青藏高原东南缘近地层微气象学特征对比分析

本文利用位于青藏高原东南缘的温江和大理大气边界层野外观测资料,对比分析了两站包括风温湿、辐射、湍流通量等在内的近地层微气象学特征,主要结果如下：（1）两站风速值均随着高度的增加而增大,但温江站冬季4～10 m风速在白天出现随高度减小的现象.温江站冬季以东北风为主,夏季以西北风和南风为主;大理站冬季以东南风为主,其次为西南风,夏季则以东风和东南风为主.两站近地层逆温和逆湿现象都非常显著.（2）同一季节温江站大气逆辐射和地表长波辐射大于大理站,向下短波辐射小于大理站.温江站地表长波辐射总是大于大气逆辐射,而大理站白天地表长波辐射大于大气逆辐射,晚上则相反.（3）温江站感热通量冬季大于大理站,夏季小于大理站,而潜热通量无论冬夏都要小于大理站.两站潜热通量均大于感热通量,并且大理站潜热通量月平均日变化值全天始终大于零.无论冬夏,温江站土壤热通量都要小于大理站,随着深度的增加两站土壤热通量均有位相上的延迟.     

高寒草原地区边界层参数化方案的适用性评估

为了验证中尺度数值模式WRF中不同的边界层参数化方案对青藏高原地区高寒草原均匀下垫面的适用性,选取4种不同的边界层参数化方案(YSU、MYNN2.5、ACM2和BouLac),分别在青藏高原东部玛曲地区进行了高分辨率的数值模拟,借助中国科学院寒区旱区环境与工程研究所若尔盖高原湿地生态系统研究站观测资料,对典型晴天条件下近地层温度、辐射收支、地表能量以及边界层结构特征进行了相互比较分析,评估了不同边界层参数化方案的模拟差异.结果表明,对于近地层温度,白天不同方案的模拟值与观测值差异不明显,夜间MYNN2.5方案更偏离观测值,而其余方案的模拟差异不大;相对短波辐射,长波辐射过程更易受边界层参数化方案的影响;对于地表热通量,非局地闭合方案的模拟值相对湍流动能TKE闭合方案更接近观测值;对于净辐射通量、感热通量和潜热通量,MYNN2.5方案的模拟要优于其他3种方案;不同边界层参数化方案均模拟出了白天超绝热层以及夜间逆温、逆湿现象,但不同方案对边界层结构的模拟仍然存在一些差异.     

WRF模式对青藏高原那曲地区大气边界层模拟适用性研究

采用WRF（Weather Research and Forecasting）模式4种边界层参数化方案对青藏高原那曲地区边界层特征进行了数值模拟,并利用"第三次青藏高原大气科学试验"在青藏高原那曲地区5个站点的观测资料对模拟结果进行验证,分析不同参数化方案在那曲地区的适用性。研究表明,YSU、MYJ、ACM2和BouLac方案对2 m气温和地表温度的模拟偏低。BouLac方案模拟的地表温度偏差较小。通过对能量平衡各分量的对比分析发现,温度模拟偏低可能是向下长波辐射模拟偏低以及感热通量和潜热通量交换过强导致的。对于边界层风、位温和相对湿度垂直结构的模拟,局地方案的模拟效果均优于非局地方案。BouLac方案对那曲地区近地层温度、边界层内位温和相对湿度的垂直分布模拟效果较好。      

青藏高原夏季大气边界层高度与地表能量输送变化特征分析

利用NCEP-FNL大气边界层高度资料和NCEP/DOE(NECP2)的地面感热、潜热通量再分析格点资料,分析了2000-2016年夏季青藏高原(下称高原)地区的大气边界层高度及感热、潜热的基本气候特征、年际变化及空间分布,地表能量输送对大气边界层高度的影响机理,并分析了影响大气边界层高度与地表能量输送的主要影响因子。结果表明:夏季高原整体呈大气边界层高度显著下降,潜热通量显著上升,感热通量先增后降的变化趋势。2009年是高原大气边界层高度的气候突变时间点,其他物理量的变化趋势也在2009年发生了转折变化。大气边界层高度和地表能量输送的线性变化趋势分布具有明显的区域差异,以91°E为界将高原分为东、西两部分,东部与西部地区的变化特征明显不同;东部、西部地区的变化特征2009年前后也有很大差异。影响西部地区大气边界层高度和地表热通量的主要因子是0～10 cm土壤含水率和10 m风速;影响东部地区大气边界层高度和地表热通量的主要因子则是云量。在2009年气候突变时间前、后,各影响因子的影响程度有很大变化。夏季高原低层热低压辐合、高层南亚高压辐散的环流形式,为地表能量输送影响高原大气边界层发展提供了动力条件,有利于上升运动。上升运动的气流能将水汽相变中释放的凝结潜热输送至对流层上层,有利于形成潜热通量和南亚高压的正反馈。     

珠峰北坡地区地表辐射和能量季节变化的初步分析

对青藏高原地区地表能量的研究是一个十分重要的问题.利用中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站2006年5月至2007年4月一年的观测资料,分析了青藏高原珠峰地区的地表能量,即净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量,得到了一些有关珠峰地区地表能量的结果,即太阳总辐射、大气长波辐射、地面长波辐射和净辐射呈现出明显的年变化特征,净辐射、感热通量、潜热通量和土壤热通量得到的日变化是很明显的.并且讨论了计算地表能量通量的方法及其优缺点.     

青藏高原典型下垫面地表能量通量的模型估算与验证

青藏高原地区地表能量通量的估算与验证对高原及其周边地区能量和水循环研究具有重要意义,地表能量平衡系统SEBS(Surface Energy Balance System)模型为研究高原非均匀地表区域地表能量通量提供了一种行之有效的方法。基于中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站(简称那曲站)、中国科学院纳木错多圈层综合观测研究站(简称纳木错站)和中国科学院珠穆朗玛大气与环境综合观测研究站(简称珠峰站) 2008年辐射资料、大气边界层塔站观测资料,结合MODIS卫星数据,利用SEBS模型估算地表能量通量,并用站点地表能量通量观测资料进行验证。结果表明,模型估算的感热通量和土壤热通量与站点实测值具有较好的一致性,且感热通量和土壤热通量的估算精度明显优于潜热通量;感热通量的估算精度最高,那曲站、纳木错站和珠峰站的均方根误差分别为54. 98,37. 37和27. 10 W·m~(-2);而模型估算的潜热通量验证结果偏差较大和站点实测数据存在"能量不闭合"问题相关。鉴于在地表能量通量观测中广泛存在"能量不闭合"的问题,利用波文比校正方法校正站点实测潜热通量。研究表明波文比校正方法可以明显改善地表通量观测数据"能量不闭合"的问题,那曲站、纳木错站和珠峰站的能量闭合率分别提高了19. 4%,21. 4%和19. 1%;与原始站点实测潜热通量相比,校正后的潜热通量与SEBS模型估算结果一致性较好,3个站点潜热通量的均方根误差分别减少了6. 78,33. 48和29. 30 W·m~(-2)。     

青藏高原不同地区夏季近地层能量输送与微气象特征比较分析

利用2009年7月在青藏高原理塘、林芝、海北、拉萨获得的气象观测资料,对比分析了这些地区近地层气象要素、辐射收支及湍流通量日变化特征。结果表明:无论是高原东部、中部还是北部,无论是高原台地还是高山峡谷区,7月份近地层各气象要素、湍流通量、辐射收支都有明显的日变化。各地区的地表辐射、感热、潜热等最高值都出现在中午,最低值出现在早晨。地表反照率日变化均呈早晚高中午低的“U”型分布。地面热源强度在白天均为热源,正午为强热源,在夜间表现为弱的冷、热源交替出现。7月份近地层地气热量交换中,感热输送作用小,潜热输送占主导地位。动量通量和摩擦速度均在风速较大的下午较大,风速小的早晨小。      

青藏高原不同地区夏季近地层能量输送与微气象特征比较分析

利用2009年7月在青藏高原理塘、林芝、海北、拉萨获得的气象观测资料,对比分析了这些地区近地层气象要素、辐射收支及湍流通量日变化特征。结果表明：无论是高原东部、中部还是北部,无论是高原台地还是高山峡谷区,7月份近地层各气象要素、湍流通量、辐射收支都有明显的日变化。各地区的地表辐射、感热、潜热等最高值都出现在中午,最低值出现在早晨。地表反照率日变化均呈早晚高中午低的＂U＂型分布。地面热源强度在白天均为热源,正午为强热源,在夜间表现为弱的冷、热源交替出现。7月份近地层地气热量交换中,感热输送作用小,潜热输送占主导地位。动量通量和摩擦速度均在风速较大的下午较大,风速小的早晨小。     

青藏高原北麓河地区近地层能量输送与微气象特征

利用青藏高原北麓河冻土综合试验站自动气象站2002年5月30日～6月24日观测资料,计算分析了该地区近地层的地表能量平衡、地表加热场、感热、潜热、地表反照率、动量和热量总体输送系数等特征量场的变化特征,首次得到高原北麓河地区近地层能量输送和微气象特征。     

春夏季青藏高原与伊朗高原地表热通量的时空分布特征及相互联系

伊朗高原和青藏高原热力作用对东亚区域气候具有重要影响。基于1979—2014年欧洲中心ERA-interim月平均再分析地表热通量资料,分析了春、夏季青藏高原与伊朗高原地表热通量的时、空分布特征以及春、夏季青藏高原与伊朗高原地表热通量的关系。结果表明,春、夏季青藏高原与伊朗高原地表热通量在季节、年际和年代际尺度上具有不同的时、空分布特征。对于青藏高原,春、夏季地表感热呈西部大东部小、地表潜热呈东部大西部小;地表感热在春季最大且大于地表潜热,地表潜热在夏季最大且大于地表感热。在年际时间尺度上,春、夏季青藏高原地表热通量异常的年际变化在东、西部不一致,青藏高原西部,地表感热与地表潜热有较强的负相关关系。青藏高原地表感热异常具有很强的持续性,当春季地表感热较强（弱）时,夏季高原地表感热同样较强（弱）。青藏高原东部与西部地表热通量的年代际变化有明显差异,春（夏）季青藏高原东部地表感热呈显著的年代际减弱趋势,1998（2001）年发生年代际转折,由正异常转为负异常;而青藏高原西部地表感热在春季则有显著的增大趋势,2003年发生年代际转折,由负异常转为正异常。青藏高原东部地表潜热仅在春季为显著减弱趋势,2003年出现年代际转折,由正异常转为负异常;青藏高原西部地表潜热在春、夏季都有显著减弱趋势,年代际转折出现在21世纪初,由正异常转为负异常。对于伊朗高原,春、夏季地表热通量的空间分布在整个区域较一致,地表感热在夏季最大,地表潜热在春季大、夏季小,但各季节地表感热都大于地表潜热。相对于青藏高原地表感热,伊朗高原地表感热在各月都更大。在年际时间尺度上,春、夏季伊朗高原各区域地表热通量异常的年际变化较一致;地表感热与潜热有很强的负相关关系;伊朗高原地表感热、潜热异常都具有持续性,当春季地表感热（潜热）通量较强（弱）时,夏季地表感热（潜热）通量同样较强（弱）。伊朗高原北部与南部地表热通量的年代际变化存在差异。其中,春、夏季伊朗高原北部地表感热（潜热）呈显著增强（减弱）趋势,在20世纪末发生了年代际转折,春、夏季北部地表感热（潜热）由负（正）异常转为正（负）异常。而伊朗高原南部春、夏季地表热通量无显著变化趋势,但春季地表感热、潜热与夏季地表感热同样在20世纪末存在年代际转折,地表感热（潜热）由负（正）异常转为正（负）异常。春、夏季两个高原地区地表热通量的关系主要表现为:就春季同期变化而言,伊朗高原地表感热与青藏高原西部地表感热具有同相变化关系,与青藏高原东部地表感热具有反相变化关系,伊朗高原地表潜热与青藏高原东部地表潜热具有同相变化关系;就非同期变化而言,春季伊朗高原地表感热与夏季青藏高原东部地表感热存在反相变化关系。      

城市化对北京地区日照时数和云量变化趋势的影响

利用1961～2008年北京城区和郊区12个台站的气候观测资料,采用趋势分析和累积距平的方法,研究了北京城区和郊区近48年的日照时数、总云量及低云量的年际和四季变化趋势,并探讨了城市化进程对日照和云量变化的影响。结果表明：近48年来,城区的总云量和日照时数呈减少趋势,但低云量呈增加趋势;郊区的总云量和低云量呈增加趋势,而日照时数呈减少趋势;具体到年代变化,1980年代初以后,城区总云量呈减少趋势,且1990年代减少的趋势最为明显,2000年后,城区总云量变化发生逆转,呈显著增加趋势。对于低云量,1960年代到1980年代,城区郊区低云量呈波动减少趋势,而1990年代到2000年代后呈波动增加趋势。对于日照时数,1960年代到1980年代城区郊区日照时数均呈增加趋势,1990年代至2000年代则呈明显减少的趋势。低云量与日照时数表现出明显负相关特征,这与北京城市化发展对区域气候的影响有密切的关系。     

中国区域总云量和低云量分布变化

据1960—2009年606个气象台站总云量和低云量观测数据分析显示,我国总云量总体处于下降趋势,相对于20世纪60至70年代云覆盖年变化平稳阶段,1980 2009年全国平均总云量下降了0.6%,但长江以南沿海地区和新疆少部分地区总云量一直变化比较平稳。低云变化空间不均性差异较大,以四川盆地为中心区域50年间低云持续减少,从20世纪60年代开始,平均每10年年平均下降幅度达4.0%;长江以南、东北东部和新疆西部至青藏高原北部区域低云却增加了,平均每10年增加4.8%。     

中国天山区域云量的变化及其与降水的关系

基于1961-2008年天山区域24站云量的逐日资料,使用相关和M原K检验等统计方法,分析中国天山区域云量的时空变化特征及其与降水的关系。结果表明：（1）春季、秋季和冬季,伊犁河谷以北总云量最多,夏季则在中天山和东天山的部分区域最多,低云量在夏季占总云量的比重最大;（2）区域平均总云量在春季和秋季呈减少趋势;低云量在各季节均呈增加趋势,尤其在冬季和夏季;（3）总云量的年代际变化不明显,而低云量自20世纪90年代至今,都处在高值期。（4）低云量在春季、夏季和秋季,均在20世纪90年代,而冬季在2000年左右发生了由少到多的气候突变;总云量未发生明显的气候突变。（5）总云量和低云量均和同期降水有较好的相关性。春季低云量和夏季降水,相关系数可达0.52。     

地基红外测云仪探测能力分析

利用地基红外测云仪(WSIRCMS)在2011年11月北京观象台的连续观测数据,从总云量、云底高和天空类型3个方面初步分析其探测能力。结果表明:1该仪器能够不分昼夜同时实现云高、云量(高、中、低和总云量)和天空类型的连续自动探测;2与参考标准云量的差值在±10%以内的样本数占总样本数的72.5%,有霾存在时,对中高云的观测能力较弱,造成云量观测结果差异较大;3与激光云高仪的天顶方向的无云一致率达94.9%;在中低云情况下,云高观测结果一致性较好,高云时存在较大差异,WSIRCMS观测云高偏高;4与人工分类的天空类型一致的样本数占总样本数的82.63%,对波状云、积状云和混合云的识别能力稍低。     

Cloud and Radiation Processes Simulated by a Coupled Atmosphere-Ocean Model

Using NCC/IAP T63 coupled atmosphere-ocean general circulation model (AOGCM),two 20-yr integra- tions were processed,and their ability to simulate cloud and radiation was analysed in detail.The results show that the model can simulate the basic distribution of cloud cover,and however,obvious differences still exist compared with ISCCP satellite data and ERA reanalysis data.The simulated cloud cover is less in general,especially the abnormal low values in some regions of ocean.By improving the cloud cover scheme, simulated cloud cover in the eastern Pacific and Atlantic,summer hemisphere's oceans from subtropical to mid-latitude is considerably improved.But in the tropical Indian Ocean and West Pacific the cloud cover difference is still evident,mainly due to the deficiency of high cloud simulation in these regions resulting from deep cumulus convection.In terms of the analysis on radiation and cloud radiative forcing,we find that simulation on long wave radiation is better than short wave radiation.The simulation error of short wave radiation is caused mostly by the simulation difference in short wave radiative forcing,sea ice,and snow cover,and also by not involving aerosol's effect.The simulation error of long wave radiation is mainly resulting from deficiency in simulating cloud cover and underlying surface temperature.Corresponding to improvement of cloud cover,the simulated radiation (especially short wave radiation) in eastern oceans, summer hemisphere's oceans from subtropical to mid-latitude is remarkably improved.This also brings obvious improvement to net radiation in these regions.     

大气环流模式中非对流云的预报方法

通过对大气环流模式中非对流云预报方法的物理分析表明:大气环流模式中非对流云的预报,应包括非对流云的云水（冰）微物理过程参数化、大尺度动力过程和云量三个方面。从大尺度调整法、大尺度闭合法和统计方法三个方面,讨论了已有的大气环流模式中非对流云的凝结（华）过程的参数化方案,指出了存在的问题及改进方法。对于Bergeron过程,指出了已有的线性化经验公式的不足,强调了采用非线性参数化公式的重要性。本文指出了直接将中尺度模式搬到大尺度模式是不合适的,有必要进一步研究。同时指出将来的大气环流模式,应考虑浅积云所产生的     

西南地区云量变化特征

利用西南地区(云南、贵州、四川、重庆)记录较为完整的73个测站1956~2005年月平均云量资料,采用经验正交函数分析和Mann-Kendall突变检验方法,研究分析了西南地区云量的时空分布特征。结果表明:就全年而言,整个西南地区总云量的变化趋势一致,且存在着明显的年际变化特征,1990年代以后全年总云量表现出减少趋势;此外,总云量的分布在一定程度上受地形和区域气候的影响。从季节来看,夏、秋、冬季的总云量在西南地区为空间一致的变化趋势,而春季四川盆地北部总云量的变化趋势与其余地区相反;四季总云量也有明显的年际变化特征。低云量,全年和四季的时空变化特征相似,由于受地形起伏及区域气候差异的影响,川西高原东部和重庆地区的变化趋势与四川盆地的相反,且同样存在着明显的年际变化特征。另外,突变分析结果显示,西南地区的低云量近50a来呈持续减少趋势,而总云量在1990年发生突变,突变前在0线附近震荡,突变后总云量持续减少。     

我国云量时空变化特征及其与副热带夏季风 北边缘带关系研究

利用1980—2015年全国549个气象台站日平均总云量、逐日降水资料以及NCEP/DOE-2月平均和逐日再分析资料,分析了我国云量的分布和时空变化特征及其与副热带夏季风北边缘带的关系,两者随时间的进退过程和位置的年代际变化特征。研究表明:我国春季云量西北大于东北,夏季云量东北大于西北;云量的逐月变化主要表现为大值区范围的增减和纬向移动,夏季风推进初期季风区云量稳定,中后期年际波动较大;云量变化可分为:全区一致型、南北反相型和南北少(多)中间多(少)三种模态;云量大值区的逐候经向移动与副热带夏季风的进退在时间和空间上存在一致性,7—8月平均50%和65%云量线分别对应副热带夏季风北边缘带的北界和南界,且两者具有同步的进退过程和位置的年代际变化特征;20世纪80—90年代,边缘带气候趋于干旱,21世纪初以后边缘带气候趋于湿润。     

连山地区云量的影响因子分析

利用祁连山区4个测站1961~2000年1~12月平均总云量资料,采用合成分析、相关分析和功率谱分析等方法,分析了40年来祁连山区云量与大环流变化的关系。结果表明:祁连山区云量主要受副热带高压、中纬度经(纬)向环流、高原季风和太阳变动影响。当副高面积增大,向北扩展,中纬度纬向环流增强,促使副热带高空锋区北移,冷暖空气在祁连山区交绥次数减少,造成祁连山区云量减少,反之云量增多;高原夏季风强(弱),造成祁连山区云量偏多(少);当太阳活动强烈时,高原近地面大气层易出现热低压,祁连山湿润下垫面和热低压结合,促使对流云增多。     

四川地区云和空中水资源分布与演变

利用1971～2000年台站云降水资料和NCEP再分析资料,分析了四川地区云和空中水资源的分布与演变。研究发现:四川地区平均总云量为7.2成,低云量4.7成,全年阴天日数193.5天,降水日数154.0天,小到中雨日147.1天;全年大气可降水量为181.7kg.m-2。云有明显的季节变化特征,总云量夏季最高,春季次之,冬季最低,低云量夏季最高,秋季次之,冬季最低。大气可降水量夏季最大,秋季次之,冬季最少。云和小到中雨日的空间分布具有明显的地域性,且夏季分布与全年分布显著不同。在高原上,总云和低云、降水日、小到中雨日呈相反的变化趋势,总云在平均状态附近波动略有减少,而低云、降水日、小到中雨日在平均状态附近波动略有增加;在盆地内,云和降水日的演变趋势相同,总云量、低云量、降水日、小到中雨日都在线性减少。30年来四川地区大气可降水量线性变化则略有增多。