JGR-A | 南京大学黄安宁团队揭示高原湖泊山地影响极端降水的动力-热力机制

南京大学黄安宁团队揭示高原湖泊山地影响极端降水的动力-热力机制

南京大学大气科学学院黄安宁团队（黄安宁教授、博士生吴阳、博士生顾春雷、硕士生赵志展）与中国科学院青藏高原研究所马伟强研究员、中国科学院西北生态环境资源研究院文莉娟研究员、西藏大学拉珠博士合作。利用数值模式设计敏感性试验来量化湖泊和周边地形对秋季极端降水的相对贡献，并对湖泊-地形影响极端降水的机制进行了分析。结果指出，此次事件受湖泊热力作用主导并受地形动力作用增强，降水量对湖泊和地形呈非线性响应，湖泊、地形及二者的综合效应分别造成湖泊东部以及下风向地区132%、46%和214%的降水增益。

青藏高原湖泊富集，素有“亚洲水塔”的美誉。大型湖泊作为冷季重要的热源和水汽源，向上层大气释放大量感热和潜热，对局地和区域季节性降水的调制有着深刻影响。相较于高原同纬度其他大型湖泊，纳木错湖（~2000km2）周围的湖效应降雪强度远大于色林错（~2400km2）等湖，且积雪多覆盖于湖泊下风向及念青唐古拉山附近。以往高原湖泊效应降水的季节变化和日变化研究难以解释特定环流型下纳木错湖及周边地形对极端降水的贡献和影响机制。

因此，本研究着眼于发生在纳木错流域的一次秋季极端降水事件，采用耦合了一维湖泊模型CLM_Lake的WRF模式，再现出极端降水发生的范围和量级。并设计去除纳木错湖（EXP_NL）、去除湖泊周围地形（EXP_NM）以及二者均去除（EXP_NLM）的三组敏感性试验，给出定量的湖泊-地形效应分析。

图1中，下垫面类型的改变和地形高度的削减都无法完全抑制降水的发生。湖泊替换为草地的敏感性试验没有模拟出极端降水，其导致的对流性降水和大尺度降水抑制分别出现在湖泊东部和下游区域，共同造成53%的总降水减少。移除山地后仍模拟出相当量级的湖东侧降水中心，而湖下游陆地至念青唐古拉山的降水均有所减少（5-15mm）。

图1 （a-c）敏感性试验模拟的总降水（d-f）以及各敏感性试验与控制试验总降水的差异，（g-i）对流性降水的差异，（j-l）大尺度降水的差异。黄色等值线为地形。

湖气温差、湖表风速和湿度因湖泊的移除而大幅减小，抑制了湖泊向大气传递感热和潜热，破坏了上空覆盖的低层不稳定层；同时沿盛行风方向，湖泊到陆地下垫面的非均一性的消失，削弱了湖陆粗糙度对比，使暖湿气流难以在湖泊下游触发辐合和对流抬升。在图2中表现为湖泊上空低层大气水汽含量和相当位温梯度的减小，以及东岸和下游地形上空的下沉异常，共同抑制了对流性降水的发生。山地的缺失则引发了下游地形上空的下沉异常，湖表面风的汇聚也因西南-东北向山脉的移除而减弱（原文图6），导致了湖泊下游陆地到迎风坡的大尺度降水减少。

图2 敏感性试验模拟的垂直剖面（沿图2a所示红线）的风（矢量）、比湿（等值线）和相当位温（填色）与控制试验的差异。灰色粗实线代表纳木错湖的位置，棕色填色为地形。

最后，用一个简要的模型描述此次过程：盛行西风带来的冷空气与沿着念青唐古拉山的西南风在湖面汇聚并加速，经过温暖湖面的加热加湿，在湖陆交界处触发辐合和对流上升运动，形成了主要的降水中心；另一部分气流受到下游地形抬升作用形成了迎风坡的次要降水中心。

图3 本次极端降水事件机制示意图。灰色箭头表示低层风场，黄色箭头表示上升运动与对流，红色和蓝色箭头代表湖泊向上层大气的水热输送，雨云指出了降水中心和相对强度。

结语：

控制湖效应降水的因素较为复杂，除了本文提到的动力-热力过程，湖泊面积、密集度、湖气温差以及背景环流等一系列条件都会影响极端事件触发的难易和量级的大小。基于本研究，未来将系统性探究不同天气型及湖泊属性下的湖泊-地形综合效应。

原文链接：

Zhao, Z., Huang, A., Ma, W., Wu, Y., Wen, L., Lazhu., & Gu, C. (2022). Effects of Lake Nam Co and surrounding terrain on extreme precipitation over Nam Co basin, Tibetan Plateau: A case study. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 127, e2021JD036190.

https://doi.org/10.1029/2021JD036190

声明：欢迎转载、转发本号原创内容，可留言区留言或者后台联系小编(微信：gavin7675)进行授权。气象学家公众号转载信息旨在传播交流，其内容由作者负责，不代表本号观点。文中部分图片来源于网络，如涉及作品内容、版权和其他问题，请后台联系小编处理。