兴都库什山及伊朗高原抬升对...干旱气候演化影响的模拟研究_沙莹莹.pdf

第 卷 第 期 年 月第 四 纪 研 究，沙莹莹，石正国，侯芸，等 兴都库什山及伊朗高原抬升对南亚季风中亚干旱气候演化影响的模拟研究 第四纪研究，（）：，（）：文章编号：（）兴都库什山及伊朗高原抬升对南亚季风中亚干旱气候演化影响的模拟研究沙莹莹，石正国，侯芸，毛希月（中国科学院地球环境研究所，黄土与第四纪地质国家重点实验室，陕西 西安；西安地球环境创新研究院，陕西 西安）摘要：新生代以来青藏高原大地形及其周围边缘地形的构造抬升对亚洲气候演化有着深远而复杂的影响。目前的气候代用指标表明南亚季风的开始可以追溯到始新世，随后在早中新世和晚中新世经历了显著的加强过程。同时，构造地质证据表明兴都库什山脉和伊朗高原的隆升可能开始于 。兴都库什山脉和伊朗高原作为南亚季风和中亚干旱区之间的天然地理屏障，其对南亚季风和中亚干旱区气候演化和分异是否有一定的影响，目前尚未可知。本研究利用高分辨率的大气环流模式系统性评估了兴都库什山脉和伊朗高原对南亚和中亚气候的影响。结果表明，兴都库什和伊朗高原对南亚季风的加强和中亚干旱区降水的抑制均有贡献。相较而言，兴都库什山脉对南亚季风的加强和向北扩张起主导作用。兴都库什山脉引起的南亚夏季降水增量达到兴都库什和伊朗高原共同作用的.。兴都库什山脉抬升后，南亚地区 以北，尤其是印度半岛中部和西北部夏季降水均显著增加，阿拉伯海对流层低层的西南风和印度西北部偏南风显著加强。伊朗高原对中亚干旱区的干旱化作用更强，并以冬季变化为主导。伊朗高原引起的中亚地区冬季降水减少量占兴都库什和伊朗高原共同作用的.。伊朗高原抬升后，中亚地区冬季的盛行西风显著减弱，从而导致降水显著减少。本研究的数值模拟试验表明，地质记录揭示的南亚季风在晚中新世的加强可能与兴都库什山脉和伊朗高原在该阶段的抬升密切相关。关键词：兴都库什山脉；伊朗高原；南亚季风；中亚干旱区；青藏高原中图分类号：文献标识码：开放科学标识码（）收稿，收修改稿 国家自然科学基金项目（批准号：和）、中国科学院青年创新促进会项目（批准号：）和陕西省自然科学基础研究项目（批准号：）共同资助 第一作者简介：沙莹莹，女，岁，副研究员，气候动力学及古气候模拟研究，：通讯作者：石正国，：引言早在 世纪 年代，气象学界便开始了青藏高原气候效应的理论研究。早期的研究指出青藏高原在夏季作为大气热源对东亚、南亚大气环流季节性转变的作用，并提出青藏高原的动力、热力效应对北半球西风急流形成和发展的贡献，。随后的数值模拟研究进一步证实了青藏高原大地形对东亚、南亚季风亚洲内陆干旱气候和北半球西风急流显著的加强作用。随着气候模式的发展和高原隆升地质证据的积累，青藏高原气候效应的数值模拟研究也从早期的整体隆升发展为阶段性、区域性隆升效应的研究。通过以青藏高原现有高度 的高度递减率进行青藏高原生长数值试验，和 发现南亚季风和内陆干旱化对高原生长的响应是非线性的，此外，相比于南亚季风，东亚季风对青藏高原隆升的响应更敏感；张冉等通过青藏高原区域性隆升数值模拟研究发现青藏高原北部的隆升对东亚北部季风降水的增加和东亚夏季风环流的加强比青藏高原中南部作用更为显著。可见，新生代以来青藏高原大地形的阶段性抬升过程对亚洲气候环境的发展演化作用十分复杂。近十几年来，青藏高原气候效应模拟研究得到第 四 纪 研 究 年进一步发展，并获得新的动力学认识。利用美国国家大气研究中心（）水平分辨率为.的 大 气 环 流 模 式.，和进行了一组保留喜马拉雅山脉及其向西延伸狭长地形但无青藏高原主体的数值试验，试验结果表明大尺度的南亚季风环流、夏季降水和大气热力结构并未受到影响；并提出喜马拉雅山脉和西部狭长地形通过“热力阻断”作用，阻挡北方的干冷空气进入印度大陆，从而使得暖湿气流在印度积聚，形成强南亚季风。这一观点完全不同于传统的青藏高原热源作用观点；随后，等通过一组喜马拉雅山脉、青藏高原和伊朗高原的数值试验，系统性分析了高原热力和动力效应对南亚和东亚夏季风的作用，结果表明亚洲夏季风主要受热力作用控制而大尺度的地形动力作用并不是必要条件；并指出，南亚季风 以南部分受海陆热力差异主导，南亚北部季风受伊朗高原热力作用主导，而南亚季风东部和东亚季风则受青藏高原热力作用主导；与此同时，结合高原隆升地质记录，等则指出印度季风的加强主要受青藏高原西部地形（札格罗斯山脉）“热力阻挡”的作用，而东亚夏季风的加强主要是青藏高原地表感热加热的作用，此外，青藏高原热力作用引起的对流层低层的气旋式异常环流抑制了印度季风。因此，关于亚洲不同高原地形动力和热力作用对亚洲夏季风的相对影响仍需要进一步研究。除此之外，近年来的高分辨率数值试验表明亚洲不同的区域高原地形对新生代，尤其是中新世以来亚洲季风、亚洲内陆干旱和对流层高层西风急流的演化和发展也有重要影响。多组蒙古高原青藏高原地形敏感性试验表明，蒙古高原的隆升对东亚冬季风系统有显著的加强作用 西伯利亚高压加强、东亚地区对流层低层偏北风加强、气温降低，北半球冬季位于北太平洋的西风急流中心显著加强。等也指出，相对于整个青藏高原，东亚冬季风的加强与青藏高原中部和北部的区域隆升以及北部地形的隆升关系更为密切；此外，与青藏高原主体对塔里木盆地各个季节降水的抑制作用不同，位于青藏高原主体北缘的帕米尔高原天山的生长则显著加强了塔里木盆地的夏季降水而抑制冬季降水，导致塔里木盆地降水季节性从冬春雨型转变为夏季主导型，并引起夏季中亚西风急流轴的北移。处于青藏高原东南部的云贵高原显著抑制南亚季风降水。基于晚渐新世早中新世古地理分布背景的数值模拟试验表明，青藏高原北部和东北缘的生长造成东亚季风区降水增加，从而对该时期亚洲东南部植被从落叶阔叶林向常绿阔叶林的转型有重要贡献。区域隆升数值模拟试验表明青藏高原中部、北部和东部的隆升对东亚夏季风降水的加强更为显著且青藏高原东北部地形的抬升使得东亚季风降水重新分配并导致黄土高原东部降水增加而西部减少。上述数值模拟试验表明，新生代以来青藏高原及其他亚洲高原地形的构造隆升可以导致亚洲季风内陆干旱化和西风急流的非同步发展和差异性演化，。或者说，新生代以来不同地质构造时期的区域地形的抬升对亚洲气候不同子系统的形成和演化起着不同的作用。因此，可靠的气候演化地质记录以及亚洲地形和构造隆升证据对检验模式结果、模式模拟性能并进一步阐明高原地形气候变化机理十分重要。我国黄土高原连续的风成沉积指示现代东亚季风格局形成于约 ，与此同时，亚洲地区由纬向行星风带控制的气候类型转变为东亚季风内陆干旱气候。最近，基于古地理情景重建的大陆漂移和温室气体变化数值模拟研究表明，相比于海陆分布和温室气体浓度变化，青藏高原的构造抬升是晚渐新世至早中新世东亚季风内陆干旱形成的关键因素。与东亚季风不同，目前已有的植物和动物化石等地质记录表明南亚季风的开始可以追溯到始新世。该阶段的南亚热带季风主要受控于热带辐合带的季节性移动，其时空分布与印度和亚洲板块的全面碰撞、亚洲陆地面积的扩大以及高大气 浓度等有关；此外，根据印度半岛东北部和阿拉伯海的地质记录，部分研究认为类似现今的南亚季风气候在中新世早期已经建立且季风降水在 达到峰值，这与喜马拉雅山脉在早中新世的强烈隆升证据一致。数值模拟也表明喜马拉雅山脉隆升后南亚季风区季风降水显著增强并建立起与现代一致的环流和热力结构，。除此之外，阿拉伯海的海洋沉积显示南亚季风在 显著加强。巴基斯坦北部的古土壤碳酸盐记录表明在约 左右该地区陆地植被类型由 转变为植物，这一转型可能记录了中新世晚期南亚季风系统的进一步加强过程。晚中新世以来，受印度板块、阿拉伯板块与欧亚板块持续碰撞的影响，青藏高原北缘、中亚山地、兴都库什山脉和伊朗高原均经历了剧烈的隆升过程。目前的构造证据 期沙莹莹，等：兴都库什山及伊朗高原抬升对南亚季风中亚干旱气候演化影响的模拟研究表明位于青藏高原西南缘的兴都库什山脉和西部的伊朗高原的隆升出现于 ，而青藏高原主体在晚渐新世早中新世已抬升到相当的高度并到达目前的纬度位置。事实上，早期的数值模拟研究表明青藏高原西部的地形对南亚季风有显著的加强作用而青藏高原和中亚山地则主要加强东亚季风系统，。因此，这些气候记录、构造活动证据以及数值模拟结果似乎暗示着晚中新世兴都库什山脉伊朗高原的隆升与南亚季风的演化之间存在一定的联系。图 控制试验亚洲区域地形（单位：）灰色和黑色粗实线分别为 和 海拔等高线；试验中青藏高原（）、兴都库什山脉（）和伊朗高原（）范围分别用深蓝、浅蓝和绿色实线标出，且大致代表 的等高线.（：），（），（）（），从现今的地理格局看，兴都库什山脉（）以北、伊朗高原（）以东为中亚干旱区，而兴都库什山脉以南则为湿润的南亚季风区，也就是说，兴都库什山脉和伊朗高原是中亚和南亚两个不同气候区域的天然分界线（图）。那么，兴都库什山脉和伊朗高原的隆升对中亚和南亚气候的形成和分异演化有什么作用？从地质构造的角度看，晚中新世以来兴都库什山脉的隆升主要响应于印度板块与欧亚板块的碰撞而伊朗高原主要响应于阿拉伯板块于欧亚板块的碰撞。基于这一地质构造约束条件，我们利用高分辨率大气环流模式设计了一组数值模拟试验以探讨兴都库什山脉和伊朗高原地形整体隆升及其各自对中亚干旱南亚季风气候的影响。试验设计与评估 本文采用的数值模式为 的通用大气模式（，简称），水平分辨率选择.的高分辨率（约为）。是 的第六代大气环流模式，在亚洲地形气候效应研究中得到非常广泛的使用，。为评估兴都库什山脉和伊朗高原的气候效应，我们设计了 个数值试验：试验 为控制试验（），即试验边界条件保持现代地形分布和海拔高度（图）；试验 为去除兴都库什山脉地形试验（），在该试验中我们将兴都库什山脉范围内海拔高度削减至 ；试验 为去除伊朗高原地形试验（），在该试验中将伊朗高原范围内的地形海拔高度削减至 ；试验 为同时去除兴都库什山脉和伊朗高原试验（），即将二者海拔高度均削减至 ；试验 为去除青藏高原主体以及兴都库什山脉试验（），在该试验中同时将青藏高原主体和兴都库什山脉海拔高度削减至 。通过这 组试验，我们可以分析兴都库什山脉（与 差值，）、伊朗高原（）各自隆升的气候效应，以及二者共同的气候效应（），并与青藏高原大地形整体气候效应进行对比（）。个试验除亚洲高原地形高度不同外，其他边界条件均保持一致。大气 浓度设定为工业革命前 ，海表温度来自英国哈德莱气候预测研究中心美国国家海洋和大气管理局海表温度融合数据集。试验各积分 年，我们选取后 年第 四 纪 研 究 年平均结果进行对比分析。文中夏季为 月平均，冬季为 月、月和 月平均；中亚和南亚分别选取，区域（图 和 中紫色框）和 ，区域（图 和 中黄色框），在进行区域降水平均时选择现代地形海拔高度不超过 区域进行平均。图 亚洲区域降水（单位：）（）再分析资料年平均降水；（）控制试验（）年平均降水；（）再分析资料中亚区域季节降水；（）再分析资料南亚区域季节降水；（）试验中亚地区季节降水；（）试验南亚区域季节降水再分析资料来自，取 年平均；（，）中灰色实线为 和 海拔等高线，中亚和南亚区域分别用紫色和黄色方框标出.（）（）；（）；（）（）；（）（）；（）；（）（，），为检验模式对中亚和南亚降水的模拟性能，我们选取了欧洲中期天气预报中心的 再分析资料与控制试验 模拟的降水气候态平均结果进行对比（图）。对比图 和 可以看到，模式能够很好地模拟出亚洲地区年平均降水的空间分布形态（图）：亚洲内陆中纬度存在两个降水极小值区域，分别位于中亚地区和我国西北部地区，年平均降水均低于.，极小值中心均在 左右。相对于亚洲中纬度干旱区，南亚季风区降水可以达到 以上，印度半岛降水整体上由东南向西北逐渐递减，而降水极大值中心位于印度半岛西海岸以及喜马拉雅山脉南坡。模式模拟的偏差主要出现在阿拉伯半岛，可以看到观测结果显示该区域年降水不超过.，而模式并未模拟出阿拉伯半岛的降水极小值中心。此外，观测的孟加拉湾区域降水极大值位于中南半岛西海岸而模拟的极大值偏向孟加拉湾中部，模拟的南亚地区降水略为偏高（图 和）。总体而言，模式模拟出了中亚干旱区和南亚季风区降水的空间分布，并能够很好的模拟出中亚和南亚地区降水的季节性特征（图 ）。结果与讨论 青藏高原大地形整体、兴都库什山脉和伊朗高原引起的年平均降水变化见图。在青藏高原和兴都库什山脉共同作用下（图），南亚地区年降水 期沙莹莹，等：兴都库什山及伊朗高原抬升对南亚季风中亚干旱气候演化影响的模拟研究图 年平均降水变化（单位：）（）差值；（）差值；（）差值；（）差值灰色实线为 和 海拔等高线；灰点为试验差异置信度超过 的区域.（）（）（）；（）；（）；（）显著增加，尤其是喜马拉雅山脉南坡、印度次大陆 以北，包括整个印度西北部和中部地区以及阿拉伯海东北部；与之相反，亚洲中纬度干旱区年降水均显著减少。对比大地形作用，兴都库什山脉和伊朗高原对南亚季风区年平均降水的增加和中亚干旱 区 年 平 均 降 水 的 减 少 均 有 显 著 贡 献（图 ）。兴都库什山脉和伊朗高原引起的南亚季风区年降水变化与大地形整体作用十分相似、强度基本相当（图），而中亚干旱区年降水的减少量甚至更多，出现降水极小值。对比来看，兴都库什山脉对南亚年降水增长的贡献更大（图）而伊朗高原作用较小（图），兴都库什山脉抬升引起的南亚地区降水增加量超过 ，而中亚干旱区年降水的减少主要是伊朗高原的作用。因此，在青藏高原主体抬升之后，兴都库什山脉的继续隆升对南亚区域降水的增加有显著贡献，印度次大陆 以北，包括印度中部、西北部地区和 喜 马 拉 雅 山 脉 南 坡 降 水 量 增 长 均 超 过 ，而中亚干旱区年降水则显著减少。伊朗高原的隆升导致中亚干旱区降水更为显著的减少，南亚地区降水继续呈增加趋势。青藏高原、兴都库什山脉和伊朗高原使得中亚干旱区各个季节降水均减少（图 ），但春冬季降水减少最多而夏季减少最少。兴都库什山脉和第 四 纪 研 究 年图 中亚和南亚季节平均降水变化（单位：）（）中亚地区 差值；（）中亚地区 差值；（）中亚地区 差值；（）中亚地区 差值；（）南亚地区 差值；（）南亚地区 差值；（）南亚地区 差值；（）南亚地区 差值.（）（）；（）；（）；（）；（）；（）；（）；（）伊朗高原（图）引起的冬季减少量明显高于青藏高原整体（）作用引起的减少量，而春、夏和秋季降水减少量则基本一致。对比图 和，伊朗高原引起的冬季降水减少量占兴都库什和伊朗高原共同作用（图）的.，兴都库什山脉引起的冬季减少量占.。可见，伊朗高原对中亚冬季降水的减少起主导作用。由于地形之间往往存在非线性作用，因此兴都库什山脉和伊朗高原各自作用引起的降水减少量（图 ）的总和与其共同作用的减少量（图）并不完全相等。图 表明，青藏高原、兴都库什山脉和伊朗高原导致南亚地区各个季节降水均增多，但夏秋季节降水增加十分显著而春冬季降水增加相对较小。兴都库什山脉和伊朗高原（图）引起的秋季降水增加量与青藏高原整体（）基本一致，夏季可达到.。对比图 和，兴都库什山脉自身引起的南亚夏季降水增量达到兴都库什和伊朗高原共同作用（图）的.，伊朗高原自身引起的夏季降水增量占.，因此，兴都库什山脉对南亚地区夏季降水的增长占主导地位。兴都库什山脉和伊朗高原抬升后，在北半球夏季，中 亚 和 南 亚 地 区 出 现 气 旋 式 环 流 异 常（图 ）：伊朗高原南部为西北风异常，阿拉伯海印度中西部分别以西南风、偏南风异常主导，沿伊朗高原东北部为东南风异常。同时，南亚 以南为反气旋环流异常，赤道地区为东风异常。南亚地区这种异常气旋和反气旋环流场的配置有利于阿拉伯海、印度地区西南风的加强，从而将更多的水汽从阿拉伯海带到南亚次大陆形成强的季风降水（图）。可以看到，降水正异常主要发生在西风，尤其是西南风异常区域。兴都库什山脉和伊朗高原引起的夏季南亚降水异常分布与年平均异常分布一致，但降水增加率明显高于年平均。对比图 和，兴都库什山脉引起的环流和降水变化主要发生在南亚地区（图）：显著的气旋式环流异常出现在 以南，阿拉伯半岛印度中西部地区分别以西北、西和西南风异常为主，阿拉伯海南部则为反气旋式环流异常，伴随着印度次大陆约 以北地区夏季降水显著增加。比较而言，伊朗高原激发的气旋式环流异常位置偏西，即以伊朗高原为中心，在阿拉伯半岛出现强的西南风异常，随后在伊朗高原东北侧转向为东南风异常。印度西北部 环 流 变 化 较 小，降 水 增 加 较 弱。比 较图 ，兴都库什山脉对南亚夏季风降水的显著增加和印度次大陆偏南风的加强起主导作用（图），而伊朗高原引起的环流和降水变化位置偏西，对南亚夏季风加强的贡献较为有限（图）。在北半球冬季，除兴都库什山脉引起南亚地区降水的增加外（图）、伊朗高原和青藏高原地形整体对印度次大陆降水的作用较为有限（图 和 期沙莹莹，等：兴都库什山及伊朗高原抬升对南亚季风中亚干旱气候演化影响的模拟研究图 夏季降水（单位：）和 风场（单位：）变化（）试验平均；（）差值；（）差值；（）差值；（）差值灰色实线为 和 海拔等高线；灰点和黑色箭头分别为降水和风场差异置信度超过.（）（）（）；（）；（）；（）；（）第 四 纪 研 究 年图 冬季降水（单位：）和 风场（单位：）变化（）试验平均；（）差值；（）差值；（）差值；（）差值灰色实线为 和 海拔等高线；灰点和黑色箭头分别为降水和风场差异置信度超过.（）（）（）；（）；（）；（）；（）期沙莹莹，等：兴都库什山及伊朗高原抬升对南亚季风中亚干旱气候演化影响的模拟研究）。降水变化最为显著的区域为中亚干旱区（图 ）。随着高原地形的抬升，伊朗高原北侧出现强的反气旋式环流异常，整个中亚地区为异常偏东风气流。由于中亚干旱区在冬季盛行强西风环流（图），那么这种异常偏东风意味着中亚干旱区的西风气流被削弱，从而使得该区域降水显著减少。比较图 ，伊朗高原自身引起的中亚地区降水减少可以达到 （图），与伊朗高原和兴都库什山脉共同作用（图）相当，而其引起的反气旋环流异常和偏东风异常甚至强于二者的共同作用。同时，伊朗高原对中亚冬季降水和环流的影响比青藏高原主体和兴都库什山脉共同作用（图）更强。南亚夏季风的加强伴随着强烈的上升运动和大气比湿的增加（图）。兴都库什山脉隆升后，南亚 之间为强的上升运动异常，且水汽含量显著增加，大部分地区整个对流层中低层比湿增加超过.，而 以南区域大气水汽含量减少（图）。可见，兴都库什山脉抬升导致的南亚夏季风的显著加强是对流层低层环流结构、垂直风场和大气水汽含量共同正反馈的结果。冬季中亚地区的比湿和垂直风场变化也十分显著（图）。伊朗高原抬升后，之间整个中亚地区均为显著的下沉运动，水汽含量减少，比湿异常中心位于 之间对流层低层，减少可达.（图）。比湿异常中心与降水减少中心对应。因此，伊朗高原抬升导致的中亚冬季降水的减少伴随着西风减弱、大气比湿减少和下沉异常。通过上述分析，我们发现兴都库什山脉和伊朗高原对南亚季风系统的加强和中亚干旱区的加剧均有显著贡献。相对而言，兴都库什山脉的抬升对南亚季风的加强作用更强，而伊朗高原对中亚干旱区的加强作用更显著。目前的地质记录支持亚洲内陆在始新世既已形成干旱气候，其干旱化进程与始新世副特提斯海退出塔里木盆地过程有关，。大部分地质证据支持副特提斯海在始新世晚期已彻底退出塔里木盆地，同时塔吉克盆地逐渐形成干旱半干旱气候，且随着副特提斯海的持续西退，塔吉克盆地的干旱形势在渐新世早期进一步加剧。除副特提斯海退缩作用外，亚洲早期的干旱气候形势还与全球变冷和早期青藏高原隆升有关，。这种受纬向行星风带控制的干旱气候在晚渐新世发生了显著的东西差异性转型，包括黄土高原红粘土沉积记录在内的大量气候记录表明在晚渐新世早中新世干旱气候在亚洲内陆显著加剧而季风气候向东亚北部扩张发展，数值模拟研究表明该阶段亚洲干旱东亚季风的协同加强与青藏高原的抬升密切相关。新近纪以来，亚洲内陆地区可能经历了多次干旱化阶段，主要的干旱化记录出现在晚中新世和上新世。伴随着晚中新世亚洲内陆的进一步干旱化过程，晚渐新世多出现在黄土高原西部的红粘土沉积记录在晚中新世以来的黄土高原东部也多有发现，这一耦合演化过程与中亚造山带的构造隆升有关。到目前为止，新生代以来亚洲内陆较连续的长时间序列干旱记录多来自于塔里木盆地、准 噶 尔 盆 地、西 宁 盆 地 等 我 国 西 北 地区，而中亚地区（主要指中亚五国）的地质记录则相对较少。由于副特提斯海从帕米尔向里海的退缩发生在渐新世晚期至中新世，且伊朗高原的抬升开始于晚中新世，这些构造活动对中亚地区连续地质记录的获取有一定的约束作用。与我国塔里木盆地的夏雨主导型干旱区不同，中亚地区为典型的冬春季降水主导的干旱区。等指出晚中新世以来哈萨克斯坦斋桑盆地成壤碳酸盐 的变化与塔里木盆地等我国内陆记地区存在明显差异，这种差异是降水季节性发生差异性转变的结果。我们的数值模拟则进一步证明帕米尔高原和天山的隆升是中亚和塔里木盆地干旱区降水季节性分异演化的关键。这一记录和模拟结果暗示着亚洲内陆干旱区在不同时空尺度上对构造事件的响应可能存在差异。伊朗北部厄尔布尔士山脉的陆相沉积记录表明在.碳酸盐和均偏负，这意味着该地区干旱化程度的减弱；等指出 以来伊朗中部地区干旱气候进一步加剧，这种变化与我们模拟的伊朗高原抬升造成的地形隆升区域降水增加（图）而中亚干旱区在兴都库什山脉和伊朗高原隆升下整体降水减少（图 和）一致，这意味着兴都库什山脉和伊朗高原在晚新世的隆升过程可能确实对中亚干旱区的干旱化有重要影响。然而，要更准确认识新生代以来亚洲内陆地区的干旱化过程，并理解其与副特提斯海退缩、高原隆升和全球变冷的关系，需要更多的来自中亚地区的地质记录的支持，并与我国西北干旱区记录进行对比研究。根据我们的数值模拟试验，兴都库什山脉的抬第 四 纪 研 究 年图 经度范围平均的夏季比湿（单位：）和垂直风场（单位：）变化（）差值；（）差值；（）差值；（）差值灰点和黑色实线分别表示比湿和垂直风场差异置信度超过.（）（）（）；（）；（）；（）图 纬度范围平均的冬季比湿（单位：）和垂直风场（单位：）变化（）差值；（）差值；（）差值；（）差值灰点和黑色实线分别表示比湿和垂直风场差异置信度超过.（）（）（）；（）；（）；（）升对南亚季风的加强和向北扩张作用十分显著 印度半岛中部和西北部夏季降水显著增加、阿拉伯海西南风显著加强。此外，伊朗高原的抬升对南亚季风的加强也有一定的贡献。这表明晚中新世南亚季风的加强与同时期兴都库什山脉和伊朗高原的隆升密切相关。与此同时，我们模拟的兴都库什山脉和伊朗高原对中亚干旱区降水显著抑制作用可能对应着晚中新世以来中亚干旱区的一次干旱化过程。期沙莹莹，等：兴都库什山及伊朗高原抬升对南亚季风中亚干旱气候演化影响的模拟研究然而，这些数值模拟的结果需要更多的来自南亚季风区和中亚干旱区的地质记录和兴都库什山脉、伊朗高原隆升构造证据的进一步发掘来进行交叉检验。由于本文的数值模拟采用的是固定海表温度的大气模式，因此我们的数值模拟试验尚未考虑兴都库什山脉和伊朗高原抬升引起的海气相互作用及其对南亚季风的反馈作用。通过海气耦合模式（）进行青藏高原隆升气候效应模拟研究发现，南亚季风在 模式中对青藏高原抬升的响应更为敏感。这是因为在 模式中青藏高原抬升引起的索马里急流和西南季风的加强将导致赤道印度洋西部海表温度降低而东部海表温度升高。这种东西向海表温度梯度的加强有利于更多的西风水汽输送并产生更多的季风降水。等则进一步指出印度洋海表温度和上升流对不同高原地形抬升的响应存在很大差异，例如，喜马拉雅山脉的抬升显著加强了南亚季风降水但对海洋和大气环流的影响比较局限。因此，兴都库什山脉和伊朗高原抬升对海洋热力和动力结构的影响及其对气候的反馈作用还需要采用 模式进行检验。高原地形气候效应模拟研究存在一定的不确定性。这种不确定性一方面可能来自于地形效应对背景地形情景的依赖性，一方面来自于模式水平分辨率。我们通过地形敏感性试验发现，兴都库什山脉对南亚季风显著的加强作用依赖于青藏高原主体的存在。也就是说，在青藏高原主体抬升的大背景下，兴都库什山脉的进一步抬升才会造成大尺度南亚季风的显著响应。这也进一步说明，在晚渐新世早中新世高原主体抬升发生以后，兴都库什山脉的继续隆升才使得南亚季风出现加强和北扩。因此，在进行地形气候效应研究时还需要慎重对待背景地形条件。结论 本文利用美国国家大气研究中心的通用大气模式 系统模拟了兴都库什山脉和伊朗高原对南亚季风和中亚干旱气候的影响，模式水平分辨率约。我们的兴都库什山脉和伊朗高原地形气候效应的试验是在青藏高原主体隆升背景条件下进行的，符合新生代以来亚洲地形的构造隆升过程。试验结论如下：）兴都库什山脉和伊朗高原的隆升对南亚季风的加强和中亚干旱形势的加剧均有贡献。总体而言，南亚季风区年平均降水显著增多而中亚干旱区年平均降水受到显著抑制。其中，兴都库什山脉和伊朗高原引起的南亚季风区和中亚干旱区降水变化和环流的响应与大地形整体作用可比；）相较而言，兴都库什山脉对南亚季风的加强和向北扩张起主导作用。兴都库什山脉引起的南亚夏季降水增量达到兴都库什和伊朗高原共同作用的.。兴都库什山脉抬升后，南亚地区 以北区域，尤其是印度半岛中部和西北部夏季降水显著增加，阿拉伯海对流层低层的西南风和印度西北部偏南风显著加强。季风环流的加强与兴都库什地形作用引起的气旋式环流异常有关；）伊朗高原对中亚干旱区的干旱化作用更强并以冬季变化主导。伊朗高原引起的冬季降水减少量占兴都库什和伊朗高原共同作用的.。事实上，伊朗高原对中亚冬季降水和盛行西风环流的影响比青藏高原主体和兴都库什山脉共同作用更强。伊朗高原抬升后，中亚干旱区冬季的盛行西风气流被显著削弱，从而使得该区域降水显著减少。我们的数值模拟试验表明，地质记录所揭示的南亚季风在晚中新世的加强很有可能与该阶段兴都库什山脉和伊朗高原的抬升密切相关。此外，数值模拟揭示的兴都库什山脉和伊朗高原的抬升引起的中亚干旱区干旱形势的加剧可能需要更多地质记录进行检验。致谢：感谢审稿专家提出的宝贵意见以及编辑部杨美芳老师细致的工作。参考文献（）：，（）：“”，：叶笃正 西藏高原对大气环流影响的季节变化 气象学报，（）：，（）：，：，：，（）：，第 四 纪 研 究 年，（）：，：，（）：，（）：，,（）：刘晓东，李力，安芷生 青藏高原隆升与欧亚内陆及北非的干旱化 第四纪研究，（）：，（）：，,：，,：（），（）：，？，,（）：张冉，姜大膀，刘晓东，等 喜马拉雅青藏高原不同子区域隆升对亚洲夏季气候演变影响的数值模拟 科学通报，（）：，（）：，,（）：，：，（）：，：，,：石正国，沙莹莹 以蒙古高原小地形为例对青藏高原动力气候效应的探讨 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