青藏高原地-气耦合系统及其对全球气候影响的重大研究计划
青藏高原地-气耦合系统及其对全球气候影响的重大研究计划
青藏高原是世界上海拔最高的地形，也是地球上除南北极之外冰川分布最广泛的地区，被誉为“世界屋脊”和“亚洲水塔”。其独特的地-气耦合过程对大气环流及其变化产生重要影响，并对区域和全球气候变化产生深远影响。为了深入研究青藏高原地-气耦合系统及其气候效应，国家自然科学基金委员会于2014年启动了为期10年的重大研究计划——“青藏高原陆气耦合系统变化及其对全球气候的影响（LASTPIC）”。
研究背景与意义
青藏高原独特的地理位置和地形特征使其成为影响全球气候的重要因素。尽管已开展大量相关研究工作，但由于观测资料缺乏和模式偏差问题，我们对青藏高原地-气耦合系统及其气候效应的认识仍存在很大不足。为了应对这些挑战，国家自然科学基金委员会于2014年1月启动了为期10年的重大研究计划——“青藏高原陆气耦合系统变化及其对全球气候的影响（LASTPIC）”。
核心科学问题与研究目标
LASTPIC计划旨在从科学视角、数据同化和模式开发等方面对青藏高原地-气耦合系统及其气候影响进行探测。该计划聚焦三个核心科学问题：
- 青藏高原地-气耦合过程
- 青藏高原对全球气候的影响
- 再分析和建模
围绕这三个科学问题，LASTPIC致力于：
- 认识青藏高原地-气耦合过程和对流层-平流层相互作用机制
- 探讨青藏高原对区域和全球天气气候的影响机制
- 建立青藏高原区域地-气集成资料库和同化系统
- 提高模式模拟青藏高原地-气耦合系统及其气候效应的能力
图1 LASTPIC项目的三个核心科学问题：青藏高原陆-气耦合过程，青藏高原对全球气候的影响，再分析和建模。
研究进展与成果
观测网络建设与数据收集
LASTPIC项目首次建立了覆盖青藏高原大部分地区的综合观测网络（图2），该监测网络观测周期长且连续，并已在青藏高原/第三极环境数据中心收集并发布了高分辨率综合观测长期逐时数据集，为青藏高原气象科学研究提供了宝贵的数据支持。
图2. 青藏高原多圈层(水-冰冻圈-大气-生物)相互作用综合观测系统（摘自马耀明等，2017）。
青藏高原对全球气候的影响
研究发现，青藏高原加热作用是亚洲夏季风形成的关键因素，对上游气候变率、东亚夏季风降水模态、南亚夏季风季节转变以及冬季ENSO发展具有重要调节作用。此外，研究还揭示了青藏高原与全球海洋之间的联系，进一步提高了对青藏高原气候效应的认识。
图3 青藏高原热强迫相关的大气异常与2-5月全球海表温度年际变率相互作用概念图。早春（2-3月），北大西洋三极子海温模态暖中心激发Rossby波列向东传播并影响青藏高原。晚春（5月），正位相IOBM导致青藏高原降水减少并升温。春季（3-5月），青藏高原异常加热进而影响北太平洋表层和混合层海温。
数据同化与模型开发
LASTPIC资助参与了气象局建立的数据同化系统[CMA陆面数据同化系统V2.0（CLDAS-V2.0）]及相关的逐小时再分析数据集，并开发了新版本的高分辨率全球海洋-大气-陆地系统模式（FGOALS-f3-H）。CLDAS-V2.0包含了中国6万个自动气象站观测数据，并使用了更好的高分辨率模式进行数据同化，其数据产品质量明显优于国际同类产品-GLDAS。此外，更新后的气候系统模式FGOALS-f3-L/H改进了几种青藏高原陆-气耦合过程的参数化方案，其在模拟青藏高原及其周边地区的降水和温度方面有很大改进；FGOALS-f3-L/H还参与了CMIP6多模式比较项目，并建立了次季节到季节(S2S)预测系统，其发布的实时青藏高原温度、降水和环流预报信息已在中国气象局国家气候中心和中国水利部信息中心投入运行。
未来展望
文章指出，未来有效实施青藏高原影响天气气候的大规模研究计划需要满足以下条件：
- 自上而下合理的科学设计
- 跨学科的全面努力
- 各个项目之间的有效整合
- 国际合作
本研究受到国家自然科学基金项目（91937302，41730963，92037000，42030602，41725018，和42122035）资助。
论文信息：Wu,G.,and Coauthors. 2023. An Integrated Research Plan for the Tibetan Plateau Land–Air Coupled System and Its Impacts on the Global Climate. Bull. Amer. Meteor. Soc.,104,E158–E177,https://doi.org/10.1175/BAMS-D-21-0293.1