科研進(jìn)展
夏季青藏高原大氣熱機(jī)效率及熱源特征研究取得新進(jìn)展
整個(gè)地-氣系統(tǒng)是一部宏偉而龐大的熱機(jī)，它的根本驅(qū)動(dòng)力是來自太陽源源不斷的持續(xù)加熱。大氣熱機(jī)系統(tǒng)無處不在且類型多樣。對(duì)大氣熱機(jī)系統(tǒng)中能量源匯及其轉(zhuǎn)換問題一直是大氣科學(xué)研究的核心關(guān)鍵。對(duì)大氣熱機(jī)效率的準(zhǔn)確定義、計(jì)算和解釋是大氣能量學(xué)與地-氣相互作用研究的基本觀測和理論中最重要的問題之一。
現(xiàn)有研究結(jié)果表明，夏季青藏高原大氣熱機(jī)平均效率≈1.6%，遠(yuǎn)超很多大氣熱機(jī)系統(tǒng)，甚至比熱帶地區(qū)大五倍左右，凸顯了青藏高原地區(qū)在全球地氣耦合中的特殊性和重要性。但是，目前對(duì)高原熱機(jī)效率的時(shí)空演變特征、歸因及其對(duì)區(qū)域和全球氣候變化及災(zāi)害性天氣的影響還缺乏認(rèn)識(shí)。
中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院科研團(tuán)隊(duì)使用MOD08數(shù)據(jù)及ERA5再分析資料，計(jì)算了2000-2020年夏季（取5-9月）青藏高原的大氣熱機(jī)效率、青藏高原地面熱源和大氣熱源。研究發(fā)現(xiàn)，2000-2020年間夏季青藏高原大氣熱機(jī)效率呈緩慢下降趨勢，表明青藏高原地-氣系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換能力在下降；2000-2020年夏季青藏高原平均熱機(jī)效率小于前人研究結(jié)果（1.6%），5月與9月熱機(jī)效率高于夏季三個(gè)月份(6月、7月、8月)（圖1），表明季風(fēng)轉(zhuǎn)換時(shí)段地-氣耦合效率較高；夏季青藏高原降水凝結(jié)潛熱作為大氣熱源最重要的分量，也是大氣熱機(jī)能量耗散的重要過程之一；夏季熱機(jī)效率和地面熱源呈正相關(guān)，即在夏季高原熱源強(qiáng)大且能量轉(zhuǎn)換效率高，這也佐證了夏季青藏高原對(duì)我國甚至東亞夏季氣候變化有至關(guān)重要的影響。（圖2）。該項(xiàng)研究為全面理解夏季青藏高原地-氣熱機(jī)系統(tǒng)（圖3）提供了一個(gè)全新視角，也為進(jìn)一步分析青藏高原熱力和動(dòng)力狀況及其對(duì)中國、東亞乃至全球氣候的影響打下了重要基礎(chǔ)。該研究的方法論對(duì)于其他地氣熱機(jī)系統(tǒng)的分析和研究具有指導(dǎo)意義。
該成果以“夏季青藏高原大氣熱機(jī)效率及熱源特征研究”為題發(fā)表于《中國科學(xué)：地球科學(xué)》2024年第54卷。西北研究院博士生李瑜潔為論文第一作者，高曉清研究員為論文通訊作者。該研究獲第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究和中國氣象局氣候系統(tǒng)模式研發(fā)項(xiàng)目聯(lián)合資助。
圖1 2000-2020年5-9月青藏高原大氣熱機(jī)效率逐月變化（單位：%）
圖2 5-9月青藏高原地面熱源、大氣熱源與大氣熱機(jī)效率相關(guān)系數(shù)分布
(a)5月、(b)6月、(c)7月、(d)8月、(e)9月
圖3 青藏高原地-氣熱機(jī)系統(tǒng)（正熱機(jī)）
