被誉为“亚洲水塔”的青藏高原及其周边高山，是亚洲多条大河的发源地，为近20亿人提供着淡水资源。中纬度西风带所输送的水汽是这一区域重要的水分来源。然而，西风携带的水汽究竟如何跨越喜马拉雅山脉进入亚洲水塔内部，长期以来是学界关注的科学难题。
2022年5月，在第二次青藏高原综合科学考察研究中“巅峰使命”珠峰综合科考的支持下，我所环境变化与多圈层过程团队高晶研究员带领科考队员，在珠穆朗玛峰北坡海拔4270米的珠峰观测站利用浮空艇科学观测平台，开展了从地表直至海拔9050米的大气水汽及其稳定同位素（δDv和d-excessv）的垂直变化过程观测，首次获得了该区域多种大气组分的完整垂直剖面数据。该观测聚焦两个关键科学问题：春末西风带如何将源自喜马拉雅以南的水汽输送至高原内部；在这一高空输送过程中，大气水汽稳定同位素是否会发生显著变化。
研究团队利用大气水汽稳定同位素观测结果，分析发现珠峰北坡地区大气水汽在夜间具有独特的三层垂直分层结构（图1）：边界层（地表至～5089米）表现出最低的逐日变化和稳定的直减率，表明存在一个稳定且混合均匀的大气环境；过渡层（～5089 至～6870米）作为一个上层和下层大气水汽间的缓冲带，表现出相对湿度的剧烈调整和风向的变化；自由对流层（～6870米以上）以最高的日变化和直减率的骤变为特征，主要受外部气团水汽主导及强烈的动力分馏影响。研究结果表明，西风带能够将来自孟加拉湾北部的水汽直接输送至喜马拉雅山脉北侧，夜间其大量分布在海拔7000米以上的自由对流层中。通过结合高分辨率大气模型模拟，研究发现，当水汽被抬升至海拔7000米以上高空时，伴随着剧烈的气温下降和冰晶形成，水汽中的较重的同位素被大量移除，大气水汽稳定同位素值发生显著的贫化。
在海拔7000米以上，水汽中的氢（δDv）同位素值平均比5000米以下平均偏低约100‰，同时，过量氘（d-excessv）的差异幅度可达正负50‰。冰川风对边界层内大气水汽的快速均匀混合起到了关键作用。本研究结果为理解春末季节西风带如何跨越喜马拉雅屏障并向亚洲水塔输送水汽提供了直接观测证据，也为未来亚洲水塔区域的气候预测提供了重要基准。同时，该发现强调了在利用喜马拉雅地区冰芯同位素记录重建过去气候时，必须综合考虑多重水汽来源以及亚洲水塔高空发生的动力分馏效应，有助于深入理解高海拔地区水汽来源与气候过程的变化特征。
相关研究论文以“Late-spring vertical profiles in atmospheric water vapor stable isotopes reveal westerlies moisture transport across the Himalaya into the Asian Water Towers”为题，在线发表于国际学术期刊《Science Bulletin》。高晶研究员为论文第一作者，高晶研究员与姚檀栋院士为共同通讯作者；兰州大学与我所联合培养硕士生杨晶晶、我所博士生陈葛般若和刘宜纲、高级工程师牛晓伟、助理研究员赵爱斌、副研究员汪宜龙，以及中国科学院空天信息创新研究院蔡榕、何泽青、张泰华为论文共同作者。
本研究得到第二次青藏高原综合科学考察研究项目（2024QZKK0400、2024QZKK0100、2019QZKK0208）的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2026.05.043
图1 观测期大气水汽稳定同位素和同期气象要素垂直变化
(a)δDv, (b)d-excessv,(c)相对湿度(q), (d)风向, (e)气温, (f)位温, (g)相对湿度, 及(h)风速
