新疆生地所與比利時皇家氣象研究所合作在綠洲灌溉對區域降水的影響研究中獲進展

   亞歐內陸干旱區分布有全球最大規模的山地-綠洲-荒漠生態系統( Mountain-Oasis-Desert EcoSystem, MODS)。1950s以來大規模水土開發、高強度的放牧和綠洲土地集約利用,致使MODS土地利用與覆被變化(LUCC)顯著,并引起草地退化、荒漠植被破壞、河流斷流、尾閭湖泊萎縮或消失等日趨嚴重的生態與環境問題。這其中蘊含的一個重要科學問題是氣候變化背景下LUCC對MODS水熱格局和局地氣候的影響。

  針對上述問題,中國科學院新疆生態與地理研究所土地變化與生態模擬團隊,以絲綢之路新疆段的核心區——天山北坡為研究區,通過與比利時皇家氣象研究所和根特大學合作,在機理和過程層面上探索LUCC對MODS水熱格局與局地氣候的影響,尤其是在綠洲灌溉對區域降水的影響研究中取得系列進展。

  首先,該研究引入國際先進的SURFEX陸面模型和ALARO氣候模式,分析天山北坡LUCC對MODS水熱格局的影響。同時,還采用了國際上普遍使用的另一個主流區域氣候模式-陸面過程耦合模型WRF(The Weather Research and Forecast Model)-Noah,開展天山北坡LUCC對區域氣候的影響模擬研究,并與基于ALARO-SURFEX的分析結果進行比較。

  基于ALARO-SURFEX耦合模型的主要研究發現有:綠洲灌溉和擴張產生的強烈蒸散發在白天谷風的作用下,隨著海拔升高地表溫度降低水汽冷卻,使得海拔1000-2500m的山區降水增加5-20mm,加速了山地-綠洲-荒漠復合生態系統水文循環過程,而綠洲灌溉和擴張引發的強蒸發并沒有導致綠洲外圍降水的顯著變化。研究成果以“Agriculture intensification increases summer precipitation in Tianshan Mountains, China”為題發表在 Atmospheric Research期刊。

  基于WRF-Noah模型主要發現:(1)通過敏感性分析,發現綠色植被比率對WRF模擬水熱格局至關重要,為干旱區陸面過程與氣候模式建模提供理論支撐;(2)漫灌和滴灌增加了整個地區的降水,特別是在山區,從而加速了MODS中的水文循環;(3)綠洲-荒漠局部微循環維持了綠洲穩定,但被局地背景循環-山谷風所抵消,而被隱匿了。研究成果以“Numerical simulation of the irrigation effects on surface fluxes and local climate in typical mountain‐oasis‐desert systems in the Central Asia arid area”發表在Journal of Geophysical Research: Atmospheres期刊。

  通過對比上述2類國際主流的區域氣候/陸面過程模式的研究結果,都發現綠洲灌溉和擴張增加了天山山區的夏季降水,并加速了山地-綠洲-荒漠復合生態系統水文循環過程。

  文章鏈接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2019JD030507 

                      https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169809519304909 

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