徐祥德 馬耀明 孫 嬋* 魏鳳英

1 中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100081 2 中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所 北京 100101

青藏高原及周邊地區(qū)被稱(chēng)為“亞洲水塔”，是我國(guó)重要的生態(tài)安全屏障、戰(zhàn)略資源儲(chǔ)備基地[1]，在我國(guó)氣候系統(tǒng)穩(wěn)定、水資源供應(yīng)、生物多樣性保護(hù)等多方面具有重要的生態(tài)安全屏障作用[2]。青藏高原是亞洲許多大江大河的發(fā)源地，如長(zhǎng)江、黃河、印度河、瀾滄江（湄公河）和恒河等。這類(lèi)似青藏高原維持著一個(gè)龐大的中空“蓄水池”，其河流水資源為全世界近 40% 的人口供給生活、農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水。青藏高原不僅是亞洲與世界著名大江大河的源頭，而且是亞洲的湖泊、濕地聚集地[3-5]。在西風(fēng)氣流、東亞季風(fēng)和印度季風(fēng)影響下，中低緯海洋暖濕氣流水汽來(lái)源使青藏高原擁有冰川、積雪、凍土，被譽(yù)為地球中低緯度高海拔永久“凍土和山地冰川王國(guó)”，構(gòu)成了可與南極、北極相提并論的地球“第三極”[6]。

世界上 96 座海拔超過(guò) 7 000 m 的高山中有 94 座圍繞青藏高原分布[7]。青藏高原現(xiàn)代冰川條數(shù)占我國(guó)現(xiàn)代冰川總條數(shù)的 80%，冰川面積占我國(guó)冰川總面積的84%，冰川冰儲(chǔ)量占我國(guó)冰川總儲(chǔ)量的80%[7]。Lu 等[8]的研究表明，冰川融水構(gòu)成中國(guó)青藏高原總徑流量的7.2%。數(shù)以千計(jì)的冰川遍布在這一高原“臺(tái)地”上，伴隨著高原隆起演化形成的大量冰川和積雪，融化的冰川和大氣降水源源不斷地形成徑流持續(xù)供應(yīng)給湖泊與河流[9,10]。青藏高原現(xiàn)有湖泊占我國(guó)湖泊總面積的52%，是地球上海拔最高的湖泊群[11,12]。由此，青藏高原被稱(chēng)為“世界屋脊”，青藏高原及其周邊地區(qū)被稱(chēng)為“亞洲水塔”。

青藏高原特有的江河源頭、冰川群、湖泊群均與大氣云降水特征分布密切相關(guān)。1961—2015 年，中國(guó)區(qū)域低云量與總云量極值區(qū)均與青藏高原中東部、東南緣部大江大河的源頭（長(zhǎng)江、瀾滄江、雅魯藏布江等）、湖泊群與冰川集中區(qū)空間分布幾乎吻合（圖1）。這表明“亞洲水塔”的形成與“世界屋脊”特有的云降水結(jié)構(gòu)不可分割。通過(guò)數(shù)值模擬試驗(yàn)分析亦可發(fā)現(xiàn)，青藏高原隆起的地形高度不僅影響青藏高原中東部（“三江源”等區(qū)域）降水空間分布，而且顯著調(diào)控著青藏高原南坡降水強(qiáng)度。

我們需進(jìn)一步思考在青藏高原大地形熱力強(qiáng)迫及其云降水過(guò)程在跨南、北半球的能量、水循環(huán)的交換、輸送過(guò)程扮演著何類(lèi)角色？青藏高原異?；钴S的對(duì)流活動(dòng)與降水頻發(fā)區(qū)中的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)“機(jī)制”如何驅(qū)動(dòng)低緯海洋遠(yuǎn)距離水汽輸送，并使青藏高原蘊(yùn)藏著如此豐富的水資源儲(chǔ)量？它是如何將低緯海洋豐富的水汽源與位于對(duì)流層中部的“世界屋脊”云降水過(guò)程構(gòu)成跨半球的水循環(huán)系統(tǒng)？“亞洲水塔”水資源的大氣與全球海洋“供水系統(tǒng)”如何形成有機(jī)聯(lián)系？如何深化認(rèn)知“亞洲水塔”水分循環(huán)過(guò)程及其對(duì)東亞區(qū)域乃至全球的影響，仍是當(dāng)前大氣科學(xué)及地學(xué)界面臨的具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。

1 大地形熱力影響與“放大的海陸差異”效應(yīng)

眾所周知，亞洲夏季風(fēng)（ASM）是世界上最大和最顯著的季風(fēng)，其強(qiáng)度及其云降水變化可能對(duì)全球氣候和氣候系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，特別是對(duì)南亞和東亞的降水型與洪澇災(zāi)害產(chǎn)生重要影響。過(guò)去大量的研究試圖去解釋導(dǎo)致亞洲夏季風(fēng)的變化原因。許多研究表明，青藏高原作為亞洲夏季風(fēng)的主要驅(qū)動(dòng)力[13,14]，季風(fēng)環(huán)流的變化能否反映青藏高原熱源的變化？研究認(rèn)為亞洲古氣候環(huán)境變化中青藏高原隆起是引起“行星波主導(dǎo)型”過(guò)渡到“季風(fēng)主導(dǎo)型”的關(guān)鍵因素。朱抱真[15]、朱乾根和胡江林[16]的模式研究表明，如果青藏高原不存在，季風(fēng)雨帶將被抑制在亞熱帶低緯地區(qū)。因此，青藏高原的地形作用導(dǎo)致了東亞季風(fēng)降雨時(shí)空分布特征。吳國(guó)雄[17]指出，東亞大氣環(huán)流對(duì)青藏高原的表面感熱加熱起著重要作用；Wu 和 Zhang[13]發(fā)現(xiàn)青藏高原的動(dòng)力作用與“熱泵”效應(yīng)同時(shí)對(duì)亞洲夏季風(fēng)有影響。

研究青藏高原大地形熱力影響的另一關(guān)鍵而現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題仍然是：作為一個(gè)巨大的高架大陸，青藏高原大地形是一個(gè)伸展到自由大氣的巨大“熱源柱”，這種“中空加熱”季節(jié)變化是否可影響亞洲季風(fēng)云降水時(shí)空分布變化？東亞區(qū)域梅雨雨帶的演進(jìn)是否存在青藏高原到黃土高原“三階梯”大地形地—?dú)庾兓^(guò)程熱力驅(qū)動(dòng)作用，這些關(guān)鍵物理過(guò)程是否影響了梅雨帶時(shí)空的演變？

東亞區(qū)域春夏季季風(fēng)降水最突出的是“梅雨”，日本稱(chēng)“Baiu”，韓國(guó)稱(chēng)“Changma”?！懊酚辍币辉~的起源，是因?yàn)橹袊?guó)南方梅子成熟季節(jié)與雨季來(lái)臨不謀而合。在梅雨季節(jié)，大范圍降水覆蓋中國(guó)東部、朝鮮半島和日本，并形成跨日本海雨帶。亞洲夏季風(fēng)區(qū)域劃分成東亞夏季風(fēng)和南亞夏季風(fēng)（印度季風(fēng)）[19,20]。許多先前的研究還表明，梅雨鋒的時(shí)空變化反映了季節(jié)轉(zhuǎn)換過(guò)程中由于海陸熱力差異而產(chǎn)生的影響作用。從春到夏的季節(jié)轉(zhuǎn)換，海洋大量水汽輸送到東亞，為中國(guó)及東亞區(qū)域梅雨降雨提供充沛的水汽供應(yīng)；降雨向北擴(kuò)張，西太平洋副熱帶高壓控制著梅雨雨帶的位置和強(qiáng)度[21,22]。

圖1 1961—2015 年中國(guó)陸地區(qū)域7 月云量分布

東亞夏季風(fēng)最顯著的特點(diǎn)之一是東亞區(qū)域梅雨雨帶的演進(jìn)。春、夏季梅雨雨帶在中國(guó)東南部，季風(fēng)降雨每年從 3 月開(kāi)始，雨區(qū)逐月向北部和西北部發(fā)展且面積擴(kuò)大。每年 7 月，梅雨影響到中國(guó)東北北部，但值得注意的是，盛夏梅雨鋒突然停滯，且梅雨帶北部前沿與中國(guó)西部地形線(xiàn)（青藏高原與黃土高原東緣）相吻合；每年 8 月，雨帶開(kāi)始撤退。高原—平原“三階梯”地形也存在地—?dú)膺^(guò)程動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，自每年春季 3—4 月起，地氣溫差與感熱“強(qiáng)信號(hào)”（高值中心）首先在青藏高原出現(xiàn)。隨著春季向夏季過(guò)渡，此“強(qiáng)信號(hào)”區(qū)域逐月擴(kuò)展到中國(guó)北部和東北部。這種大地形地—?dú)膺^(guò)程熱力“強(qiáng)信號(hào)”區(qū)的時(shí)空變化隨著季節(jié)轉(zhuǎn)換，每年 3—7月，陸地大氣溫差與感熱逐月增強(qiáng)，從青藏高原到黃土高原“三階梯”大地形向東北方向延伸，梅雨及其云降水帶亦同步從東南沿海向西北方高原—平原過(guò)渡帶（青藏高原與黃土高原邊緣）移動(dòng)，兩者似乎可歸納是一種“動(dòng)態(tài)的吸引”綜合動(dòng)態(tài)模型。這種大地形地表熱力強(qiáng)迫變化和梅雨鋒的推進(jìn)同步響應(yīng)，在盛夏兩者相遇于青藏高原與黃土高原東緣“地形線(xiàn)”[14,18]。

Xu 等[14]揭示了春夏過(guò)渡期中國(guó)西部青藏高原、黃土高原大地形的熱力變化與中國(guó)梅雨及其東亞云降水帶時(shí)空演進(jìn)的關(guān)聯(lián)性特征，夏半年青藏高原大地形（大于 1 000 m）地、氣溫差與水汽輸送通量相關(guān)矢場(chǎng)可清晰地描述出青藏高原熱源與東亞、南亞夏季風(fēng)水汽流型相關(guān)特征（圖 2）；研究還揭示出隨季節(jié)變化中國(guó)東部季風(fēng)降水空間分布與前一季（月）青藏高原視熱源（地、氣溫差）呈顯著相關(guān)的規(guī)律[14,23]。這反映從冬到早春季節(jié)轉(zhuǎn)換過(guò)程由于太陽(yáng)輻射的影響造成青藏高原大地形感熱“快速響應(yīng)”動(dòng)態(tài)變化。隨之，東亞梅雨及其云降水帶前沿線(xiàn)亦同步響應(yīng)，此現(xiàn)象表明青藏高原到黃土高原大地形“熱力驅(qū)動(dòng)”可能作為“放大的海陸溫差”，扮演著東亞區(qū)域夏季風(fēng)過(guò)程陸地—海洋—大氣相互作用關(guān)鍵影響角色之一。

圖2 夏半年青藏高原大于1 000 m 站點(diǎn)大地形區(qū)域地氣溫差與區(qū)域整層水汽通量（qu,qv）相關(guān)矢量場(chǎng)，以及東亞夏季降水分布（陰影）綜合圖 [18]

2 “亞洲水塔”影響效應(yīng)與下游區(qū)域云降水時(shí)空分布特征

與上述大地形熱力過(guò)程季節(jié)變化密切相關(guān)的亞洲夏季風(fēng)亦是世界上范圍最廣和強(qiáng)度最強(qiáng)的季風(fēng)，其變化可能對(duì)全球氣候和氣候系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[24-26]。青藏高原被稱(chēng)為“世界屋脊”，占亞洲面積的 1/6。作為占中國(guó)國(guó)土面積約 1/4 的一個(gè)巨大的“高架陸地”“平臺(tái)”，青藏高原是世界上總輻射量最高的地區(qū)，高原氣溫較周邊同高度自由大氣高出 4℃—6℃，甚至是 10℃[27]。青藏高原形成了一個(gè)“嵌入”對(duì)流層中部大氣的巨大熱源，可以伸展到自由大氣。一些文獻(xiàn)曾提出青藏高原作為“熱島”，其熱力強(qiáng)迫影響大氣環(huán)流結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)[13]。青藏高原是全球超太陽(yáng)常數(shù)的極值區(qū)域之一。1992 年夏季，在珠穆朗瑪峰地區(qū)記錄到的瞬時(shí)總輻射量達(dá)到 1 688 W/m2，超過(guò)了太陽(yáng)常數(shù)的 23%[28,29]。這遠(yuǎn)大于北半球熱帶和副熱帶沙漠地區(qū)太陽(yáng)總輻射量極值[7,30]。巨大的太陽(yáng)輻射熱量?jī)?chǔ)存在占中國(guó)約 1/4 面積的青藏高原上，成為持續(xù)存在的中空熱島，其超越了世界上任何超級(jí)城市群落所產(chǎn)生的效應(yīng)，對(duì)全球與區(qū)域大氣環(huán)流系統(tǒng)變化的動(dòng)力“驅(qū)動(dòng)”產(chǎn)生了難以估計(jì)的效應(yīng)。

夏半年青藏高原上空大氣的物理屬性與赤道低緯地區(qū)有許多相似之處。青藏高原東部夏季旺盛的中尺度對(duì)流活動(dòng)和巨大積雨云向上層大氣持續(xù)輸送著熱量和水汽。青藏高原地區(qū)作為中國(guó)區(qū)域積云高頻發(fā)生地（極值區(qū)）之一，第二次青藏高原綜合科學(xué)考察大氣科學(xué)試驗(yàn)（TIPEX）中對(duì)其當(dāng)雄邊界層加強(qiáng)觀測(cè)期聲雷達(dá)資料亦發(fā)現(xiàn)窄長(zhǎng)的對(duì)流熱泡特征。從對(duì)流云發(fā)展動(dòng)力學(xué)視角，在對(duì)流邊界層中浮力是驅(qū)動(dòng)湍流的主要機(jī)制，這種湍流不是完全無(wú)規(guī)則的，而往往是有組織形成熱泡和卷流之類(lèi)可識(shí)別的結(jié)構(gòu)[31,32]?！笆澜缥菁埂备哳l對(duì)流云發(fā)展的機(jī)制與低空氣密度伴隨的湍流驅(qū)動(dòng)機(jī)制亦存在某種聯(lián)系。夏季雅魯藏布江、三江源與高原東南緣區(qū)域是中國(guó)區(qū)域低云量的極值區(qū)（圖1a）。通過(guò)大渦模擬可揭示出低空氣密度條件有助于強(qiáng)熱力湍流、熱泡強(qiáng)上升氣流，使得積云更易發(fā)展?！笆澜缥菁埂睆?qiáng)太陽(yáng)輻射與空氣密度異常區(qū)亦是夏季旺盛的對(duì)流活動(dòng)向上層大氣持續(xù)地輸送著熱量和水汽，構(gòu)成了影響東亞區(qū)域乃至全球的重要能量與水汽源。

圖3 青藏高原“熱泵”效應(yīng)

值得探討的是，衛(wèi)星遙感動(dòng)態(tài)圖像發(fā)現(xiàn)上層對(duì)流云團(tuán)往往圍繞青藏高原中心做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，顯然 “亞洲水塔”云降水特征與青藏高原區(qū)域此衛(wèi)星遙感動(dòng)態(tài)圖像反氣旋環(huán)流（高層輻散結(jié)構(gòu)）密切相關(guān)聯(lián)（圖3a）。從視熱源緯向偏差東—西垂直剖面圖（圖 3b）可發(fā)現(xiàn)，夏季青藏高原東—西剖面圖上，高原隨著高度抬升大地形熱源特征不僅未削弱，在某些高度還趨于顯著。尤其令人驚奇的是青藏高原“中空熱島”300—100 hPa 呈類(lèi)似臺(tái)風(fēng)“自激反饋”機(jī)制圖像、高層“蘑菇云”“暖區(qū)”結(jié)構(gòu)（視熱源緯向偏差高值區(qū)）顯著區(qū)。青藏高原為全球唯一視熱源“中空熱島”極值區(qū)，這一熱源結(jié)構(gòu)對(duì)高層水汽輻散-低層水汽匯合輻合動(dòng)力機(jī)制維持具有關(guān)鍵作用[32]。另外，全球 500 hPa 以上整層水汽含量場(chǎng)亦可描述出青藏高原為全球唯一的“濕島”特征，這反映青藏高原亦是全球?qū)α鲗釉平邓诵膮^(qū)。

Xu 等[35]通過(guò)歐洲中心細(xì)網(wǎng)格資料（ERA-Interim資料）發(fā)現(xiàn)，視熱源與水汽輸送通量的相關(guān)場(chǎng)低層呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)氣旋環(huán)流，高層則呈明顯為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)反氣旋環(huán)流（圖 3c）。上述分析結(jié)果揭示出高、低層互為反向環(huán)流結(jié)構(gòu)，其類(lèi)似高層潛熱釋放的臺(tái)風(fēng)“自激反饋”“熱泵”效應(yīng)（圖 3d）。此熱源與高、低層水汽流相關(guān)特征不僅印證了青藏高原這一熱驅(qū)動(dòng)形成的三維特殊的渦旋結(jié)構(gòu)對(duì)“亞洲水塔”大氣水分循環(huán)起著核心作用，而且可揭示出此特殊的渦旋結(jié)構(gòu)亦對(duì)“亞洲水塔”下游云降水活動(dòng)起著關(guān)鍵影響效應(yīng)。圖 3c 所示高層此反氣旋相關(guān)環(huán)流系統(tǒng)向東延展，在長(zhǎng)江流域上空高層呈東—西反氣旋型輻散帶；中低層則為東—西輻合帶，此類(lèi)三維環(huán)流相關(guān)結(jié)構(gòu)有助于在長(zhǎng)江流域產(chǎn)生降水雨帶。

Yasunari 和 Miwa[36]發(fā)現(xiàn)夏季在高原熱力作用下對(duì)流層低層形成了輻合帶，隨后輻合帶在青藏高原東部邊緣激發(fā)出氣旋性渦旋，伴隨著充足的水汽輸送，氣旋性渦旋東移發(fā)展在長(zhǎng)江中下游上空演變成為中尺度強(qiáng)對(duì)流云系統(tǒng)。Zhao 等[33,34]研究表明青藏高原大氣熱源對(duì)局地與下游區(qū)域云降水過(guò)程水汽輸送流型等均呈顯著影響；研究統(tǒng)計(jì)了 1979—2016 年夏季青藏高原對(duì)流源東移軌跡，發(fā)現(xiàn)東移至下游長(zhǎng)江流域的對(duì)流系統(tǒng)可能源于青藏高原，也與前人的研究吻合[37,38]。研究統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)江流域暴雨與特大暴雨（23.4%）發(fā)生前期青藏高原上空水汽通量渦旋位移特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在明顯的水汽通量渦旋結(jié)構(gòu)東移影響到長(zhǎng)江流域異常降水事件。另外，Zhao 等[33]計(jì)算亦發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江流域降水與全國(guó)低云量存在從青藏高原延伸至長(zhǎng)江下游地區(qū)的帶狀高相關(guān)結(jié)構(gòu)。上述研究可綜合描述出高原熱源驅(qū)動(dòng)相關(guān)環(huán)流渦旋，尤其高層帶狀向下游延伸的反氣旋型輻散結(jié)構(gòu)亦是“激發(fā)”下游及其周邊東亞區(qū)域云降水及其異常天氣災(zāi)害事件的關(guān)鍵動(dòng)力機(jī)制之一。

3 “亞洲水塔”低緯海洋水汽型“匯流”效應(yīng)與跨半球水分循環(huán)影響域

在長(zhǎng)江洪澇過(guò)程中，青藏高原地區(qū)中部和東部往往會(huì)出現(xiàn)“爆米花”狀對(duì)流云高頻突發(fā)現(xiàn)象。青藏高原水汽輸送通道及其對(duì)流云團(tuán)亦是影響中國(guó)區(qū)域旱澇形成的重要因素[35,39]?！皝喼匏钡乃Y源“供應(yīng)區(qū)”低緯海洋水汽源區(qū)亦是水分循環(huán)過(guò)程關(guān)鍵影響區(qū)。徐祥德等[40]提出了青藏高原與低緯海洋季風(fēng)活躍區(qū)水汽輸送“大三角扇形”關(guān)鍵影響域的概念模型。青藏高原大氣水分循環(huán)過(guò)程不僅反映了西風(fēng)與“大三角扇形”影響域[40]季風(fēng)水汽輸送的相互作用特征，而且描述了跨半球能量、水汽的交換效應(yīng)。

從夏季青藏高原整層視熱源（Q1）與水汽通量相關(guān)矢量場(chǎng)（圖 4a）可見(jiàn)，青藏高原南側(cè)東起菲律賓以東洋面，經(jīng)過(guò)我國(guó)南海，西至東非索馬里、阿拉伯海、印度洋（大三角扇形），水汽輸送匯流構(gòu)成了“亞洲水塔”相關(guān)的青藏高原南坡“水汽供應(yīng)區(qū)”，這揭示了季風(fēng)過(guò)程青藏高原熱源驅(qū)動(dòng)下“亞洲水塔”與中低緯海洋多尺度大氣水分循環(huán)相互作用機(jī)制。

圖4 青藏高原視熱源與南坡水汽輸送三維結(jié)構(gòu)相關(guān)特征

通過(guò)青藏高原整層視熱源（Q1）與高原區(qū)域垂直運(yùn)動(dòng)、散度三維相關(guān)結(jié)構(gòu)綜合分析亦可發(fā)現(xiàn)視熱源Q1相關(guān)散度結(jié)構(gòu)，即南坡低層輻合-坡頂輻散與青藏高原主體低層輻合-上空輻散形成耦合“二階梯接力”爬升效應(yīng)。此青藏高原特殊的“熱驅(qū)動(dòng)”為陡峭南坡源自低緯海洋乃至跨半球水汽流強(qiáng)“匯流”提供了動(dòng)力機(jī)制（圖 4b 和 c）。

上述分析揭示出“亞洲水塔”“中空熱島”熱源結(jié)構(gòu)是構(gòu)成青藏高原與中低緯乃至南半球能量、水分循環(huán)的關(guān)鍵動(dòng)力源，并進(jìn)一步揭示出“亞洲水塔”特殊的“熱驅(qū)動(dòng)”為亞洲乃至跨半球水汽輸送提供了重要?jiǎng)恿υ?，使“亞洲水塔”在區(qū)域、全球能量、水分循環(huán)交換過(guò)程中扮演著重要角色。

4 “亞洲水塔”水循環(huán)模型及其區(qū)域-全球尺度大氣能量、水汽交換

有關(guān)文獻(xiàn)對(duì)北半球夏季青藏高原大地形機(jī)械屏障和抬升熱源的作用有了更深刻的認(rèn)識(shí)。例如，青藏高原的“感熱氣泵”效應(yīng)，不僅對(duì)亞洲夏季風(fēng)的維持有重要作用，也通過(guò)激發(fā) Rossby 波列對(duì)全球氣候產(chǎn)生影響[13,42-44]。上述研究結(jié)果描述了熱源驅(qū)動(dòng)效應(yīng)為跨半球水汽輸送提供了強(qiáng)迫源動(dòng)力機(jī)制[35]。從跨赤道經(jīng)向環(huán)流的視角，研究發(fā)現(xiàn)，夏季南、北半球跨赤道氣流低層強(qiáng)偏南、高層強(qiáng)偏北氣流出現(xiàn)在東亞地區(qū)和北美區(qū)域兩大地形對(duì)應(yīng)的赤道區(qū)，這 2 個(gè)跨赤道極值區(qū)均與亞洲的青藏高原和北美的落基山位置相對(duì)應(yīng)（圖 5a 和 b）。但青藏高原高低層反向經(jīng)向跨赤道氣流較落基山顯著得多，這印證了地球上大地形隆起狀況亦與全球行星尺度垂直環(huán)流特征存在某種關(guān)聯(lián)性。

圖5 青藏高原云結(jié)構(gòu)及其跨半球尺度環(huán)流區(qū)域、全球影響效應(yīng)

如圖 5c 所示，北半球在夏半年時(shí)，位于亞洲的青藏高原和位于北美洲的落基山，這兩大地形均為北半球最為顯著上升支區(qū)，青藏高原與落基山東側(cè)均有一顯著的東—西緯圈環(huán)流；其中，青藏高原東側(cè)環(huán)流圈呈顯著的跨半球尺度特征，落基山東側(cè)環(huán)流尺度相對(duì)小得多[35]。另外，計(jì)算結(jié)果亦可描述高原區(qū)域?yàn)閺?qiáng)上升支，呈南—北經(jīng)圈環(huán)流，青藏高原南側(cè)低層呈跨赤道強(qiáng)偏南氣流，高層則呈顯著的偏北氣流，且該支氣流下沉區(qū)位于南印度洋（圖 5d）。青藏高原形成了顯著的南—北跨半球尺度經(jīng)圈環(huán)流，在跨半球尺度能量、水分循環(huán)的交換、輸送過(guò)程中起著關(guān)鍵作用[35]。

Xu 等[35]基于青藏高原在亞洲季風(fēng)系統(tǒng)大氣水分循環(huán)過(guò)程重要地位，進(jìn)一步以東亞、全球水循環(huán)視角來(lái)認(rèn)識(shí)青藏高原跨半球環(huán)流結(jié)構(gòu)及其全球尺度海洋與大氣水循環(huán)結(jié)構(gòu)，描述出青藏高原類(lèi)似全球“水塔”功能及其海洋—大氣—陸地—水文過(guò)程特殊的相互作用過(guò)程。上述青藏高原“亞洲水塔”關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素（視熱源）及整層水汽通量相關(guān)矢“匯流”特征（圖4a）、青藏高原大地形南側(cè)低層跨赤道偏南氣流（圖5a）和跨半球南北向垂直環(huán)流（圖 5d）可綜合描述出在青藏高原地區(qū)源自低緯海洋乃至跨半球水汽流低層強(qiáng)“匯流”與高層強(qiáng)“外流”結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)成了一個(gè)“亞洲水塔”跨半球水循環(huán)“供水”體系，為青藏高原地表數(shù)以千計(jì)的冰川和星羅棋布的湖泊群的形成，以及著名的江河源提供了豐富的水汽條件，從而造就了這“世界屋脊”的龐大“蓄水池”系統(tǒng)。而青藏高原的“三江源”等江河源亦可作為“輸水管道”系統(tǒng)，使高原冰川、湖泊與濕地“蓄水池”系統(tǒng)通過(guò)江河“輸水管道”聯(lián)接下游區(qū)域、包括南亞、東南亞等廣闊的陸地水文系統(tǒng)乃至太平洋、印度洋。

圖6 青藏高原作為陸地—海洋—大氣相互作用和水文循環(huán)的作用的示意圖[26]

通過(guò)青藏高原低云量與全球低云量的相關(guān)場(chǎng)分析（圖 5e）亦可發(fā)現(xiàn)夏季青藏高原低云活動(dòng)與北極、太平洋中部，跨洋至北美洲南部低云量呈顯著相關(guān)區(qū)空間分布，尤其由圖 5c 可發(fā)現(xiàn)青藏高原低云活動(dòng)高相關(guān)區(qū)延伸跨赤道至南半球的印度尼西亞、澳大利亞與南美洲等。研究描述出青藏高原對(duì)流活動(dòng)與全球大氣云降水活動(dòng)亦存在顯著關(guān)聯(lián)性，這進(jìn)一步揭示出上述青藏高原緯向與經(jīng)向環(huán)流圈結(jié)構(gòu)與區(qū)域-全球大氣環(huán)流相關(guān)機(jī)制，印證了“世界屋脊”隆起大地形的“熱驅(qū)動(dòng)”及其對(duì)流活動(dòng)在全球能量、水分循環(huán)中的作用。上述高層“世界屋脊”特殊跨半球的緯向、經(jīng)向大氣垂直環(huán)流圖亦描述了“亞洲水塔”通過(guò)高層將能量、水汽向外部周邊及全球區(qū)域輸送渠道，其反映青藏高原對(duì)全球能量、水分循環(huán)亦具有強(qiáng)反饋及其重要影響作用，從而支持了“世界水塔”的概念。圖 6 綜合描述了青藏高原“世界水塔”及其地球上一個(gè)完整的行星尺度陸地—海洋—大氣水分循環(huán)物理圖像[35]。青藏高原與全球大氣水分循環(huán)過(guò)程具有重要的互反饋?zhàn)饔?。青藏高原作為“世界水塔”，其大?水文過(guò)程對(duì)亞洲乃至全球自然和氣候環(huán)境將會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

5 結(jié)論

（1）青藏高原熱源驅(qū)動(dòng)對(duì)亞洲水塔及其下游區(qū)域云降水特征呈顯著影響。青藏高原是世界上總輻射量最大的地區(qū)，是全球超太陽(yáng)常數(shù)的極值區(qū)域之一。其形成了一個(gè)“嵌入”對(duì)流層中部大氣的巨大熱源，可以伸展到自由大氣，這超越了世界上任何超級(jí)城市群落所產(chǎn)生的中空熱島效應(yīng)，對(duì)全球與區(qū)域大氣環(huán)流系統(tǒng)變化的動(dòng)力“驅(qū)動(dòng)”產(chǎn)生了難以估量的影響。中國(guó)區(qū)域低云量與總云量極值區(qū)均與青藏高原大江大河的源頭（如長(zhǎng)江、瀾滄江、雅魯藏布江等）、中東部湖泊群和冰川集中區(qū)空間分布幾乎吻合，這表明“世界屋脊”頻發(fā)的對(duì)流活動(dòng)是“亞洲水塔”形成的關(guān)鍵因素。研究表明，青藏高原與全國(guó)低云量存在一個(gè)明顯沿長(zhǎng)江流域的帶狀高相關(guān)結(jié)構(gòu)，這充分表明長(zhǎng)江流域降水與上游高原“亞洲水塔”“熱驅(qū)動(dòng)”以及對(duì)流系統(tǒng)具有重要相關(guān)關(guān)系。青藏高原熱源驅(qū)動(dòng)構(gòu)成的高、低層特殊的渦旋三維結(jié)構(gòu)特征不僅印證了熱驅(qū)動(dòng)對(duì)“亞洲水塔”大氣水分循環(huán)起著核心作用，而且揭示出青藏高原對(duì)下游（如長(zhǎng)江流域等）乃至東亞區(qū)域云降水活動(dòng)起著關(guān)鍵影響作用。

（2）季節(jié)變化過(guò)程青藏高原大地形陸—?dú)膺^(guò)程特征可作為“放大的海陸溫差”，其與中國(guó)梅雨云降水帶時(shí)空變化密切相關(guān)。亞洲夏季風(fēng)是世界上范圍最廣和強(qiáng)度最強(qiáng)的季風(fēng)，從冬季到早春季節(jié)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由于太陽(yáng)輻射的影響造成青藏高原大地形感熱的“快速響應(yīng)”及其相對(duì)高值向東北動(dòng)態(tài)移動(dòng)，伴隨著盛夏梅雨云降水帶前沿線(xiàn)從東南北移，恰好停滯于中國(guó)“三階梯”地形分布山地—平原過(guò)渡區(qū)，青藏高原陸—?dú)膺^(guò)程變化與東部梅雨雨帶與副熱帶高壓同步變化的季節(jié)跳躍演進(jìn)現(xiàn)象。此規(guī)律性現(xiàn)象表明青藏高原大地形熱力結(jié)構(gòu)變化可能扮演著影響夏季風(fēng)云降水過(guò)程關(guān)鍵影響角色。由此，提出了春夏過(guò)渡期中國(guó)西部青藏高原、黃土高原大地形地氣過(guò)程作為“放大的海陸溫差”，其變化影響中國(guó)梅雨帶云降水帶時(shí)空變化的前兆性強(qiáng)信號(hào)的新認(rèn)識(shí)。

（3）“世界屋脊”“中空熱島”是青藏高原“亞洲水塔”與中低緯乃至南半球能量、水分循環(huán)交換的關(guān)鍵“驅(qū)動(dòng)源”。青藏高原特殊的“熱驅(qū)動(dòng)”為陡峭南坡源自低緯海洋乃至跨半球水汽流強(qiáng)“匯流”提供了動(dòng)力機(jī)制。青藏高原南側(cè)東起菲律賓以東洋面，經(jīng)過(guò)我國(guó)南海，西至東非索馬里、阿拉伯海、印度洋（“大三角扇形”），在高原熱驅(qū)動(dòng)下青藏高原南坡源自低緯乃至南半球的水汽輸送“匯流”構(gòu)成了“亞洲水塔”的“水汽供應(yīng)源”，這揭示了季風(fēng)過(guò)程“亞洲水塔”與中低緯海洋多尺度大氣水分循環(huán)相互作用機(jī)制。

（4）隆起的“世界屋脊”大地形“熱驅(qū)動(dòng)”環(huán)流結(jié)構(gòu)及其云降水特征在全球能量、水分循環(huán)過(guò)程扮演著的重要角色。從跨赤道經(jīng)向環(huán)流的視角可發(fā)現(xiàn)，夏季南、北半球跨赤道氣流低層強(qiáng)偏南、高層強(qiáng)偏北氣流出現(xiàn)的赤道經(jīng)度恰與東亞地區(qū)和北美區(qū)域兩大地形——青藏高原、落基山對(duì)應(yīng)。青藏高原緯向與經(jīng)向環(huán)流圈結(jié)構(gòu)與區(qū)域-全球大氣環(huán)流相關(guān)機(jī)制，印證了“世界屋脊”隆起大地形的“熱驅(qū)動(dòng)”及其對(duì)流活動(dòng)在全球能量、水分循環(huán)的作用。高原特殊跨半球的緯向和經(jīng)向大氣垂直環(huán)流圖表明青藏高原大氣動(dòng)力過(guò)程對(duì)全球尺度大氣環(huán)流變化的貢獻(xiàn)顯著。研究可描述出青藏高原對(duì)流活動(dòng)與全球大氣云降水活動(dòng)亦存在顯著關(guān)聯(lián)性，通過(guò)青藏高原低云量與全球低云量的相關(guān)場(chǎng)分析亦可發(fā)現(xiàn)夏季青藏高原低云活動(dòng)與北極、太平洋中部，跨洋至北美洲南部低云量空間分布亦呈顯著相關(guān)。

（5）青藏高原構(gòu)成地球上“世界水塔”行星尺度陸地—海洋—大氣水循環(huán)物理圖像。從全球水循環(huán)的視角，提出的青藏高原作為全球性大氣“水塔”的觀念，認(rèn)為在熱力驅(qū)動(dòng)背景下通過(guò)區(qū)域、跨半球能量、水汽輸送建立了青藏高原地區(qū)“亞洲水塔”的“供水”“蓄水”與“排水”的循環(huán)體系，特別是青藏高原地表冰川，積雪和湖泊作為“蓄水池”系統(tǒng)，江河源可作為“輸水管道”，將“亞洲水塔”的水向外輸送出去，高層大氣也提供向外輸送的渠道。青藏高原特殊的跨區(qū)域、跨半球大氣水分循環(huán)可構(gòu)建“世界水塔”獨(dú)特的大氣-水文功能體系，其綜合描繪了青藏高原“世界水塔”及其地球上一個(gè)完整的行星尺度陸地—海洋—大氣水循環(huán)物理圖像。