Page 20 - 《高原气象》2025年第6期
P. 20

高     原      气     象                                 44 卷
              1428
             度、 主要水汽源地的变化、 水汽传输途中对流活                                但由于青藏高原地形复杂， 在与亚洲季风系统
             动、 还是其他大尺度大气环流信号， 还需进一步                            的相互作用影响下， 其气候和水文模拟有较大的挑
             研究。                                                战。将松驰逼近方法应用于大气模式中对青藏高
                  然而， 观测资料的降水稳定同位素时空变化信                         原降水同位素的模拟能力的改善程度还有待进一
             息较为有限， 模式模拟能提供连续的降水同位素时                            步研究。因此， 本研究利用 TNIP 青藏高原观测数
             空分布， 以及对应的大气环流、 水汽、 温度和降水                          据 ，  对 4 个 GCM 模 式（iCAM6、  ECHAM6-wiso、
             场（Hoffmann et al， 2000）， 为更全面地理解青藏高                IsoGSM2、 MIROC5）的自由运行结果和融合再分析
             原 降 水 氧 同 位 素 的 变 化 规 律 提 供 了 有 效 手 段 。            资料（NCEPR、 ERA5、 JRA55）的输出结果进行以
             Joussaume et al（1984）首次利用水汽和降水同位素                  下评估： （1）同种模式自由运行和融合再分析资料
             的关系构建了一个简单的带有水同位素的大气环                              的 对 比 评 估（iCAM6-Free 和 iCAM6-ERA5 以 及
             流模式， 之后研究者们在此基础上将水同位素模式                            IsoGSM2-Free 和 IsoGSM-NCEPR、 IsoGSM-ERA5、
             纳入不同的大气环流模式（AGCMs）， 如美国国家                          IsoGSM-JRA55）； （2）不同模式融合同一种再分析
             大气研究中心的 CAM（Fiorella et al， 2021； Nusbau‐          的模拟结果对比评估（IsoGSM-JRA55、 ECHAM6-
             mer  et  al，  2017）、  德 国 马 普 研 究 所 的 ECHAM
                                                                JRA55、 MIROC5-JRA55）。
             （Hofhnann et al， 1998）、 美国戈达德太空研究所的
                                                                    本文将通过以上对比评估， 对松弛逼近方法在
             GISS（Schmidt et al， 2006）、 英国气候研究预测中心
                                                                青藏高原地区的适用性和有效性进行探讨， 并对融
             的 HadAM3（Tindall et al， 2009）、 东京大学的 MI‐
                                                                合再分析资料的效果进行讨论， 改善对青藏高原水
             ROC（Okazaki and Yoshimura， 2019）等。为了定量
                                                                循环中水稳定同位素效应的理解和认识， 并且为选
             地评价这些带有水同位素大气模式的模拟效果， 各
                                                                择适用于研究青藏高原水同位素的模式提供参考。
             模式开发团队联合开展了水稳定同位素的比较计
             划 SWING2（https： //data. giss. nasa. gov/swing2/）   2  数据与模式
             （Risi et al， 2012）。这些模式之间的相互对比， 为
                                                                2. 1 观测数据来源
             改善模式的模拟水平提供了重要依据。Bühler et al
             （2022）比较了五种不同的同位素 GCM（ECHAM5-                          在过去的半个世纪， 基于 GNIP（http： //www.
                                                                iaea. org/）资料开展的降水稳定同位素的研究工作
             wiso、 GISSE2-R、 iCESM、 iHadCM3 和 isoGSM）的
                                                                取得了丰硕的成果（Dansgaard， 1964）， 但 GNIP 在
             输出， 将模式氧同位素的强烈区域差异归因于模式
                                                                高海拔地区如青藏高原上甚少布设站点。1991 年，
             表面温度的差异。章新平等（2016）引入了稳定同位
                                                                以姚檀栋院士为首的中国科研团队开展了“青藏高
             素大气水平衡模式 iAWBM和 4个 GCM（ECHAM4、
                                                                原降水稳定同位素观测计划”（以下称 TNIP）（Yao
             GISS E、 HadCM3、 MUGCM）， 通过对比发现模式
                                                                et al， 1996）。这一计划的实施弥补了这一区域相关
             差异与模式的动力结构、 稳定同位素方案、 模式的
                                                                研究的不足， 对深刻理解高原上水汽来源和水循环
             分辨率等有关。
                  近年来， 为了提高模式模拟降水同位素的效                          过程具有重要意义。
             果， 研究发现可以将松驰逼近方法应用于带有水同                                因此， 本文针对青藏高原降水稳定同位素的大
             位素的大气模式中。这种通过融合再分析资料的                              气环流模式模拟评估展开研究， 选取 TNIP 观测数
             环流信息使得模拟结果逼近观测的方法， 提高了模                            据作为模式有效性的评估依据， 将有连续 9 年以上
             式模拟降水同位素的可靠性， 从而更好地帮助我们                            的数据采集站点标记于图 1。TNIP 收集的观测数
             理解降水同位素的变化机理。Cauquoin and Werner                   据长度为 1991 -2008 年涵盖的时间情况如表 1， 因
             （2021）通过 ECHAM6-wiso 模式融合再分析资料                     此， 选择研究数据长度为 1991 -2004 年， 经纬度范
             （ERA5 和 ERA Interim）和自由运行结果的对比， 发                  围为 75°E -  100°E、 25°N -40°N。观测数据与模拟
             现模式融合再分析后在海冰表面积雪的同位素模                              数据在空间分布上（图 1， 该图是基于中华人民共和
             拟有更好的改善； Fiorella et al（2021）发现相比自由                国自然资源部地图技术审查中心标准地图服务系
             运行模式， iCAM6 模式融合 ERA5 再分析后模拟热                      统下载的审图号为 GS 京（2022）1061 的标准地图制
             带降水量的偏差进一步减少。因此， 将水同位素模                            作， 底图无修改）涵盖沱沱河、 德令哈、 拉萨、 怒峡
             式与松驰逼近方法结合使用， 可以发挥各自优势，                            等城市， 其中德哈令、 改则、 那曲、 聂拉木、 拉萨、
             提高水文循环和降水同位素模拟的准确性。                                沱沱河的观测数据较为完整和连续。
   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25