青藏高原和邻近地区的辐射及其与高原冻土的关系

号称“世界屋脊”的青藏高原,伸展到对流层的中部,对大气环流和东亚气候的显著影响,早已引起国内外学者的重视。叶笃正、罗四维、朱抱真计算过青藏高原对流层大气的热量平衡。叶笃正、张捷迁进行了青藏高原加热作用对夏季东亚大气环流影响的初步模拟实验。青藏高原低值系统协作组在研究盛夏高原低涡发生发展时也很重视高原的加热作用。     

青藏高原对大气温度的影响

青藏高原耸立于地球大气之中,由于其热力性质与周围大气迥然不同,一般而论,冬季它是一个冷源,夏季是热源,从而对地球气候产生举足轻重的影响。从20世纪50年代起人们就开始研究青藏高原作为定常热源对大气纬向不均匀的热力强迫作用。大地形热源异常是气候异常的重要因子,青藏高原上空热源异常变化将导致北半球中高纬度对流层大气环流异常。青藏高原大气热源最强在6月,冷源最强在12月。数值模拟研究结果表明,初夏高原对大气的加热     

夏季青藏高原加热和环流场的日变化

通过使用NCEP/NCAR再分析资料,分析了夏季青藏高原地区非绝热加热场的日变化特征以及高原上空环流场的日变化特点。分析发现青藏高原及其邻近地区上空环流的日变化在欧亚地区大气环流系统中表现最为显著。环流日变化是被非绝热加热的日变化所驱动的,特别是被太阳辐射日变化所驱动。由于高原上空大气柱质量远小于低海拔的平原地区,故太阳辐射日变化引起的加热日变化可在高原地区产生更为显著的环流日变化。通过位涡方程的诊断证实,白天高原加热增强,可在大气上层制造大量负位涡并向周边地区辐散,使高原地区大气高层成为负涡源。而低层则是加热制造正位涡,并使周边地区向高原的辐合增强,摩擦耗散是低层抑制正位涡增长的主要因素。而夜间加热减弱使高原对局地环流的影响作用大为减弱。故而高原及其周边地区的局地环流也具有明显的日变化特征。     

青藏高原地区云水时空变化特征及其与降水的联系

利用1984-2009年ISCCP的云量、云光学厚度(COT)、云水路径(CWP)资料,分析了青藏高原云水的分布特征、变化趋势,及其与夏秋季降水、冬春季降雪的联系.结果表明:青藏高原地区大气中的云水有着显著的季节变化与水平分布差异;青藏高原春夏季总云量、高云云量高于秋冬季,CWP、COT与总云量的分布特征具有较好的一致性.高原云量高值区位于喀喇昆仑山与高原东南部;可可西里地区由于羌塘高压的下沉作用为云量低值区.青藏高原总云量在1984-2009年间呈现减少趋势;而CWP在高原总体以增加为主,但在各区域上的变化不一致,高原东部CWP增加而西部出现较弱的减小,这与来自孟加拉湾的水汽输送增加有关.青藏高原中东部地区夏秋季降水受云量减少影响较小而与CWP的增加相一致呈增长趋势;该地区冬春季降雪略有减少,与总云量的年际变化具有正相关.     

青藏高原气象学的研究进展和问题

分高原天气学、高原气候学、高原及邻近地区的大气环流、以及高原数值预报和模拟四方面简要回顾了新中国成立以来我国（也兼及国外）青藏高原气象学的主要进展，也提出今后研究中应注意的有关问题。     

青藏高原初春积雪的多尺度变化与北大西洋海温的关系

青藏高原冬、春季积雪变化影响东亚甚至全球春、夏季的环流及气候异常。利用中国西部环境与生态科学数据中心提供的中国雪深长时间序列数据集,美国大气海洋局提供的全球逐月扩展重建海表温度,以及欧洲中期天气预报中心提供的逐月再分析数据,对青藏高原初春（3、4月）积雪的多尺度变化与北大西洋海表温度的关系进行了研究。结果表明,初春青藏高原雪深异常与初春北大西洋关键区海温异常有显著的负相关关系。当初春关键区海温正（负）异常时,初春高原中部偏北腹地地区、东南部地区积雪深度减少（增加）;初春北大西洋关键区海温异常通过激发下游青藏高原上空大气波列以及波作用通量异常来影响高原局地区域的温度和垂直运动,从而影响降雪的产生和积雪的累积。该结果为青藏高原初春积雪的多尺度变化及其影响提供了依据。     

青藏高原冬春季积雪对亚洲夏季风降水影响的研究

青藏高原(以下简称高原)积雪具有明显的季节、年际和年代际变化特征, 是影响亚洲夏季风降水的重要因子之一. 高原冬春季积雪异常通过引起高原地表反射率、 温度和感热的变化, 以及春末融雪吸热和增加土壤湿度而影响大气环流的变化, 最终引起亚洲夏季风降水的变化. 从统计分析、 气候诊断和数值模拟实验对高原冬春季积雪对亚洲夏季风降水影响的研究进展做了概括评述, 探讨了其可能影响的物理机制, 并对今后研究方向进行展望.     

亚洲三大高原感热变化及其对中国天气气候协同影响研究进展

青藏高原、伊朗高原和蒙古高原属于亚洲高海拔地区,3个高原热力作用对同期和后期中国天气气候有重要影响。首先,介绍了3个高原地表感热时空变化特征,结果表明在全球变暖的背景下,3个高原地表感热经历了明显的年际和年代际变化,基本都在20世纪末到21世纪初出现年代际转折,之后探讨了它们之间地表感热可能存在的联系。其次,归纳总结了3个高原春季和夏季地表热力状况对中国天气气候的影响研究进展,结果显示：青藏高原感热对高原低涡的生成、发展和东移有重要作用,在适当的背景环流下会给中国东部地区带来暴雨天气;青藏高原和伊朗高原的“感热气泵”为亚洲季风区提供有利的大尺度上升背景场,而且这2个高原的热力协同作用对中国南方夏季降水的贡献要大于二者的线性叠加;青藏高原、伊朗高原和蒙古高原地表加热激发的次级环流下沉支与中国北方暖干化关系密切,且3个高原感热异常会引起其上空大气环流异常,通过大气遥相关调节中国北方天气气候。最后,在此基础上讨论了现有研究的不足,并对未来关于青藏高原、伊朗高原和蒙古高原感热的天气气候效应的研究进行了展望。     

水体稳定同位素在青藏高原大气环流研究中的应用

水体稳定同位素作为贯穿水循环的介质,是研究大气环流过程和传输路径的有效手段。介绍了水体稳定同位素技术在青藏高原大气环流研究中的应用,聚焦典型站点降水、河水和冰芯等水体稳定同位素的季节和空间变化特征,揭示了大气环流对地表水稳定同位素高程效应的显著影响,以及大气降水对地表水的主导;引入降水稳定同位素标准判断亚洲夏季风爆发时间;通过冰芯稳定同位素揭示了厄尔尼诺—南方涛动对整个青藏高原水循环的影响及其响应机制的区域差异。在未来的研究中,将加强跟地球系统模型的结合,关注水体稳定同位素在不同时间尺度的控制因子、突变过程以及激发机制,进而量化古气候替代指标中的稳定同位素变化、从较长的时间尺度上重建影响青藏高原的水汽来源的演变历史。同时关注过量氘等具有水汽来源诊断能力的参数,研究其与大尺度环流参数的相关性,从海表温度、蒸发等陆—气相互作用分析并将高原环流过程与全球环流过程紧密结合综合分析。     

青海南部冬春季雪灾的气候诊断与预测

根据青海省气象台站的历史积雪等资料, 依据气候诊断方法分析了降水、 积雪的变化特征和2012年冬春季雪灾形成的气候成因.结果表明: 2012年后冬~初春北半球乌拉尔山阻塞高压稳定维持、 青藏高原高度场偏低、 高原低槽和印缅槽活跃、 极地冷空气向南不断扩散, 冷暖空气在高原地区汇合, 在青海南部和北部地面温度梯度大、 锋区强的零温度线两侧形成大量的降水和积雪.期间的降雪量与降雪日数突破历史极值, 最高气温偏低, 积雪持续难以融化, 出现了历史少见的冬、 春季两季连续积雪, 导致玛沁、 甘德、 达日、 玛多等县出现不同程度雪灾, 1982年、 1993年、 1995年、 2008年、 2012年1-3月青海南部牧区的雪灾过程都基本属于这种类型. 1961-2009年高原牧区积雪与环流因子的气候诊断分析显示, 在1-3月北半球环流场上, 若北极涛动负值偏大、 乌拉尔山高压脊偏强、 印缅槽和高原低槽偏深时, 青海南部牧区降雪量大、 积雪量多, 积雪持续的时间长、 雪灾也相对比较严重, 在上述环流因子相反的配置下, 青海南部牧区的雪灾则比较轻.     

1971-2010年青藏高原冬季降雪气候变化及空间分布

利用青藏高原55个气象站1971-2011年冬季（12月-翌年2月）逐月降雪量资料分析了冬季降雪的气候特征,得到高原冬季降雪总体上呈现东部和南部多、西北部和雅鲁藏布江中段少雪的分布特征,相对变率分布与降雪的分布几乎相反且变率大,以30°N为界高原降雪存在南北反相的变化趋势即北部降雪有所增加而南部减少.用旋转经验正交函数REOF结合相关分析进行降雪分区的基础上,重点分析了近40 a来高原降雪的演变特征和长期气候趋势.结果表明：降雪分布清楚地反映了高原的地理特征和气候特点,即高原南部迎风坡、冷暖气流交汇处降雪多,而背风坡、北部降雪少;近40 a降雪呈现“少-多-少”趋势,1980-1990年代期间降雪明显偏多,大约1970年代中期发生了由少雪到多雪的突变现象,其中南部2个区分别在2007年和1988年出现了降雪减少的突变现象;降雪具有显著的准14 a年代际变化和准8 a周期变化,且存在年代际特征.     

Obliquity and precessional forcing of continental snow fall and melt: implications for orbital forcing of Pleistocene ice ages

Milankovitch theory posits that Earth's orbital cycles were the primary forcing of Pleistocene ice-age cycles through their strong influence on summer insolation at high latitudes. Accordingly, Milankovitch theory predicts ice volume should vary at both obliquity and precessional periods. However, early Pleistocene global ice volume varied mainly at the obliquity period with weak variability at the precessional period suggesting that Milankovitch theory is not sufficient to explain the ice-age cycles. Here we describe the results from a series of coupled ocean-atmosphere general circulation model experiments, using the Fast Ocean Atmosphere Model, that systematically investigate the influence of precession and obliquity on continental snowfall and potential ablation.Our model results identify three factors that magnify the influence of obliquity forcing on the global ice volume: First, high-latitude snowfall variability is dominated by changes in Earth's axial tilt. Second, hemispheric changes in net snowfall due to Earth's precession are out-of-phase, and largely cancel to produce a very small global snowfall change. Third, snowmelt variability over Antarctica responds greatly to changes in obliquity that intensify accumulation over obliquity cycle. We discuss the implications of these factors for existing hypotheses that account for the variability in the ice volume record.     

1961-2017年青海高原降雪时空变化分析研究

基于1961-2018年青海高原47个台站观测资料,分析了青海高原降雪量、降雪日数的时空演变特征,结果表明：青海高原地区降雪量呈明显的减少趋势,每10年减少3.7 mm,其中1981-1989年、1990-1999年为降雪量偏多期,2000年以来为降雪量偏少期;近57年来青海高原降雪平均日数为11～43 d,青海高原降雪日数及各量级降雪日数总体均无明显趋势性变化,但存在阶段性变化;青海高原降雪量及降雪日数除常年干旱区柴达木盆地均为低值区外,其余地区高海拔地区多于低海拔地区,南部多于北部;青海高原月平均降雪量呈“U”型分布,而月平均降雪日数呈单峰型分布,降雪日数在冬季中末期偏多,春季偏少,其中小雪以上量级降雪日数易发生在秋末冬初,冬末向春季转换的时段内;近57年来青海高原降雪量在2002年前后存在明显的突变现象,其中青南牧区、青海湖地区及东部农业区年降雪量分别在2001年,1996年以及1996年前后存在明显突变现象,柴达木盆地降雪量无明显突变现象;而青海高原降雪日数在2000年前后存在明显突变现象,其中青南牧区1980年、2001年前后存在明显的突变现象,其余3个地区降雪日数无明显突变现象。     

2003-2010年青藏高原积雪及雪水当量的时空变化

利用MODIS逐日无云积雪产品与AMSR-E雪水当量产品进行融合, 获取了青藏高原500 m分辨率的高精度雪水当量产品, 通过研究青藏高原积雪时空动态变化特征, 分析了积雪覆盖日数、雪水当量以及总雪量的季节及年际变化. 结果表明: 青藏高原地区降雪主要集中在高海拔山区, 而高原腹地降雪较少, 降雪在空间上分布极为不均; 2003-2010年期间, 平均积雪日数呈显著减少趋势, 稳定积雪区面积在逐渐扩大, 常年积雪区面积在不断缩小. 与积雪日数时空变化相比, 雪水当量增加的区域与积雪日数增加的区域基本一致, 但喜马拉雅山脉在积雪日数减少的情况下雪水当量却在逐年增加, 表明该地区温度升高虽然导致部分常年积雪向季节性积雪过渡, 但降雪量却在增加. 总的积雪面积年际变化呈波动下降的趋势, 但趋势不显著, 且减少的比例很少. 最大积雪面积呈现波动上升后下降的趋势, 平均累积积雪总量呈明显的波动下降趋势, 年递减率为1.0×10³ m³·a^-1.     

青藏高原冬春积雪年际振荡成因分析

通过对高原冬春积雪异常年气温、降水和环流特征的分析,结果发现:从年际变化来讲,高原冬春积雪和冬春气温是明显的负相关,与降水呈正相关,高原冬春积雪的年际变化与前冬11月、12月高原降水的变化基本一致;1983年前,高原冬春积雪的偏多主要对应于高原冬春气温的偏低,积雪的偏少则主要对应于高原冬春降水的偏少;而自1984年后,高原冬春积雪的偏多主要对应于高原冬春降水的偏多,积雪的偏少则主要对应于高原冬春气温的偏高.多雪年前冬,副热带高压明显偏强,欧洲槽加深,乌山脊加强,东亚大槽从东北向西南明显倾斜,我国南海和阿拉伯海西岸各有一反气旋距平环流,而高原南部、印度半岛到孟加拉湾为一明显的气旋距平环流,有利于洋面暖湿气流抬升爬上高原;另一方面,从西伯利亚向我国出现北风距平,同时我国北方地区出现东风距平,这一形势使得西伯利亚冷空气多流向高原,冷暖空气在高原交汇,产生降雪.同时这种冷空气流保证了高原温度偏低,因而冬春高原多雪;少雪年前冬,副热带高压明显偏弱,欧洲槽变浅,乌山脊减弱,东亚大槽比较竖直,南海地区和阿拉伯海为气旋环流距平,而高原南侧为反气旋环流距平,西伯利亚为南风距平,形势基本与多雪年相反.     

2018年1月中国东部季风区降雪异常的特征及原因

2018年1月中国东部季风区发生异常的降雪分布及局地的雨雪冰冻灾害。在分析东部季风区降雪时空分布特征的基础上,模拟典型站点的气团移动轨迹,并利用OLR数据研究水汽源区变化及输送过程对降雪异常的影响。结果表明:1月降雪主要分布在黄河以南地区,降雪范围内呈现出降雪量由南向北降低的规律,且降雪持续时间减小;西北方向西风带混合输送与南向水汽源区及近源局地水汽循环是降雪区主要的水汽来源,随着水汽移动轨迹的变化,降雪的空间分布也随之改变;水汽源区的变化状况通过对水汽输送通量及路径的改变,进而决定着东部季风区降雪量与时空分布特征,2018年1月水汽源区表现出明显La Nina年特征,并与气团的移动轨迹相吻合,La Nina事件应是导致降雪异常的深层次原因。     

希夏邦马峰抗物热冰川区消融期气候特征

根据１９９３年夏季在希夏邦马峰抗物热冰川考察时取得的部分气象要素观测资料，结果表明，尽管夏季气温相对较高，但由于降水频繁，冰川表面降雪，通过增加冰面反射，削弱冰面消融，导致冰川水文循环水平低。温度观测揭示出受西南季风影响，夏季冰川区处于高温环境中；又由于相对远离主山脉，且无明显的山谷形态，该冰川区局地环流不发育，整个观测期间均受制于东南和南风控制之下     

黄土高原缺水的地质环境及找水环境

文章分析了黄土高原地下水形成的地质环境，认为降水量、地形地貌、岩性构造和地下水循环是造成黄土高原产重缺水的主要因素，地层岩性和新构造运动是影响地下水富集的决定性因素。指出黄土高原基岩风化带潜水的相对富水岩组和富水地段，提出研究含水层的岩性和构造，寻找基岩风化带潜水是解决黄土高原局部地段缺水的较好途径。