蒙古高原地形扰动实验模型数据集揭示中高纬度气候响应机制

本研究通过CAS FGOALS-f3-L气候模型开展蒙古高原(MP)地形热力与动力扰动实验，填补了亚洲地形对中高纬度气候影响的研究空白。研究人员设计控制实验(amip)、地形削平实验(amip_NMO)和感热移除实验(amip_NS_MO)三组模拟，生成1979-2021年42种气象变量的1°分辨率数据集。验证表明模型能准确捕捉欧亚大陆环流特征，揭示MP地形通过改变行星波和西风急流影响东亚冬季风和极端事件，为理解中高纬度气候对地形强迫的响应提供新基准。

　　

在全球气候变化研究领域，亚洲巨型地形如青藏高原(TP)的气候效应已被广泛认知，但同属亚洲屋脊的蒙古高原(MP)——这片横跨中、蒙、俄三国，面积达200万平方公里的高海拔区域，其气候影响机制仍存在显著知识空白。尽管MP平均海拔(约1500米)远低于TP，但其独特的北纬37°-53°地理位置，恰好位于北半球西风带核心区，使得这个"小个子"地形可能产生超乎想象的全球气候效应。早期研究已发现MP抬升会增强北半球行星波，推动西伯利亚高压北移并强化东亚冬季风，但关于其热力与动力效应的定量分离研究始终缺失。这一认知缺口严重限制了我们理解中高纬度极端天气事件的形成机制。

针对这一科学难题，中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟国家重点实验室的Nuo Xu、Bian He等研究团队在《Scientific Data》发表了突破性研究成果。他们利用我国自主研发的CAS FGOALS-f3-L气候系统模式，首次构建了包含完整热力-动力扰动实验的MP地形效应数据集。这项研究不仅填补了亚洲地形气候效应研究的最后一块拼图，更为解码寒潮、极端降水等中高纬度气候现象提供了关键钥匙。

研究团队采用三项核心技术方法：(1)基于立方球网格系统的FGOALS-f3-L模型，包含32层垂直混合坐标和1°水平分辨率；(2)设计地形削平实验(amip_NMO)将MP>500m区域统一设为500m，以及感热移除实验(amip_NS_MO)消除地表向大气的垂直扩散加热；(3)采用CMIP6标准的历史强迫场，整合1979-2021年温室气体、太阳辐射、气溶胶等多源观测数据。所有数据均通过保守插值法处理为1°×1°标准网格。

背景与方法
研究创新性地设计了三种AMIP类型实验：控制实验(amip)采用实际地形和观测海温；地形削平实验(amip_NMO)将MP及周边>500m地形统一设为500m；感热移除实验(amip_NS_MO)保留地形但消除地表感热输送。如图1所示，地形修改区域(红色轮廓)最大高差达1800m，为典型的高原动力强迫实验区。

技术验证
模型验证显示：对于2m气温(T2m)，控制实验成功再现了MP南北侧的冷暖分布格局(图3)，但在高原北部存在系统性冷偏差，这与地表反照率反馈(SAF)过强有关。降水模拟中，模型虽能捕捉东亚夏季风降水带(图4)，但存在"海洋偏湿-陆地偏干"的系统偏差，这与水汽平流和云辐射反馈的模拟不足相关。

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-1)。(a)控制实验,(b)地形削平实验,(c)感热移除实验(黑色等值线为地形高度，绿色粗线为实验区域)'>

关键发现

1. 动力效应：地形削平导致MP北部降水显著减少，华北雨带南移(图4c)。500hPa高度场显示，MP地形维持了东亚大槽的强度，其削平会使西欧脊强度减弱。这与White等提出的"MP地形增强行星波"理论相符。

2. 热力效应：感热移除引发反直觉响应——MP北部降水反而增加(图4d)。垂直加热场(图2)显示，MP原有冷却中心消失后，通过改变温度梯度重塑了季风环流路径。这解释了为何MP热力效应能远程调控华北极端降水。

3. 协同作用：冬季西伯利亚高压的强度和位置同时受MP动力(引导气流)和热力(冷源强度)调控。这种协同作用放大了MP对东亚寒潮的影响，证实了Lin等关于"亚洲地形调控冷低压"的假说。

这项研究构建了首个MP地形多效应分离的数据集，其价值不仅在于揭示"小地形大影响"的气候物理机制，更在于为极端事件预测提供了新视角。数据已通过WDCC(doi:10.26050/WDCC/C6sGMCASFF)公开，将推动中高纬度气候动力学研究的范式转变。正如作者指出，MP与TP的协同效应可能是亚洲季风变率的关键驱动力，这一发现将重塑我们对全球 monsoon系统的认知框架。