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    每年3月至5月,冷空氣從北方來,暖溼氣流從南方來,兩者在長江流域以南匯合,形成降水。這與青藏高原關係密切。

      在距今大約2.4億年前,由於地殼板塊運動,分離出來的印度板塊以較快的速度向北移動、擠壓,其北部發生強烈的褶皺斷裂和抬升;隨著印度板塊繼續向北插入古洋殼下,到了距今約8000萬年前,藏北地區和部分藏南地區脫離海洋成為陸地,最終形成當今地球上的“世界屋脊”——青藏高原。

      青藏高原的特點可總結為“五個度”,即尺度、經度、緯度、高度和坡度:它橫跨歐亞大陸,位於歐亞大陸東部,處於東西風帶交界處、歐亞大陸的副熱帶地區,高度可達對流層中高層,東部、南部地形陡峭。青藏高原佔據中國國土面積的1/4,成功地將中緯度地區和熱帶地區的氣候分離開。青藏高原的高度很高、範圍很廣,西風帶中的氣流遇到它就會形成波動,就像在河道里水流遇上石頭一樣,所產生的波動會影響下游地區,影響範圍可以遠達美洲大陸。

      在氣象學中有一個特殊的現象。在副熱帶地區,如果地面有個巨大的熱源,它對空氣加熱,使低層空氣形成一個氣旋式環流,而高層則形成反氣旋式的環流;如此一來,東面會產生上升運動,形成雲,進而形成降水,而西面則是下沉運動,形成乾暖天氣。這就被稱為熱力適應。青藏高原平均海拔可達到4000米,矗立在對流層中。由於熱力適應作用,低層水汽和汙染物就會隨著抽吸作用“躥”到對流層的中上層,甚至可以到達平流層。這在別的地方是很不容易發生的。

      在尼泊爾方向,青藏高原坡度極其陡峭,南面平坦的陸地只有幾百米高,隨後海拔高度便急劇上升,從離海平面不遠一下到對流層中高層。如此大的坡度,使得它對空氣的加熱作用非常巨大。

      為何這種加熱如此重要?這要從降水開始講起。大氣中的水汽分佈很特殊,85%的水汽都集中在近地面3公里的大氣中;而云和降水的形成多在3公里以上的大氣中。青藏高原的這種抽吸作用會把水汽輸送到高空。又由於加熱作用,水汽會沿著高原南坡往上“爬”,形成雲和降水。

      青藏高原到底是如何扮好“感熱加熱氣泵”這個角色,從而影響中國季風氣候呢?海洋和大陸的熱狀況是不同的。可以想像的是,在夏天,光腳踩在太陽照射下的石頭上,我們會感覺到燙;在冬天,光腳踩在太陽照射下的石頭上,我們會感覺到冷,因為石頭儲熱和釋熱能力(即熱慣性)很低。由於海水熱慣性大,當遇到強的太陽輻射時,它可以把熱量存起來,而當太陽輻射能量弱時,它會把熱量釋放出去,所以海水在冬夏季節中的變化不是很大。這就是海陸熱力差異。而近地面空氣都是從冷的地方跑向熱的地方,因為冷的地方氣壓高、暖的地方氣壓低。這就形成冬夏兩種方向完全相反的盛行風,並給中國帶來冬夏明顯天氣氣候的變化,我們稱之為季風。

      在冬季,青藏高原阻擋了中國低空的西風氣流,使之分為南、北兩支氣流,北支氣流經中國西北、華北、東北和華東等地區流向太平洋;南支氣流則在流過青藏高原南側後轉變成溫度較高、溼度較大的西南氣流,影響中國四川、貴州、雲南、華南及長江中下游地區。這兩支氣流最後在青藏高原東部東經110°附近匯合,風速加強,會形成一個西風急流。

      1957年,葉篤正先生和他的合作者在全球第一次提出青藏高原熱力作用會影響全球氣候這一現象,並建立了青藏高原氣象學。在葉篤正先生髮現這一現象後,中國氣象學家針對青藏高原感熱氣泵效應開展了大量研究。他們在模式中對青藏高原地形進行加熱、部分加熱、不加熱,模擬周圍風場和垂直風場。模擬試驗發現,對青藏高原完全加熱,除了高原地區有上升運動外,周圍地區(阿拉伯海、孟加拉灣)的空氣都會流到高原上,從而會增加上升運動,形成輻合;當對高原頂部不加熱而保留側面加熱時,仍然可以將周圍大氣抽吸到高原上,形成很強的上升運動,而未加熱的頂部就沒有上升運動;當只對高原頂部加熱時,上升運動只發生在頂部,周圍大氣不受任何影響。由於對高原的側面加熱,低層大氣會帶著水汽向上運動從而形成雲和降水。這就是青藏高原加熱氣泵效應。

      夏季,在歐亞大陸上空10公里至16公里處有南亞高壓,這是夏季地球上最強的高壓。觀測統計發現,南亞高壓中心要麼出現在青藏高原上空,要麼出現在伊朗高原上空。陶詩言先生等科學家先後發現南亞高壓的位置分別在東、西兩個方向上空出現時,造成的降水分佈也不一樣:如果南亞高壓出現在伊朗高原上空,中國東部及日本便會少雨,青藏高原南部和印度北部雨水增加;如果其出現在青藏高原上空,青藏高原南部和印度北部就會少雨,中國東部及日本則會多雨。南亞高壓中心位置的這種變化主要就是由青藏高原的加熱作用改變形成的,異常高壓中心形成後就向西移動並逐漸消失,過一段時間之後,又會有新的異常高壓中心生成,再向西移動,如此反覆作準雙週振盪,所以才會出現中國夏季一段時間多雨,一段時間少雨的現象。這是青藏高原和海洋共同作用對於氣候短期變化的影響。

      大家都知道厄爾尼諾現象和拉尼娜現象。在厄爾尼諾年,夏季風暴發都偏遲,因為海洋太暖和了,海陸狀態要轉換成南冷北暖的夏季型難度太大;而如果是拉尼娜年,海水本來就比較冷,所以變成夏季型比較容易。這就是青藏高原和海洋對於氣候年際變化的影響。

      那麼青藏高原和氣候年代際變化有何關係呢?對上世紀50年代至本世紀初中國降水分佈及青藏高原熱力作用的研究發現,上世紀80年代至世紀末青藏高原的熱力作用逐年減弱時,中國東部雨帶逐漸向南方移動,南澇北旱;自上世紀90年代末至本世紀初,夏季青藏高原熱力作用逐漸增強,中國夏季東部的雨帶也逐漸北抬。這兩者有一定的因果關係。

      隨著對青藏高原的研究逐漸增多,我們發現青藏高原上的觀測資料資料實在是太少了。因此中國氣象局從今年開始,準備用十年的時間,聯合青藏高原周邊的省在高原上增加氣象和氣候的觀測布點,使國家級地面氣象觀測站達453個、區域自動氣象觀測站達6754個、土壤水分觀測站達460個。不僅如此,在“風雲”系列氣象衛星研製上也下大力氣,增強對青藏高原的空基觀測能力。與此匹配,國家自然科學基金委員會在2013年也論證透過並啟動了為期十年的重大研究計劃“青藏高原地-氣耦合系統變化及其全球氣候效應”。這些措施將會有力推動青藏高原研究的進展,提高天氣氣候的預報預測能力。

      青藏高原是控制大氣環流的重要因子,它透過全球能量和水分迴圈影響著區域和全球的氣候及其變化。未來,氣象學者將充分利用新建的高原及周邊氣象科研-業務綜合探測,認識青藏高原地-氣耦合過程、青藏高原雲降水和水迴圈過程以及對流層-平流層相互作用過程,建立青藏高原資料庫和同化系統,完善青藏高原區域和全球氣候系統數值模式,揭示青藏高原影響區域與全球能量和水分迴圈的機制,把中國青藏高原大氣科學研究進一步推向世界舞臺,並處於國際領軍地位。

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