青藏高原地表非绝热加热模态及其与中国北方环流异常的联系

利用青藏高原非均匀下垫面热力输送系数及地表有效辐射的EOF分析结果,计算了2000年以来的高原地表非绝热加热资料,并将1958—2013年地表非绝热加热资料进行重建得到高原地表非绝热加热指数,以表征高原不同气候分区的地表热力状况。根据EOF分析结果将高原分为4个气候区,并从波能传播的角度分析其对中国北方环流异常的影响。结果表明,高原地表非绝热加热指数在西部边缘(气候Ⅰ区),除了冬季为微弱下降趋势以外,其他季节都为微弱的上升趋势;在高原中西部腹地(气候Ⅱ区),四季均为下降趋势;在高原东北部(气候Ⅲ区),除了冬季表现为微弱的下降趋势外,其他季节均为微弱的上升趋势;而在高原东南部(气候Ⅳ区),四季均表现为下降趋势。高原西部边缘地表非绝热加热异常增强时,高原200 h Pa上空为波能辐散区,并向东传播,初夏在北方辐合加强,有利于降水,干旱减弱;盛夏在北方地区处于辐散区,加剧干旱。在高原东北部地表非绝热加热异常增强时,该区200 h Pa上空为波能辐散区,并向东传播,无论是在初夏还是盛夏,除了东北地区北部,北方其他地区辐合加强,有助于干旱减弱。     

塔克拉玛干沙漠腹地的长波辐射变化特征

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站(塔中站)实测的长波辐射资料,分析了流动沙漠区的长波辐射特征.结果表明:地表长波辐射能具体地反映地表失去热能的状况.在沙漠区,由于地表层的湍流运动较强以及下垫面温度与空气温度的差值较大,使得地表向大气传输的热通量较大,所以地面长波辐射值较大,有时接近于总辐射,最小值出现在日出前,最大值出现在15:00左右;由于大气中的水汽含量及云量较少,而沙尘气溶胶含量较高,所以大气长波辐射较大,沙漠区有效辐射也较大,为我国有效辐射年总量最高的地区之一.地表放射的净长波辐射在太阳总辐射中所占的比例小于地表反射辐射,只有在春、夏季两者较接近,且以反射辐射大些.区域气候变化过程中,沙漠加热场的强度是沙漠局地天气气候变化的主要影响因素之一.     

2007年春末夏初珠穆朗玛峰地区辐射特征分析

利用2007年5月23日～6月22日的观测数据和先前已有的相关实测资料,分析了总辐射、大气逆辐射、地面长波辐射、有效辐射以及地表反射率.结果表明:春末夏初珠峰大本营地区出现瞬时总辐射大于太阳常数的现象相当频繁,甚至还能出现小时平均值也大于太阳常数的记录;由于珠峰地区海拔高,大气稀薄,低温低湿,大气逆辐射明显减少;地面长波辐射不仅低于平原地区,也低于青藏高原其他地区;在地表辐射平衡中.珠峰大本营地表有效辐射大于反射辐射;随着海拔高度的增加,白天净辐射正值持续的时间相应缩短而最大值减少.     

青藏高原地表长波辐射交换的气候研究

本文在讨论并验证大气逆辐射和地表有效辐射计算方法的基础上,计算并分析了两者在青藏高原及其周围地区的气候特征。结果表明,大气逆辐射和有效辐射的分布形势与高原地形有很大的一致性,高原主体分别为大气逆辐射的低中心和有效辐射的高中心。季节变化对大气逆辐射分布形势影响不大,而对有效辐射分布的影响较大,可造成高值中心的位移。最后,文中还就大气逆辐射和有效辐射的年变化问题作了讨论。     

在北京气象塔上测量城市边界层辐射特征

利用2004年10～12月在北京325m气象铁塔上所测量的长波辐射和短波辐射垂直分层资料,分析了晴空、霾(烟、尘、轻雾)和浓雾天气条件下塔上两层的辐射特征。结果表明,城市边界层大气对短波总辐射有明显的衰减作用,2m处的总辐射280m处的总辐射。在晴好天气下,衰减比例为11.2%;在霾和雾天气下,衰减比例分别达到22.3%和36.6%。在塔上280m处测量的晴天城市地表反照率为0.12,而在霾和雾天气条件下分别为0.17和0.29。大气逆辐射(向下长波辐射)的日变化没有短波辐射的明显且有规律,晴好天气的辐射通量密度最小,霾天较大,雾天最大,2m处的大气逆辐射一般高于280m处的。向上长波辐射呈明显的日变化,且2m处的向上长波辐射日变化幅度280m处的。净辐射具有典型的日变化,晴天日变化幅度最大,霾和雾天的日变化幅度减小。晴天辐射加热最显著,278m厚气层的辐射加热达1.35℃.h-1,霾天为1.13℃.h-1,雾天为0.40℃.h-1。个例分析表明,在近地面气层内,霾中的气溶胶粒子和雾中的水滴对辐射产生程度不同的影响,并影响到辐射平衡,进而影响不同高度气层的加热和冷却,导致边界层结构的改变。     

青藏高原西部冬季地表净辐射与中国降水的关系

本文利用1982年8月－1983年7月在青藏高原地区进行的辐射平衡观测资料，计算了高原西部地区历年冬季（11－2月）的地表净辐射。通过对高原西部冬季地表净辐射的分析阐明了高原西部地表加热场的特征，并讨论了它与我国的西南秋雨、长江流域伏旱以及黄河上游雨季降水等的关系。     

青海湖北岸大气向下长波辐射特征及云的影响

大气向下长波辐射对地表能量平衡、水循环等有重要影响。基于青海湖北岸2018年9月至2019年8月辐射观测资料,分析不同时间尺度的辐射通量变化特征,对比晴天条件下10个大气比辐射率参数化公式在该地区的适用性,在此基础上定量评估了云对大气向下长波辐射的影响。结果显示:青海湖北岸地区各辐射分量均呈现相似的"单峰型"日变化特征,辐射量白天较高、夜间较低;一年中,除向上短波辐射(主要受地表反照率影响)外,其余辐射分量均随气温而变化。晴天条件下大气比辐射率参数化Brutsaert公式在青海湖北岸地区的适用性最高。随着云份额数(C_f)的增大,青海湖北岸大气向下长波辐射逐渐增强,在C_f10%时,云增强效应低于10 W·m~(-2);当C_f75%时,云增强效应超过60 W·m~(-2)。云天大气向下长波辐射观测值与晴天计算值的比值r随着C_f的增大而增大,两者存在极显著的二次函数关系,当C_f10%时,r平均为1.04;当C_f75%时,r1.25,该统计关系能够较好地揭示青海湖北岸地区云对大气向下长波辐射的影响。     

2008年7—9月中国北方不同下垫面晴空陆面过程特征差异

采用2008年7—9月观测的中国干旱/半干旱区实验观测协同与集成研究资料,选取了9个下垫面(包括裸地、草地、森林和农田),分析了中国北方不同下垫面以及不同地区同类下垫面的晴空陆面辐射平衡和热量平衡日变化特征差异。结果表明,不同下垫面以及不同地区同类下垫面的地表辐射和能量过程特征差异明显,而这种差异主要源于下垫面的光学特性、水热特性以及局地陆-气系统中可利用水分的不同。在辐射平衡的比较方面,荒漠沙地发射的长波辐射最大,高寒森林的长波辐射最低,农田下垫面发射的长波辐射总体低于草地;荒漠沙地、草地、农田和高寒森林的反射率依次减弱;荒漠沙地、草地、农田、森林下垫面的净辐射依次增大。在能量平衡方面,荒漠区沙地可利用能量大部分(约80%)用于加热大气,约20%消耗于蒸发和加热土壤;草地下垫面可利用能量中用于加热大气的能量比蒸发水分消耗的能量高,但高寒草甸例外;农田下垫面可利用能量的大部分消耗于蒸发,消耗于加热大气的能量不到20%。水含量越高,潜热通量越大,能量闭合率越低,能量过程也更复杂。     

青藏高原东南部云状况与地表能量收支结构

采用不同区域边界层综合观测系统,从地表能量收支平衡的视角,探讨青藏高原与四川盆地能量平衡各分量结构特征,进一步认识云状况对能量平衡分量的影响问题。研究表明,青藏高原东南部大理、林芝、温江各站地表通量感热、潜热与有效能源两项相关特征明显,即存在能量闭合基本特征,但能量收支仍存在不闭合离散现象,尤其随着近地层地表通量与有效能源的增大,其非闭合特征更加明显。青藏高原东南部(大理、林芝)春、夏季低云量与感热呈显著负相关,潜热则呈不确定特征。对于春季低云量与感热相关性,高原东南部(大理、林芝)远比四川盆地(温江)相关更为显著,高原区域低云量对上述近地层"能量收支"起"冷却"作用,且低云量与向下长波辐射呈显著的正相关,此研究结果描述了低云量对陆面辐射强迫的"加热"反馈效应,即高原区域低云量状况亦可用边界层通量塔向下长波辐射量来间接表征。观测分析结果亦表明平原该站低云量对向下长波辐射影响远不如高原区域。研究结果表明,青藏高原区域与低云量有关的向下长波辐射高值区可能是出现近太阳常数现象的重要因素之一。     

成都东北部地区太阳辐射特征分析

该文利用2018年1月—12月成都东北部地区的太阳辐射观测资料,分析了辐射能量的收支状况和特征。结果表明:成都东北部地区各辐射分量(除净长波辐射)均是夏季最强,冬季最弱,最大值出现在8月。净长波辐射春季最强,秋季最弱,与空气相对湿度、气温日较差分别成负相关、正相关。净全辐射白天为正值,晚上为负值。成都东北部地区全年有10.7%的太阳短波辐射被地表反射,接收的太阳短波辐射有29.36%被地表以长波辐射的方式释放到大气,对地气系统能量收支的贡献为61.18%。     

1998年夏季青藏高原辐射平衡分量特征

利用1998年夏季第二次青藏高原气象科学试验(TIPEX)获得的改则、当雄和昌都三个热源观测站的数据和相关资料,统计和分析了高原夏季辐射平衡分量和热源强度的变化特征.结果表明高原地面总辐射平均强度以西部最强,中部次之,东部最小.6月中旬后随着雨季到来,地表反射率均有所降低,中部和东部的辐射强度明显减弱,西部雨季降水和云量都比较少,辐射强度变化不明显.高原中部和东部的净辐射在6月中旬有明显的突变现象,西部突变期出现在7月上旬,以中部的辐射加热强度最大,东部次之,西部最小.湿期随着地面长波辐射的减少,热源强度明显增大.     

青藏高原太阳辐射能量的支出状况

到达地面的太阳辐射量,并不是全为地面所获得。地面吸收一部份,同时反射一部份。被地面吸收的部份称为吸收辐射,被地面反射的部份称为反射辐射。另外,地面在吸收太阳短波辐射后,本身要放出长波辐射;同样,大气和云层接受了辐射能量后也要放出长波辐射,大气长波辐射回到地面的部份,称为大气逆辐射。地面长波辐射与大气逆辐射之差,表示地面散失的长波辐射,称为有效辐射。反射辐射和有效辐射都是地面辐射的支出部份。 某地获得太阳辐射能量的多少,不单要看它收入多少太阳辐射能量,还必须了解它支出的太阳辐射能量有多少。现在,我们就着重分析一下青藏高原地区太阳辐射能量的支出状况。     

1979年夏季青藏高原地区大气加热场特征

本文用1979年夏季6—8月青藏高原地区17个站资料（包括青藏高原科学实验资料），通过直接法求得长波辐射、短波辐射、凝结潜热和感热输送等四项加热分量，在此基础上求出高原地区的平均大气热量输送，并和国内外其它作者所估计的高原大气热源情况进行比较。计算结果表明，对高原大气热源的主要贡献是长波辐射，文中还探讨了青藏高原地区大气加热场与高原季风爆发前后以及高原季风活跃和中断时期环流的关系。     

CO_2浓度增加背景下季风区大气辐射加热响应的差异（英文）

大气CO_2浓度增加,大气辐射平衡调整,将影响到大气的辐射加热,对季风环流的产生影响.CMIP6结果显示,大气CO_2浓度增加,可减弱季风区主雨季对流层高,低层的辐射加热,加强对流层中层的辐射加热.各季风区加热响应的峰值层次不同:亚洲季风区平均层次最高(500-775 hPa),北非,南美,澳洲季风区次之 (550-600 hPa),北美(600hPa)和南非季风区(600-775 hPa)较低.各季风区水云的垂直分布及其长波辐射效应的变化是形成峰值层次差异的主因.     

CO2浓度增加背景下季风区大气辐射加热响应的差异

大气CO2浓度增加,大气辐射平衡调整,将影响到大气的辐射加热,对季风环流的产生影响.CMIP6结果显示,大气CO2浓度增加,可减弱季风区主雨季对流层高,低层的辐射加热,加强对流层中层的辐射加热.各季风区加热响应的峰值层次不同:亚洲季风区平均层次最高(500-775 hPa),北非,南美,澳洲季风区次之(550-600 hPa),北美(600hPa)和南非季风区(600-775 hPa)较低.各季风区水云的垂直分布及其长波辐射效应的变化是形成峰值层次差异的主因.     

冬季青藏高原大气热状况分析Ⅱ：年际变化

通过诊断3套再分析资料的非绝热加热场,研究冬季青藏高原上空大气的热力特征.结果表明,与夏季为强热源的特征不同,冬季高原上空不是欧亚大陆上最强的冷源中心.冬季高原上空整体是偏弱的冷源,在高原西侧及东南地区上空甚至出现非绝热加热正值区,这一分析对以往研究提出的高原是冷源的特性给出了修正.各种非绝热加热分量的诊断表明,冬季高原上空这种总的非绝热加热分布主要是由于高原主体的长波辐射冷却较周边地区弱,以及西侧至东南地区凝结潜热释放造成的.为了说明再分析的非绝热加热资料对冬季高原上空大气的这种热力特征描述的可信性,文中还利用了地表辐射能量、TRMM及PREC/L降水、垂直速度等资料进一步辅助分析,证实了由于高原位势较高造成大气整层温度偏低,向外长波辐射偏少,以及高原地势的隆起造成局地较强的上升运动,高原西侧至东南角降水大值区潜热偏大,最终造成高原上空总非绝热加热负值偏小.最后理想高原隆起的水球试验结果说明,冬季,高原的存在减弱了陆地上空的冷却效应,因而其上为弱冷源,再次证实了资料分析的结果.     

西藏羊八井辐射观测初步分析

利用西藏羊八井2009年5月至2010年4月的辐射观测数据,统计了总辐射、紫外辐射、长波辐射、净辐射的日变化、月变化和季节变化,并分析了地表辐射超过太阳常数的发生频率及原因。结果表明,羊八井地区总辐射、紫外辐射、长波辐射、净辐射均表现出明显的日变化、月变化和季节变化特征;总辐射与地表短波反射辐射、总辐射与紫外辐射均表现出明显的正相关关系;大气逆辐射和地表长波辐射之间呈现出一定的的正相关关系。     

1997/1998年青藏高原西部地区辐射平衡各分量变化特征

利用中日亚洲季风机制研究计划1997年9月~1998年10月在青藏高原西部改则和狮泉河2个站点自动气象站辐射平衡的观测资料,分析了高原西部2个地区辐射平衡各分量在不同季节的季节平均日变化和年变化特征,并且还与1979年5~8月第一次青藏高原气象科学实验的辐射观测资料和1982,1983年青藏高原辐射平衡观测实验的结果进行了比较分析。结果发现:高原西部辐射平衡各分量的变化不仅有季节之间和年际的差异,高原西部的不同地区之间的变化也有较大的差异:(1)总辐射在春夏两季相差很小,改则春季(3~5月平均)日变化的极大值甚至比夏季(6~8月平均)还大;(2)地表反照率的年际变化及两地之间的差异均可能较大;(3)大气逆辐射日变化、年变化特征与其他辐射分量明显不同,其日变化、年变化的位相均晚于其他分量;(4)两地之间地面辐射平衡的年变化似乎有一个位相差,改则的月平均最大值和最小值均较狮泉河晚了约1个月,因此从冬季到夏季的大部分时间里,改则的地面辐射平衡是小于狮泉河的,而在从夏季到冬季的大部分时间里,改则是大于狮泉河的。     

科尔沁沙地流动沙丘与玉米地辐射特性比较分析

利用2001年夏季内蒙古科尔沁沙地地区大气边界层实验观测资料，对比分析了流动沙丘和临近流动沙丘的玉米地两种典型下垫面的辐射通量特征。结果表明:流动沙丘和玉米地地区的总辐射与大气逆辐射相近，差异不足2%。净辐射、地表反照率、有效辐射存在较大差异，流动沙丘的净辐射明显小于玉米地，其中反照率差异的贡献约为60%，长波辐射差异的贡献约为40%。流动沙丘的反照率、有效辐射明显大于玉米地，反照率高出中国西北HEIFE实验沙漠地区约10%，有效辐射则小于沙漠地区。     

关于CAS FGOALS-f3-L模式中青藏高原地表温度偏差的归因分析

中国科学院全球海洋-大气-陆地耦合模式(FGOALS-f3-L)参加了耦合模式比较计划的第六阶段(CMIP6)试验,但是其对关键气候敏感地区青藏高原的地表温度的再现能力还不清楚.这项研究用再分析资料CFSR评估了FGOALS-f3-L模式对青藏高原地表温度的再现能力.结果表明,FGOALS-f3-L可以合理模拟整个高原上年平均地表温度的空间分布,但低估了整个高原上年平均地表温度.模拟的地表温度在整个高原上冬春季表现为冷偏差,夏秋季表现为暖偏差.基于地表能量平衡方程的进一步定量分析表明,地表反照率反馈(SAF)项极大地贡献了高原西部年平均,冬春季平均地表温度的冷偏差,而对高原东部是暖偏差贡献.与SAF项相比,地表感热项对地表温度偏差的贡献几乎相反,这大大抵消了SAF项引起的偏差.云辐射强迫项对高原东部的年平均和季节平均弱冷偏差有很大贡献.与高估的水蒸气含量有关的长波辐射项造成了夏秋季整个高原上大部分的暖偏差.该研究表明,提高FGOALS-f3-L中的陆面和云过程对降低高原上地表温度偏差至关重要.