三江源腹地玉树地区动态融雪过程及其与气温关系分析

利用位于三江源腹地的玉树州隆宝自然保护区野外雪深自动观测站2013/2014年冬季每30 min积雪深度与同步气温数据,对发生在2014年2月的较大降雪过程的动态融雪过程及其同步气温进行了研究分析。结果表明,玉树隆宝地区融雪过程总体表现为"先慢后快"的变化特征,积雪在10 cm以上时融雪过程相对缓慢,在10 cm以下时,积雪加速消融,积雪越薄,融雪越快;在融雪期内,雪深快速下降分别发生在10:00(北京时,下同)11:00与14:00 15:30;气温与雪深变化关系紧密,09:00以前,雪深的下降与气温的关系不明显,09:00以后气温开始对雪深的变化产生比较明显地影响,这种相关性在10:00后明显增强,热量条件对积雪消融的影响自10:30一直持续到18:00;相对而言,13:00 14:00气温对日积雪消融的贡献最大。超前滞后关系分析表明,融雪期之前240 min之内的气温都将显著影响到积雪雪深的变化;玉树隆宝地区积雪在气温-12℃时仍有积雪深度下降的现象发生,正变温对积雪消融更有利。     

青藏高原冬春季积雪异常对中国春夏季降水的影响

利用1956年12月～1998年12月共42a，青藏高原及其附近地区78个积雪观测站的雪深和我国160站月降水的距平资料，分析了其气候特征，并用SVD方法分析了冬春季积雪异常与春夏季我国降水异常的关系。用区域气候模式RegCM2模拟了青藏高原积雪异常的气候效应并检验了诊断分析的结果。分析表明，雪深异常，尤其是冬季雪深异常是影响中国降水的一个因子。研究证明，高原冬季雪深异常对后期中国区域降水的影响比春季雪深异常的影响更为重要。数值模拟的结果表明，高原雪深和雪盖的正异常推迟了东亚夏季风的爆发日期，减弱了季风强度，造成华南和华北降水减少，而长江和淮河流域降水增加。冬季雪深异常比冬季雪盖异常和春季雪深异常对降水的影响更为显著。机理分析指出，高原及其邻近地区的积雪异常首先通过融雪改变土壤湿度和地表温度，从而改变了地面到大气的热量、水汽和辐射通量。由此所引起的大气环流变化又反过来影响下垫面的特征和通量输送。在湿土壤和大气之间，这样一种长时间的相互作用是造成后期气候变化的关键过程。与干土壤和大气的相互作用过程有本质差别。     

基于不同雪深的地面温度、雪（草）面温度与气温的关系

以新疆塔城基准站自动气象站2006年11月—2010年3月积雪深度≥0cm的451天为样本,对0cm地面温度、雪面（草面）温度、气温及云量、日照时数、雪深进行统计分析,找出不同积雪深度下地面温度、雪（草）面温度与气温的关系,结果显示：雪（草）面温度在积雪期,变化趋势与气温一致,受云量及日照时数影响明显,平均雪温低于平均气温;地温随雪深变化有20cm和50cm两个分界点,雪深≤20cm时,地温受雪深、气温影响较大,变化趋势与气温基本一致,地温高于气温,雪层较薄时,受云量和日照影响较明显。雪深超过20cm时,地温变幅趋向定值,地温变化仅受长时间温度变化影响,且不低于-5℃;雪深超过50cm时,地温趋于定值（-1℃）。     

唐古拉地区超声雪深传感器SR-50监测研究

利用2004年5月以来超声雪深传感器SR-50在青藏高原唐古拉综合监测场获取的实时积雪资料和相关气象数据,评估了SR-50在青藏高原积雪监测中的性能和作用,并对青藏高原腹地多年冻土区积雪变化特征进行初步分析。结果表明:超声雪深传感器SR-50对不同时间尺度的地表积雪过程均有较好的监测能力。监测数据清晰地显示唐古拉地区地表积雪深度在夜间相对稳定、在日间迅速降低的特点。唐古拉地区平均年积雪日数为82 d,各月均有地表积雪出现,但夏季的地表积雪较少且持续时间很短。该地区地表积雪总体上呈厚度较薄、消融较快、持续时间较短的特点。2005—2008年该地区瞬时最大积雪深度为22 cm,日平均积雪深度小于5 cm日数占总积雪日数的71.58%。     

青藏高原积雪对陆面过程热量输送的影响研究

利用1979-2016年中国区域长时间序列逐日雪深资料,分析了青藏高原积雪深度与积雪日数的分布及变化特征,并将积雪期划分为三个阶段(积累期、鼎盛期和消融期),结合ERA-Interim月平均再分析资料,分析了积雪与地表热状况(气温、地表和土壤温度)和能量输送量(地表净短波辐射、地表净长波辐射、感热通量、潜热通量、地表热通量和土壤热通量)的相关关系,初步探讨了积雪在高原陆面过程中的作用。结果表明:研究时间范围内青藏高原积雪(深度和日数)主要呈减少趋势,仅在黄河源区及高原边缘地区为增加趋势,积雪鼎盛阶段(1-2月)的减少趋势最显著;高原积雪对地表主要起降温作用,深层土壤温度对积雪的响应存在滞后性,积雪的减少抑制了土壤向上的热量输送进而不利于冻土的发育;高原积雪与地表感热和地表热通量主要呈现负相关关系,潜热通量与积雪也呈负相关特征但比感热通量的相关性小。由于ERA-Interim资料对高原积雪深度的描述与本研究使用的卫星遥感积雪深度存在较大偏差(包括空间分布、气候倾向率、年际变化以及绝对大小等),导致本研究中积雪与地表热状况和热通量的相关度不高,需要通过陆面模式模拟做进一步探讨。     

青藏高原冬春雪深年代际变化与南亚高压可能联系

利用1978-2006年SSMR和SSM/I卫星遥感雪深反演资料和同期NCEP/NCAR再分析月平均值资料,采用经验正交函数分解EOF、合成分析和相关分析等方法,分析了青藏高原冬、春季积雪深度(下称雪深)的时空分布演变特征,并在此基础上研究了青藏高原冬、春季雪深的年代际变化与夏季南亚高压的可能联系。结果表明,青藏高原冬、春季雪深EOF分析第一模态呈现出全区冬春一致性的年代际变化特征,即:1987(1988)年之前青藏高原冬(春)季大部分地区少雪,1987(1988)年之后则多雪。青藏高原冬、春季雪深EOF分析第一模态时间系数与南亚高压东伸指数、强度指数相关显著。进一步分析表明,高原冬、春季积雪少(多)主要增强(减弱)了夏季高原南部对大气的加热作用,从而引起高原上空对流层的上升运动明显加强(减弱),有(不)利于热量向高空输送,致使高原对上空对流层加热作用增强(减弱),从而造成了南亚高压较强(弱),东脊点偏东(西)。     

近30年青藏高原雪深时空变化特征分析

利用1981—2010年地面雪深观测资料较系统地分析了近30年青藏高原(以下简称高原)积雪深度的时空变化特点。主要结论如下:(1)高原雪深大值区主要在喜马拉雅山脉南麓,小值区则在高原南部干暖河谷和北部柴达木盆地,30年间高原平均最大雪深出现了显著减少趋势,减幅达0.55cm·(10a)-1,1997年前后高原雪深出现了由大到小的气候突变。(2)春季是高原平均积雪深度最大的季节,30年里平均最大雪深下降趋势非常显著,下降幅度为0.47cm·(10a)-1,且在1998年出现了由大到小的气候突变。(3)秋、冬季,高原平均最大雪深减少趋势不明显,但在不同区域雪深增减趋势不尽相同。秋季56%的台站呈减少趋势,而31%的台站有不同程度的增加;冬季61%的台站出现了减少趋势,而且减幅较大的台站基本分布在高原西南,而31%的台站则出现了增加趋势,多数分布在高原东部。(4)夏季高原积雪分布极为有限,仅在海拔和纬度较高的高寒地区有积雪,近30年雪深减少趋势同样显著。     

1980—2009水文年青藏高原积雪物候时空变化遥感分析

以青藏高原积雪为研究对象,首先对长时间序列逐日雪深被动微波遥感数据进行预处理,获得青藏高原1980—2009水文年逐日雪深数据,然后逐像元计算出每个水文年平均积雪深度、开始日期(SCS)和结束日期(SCE),利用GIS空间分析和地学统计方法系统分析20世纪80年代、90年代和21世纪初青藏高原积雪物候变化特征和异常分布。结果表明：青藏高原积雪深度在20世纪80年代呈递减趋势,20世纪90年代后开始呈现递增趋势。20世纪80年代青藏高原除阿尔金山和昆仑山以外的高海拔山区SCS呈提前趋势,青藏高原高海拔地区SCE呈推迟趋势;20世纪90年代青藏高原高海拔地区的SCS提前趋势减弱,而高原中部腹地SCS出现显著的提前趋势,高原高海拔地区SCE呈提前趋势,高原中部腹地SCE呈推迟趋势;进入21世纪初后帕米尔高原、念青唐古拉山和横断山脉SCS呈推迟趋势,横断山、念青唐古拉、巴颜喀拉山SCE呈提前趋势。总体上,青藏高原积雪物候变化存在明显的空间差异和不同演变规律。     

基于CERA-20C资料青藏高原边界层高度日变化气候特征分析

基于1981-2010年CERA-20C全球大气边界层高度(Boundary layer height,BLH)再分析资料对青藏高原边界层高度的日变化特征,包括日变化的季节变化、年代变化与年际变化进行研究。结果表明:BLH大值区在海拔大于5 000 m地区以及沙漠干旱地区,其中尼玛等地为边界层高度大值区的扩散源地。03:00(世界时,下同)-06:00 BLH增加最剧烈,增幅达948. 67 m·(3h)~(-1); 09:00-12:00降低最剧烈,降幅达760. 02 m·(3h)~(-1)09:00为最大值,晚于非高原地区(06:00),30年平均最大值可达1 982. 764 m,日变化最大值可达2 901. 21 m,昼高夜低。BLH最大值在春季为最大、夏季最小,BLH最小值在夏季最大、秋季最小。高原西坡BLH在春秋季最大,腹地在冬季最大,东坡BLH低,变化幅度小。03:00 BLH逐月变化趋势为单峰变化特征。BLH除夏季年际变化平稳变化以外,春、秋、冬三季在20世纪80年代中期,20世纪90年代末与21世纪初均存在较大波动。冬季边界层高度近30年逐渐增加,特别是在21世纪初的大幅持续增加值得重视。春季高原腹地处于积雪融化时期,积雪融化带走地表热量,促使春季地表气温更低,边界层高度春季与地表气温呈负相关,同时夏季相对湿度为波状分布,相对湿度梯度最小值与边界层顶相对应,边界层高度在春季比夏季更高。边界层高度发展最高时,高原边界层内通常为上升运动与下沉运动交替,为边界层发展提供一定的动力条件。     

SR-50A超声雪深仪在西藏高原的适用性研究北大核心CSCD

为满足应急气象服务需求,2013 2014年在西藏自治区强降雪和雪灾易发及重点积雪区域气象站安装了4套SR-50A超声波雪深观测系统,首次实现了西藏高原雪深自动观测和数据实时传输。利用12:30加密和08:00(北京时)常规人工雪深观测数据对4个站SR-50A雪深观测数据进行了评估和对比分析。结果表明:(1)SR-50A与人工观测的平均雪深偏差范围在±2 cm之内。雪深越大,平均均方根误差越小,观测精度越高。SR-50A传感器更为适合雪深较大地区的积雪监测。(2)SR-50A对西藏高原的雪深具有较好的监测能力,与人工观测雪深具有较好的一致性,4个观测点的线性相关系数在0.81~0.97,呈现极为显著的线性关系。(3)大风、局地太阳光照条件、气温和地表特征等因素通过风吹雪和融雪引起观测场内积雪分布不均匀,加之仪器是固定点观测,人工观测是观测场内3个点的雪深平均值,这些是SR-50A与人工观测雪深差异较大的主要原因。     

SR-50A超声雪深仪在西藏高原的适用性研究

为满足应急气象服务需求,2013 2014年在西藏自治区强降雪和雪灾易发及重点积雪区域气象站安装了4套SR-50A超声波雪深观测系统,首次实现了西藏高原雪深自动观测和数据实时传输。利用12:30加密和08:00(北京时)常规人工雪深观测数据对4个站SR-50A雪深观测数据进行了评估和对比分析。结果表明:(1)SR-50A与人工观测的平均雪深偏差范围在±2 cm之内。雪深越大,平均均方根误差越小,观测精度越高。SR-50A传感器更为适合雪深较大地区的积雪监测。(2)SR-50A对西藏高原的雪深具有较好的监测能力,与人工观测雪深具有较好的一致性,4个观测点的线性相关系数在0.81~0.97,呈现极为显著的线性关系。(3)大风、局地太阳光照条件、气温和地表特征等因素通过风吹雪和融雪引起观测场内积雪分布不均匀,加之仪器是固定点观测,人工观测是观测场内3个点的雪深平均值,这些是SR-50A与人工观测雪深差异较大的主要原因。     

中国冬季积雪变异及其与北极涛动的联系

本文利用1979～2010年NCEP/NCAR再分析资料、中国台站观测雪深、气温和降雪资料, 分析了中国冬季积雪时空分布特征, 结果表明:雪深经验正交分解第一模态有显著的南、北反位相特征, 当新疆北部、东北地区积雪偏多(少)时, 对应黄河以南和青藏高原地区积雪偏少(多)。近30年来中国冬季积雪变异与北极涛动(AO)有非常紧密的联系, 雪深的南、北反位相分布型与北极涛动有明显的反相关关系。AO负位相时, 500 hPa等压面上40°N以北存在着中心在贝加尔湖附近的气旋环流, 而在其南存在着中心在中国西南的反气旋性环流, 中国北方和南方地区分别受气旋和反气旋的控制。在我国北方地区, 与AO相联系的气旋环流异常导致降雪增多、地表温度偏低, 使得积雪增加;而在南方地区, 与AO相联系的反气旋性环流异常导致的降雪减少和气温偏高, 导致了积雪减少。本文的研究说明了北极涛动通过影响中国降雪和气温, 进而对中国冬季积雪产生可能的影响。     

1971-2016年青藏高原积雪冻土变化特征及其与植被的关系

利用1971-2016年青藏高原81个气象站逐月积雪日数和45个测站第一冻结层下界观测资料,分析了青藏高原积雪冻土的时空变化特征及其与高原植被指数（NDVI）的关系,探讨了积雪冻土下垫面变化对高原植被及沙漠化的可能影响。结果表明：1）青藏高原积雪日数分布极不均匀,巴颜喀拉山和唐古拉山为高原积雪日数的大值区,且年际变率较大。2）青藏高原积雪日数总体上呈现减少趋势,平均以3.5 d/（10 a）的速率减少,且在1998年前后发生突变,减少速率进一步加快,达到5.1 d/（10 a）。3）青藏高原第一冻结层下界呈上升趋势,达到-3.7 cm/（10 a）,与青藏高原增暖紧密相关。4）青藏高原NDVI呈缓慢增加趋势,与高原气温、降水的增加趋势相一致,积雪冻土的变化对不同区域植被NDVI的影响有显著差异。在气候变暖背景下,形成的暖湿环境促进积雪消融、冻土下界提升,使土壤浅层含水量增加,有利于植被恢复和生长,其结果对高原土地沙漠化防治有一定参考作用。     

近44年青藏高原东部积雪的年代际变化特征及其与降雪和气温的关系

选取青藏高原东部地区1967~2010年61个测站的积雪数据,分析比较了整年和不同季节高原积雪的年代际变化特征及其与降雪和气温的关系,结果表明:除了秋季以外,高原东部积雪表现出“少雪-多雪-少雪“的显著年代际变化特征,80年代末发生的由少到多突变仅在冬季积雪中表现显著,20世纪末发生的由多到少突变在冬春两季积雪中均表现显著;降雪和气温的变化是影响高原东部积雪的重要因素,降雪变化的影响更加显著,尤其是秋季降雪;在冬春季降雪偏多时段,降雪的变化主导着积雪的变化;在冬春季降雪偏少时段,气温变化的影响增大,某些时段会超过降雪,甚至达到主导积雪变化的程度。      

青藏高原积雪对中国降水的影响

通过对1958-2012年JRA-55青藏高原积雪雪深资料的分析,得到青藏高原积雪雪深的年代际分布状况,得到青藏高原积雪的年代际变化特征。采用国家气候中心整理的1951-2013年中国160站月降水资料,分析青藏高原前冬期积雪变化对中国夏季降水的影响,在青藏高原前冬期积雪偏多的情况下,我国长江中游地区,东北地区都为正相关;而东北北部、河套地区南部、淮河和华南地区是负相关。我国东部地区经向呈"负-正-负-正"降水异常分布型;青藏高原前冬期积雪减少,对应长江中下游和华北北部地区夏季降水减少和华南、淮河地区夏季降水增多,我国东部地区经向呈"正-负-正-负"降水异常分布型。     

青藏高原冬春积雪特征及其对我国夏季降水的影响

本文利用国家气象中心提供的逐日地面积雪深度和积雪日数数据,以及NOAA的大气环流再分析资料,通过合成分析等方法,对1961—2013年青藏高原冬春季积雪高原整体、高原东部、高原西部进行了年际和年代际趋势分析,结果表明,青藏高原整体冬、春季积雪的变化趋势一致,雪深呈现"少雪—多雪—少雪—多雪"的变化趋势,积雪日数呈现"少雪—多雪—少雪"的变化趋势。高原东(西)部积雪在20世纪60—70年代均明显增加,20世纪80—90年代均减少,20世纪90年代末东部春季和冬季积雪减少更为显著,而西部地区除了春季积雪日数变化不大,春、冬季积雪雪深和冬季积雪日数均明显增加。其次,对青藏高原东、西部地区多(少)雪年的划分,发现高原东部和西部地区积雪异常年对应的大气环流形势也存在差异。最后,进一步分析了青藏高原不同区域积雪异常年环流形势变化特征及其对我国夏季降水的影响,发现高原东(西)部积雪异常年时我国夏季降水分布存在显著差异,因此,在将高原积雪作为气候预测因子的时候,应当考虑东部和西部积雪异常不同所产生影响的差异。     

青藏高原冬春多源积雪资料年际变化尺度上的适用性分析

青藏高原冬春积雪变化具有显著的年际变化特征,其对中国东部夏季降水预测具有一定指示意义。由于特殊的复杂地形,青藏高原气象站点分布稀疏且不均匀,再分析数据和卫星数据提供的高原积雪资料的不确定性是影响和制约积雪变化及其天气气候效应研究中的一个关键问题。本文基于青藏高原台站观测、再分析（ERA5和NOAA-V3）和卫星反演（MODIS雪盖以及IMS雪盖）的多源积雪资料,采用偏差分析、均方根误差以及相关分析等多元统计方法重点检验了多源高原积雪数据在描述积雪年际变化特征方面的不确定性。通过比较不同积雪资料的时空分布和变化特征,以期提升多源高原积雪资料适用性的认知,并为相关研究提供有意义的参考。分析结果表明：（1）就再分析数据给出的积雪资料而言,ERA5雪深资料相较NOAA-V3雪深,对高原站点观测雪深的描述效果更好。除了高原中东部分站点外,ERA5雪深数据的平均偏差和平均均方根误差均较小,而NOAA-V3雪深数据的平均偏差和均方根误差在整个高原范围内均存在一定程度的高估;（2）再分析（ERA5和NOAA-V3）和卫星反演（MODIS雪盖以及IMS雪盖）积雪数据和高原站点雪深均在年际变化特征上具有较...     

不同积雪深度下地面温度与雪面温度的相关

基于新疆昌吉州5个国家气象站2008—2010年积雪深度大于等于0 cm的实测地面温度与雪面温度,对0 cm地面温度（含最高、最低）、雪面温度（含最高、最低）及云量、日照时数、雪深进行统计分析,找出不同积雪深度下地面温度与雪面温度的关系,并以阜康市天池气象站2011年所有积雪日数据对关系模型作检验。结果显示：地面温度与雪面温度的关系有3个雪深分层：5 cm以下、6~40 cm和40 cm以上,积雪深度为0~5 cm时,地面温度与雪面温度差值很小,受雪深及天气条件影响明显,雪深6~40 cm,主要受雪深影响,雪深超过40 cm,地面温度趋于定值。     

青藏高原东部不同季节积雪过程对地表能量和土壤水热影响的观测研究

选取青藏高原(下称高原)东部玛曲、玛多和垭口3个野外站点的观测资料,针对不连续积雪过程,研究高原东部不同季节的积雪过程对地表能量和土壤水热的影响。结果表明:受积雪高反照率的影响,高原东部地区各季节降雪后净短波辐射减小,净辐射较降雪前减小60%～140%;积雪积累期内感热、潜热及土壤热通量均减小,感热通量和土壤热通量出现负值。春、秋两季积雪过程中,能量以感热、潜热和土壤热通量三种形式分配;冬季积雪过程中能量以感热和土壤热通量分配为主,潜热通量较小,日均值在10 W·m~(-2)左右;而夏季积雪消融期潜热通量较大,日均值可达80 W·m~(-2)左右。各季节积雪的反复积累和消融过程对大气及土壤均以降温作用为主。秋季降雪后,气温和浅层土壤温度降低,当土壤温度降到冰点以下时,土壤提前进入冻结期;而春季降雪后,则可能使得正在发生融化的土壤又再次冻结。冬季晴天积雪过程中,在积雪积累期,积雪对土壤起增温作用,0～20 cm土壤温度日均值升高1～2℃,导致浅层冻结土壤融化,土壤含水量略增加,在消融期,积雪对土壤仍起降温作用;而冬季阴天积雪对土壤均为冷却作用。夏季积雪积累期较短,降雪对土壤同样起明显的降温作用。     

欧亚大陆中高纬积雪消融异常对东北夏季低温的影响

利用美国冰雪资料中心提供的1979~2007年月平均积雪水当量资料、NCEP/NCAR的逐月再分析资料 以及中国743站的逐日气温资料,讨论了欧亚中高纬春季融雪异常分布与中国东北夏季温度的联系及其可能的影响机理。结果表明:欧亚大陆中高纬西部春季融雪偏多、东部春季融雪偏少时,我国东北夏季易出现低温。春季东部融雪量少,导致夏季剩余积雪偏多;夏季积雪融化吸热增多,加上后期的土壤湿度增加会导致该地区夏季温度异常偏低,高度场下降,500 hPa上欧亚中高纬东部的长波槽加深,槽后偏北气流加强;来自极地的冷空气容易入侵东亚中高纬地区,引起我国东北夏季低温。