青藏高原山体效应对近地表层垂直大气昼夜温差的影响

青藏高原巨大隆起不仅塑造了欧亚大陆的气候格局,也深远地影响了高原的地理生态格局。青藏高原巨大隆起而产生的山体效应不仅可对近地表温度产生显著影响,其对近地表层垂直大气亦可产生显著作用,然而目前仍缺乏这一方面的研究。因此,本研究基于MODIS大气廓线数据产品,以昼夜温差为切入点,分析了青藏高原不同季节、不同气压面（500～200hPa）的昼夜温差差异。结果表明：(1)青藏高原内部不同季节、不同气压面高度处的昼夜温差均大于外部地区,整体符合山体效应的格局。(2)青藏高原海拔越高,不同季节的垂直层昼夜温差越大。(3)随着气压面高度的增加（500～200 hPa）,海拔对冬季大气昼夜温差的影响逐渐降低,对春季、夏季和秋季的影响程度先升高后降低,作用最大处分别出现在300 hPa、250 hPa和300 hPa。     

1988年8月下旬南极平流层暴发性增温及其与臭氧的关系

本文利用昭和基地(69°00′S,39°35′E)的探空和臭氧原始资料,分析研究了1988年8月下旬的一次南极平流层暴发性增温过程。本文分析了这一增温过程中的臭氧总量、30hPa气温、增温率及西风风速的变化关系。发现在这次南极冬季平流层暴发性增温中30hPa气温、30hPa西风风速与臭氧总量之间存在着非常好的正相关,同时发现臭氧总量的变化与30hPa增温率的变化之间存在着滞后关系。而在平流层发生暴发性增温之前,在对流层有一次大的西风扰动。由此,可以认为这次平流层暴发性增温的原因可能是对流层西风扰动引起的行星波上传,而臭氧的加热不可能是这次平流层暴发性增温的原因。     

1979~2005年青藏高原位势高度场变化趋势的时空特征

利用NCEP/NCAR位势高度再分析资料分析了1979~2005年青藏高原及其邻近地区30hPa、100hPa、300hPa和500hPa位势高度场变化趋势的时空特征。研究表明:(1)1979~2005年青藏高原区域平均位势高度场在对流层中层存在上升趋势,且主要发生在冷半年;随着等压面的升高,高度场上升趋势减弱;到平流层高度场呈显著降低趋势,且主要发生在暖半年。(2)从空间上看,平流层位势高度场年平均变化整体呈显著降低趋势,大致呈纬向分布,南部降低趋势强于北部,特别是高原东南、孟加拉湾北部降低趋势最强;对流层中层位势高度场变化趋势以上升为主,高原东北部上升趋势尤其显著。(3)尽管与高原各层位势高度值本身相比,变化趋势是一个小量,但国内外不同区域及不同空间尺度的研究都发现有类似现象,故对此应给予重视。今后应进一步加强青藏高原位势高度场时空变化趋势的驱动机制、影响及其对全球变暖的区域响应研究。(4)1979年以来NCEP/NCAR位势高度再分析资料用于青藏高原及其邻近地区的气候变化研究是有效的。     

基于生态地理分区的青藏高原植被覆被变化及其对气候变化的响应

基于1982~2006年GIMMS NDVI数据集和地面气象台站观测数据,分析了青藏高原整个区域及各生态地理分区年均NDVI的变化趋势,并通过偏相关分析研究不同生态地理分区植被覆被变化对气温和降水响应的空间分异特征。研究表明:(1)近25年来,高原植被覆盖变化整体上趋于改善;高原东北部、东中部以及西南部湿润半湿润及部分半干旱地区植被趋于改善,植被覆盖较差的北部、西部半干旱和干旱地区呈现退化趋势;(2)高原植被变化与气温变化的相关性明显高于与降水变化的相关性,说明高原植被年际变化对温度变化更为敏感;(3)高原植被年际变化与气温和降水的相关性具有明显的区域差异,植被覆盖中等区域全年月NDVI与气温和降水的相关性最强,相关性由草甸向草原、针叶林逐步减弱,荒漠区相关性最弱。生长季植被覆盖变化与气温的相关性和全年相关性较一致,降水则不同,生长季期间高原大部分地区植被变化与降水相关性不显著。     

影响中尺度对流系统移动的知识发现

空间数据挖掘是近年来迅速发展起来的面向应用的新技术。运用1998年夏季日本静止气象卫星(GMS) 探测反演出的红外辐射亮温资料和国家卫星气象中心高分辨率有限区域分析预报系统产品中的数值格点预报资料 (HLAFS) 对青藏高原上的中尺度对流系统 (MCS) 进行了自动追踪。在此基础上,运用空间关联规则研究了移出高原的MCS与其环境场之间的关系,结果表明, 在400 hPa这一层次,等压面高度、相对湿度、涡度、散度、垂直速度这5 个物理量是影响其移出高原的主要因子;而在500 hPa 层次,移出高原的MCS与等压面高度、相对湿度、温度、垂直速度和K指数关系密切。     

青藏高原近40年来气候变化特征及湖泊环境响应

以青藏高原52个气象台站1971-2008年的逐月气温、降水资料为基础,采用因子分析、气候趋势分析、气候突变分析等方法,对高原内部不同区域的气候变化特征进行研究,并讨论了高原湖泊环境对气候变化的响应。结果表明,近40 a来,青藏高原各区域年平均气温整体持续上升,柴达木地区增温尤为显著,年平均气温增长率达0.49℃/10a;1987年和1998年各区域气温普遍由低向高突变,1998年以来增温尤为显著。年可利用降水的变化特征存在区域差异,柴达木地区、藏北南羌塘高原东部地区整体增湿。除藏东地区,青藏高原其它地区气候条件于20世纪末21世纪初由暖干向暖湿转变,受其影响,以青海湖、鄂陵湖、冬给措纳、兹格塘错为代表的高原大型湖泊表现出水位上升、湖水离子浓度减小的特征,反映了气候暖湿条件下湖泊水量的增加。     

河西走廊春末夏初降水异常与大气环流及海温场关系

使用1961-2010年NCEP/NCAR逐月再分析资料、NOAA月平均海表温度资料和河西走廊月降水资料,在分析河西走廊春末夏初降水变化特征的基础上,对春末夏初降水异常的大气环流及其与早春3~4月海温场的关系进行了分析。结果表明:河西走廊春末夏初降水变化主要以全区一致型为主,存在3 a、5 a、10a和13~15 a显著周期变化。春末夏初降水异常多年850hPa距平风场河西走廊盛行东风,散度场为辐合;500hPa欧亚中高纬度高度距平场呈"+-+"分布,类似负欧亚遥相关型(EU);距平风垂直环流为印度洋上升,高原下沉、35~45°N上升的经圈环流;整层水汽通量距平场上,我国西北以东地区的东风气流有利于东部暖湿空气向西北地区输送,河西走廊为水汽辐合区;前期3~4月赤道南印度洋和赤道中东太平洋海温为大范围正异常。降水异常少年上述特征正好相反。通过3~4月海表温度与5~6月500hPa高度场相关分析表明,赤道南印度洋海温正(负)异常时,欧亚中高纬度会出现+-+(-+-)的类似EU遥相关型波列,说明前期赤道南印度洋海温异常对后期中高纬度EU遥相关型有激发或增强作用,进而影响河西走廊春末夏初降水异常。     

中国西北地区大范围极端高温事件的大气环流异常特征

 利用中国西北5省(区)90个台站1961—2005年的逐日气温资料,分析了西北五省(区)发生大范围极端高温事件时的大气环流异常特征。结果表明,当出现大范围极端高温事件时,100 hPa南亚高压强度偏强并北移至西北地区上空,副高脊线偏北,同时500 hPa高度场上有一与温度暖中心相匹配的闭合高压单体控制着西北地区,西北地区上空大气高(中低)层为负(正)温度距平。此外,西北地区上空下沉气流强度明显偏强,下沉运动加强中心在300 hPa高度左右。与此同时,除了新疆西南部,西北其他地区的散度场形势都是大气上层辐合,下层辐散,并且辐合辐散强度都偏强,其中的辐合带主要位于150～300 hPa高度,辐合中心及其加强中心在200 hPa高度左右。     

青藏高原近40年来的降水变化特征

利用我国青藏高原地区的1961-2000年56个气象站的逐月降水资料,通过计算降水量的距平百分率,分析了青藏高原自1961至2000年以来降水量变化的趋势和1961-2000年以来各季降水量变化趋势,发现:青藏高原近40年来降水量呈增加趋势,降水量的线性增长率约为1.12mm/a。再将高原划分为四个季节,分析了各季40年来的降水量的变化情况得出:春季降水量年际变化较大,秋季降水量变化不明显。夏季降水量值较大而降水变化幅度较小,冬季降水量变化则与夏季相反。通过将青藏高原分为南北两个地区,分析了两个区的年降水量和四个季节的降水量的变化得出:高原南区1961-2000年降水量呈增加的趋势,降水量的线增长率为1.97 mm/a,春季和冬季降水量年际变化较大,夏季降水量变化不明显,秋季降水量略有增加;北区年降水量和夏季的降水量变化较小,秋季降水量的年际变化较大,冬季降水量变化最大。对青藏高原的南北两区用Mann-Kendall方法进行突变分析,显示高原南区分别在1978年和1994年发生突变,北区没有发现突变。     

1982~2013年青藏高原高寒草地覆盖变化及与气候之间的关系

利用GIMMS NDVI数据和地面气象站台观测数据,对青藏高原1982~2013年高寒草地覆盖时空变化及其对气象因素的响应进行研究,结果表明：青藏高原高寒草地生长季NDVI表现为从东南到西北逐渐减少的趋势,近32 a来,整个高原草地生长季NDVI呈上升趋势,增加速率为0.000 3/a (p<0.05);高寒草地生长季NDVI年际变化具有空间异质性,整体为增加趋势,呈增加趋势的面积约占研究区域面积的75.3%,其中显著增加的占26.0% （p<0.05）,类型主要为分布在青藏高原东北部地区的高寒草甸;比例为4.7%,草地类型主要为高寒草原,主要分布在高原西部地区;基于生态地理分区的分析显示,青藏高原草地与降水、温度的相关关系具有明显的空间差异,高寒草地生长季NDVI均值与降水呈显著正相关,对降水的滞后效应显著;高原东北部温度较高,热量条件较好,降水为高寒草地生长季NDVI变化的主导因子;东中部地区降水充沛,温度则为高寒草地生长的制约因子;南部地区降水和温度都较适宜,均与高寒草地生长季NDVI相关性显著(p< 0.05),共同作用于草地的生长;中部和西部地区,气候因子与高寒草地生长季NDVI关系均不显著。     

南极极夜期间臭氧含量变化及其与平流层风温关系

本文利用昭和基地 (6 9°0 0′ S,3 9°3 5′ E) 1 982～ 1 987年的臭氧总量的探空资料 ,着重分析了1 987年南极昭和站极夜期间臭氧含量变化与 5 0 h Pa风速、气温及变温的关系。发现在极夜期间 ,臭氧含量与 5 0 h Pa风速存在较好的相关性。根据热成风原理 ,计算了极夜期间的温度平流项 ,发现臭氧含量与 5 0 h Pa温度平流也存在一定的相关性 ,变温 ΔT的变化主要是由温度平流引起的。平流层臭氧只具有微弱的加热效应     

1993年中山站地区“臭氧洞”和UV┐B的特征分析

本文给出了１９９３年在东南极中山站（６９．３８°Ｓ，７６．３７°Ｅ）地区首次运用ＷＭＯ（世界气象组织）认可的Ｂｒｅｗｅｒ臭氧分光光谱仪，进行臭氧和ＵＶ－Ｂ地面的同步观测结果。观测表明中山站地区在１９９３年８月初到１１月底频繁出现臭氧低于２００ＤＵ的值；１２月初臭氧值恢复正常。在整个“臭氧洞”期间，臭氧值起伏变化很大，并且和７０ｈＰａ到５０ｈＰａ上空的温度变化密切相关，臭氧的日变化不很明显。中午时刻有生物效应的ＵＶ－Ｂ辐射通量与臭氧斜程柱总量呈负指数关系；云和太阳高度角控制着ＵＶ－Ｂ辐射通量日变化过程。ＵＶ－Ｂ光谱扫描的结果表明２９５－３２５ｎｍ波段内的光谱强度比３１５－３２５ｎｍ的光谱强度更受臭氧变化的影响。消除云和气溶胶对ＵＶ－Ｂ辐射过程的部分影响，对每天中午时刻３００．５ｎｍ和３２３．５ｎｍ光谱强度比值计算，反映出了“臭氧洞”期间臭氧值降低是ＵＶ－Ｂ辐射增强的重要因子。     

亚洲夏季风北部边缘带变化及中高纬度行星波对其影响

本文使用1961—2016年NCEP1再分析资料和GPCC全球降水分析资料,确定了亚洲夏季风北部边缘带的空间范围,分析了季风边缘带的南北边界位置、降水、面积的相互关系和年代/际变化特征,讨论了造成季风边缘带夏季降水异常的影响因子。主要结论如下：亚洲夏季风北部边缘带平均位置位于青藏高原中部经黄土高原和中国东北地区向亚洲东岸延伸的带状区域上,根据下垫面性质、区域生态环境和气候特征,将季风北边缘带划分为青藏高原区（85°E~105°E）、黄土高原区（105°E~115°E）和中国东北区（115°E~135°E）3段,季风边缘带降水的年际变化与其南边界位置有显著的正相关,青藏高原季风边缘带面积变化与其南界位置显著负相关,黄土高原季风边缘带和东北季风边缘带面积与北边界位置显著正相关,且3段季风边缘带的位置、面积、降水均有明显的年际、年代际变化特征。季风边缘带夏季降水偏少与欧亚中高纬对流层上层自西向东传播的欧亚（EU）遥相关波列密切相关,季风边缘带夏季降水偏少时期,亚洲低纬度地区对流活动偏弱、非洲东岸近赤道地区200 hPa异常辐合可能造成索马里急流和亚洲夏季风强度整体偏弱,200 hPa亚洲急流强度弱且位置偏北,500 hPa中国北方受西风带异常高压控制,东亚夏季风降水主要集中在中国南方地区,季风边缘带夏季降水异常偏少。季风边缘带夏季降水偏多与欧亚中高纬对流层上层沿亚洲急流向东传播的丝绸之路（SRP）波列密切相关,200 hPa、500 hPa环流形势与季风边缘带夏季降水偏少时期基本相反,东亚夏季风降水空间分布呈北多南少特征,季风边缘带夏季降水异常偏多。     

藏北高原土壤温度分布的纬向效应和高度效应

利用ＧＡＭＥ－Ｔｉｂｅｔ野外观测期间所得藏北高原不同地点土壤温度资料,对藏北高原土壤温度分布纬向地带性和垂直地带性特征进行分析,结果表明夏季土壤温度分布主要表现为高度效应,而冬季土壤温度分布主要表现为纬度效应,年平均土壤温度分布是纬度效应和高度效应综合作用的结果。     

Estimation of Daily Vapor Pressure Deficit Using MODIS Potential Evapotranspiration on the Tibetan Plateau

Vapor pressure deficit (VPD) is an important parameter in modelling hydrologic cycles and vegetation productivity. Meteorological stations are scarce in remote areas, which often results in imprecise estimations of VPD on the Tibetan Plateau. Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) provides evapotranspiration data, which may offer the possibility of scaling up VPD estimations on the Tibetan Plateau. However, no studies thus far have estimated VPD using MODIS evapotranspiration data on the Tibetan Plateau. Therefore, this study used MODIS potential evapotranspiration (PET) to estimate VPD in alpine meadows, alpine steppes, croplands, forests and shrublands for the year, spring, summer, autumn and winter in 2000-2012. A series of root-mean- squared-error (RMSE) and mean-absolute-error (MAE) values were obtained for correlating measured VPD and estimated VPD using MODIS PET data for each listed time period and vegetation type: whole year (0.98-2.15 hPa and 0.68-1.44 hPa), spring (0.95-2.34 hPa and 0.72-1.54 hPa), summer (1.39-2.60 hPa and 0.89-1.96 hPa), autumn (0.78-1.93 hPa and 0.56-1.36 hPa), winter (0.48-1.40 hPa and 0.36-0.98 hPa), alpine steppes (0.48- 1.39 hPa and 0.36-1.00 hPa), alpine meadows (0.58-1.39 hPa and 0.44-0.90 hPa), croplands (1.10-2.55 hPa and 0.82-1.74 hPa), shrublands (0.98-1.90 hPa and 0.78-1.37 hPa), and forests (1.40-2.60 hPa and 0.98-1.96 hPa), respectively. Therefore, MODIS PET may be used to estimate VPD, and better results may be obtained if future studies incorporate vegetation types and seasons when the VPD data are estimated using MODIS PET on the Tibetan Plateau.     

Two centuries of temperature variation and volcanic forcing reconstructed for the northern Tibetan Plateau

Abstract

The northern Tibetan Plateau has been subject to recent warming far above the global average. With few instrumental climate records available for this region before the 1950s, paleoclimatic reconstructions must be used to understand annual-to-centennial-scale climate variations and local climate response to large-scale forcing mechanisms. We developed a maximum latewood density chronology of Qinghai spruce (Picea crassifolia) from the southern slope of the Qilian Mountains, northern Tibetan Plateau. Based on the chronology, we reconstructed August–September temperature for 1780–2008. The temperature reconstruction model accounts for 39.7% of instrumental temperature variance from 1957 to 2008, successfully capturing the most recent warming. Superposed epoch analysis indicated a volcanic forcing for temperature, resulting in pulses of cooler conditions that can persist for 2–4 years. Tree-ring data indicated that warm-dry and cold-wet climate combinations mainly occurred in northern Tibetan Plateau before CE 1900, and revealed a clear wetting and warming trend since the 1980s. Our study provides long-term perspective on recent climate change in northern Tibetan Plateau to guide expectations of future climate variability and aid sustainable development, and provides scenarios for climate change adaptation and inputs for climate models representing a broader range of conditions than those of historical climate records.     

甘肃黄土高原春旱的气候特征及预测方法

利用甘肃黄土高原55个气象站在1968-2000年间的春季降水、气温资料, 计算了春季干湿指数, 划分了春旱标准, 用REOF方法进行了气候分区, 分析了其时空分布特征和变化规律, 计算了其与欧亚500hPa高度场、赤道北太平洋海温和高原加热场的相关关系, 建立了甘肃黄土高原春旱的均生函数预测模型。结果表明, 干旱有三个高发区, 频率为36%~57%, 约2~3年一遇, 且有增加的趋势。春旱与当年高原500hPa高度场、赤道北太平洋海温及上年盛夏高原加热场呈正相关, 与前期冬季高原加热场呈负相关, 所建立的预报模型有一定的预报能力。     

Variations in the Drought Severity Index in Response to Climate Change on the Tibetan Plateau

Quantifying the relationship between the drought severity index and climate factors is crucial for predicting drought risk in situations characterized by climate change. However, variations in drought risk are not readily discernible under conditions of climate change, and this is particularly the case on the Tibetan Plateau. This study examines the correlations between the annual drought severity index (DSI) and 14 climate factors (including temperature, precipitation, humidity, wind speed, and hours of sunshine factors), on the Tibetan Plateau from 2000 to 2011. Spatial average DSI increased with precipitation and minimum relative humidity, while it decreased as the hours of sunshine increased. The correlation between DSI and climate factors varied with vegetation types. In alpine meadows, the correlation of the spatial DSI average with the percentage of sunshine and hours of sunshine (P<0.001) was higher compared to that in alpine steppes (P<0.05). Similarly, average vapor pressure and minimum relative humidity had significant positive effects on spatial DSI in alpine meadows, but had insignificant effects in alpine steppes. The magnitude of DSI change correlated negatively with temperature, precipitation, and vapor pressure, and positively with wind speed and sunshine. This demonstrates that the correlation between drought and climate change on the Tibetan Plateau is dependent on the type of ecosystem.     

青藏高原夏季夜雨率空间分布及其变化特征

选取了1961-2007年青藏高原海拔2000m以上76个气象站夏季(6-9月)逐日地面降水观测资料,分析了青藏高原夏季夜雨率的时空特征,结果表明:1.青藏高原夜雨率具有显著的区域差异性,在西藏中西部夜雨率呈“纬向型”分布,而西藏东部、川西高原至滇北夜雨率则表现为“西北-东南”走向;夜雨率高值中心出现在雅鲁藏布江中段(日喀则地区东北部至拉萨市一带),达到75％以上,同时喜马拉雅山脉南麓可能是夜雨率＞70％的另一个高值区域;夜雨率最低值在青海省西北部,仅为33％;2.高原夜雨率具有明显的海拔效应,夜雨率与海拔呈显著的反相关,即海拔越高夜雨率越低,反之亦然;3.高原夜雨率随夏季日期推后呈增大趋势,而年际变化上则表现为明显的下降趋势,20世纪80年代初存在明显的突变现象;4.高原夜雨率与日降水量之间存在一定的关联:当日降水量＜1 mm时夜雨率仅为48.8％,此后夜雨率随着日降水量增加而明显增大,特别是降水量在20 mm以下时,夜雨率上升速度最快,上升幅度超过20％;当日降水量为23～40 mm时,夜雨率稳定在70％～76％间,随后又略有波动下降;当日降水量为33 mm时,夜雨率达到极大值,为75.1％.青藏高原夜雨率的空间变化可能受大地形的影响.高原夜雨对农牧业生产有利的同时,也可能会带来诸多自然灾害.因此,深入探讨夜雨率是制定有效防御气象灾害对策的重要依据.