前 言——国家自然科学基金重大研究计划“青藏高原地-气耦合系统变化及其全球气候效应”专题

周秀骥 吴国雄 徐祥德

青藏高原（以下简称高原）是世界上海拔最高的高原，平均海拔超过4000 m，其覆盖面积约占我国陆地领土的四分之一。高原群山起伏，山谷纵横交错，地表状况和地—气交换的物理过程极其复杂。高原的复杂地形通过其热力和动力作用对高原及邻近地区乃至全球的环流系统和天气气候产生巨大影响。特别是近几十年以来高原主体部分发生了异常显著的气候增暖，其幅度明显超过北半球平均状况和同纬度其他地区，被公认为是对全球变化响应最显著的地区之一。因此，探究高原的气候影响已成为全球气候变化研究的科学前沿。然而，由于观测资料的缺乏、气候系统模式的偏差以及物理认识的不足，当前对高原能量和水分交换及其气候影响的认识仍然有限。

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“青藏高原地－气耦合系统变化及其全球气候效应”。该计划的核心科学目标是深化对青藏高原的陆气耦合过程的理解，建立面向高原的大气和陆面数据同化系统，完善区域和全球气候模式，揭示高原天气和气候影响机制，最终为提高高原及周边地区天气预报和气候预测水平提供科学支撑。在科学层面上，该计划强调地表过程和对流层—平流层的相互作用、高原和海洋对亚洲季风的协同影响、以及高原陆—气耦合系统对全球气候的影响等新问题。此外，该计划还突出开展对青藏高原多源数据进行同化和模式发展的研究，这也是与以往青藏高原相关项目明显区别之处。

截至目前，重大研究计划已资助项目91 项，其中管理项目3 项、重点项目33 项、培育项目45 项、集成项目9 项、战略研究项目1 项，比例分别为3%、36%、50%、10%和1%。通过这些项目的实施，在如下几方面取得了一系列重要进展：

（1）以高原地—气耦合系统为主线，首次实现了在“世界屋脊”上近地层—边界层—对流层—平流层等多层次大气物理耦合过程的综合研究，深化了高原地区对流层—平流层物质交换的认识。实现了高原上陆—气交换观测由点到面的突破，构建了覆盖高原的有关陆—气物质和能量交换的时空分布场。推动高原云观测系统的建设并定量揭示了高原云的宏观和微观参数特征、闪电活动与降水频次分布特征。开展上对流层—下平流层大气成分国际协同观测并首次提供了亚洲对流层顶气溶胶层存在的原位观测证据；揭示了亚洲南部排放的大气污染物经该通道进入平流层及其对北半球平流层气溶胶收支的显著贡献。

（2）在高原天气、气候动力学理论方面，从能量交换、水分交换和位涡守恒理论的不同角度确定了高原的加热作用在亚洲夏季风环流形成中的主导作用和对全球气候的影响。明晰了伊朗—青藏高原热源对区域、全球气候协同影响的物理过程。提出了海洋与高原协同影响东亚季风及气候变化的概念模型。明确了高原土壤湿度、融冻和融雪异常等引起的地表非绝热加热效应异常与东亚夏季风的关系及机理。揭示了高原低涡系统活动特征，提出了不同于垂直耦合作用的高原涡、西南涡“横向耦合”新机制。建立了高原低涡系统暴雨分析与预报新思路。揭示了青藏高原动力、热力强迫对印度洋环流和温度、太平洋赤道辐合带、大西洋经向翻转流（AMOC）形成的影响。

（3）从地球气候系统海—陆—气相互作用的视角出发，显著推进了高原天气、气候效应的科学认知。建立了融合高原特色物理过程的高分辨率数值模式，研发了适合高原的高分辨率气候模式和若干具有高原特色的物理过程参数化方案，改进了高原地区陆面过程参数化方案和云过程关键参数化方案；建成了针对高原和周边地区的短期气候预测系统。发展了耦合CLM（公共陆面模式）和DART（数据同化研究平台）的全球陆面多源数据的同化系统，推动了高原地区天—空—地多源观测信息融合、同化及再分析新技术发展。创新性地建成了国内唯一的、实时业务运行的、覆盖青藏高原及周边区域的高时效（1 h）、高分辨（6.25 km/1 km）和高质量的陆面数据同化业务系统，提供近地面温、湿、压、风、降水、辐射、地表温度、土壤湿度、土壤温度等格点产品，填补了国内空白。还建成了长达22 年的相应的历史数据系列（温、压、湿、风达41 年），提供公开服务。

该重大研究计划有力地推动了大气科学与其他学科的交叉融合，将高原大气科学推向了跨学科的交叉和应用研究。其中很多成果达到了国际先进水平，提升了我国大气科学的原始创新能力和国际影响力，并培养了一批中青年学科带头人。

本专题登载了该研究计划的部分研究成果。希望其发表有助于进一步推动相关的学术交流，促进青藏高原天气气候影响的研究。