雅鲁藏布大峡谷水汽通道科学考察(精)/第二次青藏高原综合科学考察研究丛书

**章引言 雅鲁藏布大峡谷作为青藏高原水汽来源的重要通道，一直缺乏系统的研究。本章首先介绍国内外对雅鲁藏布大峡谷水汽通道的研究历史、研究手段及研究进展，将其作为2018年对雅鲁藏布大峡谷水汽通道科考研究的借鉴。 1.1.雅鲁藏布大峡谷 雅鲁藏布江自西向东横贯藏东南地区，是青藏高原*大的河流系统，也是我国重要的国际河流。雅鲁藏布江是西藏的主要淡水来源，也是我国水资源的战略储备区。**次青藏高原综合科学考察已确立了雅鲁藏布大峡谷为世界**大峡谷(杨逸畴等，1995)。雅鲁藏布江流域集中了西藏50%的人口，其水资源变化对于西藏的社会经济发展具有举足轻重的作用。 近年来，雅鲁藏布江流域冰川退缩势必影响到其生态景观格局。但由于观测基础薄弱，目前对气候变化背景下雅鲁藏布江的水汽输送机制仍然缺少认识。雅鲁藏布江流域西起西藏西南部喜马拉雅山北麓的杰马央宗冰川，东抵横断山区中北部。该地区是以高山峡谷为主体的自然地理区域，而高山峡谷的地形主要受区域地质构造的影响。雅鲁藏布大峡谷的地形独*，不仅是青藏高原的重要水汽通道，也是东亚地区水汽分布与输送的关键区。来自印度洋的暖流与北方的寒流在念青唐古拉山脉东段交汇，形成了雅鲁藏布江乃至藏东南地区的热带、亚热带、温带及寒带气候并存的多种气候带。暖流常年鱼贯而入，形成了该地区特殊的热带湿润和半湿润气候。该地区实验条件艰苦、观测难度大，缺乏全面系统的大气圈层要素的监测数据；观测数据时间短、频次少、空间覆盖率低，具有时间和空间的双重局限性，不足以揭示水汽输送过程的演变规律与机理。由于数据缺乏，物理模型等相关方法难以得到应用并进行准确验证，这在一定程度上阻碍了模型的集成和发展，急需加强观测并利用多种观测资料揭示该地区空中水资源的演变规律和驱动机制。 1.2.雅鲁藏布大峡谷水汽通道科考回顾 1981年中国科学院南迦巴瓦地区登山和综合科学考察(中国科学院科研重点项目)，对南迦巴瓦地区天气气候规律进行了研究；1982年中国科学院南迦巴瓦地区登山和综合科学考察沿雅鲁藏布江及其支流的河谷选点建立气象站，进行高空和地面气象观测，计算沿江的水汽输送通量，研究了雅鲁藏布江下游南北向水汽通道的作用，论证了水汽通道及其对自然资源和人类活动的影响；1983年，中国科学院科学考察队证实雅鲁藏布大峡谷是青藏高原*大的水汽通道(高登义，2012)；1998年10～12月，由高登义等组成的中国雅鲁藏布大峡谷科学考察队调查了大峡谷地区的水汽源，为该地区合理开发和利用水资源增添了科学依据，发现并确认了四组大瀑布群。 本书对雅鲁藏布大峡谷地区进行的科学考察和科学探险取得的主要成果进行归纳总结(图1.1)，1981～1984年取得的主要成果是证实了雅鲁藏布大峡谷是青藏高原*大的水汽通道，论证了水汽通道对于自然资源和人类活动的影响，此为**阶段考察活动。1991～1998年，主要是对雅鲁藏布大峡谷水运通道可行性的论证、雅鲁藏布大峡谷正式命名、首次徒步穿越雅鲁藏布大峡谷核心地区，取得的主要成果是论证了水汽通道对藏民族文化发展的影响，提出了雅鲁藏布大峡谷可持续发展规划的建议，建立了雅鲁藏布大峡谷国家*自然保护区，此为第二阶段考察活动。第二次青藏高原综合科学考察研究队于2018年组织了“雅鲁藏布大峡谷水汽通道”科学考察活动，“雅鲁藏布大峡谷水汽通道”科考分队在藏东南地区鲁朗—排龙—波密—墨脱沿线进行了为期两年多的连续考察观测活动，结合第二次青藏高原综合科学考察研究队提出的研究目标——青藏高原水资源失衡，该科考分队的主要研究内容是水汽通道水汽输送的变化。 图1.1历次有关雅鲁藏布大峡谷的科学考察和科学探险活动及取得的主要成果 1.3.雅鲁藏布大峡谷水资源减少 从重力反演与气候实验(gravity recovery and climate experiment，GRACE)卫星观测到青藏高原藏东南地区的地表和地下水(包含冰川和积雪)资源近15年来在减少(图1.2)，部分原因是冰川的快速融化和消失，另外与这个地区的降水减少也有关。藏东南地区的水汽输送是否能够解释该地区的降水变化是当前急需回答的问题，分析这个地区降水和水汽输送对于未来的雅鲁藏布江流域的水资源开发具有重要的意义。如果印度季风继续保持减弱，该地区的降水和潜在的水储存会进一步减少，如何制定有效的气候变化适应对策以适应这种不利的水资源变化显得非常重要。 图1.2GRACE卫星观测到的2002～2016年地表水和地下水的变化 资料来源：图片改编自Rodell等(2018) 另外，GRACE卫星也能准确观测到青藏高原内陆近年来(2002～2016年)降水增加引起地下水增加，我国华北平原农田灌溉大量抽取了地下水而导致该地区地下水减少，三峡大坝的蓄水功能也引起了GRACE卫星观测到我国四川地区有明显的地下水增加。今后应结合GRACE卫星数据的特点，重点分析青藏高原水资源变化的原因。 1.4.向青藏高原内陆水汽输送的不同机制 综合以往的研究结果(如Dong et al.，2016，2017)可以看出，青藏高原南部的水汽如何进入青藏高原存在不同机制的解释(图1.3)，一种解释认为青藏高原地形的“二台阶机制”(conditional instability of the second kind，CISK)把南部的水汽输送到青藏高原，而另一种解释认为印度次大陆的深厚对流把水汽输送到对流层上层，再由南边的气流将水汽输送到青藏高原上空。Dong等(2016)研究认为，青藏高原西南部的夏季降水和印度次大陆中东部的降水有很紧密的联系，尽管这两个地区被喜马拉雅山所阻挡，但作者认为这两个地区的降水有紧密联系是向上并穿越(up-and-over)水汽传输引起的，即印度次大陆的深厚对流引起向上的水汽输送，再由对流层上部向青藏高原的平流层输送穿越喜马拉雅山而抵达青藏高原的西南部，这种水汽输送要比沿喜马拉雅山爬坡的水汽输送强，研究发现，这种“up-and-over”造成的水汽输送贡献了青藏高原西南部降水的将近一半。 Dong等(2016)研究表明，当印度次大陆上空的中对流层过程影响青藏高原西南部时环流呈现的是侵入(intrusive)类型的对流风暴，而当印度次大陆中对流层过程的影响只是局限在喜马拉雅山的南部时，环流则呈现的是非侵入(non-intrusive)类型的对流风暴(图1.4)。 本书用这两个标准将每次的对流系统划分为侵入型和非侵入型，在此基础上对比分析了两种情况下的大气流场和降水，结果见图1.5。 从南部向青藏高原输送水汽，不同输送机制的解释说明当前水汽输送的物理过程还需要加强，另外对于青藏高原热力和动力驱动的季风向青藏高原的传播也有不同看法，这些讨论可参考Boos和Kuang(2010)与Wu等(2012)的文章。 1.5.水汽通道的科学考察研究对于“亚洲水塔”的重要性 雅鲁藏布大峡谷地区冰冻圈(海洋性冰川的快速消融)、大气圈(*强水汽输送通道)、生态圈(全谱带景观)、水圈(丰富的水电资源)、人类圈(多民族文化交流通道)等都有一些极端过程的表现。另外，在青藏高原东南部河湾区还分布了大小接近的4个南北向大通道，但这4个大通道还具有不同干湿特征，如有的山谷表现为“暖湿”特征，有的则表现为“暖干”特征，未来还需要对这几个大通道做对比分析。 与干旱地区相比，墨脱地区是青藏高原*湿润的地区，处于青藏高原*大的水汽通道内，冰川、河流分布较广泛，区域内水资源丰富，甚至关系到青藏高原作为“亚洲水塔”的发展走向。目前，西藏自治区政府已筹划建设国家公园，因此需要加大对该地区全景观的保护力度，东南湿热水汽的向北输送对植被垂直带和生物多样性有重要影响，对该地区的科学考察能为该区域的生态保护提供重要的参考。综上所述，水汽通道新的科学考察对于保护“亚洲水塔”具有重要意义。 在青藏高原的东南部分布了多个南北向的狭长山谷，它们被认为是水汽从南向北输送的主要通道。由于受到青藏高原南部喜马拉雅山等高海拔山脉的阻挡，低层水汽难以直接从南部翻越喜马拉雅山进入青藏高原腹地(Boos and Kuang，2010)，而藏东南地区分布的多条狭长的山谷被一些科学家认为是青藏高原*理想的“水汽输送通道”(Xu et al.，2014)(图1.6)，较为典型的如雅鲁藏布大峡谷，但是目前对这些水汽通道内的水汽输送过程还没有做过深入研究，并且观测资料严重缺乏。因此，本次科考重点关注亚洲夏季风如何通过雅鲁藏布大峡谷水汽通道将热带海洋的水汽输送到青藏高原，理解水汽通道内的水汽来源和水汽向青藏高原传输的物理过程，定量估计水汽通道内的水汽量并追踪水汽来源。 图1.6青藏高原东南部的主要水汽输送通道(蓝色实线) 图1.7给出了全球几个重要的水汽输送路径，从全球角度来看，从印度洋到孟加拉湾进入青藏高原东部的水汽输送带非常显著，这种强的向青藏高原的水汽输送又被青藏高原周围的环流转运到我国东部，进而对我国东部的天气产生影响。从图1.8青藏高原气团的踪迹可以看出，青藏高原那曲地区上空的气团基本移动到长江中下游地区。华北地区的降水除了受到东亚季风带来的水汽影响外，还有两个水汽输送带：一个是沿青藏高原北部的西风带，另一个是由南亚季风带来的孟加拉湾、南中国海和西太平洋的水汽进入雅鲁藏布江东段(河湾区)并沿青藏高原东部边界输送到我国华北(Zhao et al.，2019a)。因此，青藏高原上空的水汽向下游的扩散对于我国东部的降水具有重要意义。 Zhao等(2019a)研究指出，从印度洋到孟加拉湾、藏东南地区有很高的大气水汽输送带发生频率，夏季表现得更明显，水汽传输集中到一个条带中，传输距离更长，