珠穆朗玛峰北坡局地环流日变化的观测研究

青藏高原地-气间的物质/能量交换是高原与全球大气系统相联系的重要纽带.陡峭的地形和强烈的地表差异在高原山区形成特殊的局地大气环流系统,在地气交换中起着重要作用.为研究珠峰北坡的局地环流系统,于2006年5～6月间在珠峰北坡绒布河谷实施强化观测实验HEST2006,对该地区的局地环流以及辐射和热力状况进行观测,分析了该地区局地环流的日变化过程,包括:(1)地面风场的分布和变化;(2)风场垂直结构;(3)垂直运动及可能的驱动机制.研究表明,该地区局地大气环流是由地形与地表状态调整的大气辐射加热和冷却所驱动,包含多种不同的山地环流成分,与典型山谷风环流不同,具有很强的特殊性,对地气问的交换有重要影响.     

喜马拉雅山地区地气间物质交换及其与南亚夏季风的联系

喜马拉雅山是青藏高原的重要组成部分,是大型山地的代表。该地区陡峭的地形和复杂的地表状态在强烈太阳辐射条件下形成了特殊的局地环流系统。该特殊局地环流系统所导致的地气交换过程可能不同于平坦地形和其他山区。喜马拉雅山毗邻南亚季风区,该地区的地气交换过程也可能受到南亚季风活动的影响。为正确认识喜马拉雅山地区的地气交换过程,利用2006年夏季喜马拉雅山北侧绒布河谷地区获得大气观测资料,结合同期的大气环流资料,对绒布河谷地区地气间的物质交换进行研究。结果表明:1)该地区的地气间物质交换以午后至次日凌晨强烈的向下输送为主;观测期间平均向下输送强度为7.9×106m3.s-1,相当于每天将整个封闭河谷内大气置换约38次;2)该地区地气间的物质输送与南亚夏季风存在密切关系,南亚夏季风活动弱(季风中断期)则物质交换量大(9.7×106m3.s-1),季风活动强(季风活跃期)则物质交换量小(6.6×106m3.s-1);3)南亚夏季风可能主要通过改变局地大气辐射状况进而影响该地区地气间的物质交换过程。     

珠峰绒布河谷温度垂直分布观测研究

青藏高原以其独特的动力和热力作用.影响着东亚地区乃至全球的天气、气候和环境变化过程.高原山区陡峭的地形和多样的地表状态带来了复杂的局地环流系统和边界层特征.为研究青藏高原大型山地局地环流系统,2007年5～6月中国科学院大气物理研究所和中国科学院青藏高原研究所共同在珠峰北坡绒布河谷组织实施了喜马拉雅山北坡地区地面大气与对流层大气交换研究(HEST2007)强化观测实验,对该地区的局地环流以及辐射和热力状况进行观测.本文采用该实验观测资料,对LAP-3000风温廓线仪获得的声学虚温资料进行反演,并对该地区温度垂直分布和日变化进行了初步分析.研究表明,声学虚温与真实温度之间存在明显的差异,通过反演计算可以有效地减小两者间的差异,绒布河谷清晨和下午大气垂直分布存在明显不同.     

基于点苍山-洱海剖面观测系统对青藏高原东南缘气象要素垂直变化的研究

利用在青藏高原东南缘云南大理点苍山-洱海间不同海拔高度设立的自动气象观测站资料,分析了2012年1月1日—2014月12月31日的风向、风速、气温、相对湿度和气压等气象要素的立体变化特征,得出:1)不同海拔高度风速日变化均呈单峰型分布,海拔高度及地形对风速影响较大,海拔2640.0 m位于东西风局地环流高度位置。海拔1990.5~2640.0 m都存在东西风、南北风转化的日变化。2)气温日变化是单峰型分布,最小值出现在日出后,最大值出现在午后至日落前。3)相对湿度日变化是单峰型分布,海拔3520.0 m及以上的相对湿度最大值出现在22:00,最小值出现在11:00,而海拔1975.4~2640.0 m最大值出现在07:00-08:00,最小值出在15:00-17:00。4)气压日变化为双峰双谷型,第一个峰值出现在中午前,第二个峰值出现在午夜;第一个谷值出现在日出前,第二个谷值出现在日落。探讨了云南大理点苍山-洱海不同海拔高度气象要素日变化特殊分布是由于地形环境、水陆分布以及太阳辐射分布差异造成的,为今后研究高原复杂下垫面的大气结构、地气交换及局地环流时空变化特征提供重要依据。     

陆面特征对初夏华南冷锋过程影响的数值研究

利用ＲＡＭＳ模式，对１９７９年６月一次冷锋过程进行了数值模拟，讨论了不同陆面对冷锋南下变性过程的影响，几组异常试验的结果表明，地形因素对华南地区降水有较大的影响，去掉南岭地形的动力作用后，华南到东南沿海一带低层气旋性涡度明显减小，降水量减少，而青藏高原东部和华东地区受地气交换过程和下垫面热力状况影响较显著。     

8·30湖州西南山区大暴雨的地形影响特征

湖州西南山区地形复杂,受地形影响产生的局地强降水造成的灾害很多.2011年8月29-30日西南山区的强降水是在满足大尺度降水条件下受地形影响加强的局地大暴雨过程.本文利用实况高空、雷达以及加密自动站对背景场、雷达回波、地面风场等几个方面进行分析得出,冷空气南下和近岸台风外围东风环流促进低层风场的调整,在大尺度降水条件下,地形对地面风场的辐合作用触发了局地强降水的发生.     

基于星载测雨雷达2004-2014年观测的川渝地区降水垂直结构的气候特征

使用热带测雨卫星（TRMM）搭载的测雨雷达（PR）2004-2014年长达11 a的连续观测资料对青藏高原东南缘川渝地区不同季节不同降水类型的垂直结构特征进行了统计分析,并建立了相应的气候态反射率垂直廓线（Vertical Profiles of Reflectivity,简称VPR）。结果表明,由于不同的微物理及动力过程,降水类型对反射率垂直廓线的结构特征影响很大,90%的层云0℃层亮带峰值强度低于32 dBz,50%的对流云最大反射率强度超过35 dBz。降水类型及强度均对反射率垂直廓线的形状影响很大,层云系统发生中及大雨时其冰雪区的聚合反应效率明显较发生小雨时高。反射率垂直廓线特征参数具有一定的区域性和季节特征,且地表加热和地形高度的作用会加强上升气流对反射率垂直廓线形态的影响,上升气流的强度影响着冰雪及雨水区的碰并增长率以及低层的蒸发作用,从而进一步影响低层雨区的反射率垂直廓线斜率,边界层的相对湿度是另一个影响雨区反射率垂直廓线斜率及蒸发率的重要因素。星载测雨雷达的云分类算法在青藏高原东南缘地区受到一定的挑战,仍有改进的空间;未来可以将基于星载测雨雷达建立气候态层云典型反射率垂直廓线应用于联合地基天气雷达网观测以弥补后者在复杂地形条件下探测范围及能力受限的缺陷,从而改进雷达定量降水估测的误差。      

我国东南沿岸及复杂山地后汛期降水日变化的数值研究

利用2009~2017年7~9月福建省逐小时地面加密自动站资料和2015~2017年7~9月厦门站的探空资料,通过K均值聚类法和中尺度数值模式(WRF3.9.1.1版本)理想数值模拟,分析了我国东南沿岸及复杂山地(福建)后汛期降水日变化特征,揭示了地形热力环流以及海陆风环流在热对流降水日变化形成中的作用,探讨了环境温湿廓线及风垂直廓线对热对流降水日峰值强度和日峰值出现时间的影响。结果发现:我国东南沿岸复杂山地(福建)后汛期降水日变化受地形热力环流和海陆风环流的影响和调制,白天辐射加热在复杂山地形成的局地热力环流激发出对流降雨带,午后受海风环流的影响,对流降雨带组织发展达到峰值,之后随着地形热力环流和海风环流减弱雨带逐渐减弱。武夷山及周边复杂山地的降水日变化主要受地形热力环流的影响,在午后对流降水达到峰值,夜间减弱几近消失。理想数值试验进一步证实了我国东南沿岸复杂山地地形热力环流对对流降雨的触发以及海陆风环流在山地对流雨带组织发展中的作用,环境温湿廓线以及风垂直廓线对热对流降水日峰值强度以及日峰值出现的时间具有重要影响,其中环境温湿廓线的大气抬升凝结高度、大气可降水量、大气的对流不稳定度以及大气中低层湿度分布的不同,会影响热对流降水日峰值强度,并通过影响山地热力对流触发时间,改变热对流降水日峰值时间,而环境风垂直廓线的低层气流强度和方向、中低层垂直风切变的不同,会影响地形热力对流系统的启动、组织发展和移动等特征,进而影响热对流降水日峰值强度以及热对流降水日峰值时间。     

青藏高原东南缘气象要素Anusplin和Cokriging空间插值对比分析

选取地形起伏度巨大的青藏高原东南缘为研究区,利用该研究区96个气象站点,结合高程数据,分别采用Cokriging和Anusplin空间插值方法,获取2010年250 m分辨率的年均温度和年累计降水插值曲面。并采用交叉验证方法对比Anusplin与Cokriging插值精度,分析了误差的空间分布特征,重点对比两种插值曲面差异较大的区域精度优劣,评价两种方法在复杂地区的适用性。结果表明,Anusplin在复杂地表的插值表现优于Cokriging,其中Anusplin气温插值的均方差仅为0.82℃,而Cokriging的均方差为1.45℃;两者的降水插值精度基本一致,但Anusplin在气象要素空间异质性大的区域优于Cokriging。因此,与Cokriging相比,Anusplin更适合青藏高原东南缘复杂地表气象要素空间插值。     

气候变化对洪湖湿地的影响研究

正引言湖泊湿地具有调蓄洪水、保护生物多样性等生态价值,对于调节气候、供水(蓄水)、水产业、航运等具有经济价值。在全球气候变化背景下,区域气温及降水条件等也发生着明显的变化,对湿地水文、生物地球化学过程、水质与水循环、湿地能量平衡与湿地生态功能等产生较大的影响。本项目以长江中游典型湖泊湿地——洪湖为例,通过分析过去50年洪湖湿地气候、水文与生态系统发展变化过程及湿地生态     

青藏高原南缘关键区夏季水汽输送特征及其与高原降水的关系

青藏高原南缘水汽输送和聚散过程决定着高原及其邻域的降水分布特征,在提出"青藏高原南缘水汽输送关键区"(简称南缘关键区)概念的基础上,利用NCEP/NCAR再分析资料分析了1979-2010年南缘关键区夏季水汽输送过程与收支变化,并根据台站降水量观测资料探讨了南缘关键区各边界水汽收支与高原夏季降水分布的关系。结果表明,孟加拉湾偏南风水汽流进入南缘关键区后,在印度热低压与青藏高原大地形制约下,形成了3条进入高原的水汽输送通道。这使得南缘关键区整体为多年平均水汽辐散区,除南边界外,其余均为水汽输出边界。南缘关键区各边界水汽收支年内与年际变化明显,且东、西边界水汽输出强度变化特征相反。而各边界水汽收支与印度热低压和南海夏季风活动关系密切,输出边界的水汽支出异常则直接影响着青藏高原乃至周边季风区的降水异常分布以及极端旱涝事件的发生、发展。此外,NCEP/NCAR与JRA-25再分析资料之间的对比验证表明,这两种再分析资料在青藏高原南缘水汽输送过程的定性研究中是可靠的。     

复杂地形上三维局地环流的模拟研究

利用复杂地形上的三维雾模式研究了重庆市冬季局地环流的形成、演变过程及其主要特征。结果表明，重庆市冬季夜间四周山区有下坡冷空气向市中区汇集，中午前后逐渐向谷风环流转变。这种局地环流结构对重庆雾的生消起着重要作用。并就成雾、山脉、初始大气稳定度等因子对局地环流的影响进行了数值试验。     

海南岛地形对局地海风降水强度和分布影响的数值模拟

利用高分辨率模式WRF对2013年5月31日发生在海南岛的一次海风降水过程进行数值模拟,通过不同地形高度及裸土化的敏感性试验,探讨了地形对局地海风降水模拟的影响。结果表明,随着海风环流的不断发展,海风锋与降水落区几乎同相向内陆推进,降水落区主要分布在岛屿西部的黎母岭山前。海南岛海风降水的强度及分布特征与当地四周低平、中间高耸的地形特点密不可分,地形在整个海风降水期间存在动力、热力作用的交替演变。11:00(北京时,下同)-16:00,降水主要由岛屿单侧海风锋引起,由于海风所经之处地形坡度较低,地形对海风的影响以热力增强为主,地形高度越大,驱动海风发展的海陆感热通量差异越大,海风环流发展越旺盛,降水强度也越大。17:00-21:00,降水主要由东南、西北向海风锋正向碰撞造成,随着海风不断向内陆传播,地形的动力阻挡作用越来越强,当地形坡度增加到一定程度时,这种阻挡作用可以迅速削弱海风环流,使降水强度减小。裸土化试验进一步表明,地形高度变化导致的以上影响依赖于下垫面的非均匀特征,地形和植被的共同作用可使地表能量的分配产生更大的差异,进而对局地降水产生较大的影响。     

2009年冬春之交长江中下游异常连阴雨过程分析

利用NCEP再分析资料和观测资料,对2009年2月14日至3月9日长江中下游地区出现的历史罕见的持续连阴雨天气过程发生时的环流形势和影响系统进行了分析。结果表明,伴随此次过程的异常环流特征为:(1)乌拉尔山阻塞高压偏强和维持,欧亚地区中高纬度大气环流经向度加大,造成冬季风偏强和冷空气活动频繁;(2)西太平洋副热带高压异常偏北以及青藏高原南缘的南支低槽系统活跃,使得西南暖湿气流北上与冷空气在长江中下游一带交汇产生降水;(3)切变线在长江中下游一带摆动,降水得以维持。另外,副高与南槽的西进和东退、北跳和南撤与四次降水过程完全吻合。这为认识这次过程成因及预测同类过程提供了参考。     

祁连山夏季两类地形降水过程的环流特征及成因分析

祁连山地区的降水与大尺度环流系统和复杂地形强迫形成的地形云发展变化有关。本文利用多种观测资料对2018年发生在祁连山地区过程降水（2018年7月19-20日,CASE1）和地形云降水（2018年8月28日,CASE2）两类降水过程进行天气学分析,并利用高分辨中尺度数值模式WRFV3.8.1对两类降水过程的数值模拟结果分析了有关物理参量和发展机制等方面的差异。结果表明：CASE1是在有利的大中尺度条件下形成的降水过程,它的形成是大尺度环流系统和局地地形共同作用的结果,CASE2没有明显的大尺度环流系统,主要是由局地地形诱发的降水过程;CASE1具有水汽供给充足,降水发生前大气中层结明显不稳定、对流有效能量大(1064.84 J·kg^-1)、水平风的垂直切变强（27.6 m·s-1）、理查森数（Ri）小于0和垂直上升运动强烈等特点,这有利于产生大范围持续性的降水过程;而CASE2过程中的层结较CASE1的稳定,MCAPE的最大值为546.15 J·kg^-1,约为CASE1的一半,水平风垂直切变最大值为17.37 m·s-1,远小于CASE1的值,...     

云贵高原洱海湖泊效应的数值模拟

采用耦合湖泊模型的WRF_CLM模式模拟山谷盆地中洱海的湖泊效应,并利用陆面(农田)和湖面的站点观测资料对模式进行了验证和校验。基于数值模式的模拟结果,分析了季风和非季风期间,洱海存在与否对山谷盆地局地环流及大气边界层结构的影响。发现非季风期湖泊对局地环流及大气边界层影响显著。相对于陆地,湖泊白天湍流通量输送少,湍流发展弱,大气边界层高度低。如果湖泊不存在,白天苍山山谷风只能上升至约200 m的高度,没有明显的山谷风环流形成;夜间则山风较强,两侧山风共同作用在山谷,环流高度约600 m。季风期,受降水天气影响,局地环流发展不充分。白天湖面辐散以及夜间湖泊南部的气旋式环流弱,湖泊作用没有非季风期明显。云的形成导致边界层高度较低。夜间,湖泊增强释放潜热、感热作用明显;此时湍流发展,夜间边界层反而比白天高。     

中国东部夏季降水异常与青藏高原冬季积雪的关系

基于中国740站月降水、积雪、地温资料和NCEP/NCAR再分析月资料,采用相关分析、合成分析和最大协方差法,研究了1979—2008年青藏高原冬季积雪异常与长江中下游夏季降水的关系及其可能的影响机制。结果表明:(1)在年际时间尺度上,青藏高原中北部12月—翌年1月积雪指数与长江中下游夏季降水呈显著正相关。在年代际时间尺度上,1990s—2000s的高原积雪指数与长江中下游夏季降水具有较好的同位相变化特征。表明高原中北部12月—翌年1月积雪指数对长江中下游夏季降水异常具有较好的指示意义,可作为预测长江中下游夏季降水年际年代变化的依据。(2)高原12月—翌年1月积雪异常偏多,是长江中下游夏季洪涝的一个强信号,12月—翌年1月积雪指数正异常年与长江中下游夏季降水正异常年有很好的一致性。(3)高原冬季积雪异常影响长江中下游夏季降水的可能途径是:高原冬季积雪异常通过影响同期及其后春季地温,再由春季地温以某种方式把异常信号维持到夏季。之后,地温异常又改变了局地地气热量交换,导致周围大气环流异常,从而影响到其下游的降水过程。     

太行山东麓地面辐合线特征分析

由于太行山地形的影响,在河北中南部,地面存在着几乎定常的风向辐合,局地对流天气往往发生在地面辐合线附近。利用2007和2008年5—9月地面加密风场资料,分析了河北省中南部地面辐合线的逐时演变特征以及与局地对流降水的关系。结果表明,地面辐合线傍晚时分在保定西南部生成以后,沿太行山逐渐扩展,自西向东缓慢推移,强度逐渐加强,早晨前后形成近乎闭合的气旋式环流。依据逐次过程最强降水时次的风场,将地面辐合线分为7类;单纯由地形引发的地面辐合线一般不产生降水,即使造成降水,量级也比较小,也就是说,一般地形导致的辐合不会直接触发对流,只有在有利的天气系统配合下,才会产生较为剧烈的对流天气。通过对2008年7月下旬连续冷涡天气个例逐日的地面辐合线分析表明,无论何种类型的辐合线,对流天气首先出现在辐合线附近;在大尺度的环流背景下,利用逐时风场、温度场的发展演变,可以定性判断对流天气出现的时间、落区,以及强度等。     

青藏高原土壤湿度时空分布特征研究进展

土壤湿度是陆面过程的重要参量,可以通过影响土壤本身的热力性质和水文过程,导致局部大气环流的改变以及区域性短期气候异常。青藏高原作为全球气候变化的敏感区,其地气间的水分与能量交换对亚洲季风和全球大气循环有着极大的影响,且高原地区的土壤水分数据能够为陆-气相互作用和数值模拟等研究提供重要的观测信息和初始输入数据。文中综述了青藏高原土壤湿度观测和研究对气候变化影响的重要性,高原土壤湿度观测站网建设现状,各种土壤湿度替代资料的适用性和评估研究,以及高原土壤湿度时空分布特征对降水的影响与气候变化响应,并提出了今后青藏高原土壤湿度研究着重解决的问题。      

特殊地形对鄂东北一次局地强降水过程的作用机制分析

基于FNL1°×1°再分析资料和来自国家气象信息中心的区域自动站与CMORPH小时降水融合产品,通过高分辨率的WRF数值模拟,本文重点分析了2015年7月22-24日期间在西南涡东移过程中,受长江中下游特殊地形影响,在鄂东北江汉平原河谷地区诱发生成的一次短时局地强降水天气过程,围绕特殊地形对局地降水增幅的作用机制展开一系列的深入研究,研究结果表明:此次局地强降水过程是在长江中下游特殊的中尺度地形影响下,配合东移西南涡前部偏南暖湿气流的输送,两者共同作用而诱发产生,此次局地降水过程持续时间短,降水增幅显著。之后,通过研究单一地形对局地降水的影响发现,大别山脉作为单一地形的作用效果为提升局地降水增幅,扩大强降水范围;幕阜山脉作为单一地形的作用效果为削弱降水增幅,缩小强降水范围。进一步深入分析上述单一地形影响降水变化的作用机制得出,大别山脉的地形作用有利于局地强降水区附近对流层低层的层结对流不稳定性增强,以及降水区近地面层冷池的维持和增强,有利于提升局地降水的增幅。而与大别山脉对局地降水作用效果不同,就幕阜山脉单一地形而言,地形对偏南暖湿气流的阻挡作用,削弱了局地强降水期间进入降水区的水汽通量,继而对局地降水的增幅有抑制作用。此外通过研究组合地形对局地降水的影响时发现,大别山脉、幕阜山脉、皖南山地,以及幕阜山脉和皖南山地之间的狭窄河谷地形共同构成的类似"喇叭口"地形,其产生的狭管效应,使进入地形区内的偏南气流辐合加强,而幕阜山脉和大别山脉之间的河谷地区,作为偏南气流从幕阜山脉东侧绕流进入江汉平原的重要通道,有效保证了强降水区域内充足的正涡度平流输送,上述有利的地形组合配置对于局地降水发展增强起到了至关重要的作用。