青藏高原冬、春季植被特征及其对西南地区夏季降水的影响

本文利用西南地区96个气象台站1982-2001年夏季(6-8月)月平均降水资料和归一化植被指数(GIMMS NDVI)资料,分析了青藏高原冬、春季植被特征及其对西南地区夏季降水的影响,得到以下几点认识:青藏高原冬、春季植被呈现东南部覆盖较好,逐渐向西北部减少的特征.近20 a来,高原冬、春季植被总体呈增加趋势,其高原中西部、南部、北部增加明显,而南部侧边界和中东部呈减少趋势.相关分析和奇异值分解表明:高原冬、春季植被对西南地区夏季降水有较明显影响,且这种影响也存在一定的区域差异.高原前期植被变化可以作为西南地区夏季降水长期预报综合考虑的一个参考因子.     

青藏高原冬季NDVI与西南地区夏季气温的滞后关系

该文利用EOF分解得到的1982—2001年西南地区夏季平均、最高和最低气温的时空特征显示, 西南地区夏季平均、最高气温的时空变化具有很好的一致性, 尤其是川渝地区20世纪80年代为气温负距平, 90年代开始有明显升温。利用GIMMS NDVI和西南4省市96个台站的气温资料进行了相关分析、合成分析以及SVD分析, 得到前期冬季青藏高原植被影响该区夏季气温的滞后关系以及影响较大的区域。结果表明:西南地区夏季平均气温、最高气温对青藏高原冬季植被变化较敏感, 其中青藏高原西部NDVI与西南地区夏季气温的相关强于东部; 青藏高原NDVI异常偏高对应西南地区夏季气温偏高, 其中最高气温升高较明显, 增温最大值出现在7月, 位于西南地区北部; 青藏高原冬季植被变化与西南地区平均气温、最高气温和最低气温的最佳耦合模态中影响程度及关键区域略有差异, 青藏高原冬季NDVI与夏季平均气温关系最密切, 其中青藏高原东北大部分地区和南部 (包括拉萨及林芝东部地区) 的影响最大, 气温对前期青藏高原NDVI变化反应的敏感区主要位于四川盆地及其附近地区。     

SVD分析青藏高原冬春积雪异常与西北地区春、夏季降水的相关关系

基于1971~2010年青藏高原70余个气象台站逐日积雪深度资料和西北地区春、夏季降水日资料,利用奇异值分解(SVD)方法分析了高原冬春积雪深度分别与西北地区春季、夏季降水的关系。结果表明:高原冬春积雪异常与西北地区春、夏季降水存在显著相关,冬春积雪深度的变化对后期春、夏季西北地区降水有指示和预测意义。高原冬春积雪深度异常对西北地区春、夏季降水主要以正反馈为主,但影响的关键区有所不同。高原冬春积雪中部偏多时,春季降水在陇东南、宁夏及陕西地区显著偏多;夏季降水在陇东南及宁夏西部显著偏多。从高原多雪年与少雪年的角度出发,分析了西北地区降水的差异,表明高原冬春积雪偏多,春季西北大部地区降水偏多,北疆偏少;夏季在南疆、甘肃中部、青海大部及陕西降水偏多,尤其陕西南部地区增多显著,北疆、肃北及陇东部分地区降水偏少。     

青藏高原感热与黄土高原春季降水异常关系研究

利用1961～2000年黄土高原56站的春季降水、气温资料,用SVD方法分析了其与青藏高原感热场的关系。结果表明,降水量与青藏高原感热场的前两模态代表了两场间的主要耦合特征;上年冬季和秋季青藏高原感热场的异常通过影响大气环流,能够导致次年黄土高原春季降水异常;青藏高原感热对黄土高原西部和南部、北部的部分地区影响较显著,而对陕西北部、山西中部影响不明显。前期高原感热场SVD第一、二模态的变化,可以作为黄土高原春季降水异常的预测信号。     

青藏高原南、北积雪异常与中国东部夏季降水关系的数值试验研究

青藏高原冬、春积雪有着显著的南、北空间差异,本文利用通用地球系统模式（CESM）设计了增加高原南、北冬、春积雪的敏感性试验,结果表明:当高原南部冬、春积雪异常偏多,长江及其以北地区夏季降水偏多,华南大部分地区夏季降水偏少;而当高原北部冬、春积雪异常偏多,华北及东北地区夏季降水偏多,长江下游南部地区夏季降水偏少,雨带更偏北。青藏高原南、北部冬、春积雪异常影响中国东部夏季降水的物理机制的分析结果表明,高原不同区域（南部和北部）冬、春积雪异常引起的非绝热加热异常效应都可持续到夏季,且北部积雪异常持续时间更长。高原南部和北部积雪异常偏多均会减弱高原北侧上空大气的水平温度梯度,进而减弱高原北侧西风急流的位置及强度,进而影响下游出口区处急流的强度和位置,且高原北部积雪异常偏多的影响更大。当高原南部积雪异常偏多,急流出口区的西风急流加强且偏南;而高原北部积雪异常偏多,出口区的西风急流减弱且偏北。相应地,对流层中层500 hPa西太平洋副热带高压减弱,低层850 hPa异常反气旋环流,影响中国东部地区水汽输送,从而影响了中国东部地区夏季雨带的变化。当高原南部积雪异常偏多,异常反气旋性环流位于东海附近,有利于更多水汽输送至长江流域,华南水汽输送减少;当高原北部积雪异常偏多,异常反气旋性环流相对偏北,更有利于华北及东北水汽输送,雨带偏北。     

青藏高原前期冬春季地面热源与我国夏季降水关系的初步分析

首先对青藏高原地表热通量再分析资料与自动气象站(AWS)实测资料进行对比, 结果表明: 相对于美国国家环境预报中心和国家大气中心20世纪90年代研制的NCEP/NCAR(Kalnay 等1996)和NCEP/DOE (Kanamitsu 等2002) 再分析资料, ECMWF(Uppala 等2004)资料在高原地区的地表热通量具有较好的代表性。进一步利用奇异值分解(SVD)方法分析了ECMWF资料反映的高原地面热源与我国夏季降水的关系, 发现前期青藏高原主体的冬季地面热源与长江中下游地区夏季降水量呈负相关, 与华北和东南沿海地区的夏季降水量呈正相关。而长江中下游地区夏季降水量还与春季高原南部的地面热源存在负相关、与高原北部的地面热源存在正相关。高原冬、春季地面热源场的变化是影响我国夏季降水的重要因子。     

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)。     

青藏高原地面感热异常对西北地区东部夏季降水的影响

本文利用1961~2012年夏季西北地区东部(32~40°N,100~110°E)156个站点逐日降水资料,以及1982~2012年青藏高原70个站点的地面感热观测资料,采用EOF、相关分析等方法分析了西北地区东部夏季降水、青藏高原冬末春初(2~4月)地面感热的时空变化特征,讨论了西北地区东部夏季降水对于青藏高原冬末春初地面感热异常的响应,通过环流场分析高原感热异常对西北东部夏季降水的影响成因。结果表明:高原东部冬末春初地面感热偏强时,西北东部地区北部降水偏少,东南部和西南部降水偏多;反之,西北东部北部降水偏多,东南部和西南部降水偏少。      

青藏高原春季土壤湿度与夏季降水的关系

应用SVD方法对1981—2018年青藏高原春季土壤湿度和高原地区夏季降水进行诊断。结果表明:土壤湿度前两个模态累积协方差百分比达到了61.15%,左右场展开序列的时间相关系数均为0.78,反映两场关系的主要特征。土壤湿度场表现出南北相的一致性,而降水场的一致性较差。第一模态说明青藏高原北部春季土壤湿度较大时,对应高原北部地区和东南部地区夏季降水偏少。第二模态说明高原大部分地区春季土壤湿度较大时,高原北部、中部地区夏季降水偏多,南部夏季降水偏少。从合成500 hPa环流场和可降水量场看,在高原春季土壤湿度偏大的年份,环流形势表现为"-+-"形式,正距平中心位于高原南部和印度北部地区,且有槽存在时,会导致地面降水量增多。     

北半球极涡指数对高原夏季降水的影响

利用奇异值分解方法(SVD)分析了夏季降水对极涡面积和极涡强度指数的响应,研究发现,冬季北半球极涡指数场与高原夏季降水场,在青海省大部分是明显的负相关区域,西藏大部分以正相关为主;春季北半球极涡指数场与西藏和青海夏季降水场为正相关。冬季12月极涡指数与高原夏季6月降水的相关,自高原东南部到西北部呈“+-+”分布;冬季1月极涡指数与高原夏季7月降水相关,南北呈“+-”分布,西藏为正相关,青海为负相关;冬季2月极涡指数与高原夏季8月降水,除柴达木盆地北侧、西藏西部为弱的负相关外,其余地区均为正相关。      

Interannual Variability of the Normalized Difference Vegetation Index on the Tibetan Plateau and Its Relationship with Climate Change

The Qinghai-Xizang Plateau, or Tibetan Plateau, is a sensitive region for climate change, where the manifestation of global warming is particularly noticeable. The wide climate variability in this region significantly affects the local land ecosystem and could consequently lead to notable vegetation changes. In this paper, the interannual variations of the plateau vegetation are investigated using a 21-year normalized difference vegetation index （NDVI） dataset to quantify the consequences of climate warming for the regional ecosystem and its interactions. The results show that vegetation coverage is best in the eastern and southern plateau regions and deteriorates toward the west and north. On the whole, vegetation activity demonstrates a gradual enhancement in an oscillatory manner during 1982-2002. The temporal variation also exhibits striking regional differences： an increasing trend is most apparent in the west, south, north and southeast, whereas a decreasing trend is present along the southern plateau boundary and in the central-east region. Covariance analysis between the NDVI and surface temperature/precipitation suggests that vegetation change is closely related to climate change. However, the controlling physical processes vary geographically. In the west and east, vegetation variability is found to be driven predominantly by temperature, with the impact of precipitation being of secondary importance. In the central plateau, however, temperature and precipitation factors are equally important in modulating the interannual vegetation variability.     

青藏高原冬春雪深分布与中国夏季降水的关系

利用SSMR和SSM／I卫星遥感雪深反演资料,通过与高原测站雪深观测资料的对比分析,揭示了高原雪深的时空分布特征,在此基础上对积雪异常年中国夏季降水异常和大气环流进行了对比分析。结果表明,卫星遥感雪深资料可较真实反映出高原积雪的状况,并可反映出高原西部积雪的变化;高原冬、春季积雪EOF分解第1模态具有相同的空间分布,反映了高原冬、春季积雪分布具有相当的一致性,而春季积雪的第2模态则反映高原积雪的东西差异;冬、春季雪深EOF第1模态的时间序列与中国夏季降水的相关分析表明,大致以长江为界,我国东部地区呈现出南涝北旱的分布模态,春季高原东（西）部多（少）雪与东（西）部少（多）雪年的夏季,我国东部降水表现出长江以南（北）地区为大范围的降水偏多（少）。     

青藏高原植物返青期变化及其对气候变化的响应

基于连续的植被指数（NDVI）、气温和降水数据,提取了1982—2009年青藏高原典型台站邻近区域的植物返青期以及0℃和5℃旬均温始期的时序数据,分析了其时空变化特征,探讨了青藏高原冬、春季的气温、降水变化对植物返青期的影响。结果表明：1) 青藏高原典型台站邻近区域植物返青期多年平均值在东西向和南北向上存在显著差异;1982—2009年间,青藏高原典型台站邻近区域植物返青期整体呈提前趋势。2) 青藏高原典型台站0℃和5℃旬均温始期整体呈提前趋势,5℃旬均温始期提前趋势更为显著。3) 青藏高原植物返青期随着冬、春季气温升高和降水增加而提前。与降水相比,返青期与气温的相关程度更高。冬季气温比春季气温对植物返青期的影响更大。     

我国夏季降水与青藏高原春季NDVI的关系

利用1982年1月-2001年12月NDVI资料、台站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料, 通过相关分析和合成分析方法, 初步分析了我国夏季降水与青藏高原春季植被的关系及可能机理。结果发现:青藏高原春季NDVI与我国夏季降水相关系数从南到北呈西北-东南向“ + - +”带状分布。合成分析也表明:青藏高原春季NDVI大、小值年降水年内分布也存在明显差异。降水的上述差异, 可能是由于青藏高原春季NDVI变化导致热源效应改变, 引起大气环流变化造成的。对环流分析也发现:大气环流的变化特征与降水变化表现出很好的一致性。     

黄淮海地区植被活动对气候变化的响应特征

基于1982 -2003年GIMMSNDVI遥感数据和气象资料, 综合运用趋势分析、相关分析、奇异值分解等方法, 分析我国黄淮海地区植被活动对气候变化响应的时空特征。结果表明:黄淮海地区整体气候变暖趋势比较明显, 干旱化尚不显著, 年平均植被NDVI表现为略微增加的趋势。在年尺度上, 温度是敏感性最强的气候因子, 全年温度、降水、相对湿度对植被NDVI动态变化具有正效应, 而蒸发量具有负效应; 在季尺度上, 温度、降水的敏感性最强。自然植被对降水的敏感性最强, 其次是温度; 农业植被对温度的敏感性最强, 其次是降水。植被对气候变化响应的空间特征表现为, 植被主要生长季平均NDVI与温度距平场空间结构一致, 与蒸发量距平场反位相对应, 与降水量距平场呈北、南部正负相反分布, 与相对湿度距平场呈南、北向正负相反的空间分布。     

青藏高原臭氧低值中心的变化与我国气候的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、GPCP降水资料以及我国160个台站的降水资料, 研究了青藏高原臭氧低值中心偏强年和偏弱年的气候差异。结果表明，5～7月平均的青藏高原臭氧总量变化与我国当年夏季、冬季以及第二年春季的气温和降水等有明显的相关关系:在臭氧低值中心偏强年夏季, 中国绝大部分地区地面气温比多年平均偏高, 长江以南地区降水偏多, 长江以北大部分地区降水偏少, 尤其是长江中下游和黄河中下游之间的地面降水偏少特别明显。在臭氧低值中心偏强年冬季和次年春季, 中国大部分地区冬季风比多年平均弱, 使得绝大部分地区地面气温偏高。臭氧低值中心偏弱年的情况基本上与偏强年相反。因此, 青藏高原上空臭氧低值中心的变化在气候预测中是一个值得重视的因子。     

1981～2020年青藏高原春季土壤湿度时空变化特征及其与高原季风的关系

本研究利用欧洲中心ERA5再分析资料的逐日土壤湿度（土壤体积含水量）、降水量、位势高度场以及风场数据,重点分析了1981～2020年高原春季浅层（0～7 cm）土壤湿度的时空变化特征,并探讨了青藏高原土壤湿度与高原季风的关系。青藏高原春季土壤湿度西北偏干,东南部相对偏湿的分布特征。对高原春季土壤湿度进行经验正交函数（EOF）分析后发现,其第一模态呈中部与东、西部反向变化特征,该模态存在准3年（2～4年）的振荡周期,这一周期特征在2000～2010年表现的更为显著;第二模态呈南北反向分布,较好地表征高原地区气候带与下垫面覆盖状况。研究发现,高原夏季风与高原春季土壤湿度变化之间存在密切的隔季相关,高原夏季风异常变化是翌年春季土壤湿度变化的主要原因。     

The Wave Train Characteristics of Teleconnection Caused by the Thermal Anomaly of the Underlying Surface of the Tibetan Plateau. Part Ⅰ: Data Analysis

探讨了前期青藏高原下垫面热力结构异常对后期长江中下游地区降水的影响。通过资料分析揭示出长江中下游地区夏季降水异常前期冬、春季青藏高原下垫面三维热力结构强信号特征,即长江中下游夏季旱涝前期高原南部和北部各层次的地温距平呈反位相分布。从地面0cm到地下320 cm的地温距平分布为:涝年高原偏南部(30°N以南)为正,中部和北部(30°N以北)为负,旱年时相反。其中地温距平的大值区在 40 cm到160 cm层之间。同时揭示了北半球环流型对青藏高原下垫面热力异常可能产生遥响应,并形成季尺度低频波的传播,从而影响长江中下游地区后期的降水,反映了遥相关是区域性旱涝形成的一个动力机制。资料分析结果表明前期青藏高原下垫面三维热力结构异常是后期长江中下游地区降水异常的重要原因之