青藏高原与同纬度其他地区热带对流层顶气压变化特征的比较

基于1979—2014年ERA-Interim逐日再分析温度资料,依据温度递减率插值法计算出青藏高原及同纬度其他地区热带对流层顶气压数据,比较了高原和同纬度其他地区热带对流层顶气压季节变化和长期变化趋势,讨论了热带对流层顶气压与高空温度的关系。结果表明:1)在季节变化上,除12月和1月外,青藏高原热带对流层顶气压全年低于同纬度其他地区;青藏高原热带对流层顶气压、对流层中上层以及平流层下部平均温度均表现出比同纬度其他地区更明显的单峰型特征。2)热带对流层顶气压与高空温度变化关系密切,对流层中上层(平流层下部)平均温度升高(降低),有利于热带对流层顶气压降低;相对于同纬度其他地区,青藏高原对流层顶气压与对流层中上层平均温度的关系更密切。3)1979—2014年青藏高原和同纬度其他地区各季节的热带对流层顶气压均呈现出不同程度的下降趋势,冬春季下降趋势更加显著;青藏高原各季节对流层中上层增温和平流层下部降温的幅度均超过同纬度其他地区,导致其热带对流层顶气压的下降趋势比同纬度其他地区更加明显。     

皖北地区对流层顶气象特征分析

利用阜阳高空气象站2007—2011年08时的对流层顶气象资料,运用统计学方法,对皖北地区两类对流层顸的气象特征进行分析。结果表明：极地类对流层顶与热带类对流层顶大部分时间并存于皖北地区上空,7、8、9月极地类对流层顶消失;热带类对流层顶的高度先扬后抑,5月最高,11月最低,温度先降后升,12月最高,9月最低;极地类对流层顶的高度上半年不断抬高,下半年依次走低,温度年头高、年中低;两类对流层顶季节性特征的变化大体上呈正相关关系,极地类对流层顸季节性变化较大。     

高空对流层顶的变化特征分析

本利用青海省7个探空站1970—2001年高空观测资料，运用统计学方法，对各站各类对流层顶的时空分布、季节变化和趋势等进行了分析，揭示了对流层顶的分布特征及其高度、温度变化的基本事实和规律。结果表明：由于不同类型对流层顶在各站的位置随着季节有明显的南北进退，因此，出现频率各异；两类对流层顶的高度不仅有明显的差异，而且还具有明显的季节性变化，极地类对流层顶高度在春季最高，夏季最低，而热带类对流层顶高度在夏季最高，秋季最低；最高对流层顶与低温相对应，最低对流层顶与高温相对应；热带类对流层顶年平均高度变化呈上升趋势，年平均温度变化呈下降趋势。     

青海省对流层顶若干统计特征

主要利用青海省7个探空站1970~2001年高空观测资料,运用统计学方法,对各站各类对流层顶的时空分布、季节变化和趋势等进行了分析,揭示了对流层顶的分布特征及其高度、温度变化的基本事实和规律。结果表明:由于不同类型对流层顶在各站的位置随着季节有明显的南北进退,因此,出现频率各异;两类对流层顶的高度不仅有明显的差异,而且还具有明显的季节性变化,极地类对流层顶高度在春季最高,夏季最低,而热带类对流层顶高度在夏季最高,秋季最低;最高对流层顶与低温相对应,最低对流层顶与高温相对应;热带类对流层顶年平均高度变化呈上升趋势,年平均温度变化呈下降趋势。这与近几年来,平流层内臭氧减少,温度降低,对流层高度抬升有关。     

青藏高原两类对流层顶高度的季节变化特征

根据青藏高原地区14个探空站近30 a（1979—2008年）的对流层顶逐日观测资料,分析了该地区上空热带对流层顶（第二对流层顶）和极地对流层顶（第一对流层顶）出现的频率及高度的季节变化特征。结果表明：（1）高原全年均可观测到第二对流层顶,其中在暖季（6—10月）第二对流层顶占绝对主导地位,而在其余月份则以复合对流层顶为主;（2）两类对流层顶高度在季节变化上存在着明显的差异,第一对流层顶高度在春秋（夏冬）季偏高（低）,第二对流层顶高度在春夏（秋冬）季偏高（低）,即第一（二）对流层顶高度的年变化曲线呈双（单）峰型;（3）两类对流层顶高度均存在明显的年际变化,第一（二）对流层顶高度除秋季存在准3.6 a（6 a）的周期变化外,其余季节均具有4.5~6 a（2~4 a）的振荡周期;（4）近30 a来高原第一（二）对流层顶主要表现出下降（上升）的趋势,尤其是第二对流层顶高度在冬、春季存在着明显的上升趋势。     

青藏高原周边对流层顶的时空分布、热力成因及动力效应分析

利用多套、多种再分析资料的逐日气候平均场,通过对比分析,揭示了青藏高原周边区域对流层顶分布及其季节演变的独特特征,并分析了其热力成因以及气候学效应。结果表明,与同纬度的落矶山和太平洋地区相比,青藏高原及伊朗高原区域对流层顶高度的冬夏变化幅度更大。冬季副热带对流层顶断裂带（热带对流层顶与极地对流层顶之间高度剧烈变化的过渡带）位于青藏与伊朗两个高原上空,春季开始两个高原上空对流层顶抬升迅速,夏季最高可超过热带对流层顶的高度（超过100 hPa）,成为同纬度甚至全球对流层顶最高点。青藏与伊朗两个高原上空对流层顶的剧烈抬高,对应两个高原上空大气气柱比同纬度明显偏暖,同时伴随着青藏与伊朗两个高原上空位势涡度值的明显降低。因此,在青藏与伊朗两个高原区域,由春至夏等熵面强烈下凹,同时等位涡面剧烈抬升;夏季时等位涡面及对流层顶断裂带在青藏高原北部成近乎上下垂直分布,与南北倾斜分布的等位温面接近正交分布。这种特征与夏季同纬度其他地区相对平缓的对流层顶断裂带、等位涡面以及等熵面的经向分布形成强烈对比。进一步研究发现,青藏与伊朗两个高原上空由春至夏迅速发展的强大热源是引起上述对流层顶变化特征的主要原因。不同的是,青藏高原上空主要由发展强烈的对流凝结潜热所主导,而伊朗高原上空则主要由绝热下沉加热引起;此外,由春季至夏季,随着青藏高原地区对流层顶与等熵面剧烈相交分布的形成,南亚高压也逐步控制青藏高原上空,在南亚高压东缘盛行的偏北气流作用下,中高纬度平流层的高位涡空气得以在青藏高原东缘及东亚地区沿剧烈倾斜的等熵面被输送到较低纬度的对流层。与降水的季节演变对比可知,平流层高位涡输送的出现、加强和减弱与夏季降水的发展、加强与减弱成同步对应关系。从而证实了青藏高原影响夏季东亚地区形成独特气候格局的事实,说明在这种影响过程中,平流层-对流层动力相互作用过程不可忽视。      

关于南昌上空对流层顶资料的统计和分析

对南昌上空对流层顶资料进行了统计和分析,发现极地对流层顶高度各月出现的次数、年度出现次数、持续时间及温度变化大;热带对流层顶出现的频率高,月平均高度变化范围非常小,月平均温度变化幅度小;复合对流层顶分别具有极地对流层顶和热带对流层顶的特征,其厚度与冷气团势力的强弱有关,尤其与寒潮天气系统的关系密切。     

甘肃省对流层顶高度的季节变化特征分析

根据甘肃省8个探空站25年(1980—2004年)的对流层顶观测资料,分析了第一对流层顶和第二对流层顶高度的季节变化特征,结果表明:(1)全省各站全年各月均可观测到复合对流层顶,两类对流层顶存在着明显的季节差异,冬(夏)季以第一(二)对流层顶为主。(2)第一对流层顶的平均高度在春、秋(冬、夏)季相对较高(低),年变化曲线呈双峰型;第二对流层顶的平均高度在春、夏(秋、冬)季相对较高(低),年变化表现出单峰型。(3)两类对流层顶高度均存在明显的年际变化,除秋季外,各个季节第一(二)对流层顶普遍存在5～6 a(准3 a)的周期振荡。(4)近25年来甘肃省两类对流层顶主要以上升趋势为主,特别是在夏季两类对流层顶高度均存在明显的上升趋势。     

季风爆发前后青藏高原西部改则地区大气结构的初步分析

通过2008年青藏高原西部改则地区季风前(FM)和季风爆发阶段(MJ)两个加强观测期的无线电探空资料发现: 青藏高原西部改则地区对流层顶以第二对流层顶为主。冬季多表现为双对流层顶或复对流层顶。到了夏季, 第一对流层顶 (极地对流层顶) 较少见, 基本只有第二对流层顶。季风前第一对流层顶高度为10752 m, 温度为219 K, 气压为245.2 hPa, 第二对流层顶高度16826 m, 温度为202 K, 气压93 hPa。季风爆发阶段, 第一对流层高度为10695 m, 温度229 K, 气压256.7 hPa; 第二对流层顶高度为17360 m, 温度198 K, 气压89.4 hPa。由两个观测期的月平均温度的升温情况可以判断出第二对流层顶温度夏低冬高, 第一对流层顶温度为夏高冬低。从小时的时间尺度上发现, 第二对流层顶的高度变化和对流层顶温度、气压、风速的变化均为反位相变化; 对流层顶升高时, 对流层顶气压、温度、风速、湿度随之降低, 反之也成立。第一对流层顶对地表向上的热量输送及云顶有很好的阻挡作用, 进而对大气加热有显著影响。从靠近地面的月平均风速均匀混合特征, 判断出季风爆发阶段改则地区边界层高度能达到3500 m左右。西风急流在高原改则地区有明显季节变化。冬季西风急流最强, 几乎没有东风带出现。季风爆发阶段西风急流逐渐离开改则地区并向高原北部移动, 在该地区表现为减弱。同时东风带逐渐北移到改则地区, 在该地区上空表现为逐渐增强, 并位于西风带之上。     

我国对流层顶的时空分布特征及其影响因子

本文根据1960—1969年探空资料,分析和总结了我国极地对流层顶和热带对流层顶的高度与温度的地理分布特点及其季节变化;阐述了冬夏复合对流层顶的频率分布情况以及北京、汉口等站对流层顶的日际变动。 文中还对影响对流层顶变化的一些基本因子作了分析和讨论。     

青藏高原对流层顶高度与臭氧总量及上升运动的耦合关系

根据1979-2008年青藏高原地区14个探空站对流层项气压资料以及同期各标准等压面上的温度资料,分析了不同季节高原上空两类对流层顶高度与高空各层温度之间的关系;在此基础上,结合同期的NCEP／NCAR月平均再分析资料以及NASA提供的TOMS／SBUV月平均臭氧总量资料,分别讨论了高原上升运动以及高原臭氧总量与对流层顸高度的耦合关系。结果表明：高原第一（二）对流层顶高度全年处在300～200hPa（100hPa附近）高度,在季节变化、年际变化以及长期变化趋势上,两类对流层顸高度与各自对应高度层上的温度存在着密切的反相变化关系,当对流层顶高度偏高（低）时,相应高度上的温度偏低（高）。上升运动有助于两类对流层顶高度的抬升,尤其是当高空200（100）hPa附近有上升运动时,有利于第一（二）对流层项高度抬升。各季节高原臭氧总量与第二对流层顶高度均呈显著的负相关关系,当臭氧含量减少（增加）时,该对流层顶高度将偏高（偏低）,近年来伴随着高原臭氧总量的减少,高原第二对流层顸高度出现了明显的抬升。     

1979—2013年ERA-Interim资料的青藏高原低涡活动特征分析

为分析青藏高原低涡活动特征,利用1979—2013年ERA-Interim再分析资料500 hPa高度场,基于气旋客观识别和追踪算法得到青藏高原及其附近地区低涡路径,同时利用客观分析方法对500 hPa温度场进行分析得到低涡的冷暖性质,从而得到一套青藏高原低涡活动的资料。对高原低涡的频次、强度、持续时间、地理位置和移出高原等特征分析结果表明,35年间青藏高原上活动的系统主要为高原低涡,年均约53个,其中,年均6.7个高原低涡移出青藏高原;高原低涡持续时间从少至多呈指数减少,强度和冷暖性质的出现频次均呈正态分布,初生的高原低涡以暖涡居多,占81%。高原低涡发生且强度较大主要在青藏高原的汛期(5—9月),高原低涡源地主要在西藏那曲地区西部和阿里地区北部,消亡地主要位于源地高频中心东侧的唐古拉山地区和青海西部当曲河流域,高原低涡的消亡可能受地形影响。近35年来高原低涡生成频次呈不显著减少趋势(－2个/(10 a));移出高原低涡数(－1.4个/(10 a))和高原低涡移出率(－2.3%/(10 a))均显著减少。      

Evaluation of the trend uncertainty in summer ozone valley over the Tibetan Plateau in three reanalysis datasets

Trend uncertainty in the ozone valley over the Tibetan Plateau (OVTP) and the South Asian high (SAH) during 1979–2009 in ERA-Interim (interim reanalysis data from the ECMWF), JRA-55 (55-yr reanalysis data from the Japan Meteorological Agency), and NCEP-CFSR (Climate Forecast System Reanalysis) datasets was evaluated. The results showed that the NCEP-CFSR OVTP became strong in the summers of 1979–2009, whereas it became weak according to ERA-Interim and JRA-55. Satellite data merged with TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) and OMI (Ozone Monitoring Instrument) agreed with the OVTP trend of NCEP-CFSR. The OVTP strengthening in NCEP-CFSR may have been caused by SAH intensification, a rising tropopause, and increasing ozone over non-TP (non-Tibetan Plateau) areas (27°–37°N, < 75°E and > 105°E). Analogously, the OVTP weakening in ERA-Interim and JRA-55 may have been affected by weakening SAH, descending tropopause, and decreasing non-TP ozone.     

中国南方准静止锋对冬季大范围冻雨的影响

利用1979—2016年1月逐日0.125°×0.125° ERA-Interim再分析资料及冻雨观测资料,通过个例合成等方法,探讨了中国南方准静止锋和冬季大范围冻雨的关系。结果表明:（1）中国南方大范围冻雨受昆明和华南准静止锋共同影响呈东西带状分布;（2）青藏高原东侧逆温之强,范围之广以及水汽之充沛的主要原因,一是冷空气常堆积在横断山脉以东和南岭山脉以北等中国广大的南方地区,其形成机制主要为冷平流和绝热冷却,地势较高地带非绝热冷却也较明显;二是700和850 hPa暖平流形成的暖层也十分宽广;三是850 hPa源自中国南海和西太平洋的湿平流输送;（3）500 hPa东亚大槽、700 hPa南支槽、850 hPa反气旋和地面蒙古冷高压为青藏高原东侧对流层低层极地大陆性气团与热带海洋性气团和热带大陆性气团交绥创造了必要的环流条件;（4）东亚冷空气爆发从青藏高原东侧南下,迫使近地面暖湿气团抬升形成华南准静止锋。同时,受青藏高原东部地形的阻挡产生冷空气堆积。当冷空气堆积到一定厚度向西爬上低纬高原时,又与南支西风相遇形成昆明准静止锋。由昆明和华南准静止锋形成的复杂锋面结构,伴随宽广而强烈的逆温有利于中国南方大范围冻雨的产生。      

Surface mean temperature from the observational stations and multiple reanalyses over the Tibetan Plateau

The Tibetan Plateau (TP), also called the “Third pole”, is sensitive to climate change due to extensive areas at high elevation presently dominated by snow and ice. In this study, observed surface temperature trends at 150 stations over the TP during 1979–2018 are analyzed and compared with surface temperatures from multiple reanalyses (NCEP1, NCEP2, ERA-Interim, MERRA, JRA55). Observed warming at the stations has a mean annual rate of 0.46 °C/decade during 1979–2018. Although all reanalyses underestimate observed temperatures (cold bias), most reproduce much of the inter-decadal variations of surface temperature shown in the observations. Absolute errors of mean surface temperature (reanalysis minus observation) are closely correlated with elevation errors, suggesting that parts of the cold bias can be interpreted by elevation errors of reanalysis. After elevation-temperature correction, about half of the cold bias is typically eliminated, more for both ERA-Interim and JRA55. Compared with the observations, corrected NCEP2 surface temperatures still have larger cold biases, and fail to capture the overall warming over the TP. Since the elevation-temperature correction fails to improve trend magnitudes even when a significant proportion of the bias has been removed, this suggests that a more sophisticated modeling of the lapse rate in each reanalysis is required to realistically model warming trends across complex topography.

     

夏、秋季北极海冰异常与秋、冬季青藏高原极端低温日数的关系及影响机理

利用1979~2012年青藏高原125个基本、基准站观测日最高及最低气温数据、Hadley中心月平均海冰覆盖率资料、ERA-Interim的风场、高度场等再分析资料,根据相关统计分析、合成分析等方法系统地分析了青藏高原地区秋、冬季冷昼和冷夜日数(低温日数)与关键影响海区海冰的关系及影响机理。结果表明,夏、秋季关键海区海冰偏少时,秋、冬季极地和青藏高原地区500 h Pa位势高度减小,中高纬西伯利亚地区位势高度增强,北极至青藏高原有明显由北向南波动通量,高压反气旋系统在西伯利亚地区形成与壮大,青藏高原以北风场呈现明显偏北风,Rossby波在青藏高原及其以北地区呈现由北向南波动形式,青藏高原以北的西风带地区Rossby波东传减缓,导致经向活动加强,北部冷空气易于通过气流向高原侵袭,秋、冬季青藏高原低温日数将偏多。