前 言
——國家自然科學基金重大研究計劃“青藏高原地-氣耦合系統變化及其全球氣候效應”專題

周秀驥 吳國雄 徐祥德

青藏高原（以下簡稱高原）是世界上海拔最高的高原，平均海拔超過4000 m，其覆蓋面積約占我國陸地領土的四分之一。高原群山起伏，山谷縱橫交錯，地表狀況和地—氣交換的物理過程極其復雜。高原的復雜地形通過其熱力和動力作用對高原及鄰近地區乃至全球的環流系統和天氣氣候產生巨大影響。特別是近幾十年以來高原主體部分發生了異常顯著的氣候增暖，其幅度明顯超過北半球平均狀況和同緯度其他地區，被公認為是對全球變化響應最顯著的地區之一。因此，探究高原的氣候影響已成為全球氣候變化研究的科學前沿。然而，由于觀測資料的缺乏、氣候系統模式的偏差以及物理認識的不足，當前對高原能量和水分交換及其氣候影響的認識仍然有限。

為了應對這些挑戰，國家自然科學基金委員會于2014 年1 月啟動了為期10 年的重大研究計劃“青藏高原地－氣耦合系統變化及其全球氣候效應”。該計劃的核心科學目標是深化對青藏高原的陸氣耦合過程的理解，建立面向高原的大氣和陸面數據同化系統，完善區域和全球氣候模式，揭示高原天氣和氣候影響機制，最終為提高高原及周邊地區天氣預報和氣候預測水平提供科學支撐。在科學層面上，該計劃強調地表過程和對流層—平流層的相互作用、高原和海洋對亞洲季風的協同影響、以及高原陸—氣耦合系統對全球氣候的影響等新問題。此外，該計劃還突出開展對青藏高原多源數據進行同化和模式發展的研究，這也是與以往青藏高原相關項目明顯區別之處。

截至目前，重大研究計劃已資助項目91 項，其中管理項目3 項、重點項目33 項、培育項目45 項、集成項目9 項、戰略研究項目1 項，比例分別為3%、36%、50%、10%和1%。通過這些項目的實施，在如下幾方面取得了一系列重要進展：

（1）以高原地—氣耦合系統為主線，首次實現了在“世界屋脊”上近地層—邊界層—對流層—平流層等多層次大氣物理耦合過程的綜合研究，深化了高原地區對流層—平流層物質交換的認識。實現了高原上陸—氣交換觀測由點到面的突破，構建了覆蓋高原的有關陸—氣物質和能量交換的時空分布場。推動高原云觀測系統的建設并定量揭示了高原云的宏觀和微觀參數特征、閃電活動與降水頻次分布特征。開展上對流層—下平流層大氣成分國際協同觀測并首次提供了亞洲對流層頂氣溶膠層存在的原位觀測證據；揭示了亞洲南部排放的大氣污染物經該通道進入平流層及其對北半球平流層氣溶膠收支的顯著貢獻。

（2）在高原天氣、氣候動力學理論方面，從能量交換、水分交換和位渦守恒理論的不同角度確定了高原的加熱作用在亞洲夏季風環流形成中的主導作用和對全球氣候的影響。明晰了伊朗—青藏高原熱源對區域、全球氣候協同影響的物理過程。提出了海洋與高原協同影響東亞季風及氣候變化的概念模型。明確了高原土壤濕度、融凍和融雪異常等引起的地表非絕熱加熱效應異常與東亞夏季風的關系及機理。揭示了高原低渦系統活動特征，提出了不同于垂直耦合作用的高原渦、西南渦“橫向耦合”新機制。建立了高原低渦系統暴雨分析與預報新思路。揭示了青藏高原動力、熱力強迫對印度洋環流和溫度、太平洋赤道輻合帶、大西洋經向翻轉流（AMOC）形成的影響。

（3）從地球氣候系統海—陸—氣相互作用的視角出發，顯著推進了高原天氣、氣候效應的科學認知。建立了融合高原特色物理過程的高分辨率數值模式，研發了適合高原的高分辨率氣候模式和若干具有高原特色的物理過程參數化方案，改進了高原地區陸面過程參數化方案和云過程關鍵參數化方案；建成了針對高原和周邊地區的短期氣候預測系統。發展了耦合CLM（公共陸面模式）和DART（數據同化研究平臺）的全球陸面多源數據的同化系統，推動了高原地區天—空—地多源觀測信息融合、同化及再分析新技術發展。創新性地建成了國內唯一的、實時業務運行的、覆蓋青藏高原及周邊區域的高時效（1 h）、高分辨（6.25 km/1 km）和高質量的陸面數據同化業務系統，提供近地面溫、濕、壓、風、降水、輻射、地表溫度、土壤濕度、土壤溫度等格點產品，填補了國內空白。還建成了長達22 年的相應的歷史數據系列（溫、壓、濕、風達41 年），提供公開服務。

該重大研究計劃有力地推動了大氣科學與其他學科的交叉融合，將高原大氣科學推向了跨學科的交叉和應用研究。其中很多成果達到了國際先進水平，提升了我國大氣科學的原始創新能力和國際影響力，并培養了一批中青年學科帶頭人。

本專題登載了該研究計劃的部分研究成果。希望其發表有助于進一步推動相關的學術交流，促進青藏高原天氣氣候影響的研究。