亞洲水塔降水被低估，需要新的觀測體系
2024年5月29日，“生態安全屏障功能與優化體系”任務“生態安全屏障優化體系”專題研究團隊在國際著名學術期刊《美國科學院院刊》（PNAS）上發表了關于亞洲水塔降水觀測的最新成果。北京師范大學繆馳遠教授為論文第一作者，中國科學院青藏高原研究所李新研究員為論文通訊作者。
青藏高原是包括長江、黃河、雅魯藏布江、印度河、瀾滄江在內的亞洲10多條主要河流的發源地，為近20億人提供可靠水源，是名副其實的“亞洲水塔”。在全球變暖大背景下，青藏高原的水循環正發生巨大變化，直接影響我國的水資源利用及眾多“一帶一路”國家的水安全。降水是水循環的核心環節之一，降水的準確估算是科學開展水資源管理、水循環研究和水災害防控的關鍵。
目前普遍認為，地面儀器監測（簡稱“器測”）是獲取降水信息最主要、最可靠的手段。然而，本研究發現，器測嚴重低估了亞洲水塔的實際降水量（圖1），具體表現為：1）實際蒸散發量大于器測降水量，2）河川徑流系數普遍偏高，3）從多個冰芯中重建的雪水當量顯著高于同期器測降水量。
圖1. 亞洲水塔實際降水被嚴重低估的三個關鍵證據
研究進一步從器測誤差和代表性誤差2個方面系統剖析了亞洲水塔降水被嚴重低估的原因。在青藏高原地區，降水過程中雪的比例相對較高，且常伴有強風。傳統地面監測儀器的開口面積有限且底部封閉，在強風條件下易形成上托氣流，阻礙雨滴或雪花進入，從而造成降水量低估。這種由強風引起的器測誤差是影響高寒地區降水測量精度的最主要原因，在極端天氣條件下誤差甚至可超過100%。
青藏高原地形復雜，即便在一個網格單元內也存在顯著的地形變化，垂直降水梯度明顯。但是，氣象站點通常位于山谷或低海拔地區，無法反映其所在網格單元的整體降水特征。以高程為例，青藏高原現有氣象站高程比相應網格單元（0.5°× 0.5°）的平均高程低約1 km。而對于無地面測站分布的網格單元，降水量需利用更遠的臺站數據進行推算，進一步降低了網格插值降水的可靠性，從而在區域尺度上引入代表性誤差。由于交通不便、監測環境困難，青藏高原現有的氣象臺站密度（每個站點平均覆蓋22000 km2）明顯低于世界氣象組織推薦的最小站點密度。以0.1°×0.1°網格分辨率為例，約只有0.4%的網格單元內氣象站點分布。此外，氣象站點的空間和海拔分布不均進一步降低了區域降水的估算精度，區域代表性誤差大幅增加。
研究呼吁重新評估基于現有器測降水數據得到的水資源、水循環和水災害相關結果，如水資源量、水循環速率、徑流組分占比等。最后，研究從儀器創新、站點建設與空間優化、多監測手段對比、數據同化與融合、深度學習等方面提出了亞洲水塔降水監測的新方案。
原文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2403557121