and terrestrial source)-regional precipitation. The study mentioned above will deepen the understanding of the regional precipitation variation and hydrological cycle, which will provide solid foundation for prediction of precipitation variation.

干旱半干旱区是全球陆-气相互作用的热点区域之一，也是水循环对全球增暖响应的敏感地区。中国干旱半干旱区近几十年来降水发生了显著的变化，但这种变化的机制还不慎清楚，其中水汽再循环过程对降水的异常变化具有重要作用，但这种作用的定量贡献至今尚无确切的定论。本项目拟通过优选再分析资料，结合不同类型水汽再循环模型的特点，利用基于欧拉观点建立的数值模型探寻影响该地区降水的水汽源地，估算水汽源地对研究区域降水的贡献率；在此基础上，利用拉格朗日半解析模型追踪水汽源区到汇区的水汽输送路径，并获得水汽输送路径的水汽贡献率；综合分析水汽源地和输送路径的时空变化特征及其与大气环流背景的联系，构建起"大气环流-水汽源地（包括海洋和陆地源地）－输送路径-区域降水"物理图像。通过该项目的实施，将有助于深化对我国干旱半干旱区降水异常及其区域水循环变化的认识，为提高区域降水变化的预测能力提供理论基础。

干旱和半干旱区是全球气候变化的热点地区之一，也是对自然变化和人类活动强迫的敏感区。在当前全球增暖的背景下，中国干旱半干旱区近几十年降水发生了显著变化，而大气水汽输送变化对该区域降水的异常变化具有重要作用。故通过分析中国干旱半干旱区降水水汽源地、水汽输送路径变化以及对应的大气环流过程有助于更好的认识该区域降水变化的特点，进而增进对该区域气候变化的理解，因此具有重要的科学意义。围绕上述科学问题，本项目试图回答如下问题：影响中国干旱半干旱区降水的水汽主要来源于何处？水汽输送路径的特点及长期变化特征如何？影响水汽输送通道变化的主要大气环流系统有哪些？上述问题的回答有助于从大气水汽收支角度明晰中国干旱半干旱区降水异常变化的物理过程，深化理解我国干旱半干旱区降水异常及其区域水循环变化过程，并为提高区域降水变化的预测能力提供理论基础。.项目主要利用当前质量较高的ERA-Interim再分析资料，将欧拉观点下的水汽解释模型与拉格朗日观点下的动力降水再循环模型相结合，建立了可用于明确水汽源地和水汽输送过程的无边界降水水汽循环模型。该模型可以定量给出从水汽源地到汇区的水汽收支过程。利用该模型，项目进一步将我国干旱和半干旱区分为东西两个不同的区域。研究发现影响西部干旱区的水汽主要源地为西北和西南区域的欧亚大陆，其水汽源地可追踪到北大西洋以及北极地区。影响东部区域的水汽源地不仅包括整个欧亚大陆，还包括阿拉伯海、孟加拉湾和印度洋，来自西南源地的水汽对该区域年际降水量变化有重要影响。降水的长期变化趋势以及年际变化特征与水汽输送路径和水汽源地的水汽贡献量密切相关。水汽输送路径变化不仅影响到源地水汽贡献量，同时也直接受控于大气环流型的变化。尤其与上游北大西洋向中亚演变的波列结构密切相关。其中NAO的能量频散确定了下游欧亚区域波动异常的位相和结构，从而调节我国干旱和半干旱区的大气水汽收支变化，进而影响区域降水量的变化。