影响中亚夏季降水年际变化的水汽来源及其动力机理研究

Located at the inner land of Eurasia, arid Central Asia is the geographical core region of “the Silk Road Economic Belt” of “the Belt and Road Initiatives”. The vulnerable ecological system in this region is highly sensitive to precipitation changes. A key step toward understanding the formation mechanisms of precipitation is identifying the geographic origins of moisture and the transporting processes. However, few studies focus on the interannual variation of summer precipitation over Central Asia to reveal the moisture sources as well as the dynamic mechanisms. In this project, we aim to identify the moisture sources for the summer precipitation over Central Asia based on the FLEXPART model, and reveal the core source regions in association with the interannual variation of summer precipitation. The corresponding dynamic processes are revealed by analyzing the evolution of synoptic circulations associated with moisture transport. Finally, the moisture budget analysis is employed to address the contribution of different factors to the interannual variation of summer precipitation over Central Asia and the corresponding mechanisms. This project has great importance in improving the skill of climate prediction over Central Asia, and can provide substantial scientific support for the government policy-making as well as the successful development of “the Belt and Road Initiatives”.

中亚位于欧亚大陆内陆，是“一带一路”倡议中“丝绸之路经济带”的地理中心区域。该区域属于干旱区，生态系统脆弱，对降水变化十分敏感。水汽输送动力机制是影响降水变化的关键环节，但当前研究对中亚夏季降水年际变化的这一关键环节认识仍不清楚。为此，本项目拟基于拉格朗日模式FLEXPART开展针对中亚夏季干、湿年份降水事件的水汽源追踪研究，识别出其相应的水汽源地并定量估算各水汽源地的贡献，揭示影响中亚夏季降水年际变化的关键水汽源区；理解水汽输送的天气尺度环流演变特征，明晰水汽从源区输送至中亚地区的动力过程，通过水汽收支诊断分析深入揭示不同因子影响中亚夏季降水年际变化的物理机制。本项目的开展有助于提升针对中亚地区的气候预测水平，并为政府气象减灾和防灾活动以及“一带一路”倡议的实施提供重要的科学支撑价值。

位于欧亚大陆内陆的中亚干旱区是“一带一路”倡议中“丝绸之路经济带”的地理中心区域，该区域生态系统脆弱，对降水变化十分敏感。水汽输送动力机制是影响降水变化的关键环节，但当前有关中亚夏季降水年际变化的这一关键环节认识仍不清楚。为此，本项目基于拉格朗日模式FLEXPART，利用三套观测降水数据（CRU、GPCC和APHRODITE）以及三套再分析数据（CFSR、ERAIM和JRA55），揭示了中亚夏季降水年际变化的水汽来源及其动力输送机制。研究中首先对比了三套观测资料，结果表明其中亚夏季降水时空分布特征高度一致。为避免单套数据局限性，研究基于三套资料的平均结果表征中亚夏季降水观测变化，并采用5年高通滤波方法滤去了年代际信号，以0.5倍标准差来划分中亚夏季干湿年。从多年气候平均结果来看，与中亚夏季降水相关的水汽主要来自局地以及周边的欧亚大陆西部和北部地区，主要经由西风气流输送而来。对于局地贡献而言，中亚西部地区的局地蒸发贡献约为中亚东部地区的2倍。年际尺度上，与降水变化有关的水汽变化主要受局地蒸发和欧亚大陆西部水汽影响，而局地蒸发主要来自中亚西部的贡献。总体而言，整个欧亚大陆的蒸发对中亚夏季降水的年际变化起着主导作用，贡献了总水汽的90%以上。与中亚夏季降水年际变化有关的水汽输送过程受到北半球中纬度波列的影响。同干年相比，湿年中亚西北部和东北部上空出现异常气旋，局地水汽输送异常增多。中亚夏季降水的年际变化与欧亚夏季副热带西风急流强度的变化呈显著正相关。随着欧亚夏季副热带西风急流增强，在中亚北部出现异常气旋，中亚夏季水汽辐合增加，有利于降水增多。从水汽收支分析来看，中亚夏季降水的年际变化主要来源于蒸发和垂直平流项（主要来自与环流变化有关的动力贡献）。本研究表明，水汽和大气环流的变化都是影响中亚干旱区夏季降水年际变化的重要因子。本研究成果可为提升针对中亚地区的气候预测水平、助力政府气象减灾和防灾活动以及“一带一路”倡议的实施提供重要的科学支撑价值。