被称为“亚洲水塔”的青藏高原是中国湖泊分布最密集的地区之一。近几十年来，青藏高原湖泊的水位和面积发生了明显的变化，使得高原湖泊的水量平衡过程格外受到关注。湖面蒸发作为水量平衡中的重要一环，受到达湖表辐射的影响，而到达湖表的辐射很大程度上又是由湖泊上空的云量/云频率决定的。由于湖面观测的缺失，目前，在估算湖泊蒸发时，通常会使用周围陆地观测的辐射作为驱动。该做法的前提是湖岸辐射与湖面辐射接近；但是，对于湖泊和周围陆地上空云及辐射的分布是否存在系统性差异这一问题还不清楚，有待进一步检验。

针对以上科学问题，清华大学地学系阳坤教授课题组基于卫星观测和模式模拟，探讨了青藏高原湖泊对云和辐射的影响，这一研究为探索湖泊能量和水量平衡提供了新的思路。

卫星观测显示，在暖季（5-9月）白天湖泊上的云频率明显低于周围陆地上的云频率，形成中空结构，并且在湖泊周围存在与湖岸线吻合良好的环状云系，即“云洞”和“云环”（图1）。这一云频率的中空结构普遍存在于超过300km⟡的高原湖泊上，但在低海拔湖泊却不常见。

图1 2016-2018年暖季（5-9月）白天葵花8卫星观测的（a）色林错、（b）扎日南木措、（c）鄂陵湖（东）和扎陵湖（西）的平均云频率。黄色线为湖泊边界。

为探究湖泊对于云频率的影响机理，研究组借助湖气耦合模式，以色林错（西藏第一大湖）为例开展了高分辨率模拟。结果表明，湖面的感热远低于周围陆面的感热，湖-陆间强烈的感热梯度驱动湖陆风的形成，湖泊上空的下沉气流抑制湖上云的形成，岸上的上升支则促进云的形成，进而导致了图1中“云洞”和“云环”的形成（图2）。

图2 模拟的2017年7月白天（a）色林错及周围陆面的感热（单位：W/m²）；（b）沿色林错东西向平均的经圈环流，其中颜色代表垂直速度（单位：0.1 m/s）

云频率在湖上的中空结构对日间湖表辐射平衡产生了明显影响。一方面，更少的云使得到达湖面的短波辐射比周围陆地更多（图3）。例如，色林错可以高出周围陆地超过100 W/m²；另一方面，到达湖表的向下长波辐射相较于周围陆地有所减少，但量级不超过10 W/m²。综合来看，到达湖表的总辐射会比周围陆地高出约100 W/m²。整个机理过程如图4所示。同时，这也意味着湖泊周围陆地上观测的辐射无法代表湖面接收的辐射；这种由湖陆间云频率差异产生的辐射差异表明，使用湖岸站点观测辐射驱动湖泊模型会低估湖泊蒸发。若无精确的湖面观测辐射，建议采用高分辨率的卫星辐射产品作为替代。

图3 2017年7月白天（a）观测和（b）模拟的色林错区域的地表短波辐射（单位：W/m²）。2016-2018年暖季（5-9月）白天观测的平均地表短波辐射（单位：W/m²）：（c）扎日南木措、（d）鄂陵湖和扎陵湖。蓝色线为湖泊边界。

图4 青藏高原湖泊影响云和辐射的机理示意图。湖陆风的存在使得白天湖上云少，到达湖表的短波辐射更多。

相关研究以“Observation and Process Understanding of Typical Cloud Holes Above Lakes Over the Tibetan Plateau”为题发表在Journal of Geophysical Research: Atmospheres期刊上。清华大学地学系博士毕业生姚向楠为论文第一作者，地学系阳坤教授为论文的通讯作者。文章合作作者包括中科院空天院胡斯勒图研究员、中科院青藏所周旭副研究员、中科院地理所王岩博士、清华大学地学系马小刚博士、卢麾教授和西藏大学拉珠研究员。研究得到了国家自然科学基金项目的支持。

论文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023JD038617

供稿：姚向楠

编辑：王佳音

审核：阳坤 张强