前沿动态

土壤融冻异常促使初夏青藏高原东、西部降水反相异常变化

2023-01-02

青藏高原广泛分布着积雪和冻土。融冻、融雪过程是春季高原陆气相互作用中最主要的过程，融冻、融雪过程通过影响地表能量和水分收支，对大气产生反馈作用。由于高原海拔、地形的空间差异，高原春季土壤融冻过程呈现出明显的空间异质性，例如高原东南部的土壤融冻时间要早于西北部，从而导致高原地表非绝热加热在不同地区的差异（Yang and Wang, 2019）。近期的研究表明，高原地区的春季土壤湿度与夏季降水的耦合关系存在东、西反向的特征（Yang and Wang, 2022）。土壤湿度—降水耦合的这种空间差异是否与春季冻融异常引起的高原空间上的热力差异有关，进而影响了后期的高原降水，是一个值得探讨的问题。

针对上述问题，利用GLDAS土壤温度资料、NSIDC雪盖资料、PREC/L和CMFD降水资料，通过对比雪盖异常和土壤融冻异常对土壤水-热传输的影响，得出了高原春季土壤温度异常的大值中心位于高原中东部地区，且能一直持续到初夏（图1a、b）。土壤温度异常变化是引起土壤融冻异常的重要因素，当春季土壤温度异常偏低，即土壤融冻异常偏晚，会引起高原中东部地区初夏（6月）降水偏少，而高原西南部初夏降水偏多（图1c、d）。

融冻过程中土壤水-热耦合，土壤冰融化通过吸收大量热量，对土壤温度有明显的影响。另外，积雪覆盖于冻土之上，通过其反照率效应会引起土壤温度的较大变化。通过分析了春季高原中东部土壤温度与雪盖相关关系表明，雪盖异常仅部分解释了同期土壤温度异常，这意味着高原中东部土壤温度持续性异常还与土壤融冻过程本身密切相关。

图1. 青藏高原春季融冻异常与后期初夏降水的关系。（a）土壤温度EOF2模态：4月（填色）、5月（蓝色等值线）、6月（紫色等值线），红色、橘色和黄色等值线分别4月、5月和6月土壤温度0℃线。（b）4月、5月和6月土壤温度PC2序列。（c）4月土壤温度PC2与初夏（6月）降水（PREC/L资料）相关分布。（d）与（c）相同，但为CMFD降水资料。

上述结论利用通用地球系统模式（CESM）设计雪盖异常和融冻异常数值试验得到了进一步的验证。相比雪盖异常的反照率效应，春季土壤融冻异常引起的土壤温、湿度异常和地表非绝热加热异常能持续更长时间，对后期高原初夏降水的影响更为显著。当春季高原土壤冻融异常偏晚（早），会引起高原东部土壤湿度干（湿）异常，导致高原东部地表非绝热加热偏弱（强），进而引起高原东—西热力对比差异，激发异常的次级环流，通过土壤湿度—水汽局地（evapotranspiration）和非局地（moisture flux convergence, MFC）反馈过程，导致了高原东部初夏降水偏少（多），而西部初夏降水偏多（少），这一东、西相反的降水异常分布（图2）。

图2. 青藏高原春季土壤融冻异常影响后期初夏降水的物理机制示意图。

上述研究结果近日以题为Frozen soil advances the effect of spring snow cover anomalies on subsequent precipitation over Tibetan发表于美国气象学会（AMS）杂志Journal of Hydrometeorology上（https://journals.ametsoc.org/view/journals/hydr/aop/JHM-D-22-0083.1/JHM-D-22-0083.1.xml），杨凯博士为第一作者，王澄海教授为共同通讯作者。

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土壤融冻异常促使初夏青藏高原东、西部降水反相异常变化

2023-01-02

图2. 青藏高原春季土壤融冻异常影响后期初夏降水的物理机制示意图。