基于FLEXPART模式对黄河源区盛夏降水异常的水汽源地及输送特征研究

依据近10年黄河源区流域气象台站的降水观测资料,提取夏季降水最强月对应的异常特征,利用拉格朗日粒子扩散模式(Flexible Particle Dispersion Model,FLEXPART),针对目标时段开展大气粒子群(气块)的后向模拟,着重分析了流域内降水正负异常状态下的水汽输送特征及其差异,并评估各水汽源地对流域内三类降水的贡献。结果表明,以“S”型跨赤道输送(“由阿拉伯海至孟加拉湾和印度半岛再由青藏高原西南侧进入黄河源区”)和“几”型输送(“由南中国海经长江中下游平原后途径四川盆地再进入黄河源区”)为代表的南支路径是2012年7月黄河源区对应的主要水汽输送路径;而以东、西风急流作用下的两条远距离输送(“由南中国海至孟加拉湾和印度半岛东北部附近后再经由青藏高原西侧或北侧进入黄河源区”以及“由欧洲平原东部和中亚地区进入青藏高原西侧或北侧后到达黄河源区”)为代表的北支路径是2015年7月黄河源区对应的主要水汽输送路径。在对气块后向模拟追踪的同时,对其运动过程中的比湿变化进行了对应经纬度网格的空间平均,变化特征显示出喜马拉雅山南麓、四川盆地周边、孟加拉湾和青藏高原北侧是黄河源区流域降水对应的潜在水汽源地。由定量评估贡献率的结果可知:青藏高原北侧的广大干旱及半干旱草原地区是2015年7月黄河源区降水的最主要水汽来源,其贡献率高达52.9%;而在2012年,三个主要源地的贡献率差异远不及2015年显著;无论对应何种类型的降水,青藏高原西南部和北侧提供了黄河源区主要可供降水的外来水汽。     

青藏高原大气低频振荡的源、汇特征分析

使用1998年美国NCAR再分析的逐日资料，研究了1998年夏季青藏高原大气低频振荡的源、汇特征。青藏高原对于纬向风的低频波来说，有时是低频振荡的源区，有时是汇区。通过计算低频涡度的通量散度，进一步研究了低频涡源、涡汇特征。青藏高原在不同时间和不同部位，低频涡源、涡汇具有不同的分布特征，传播特征也不尽相同，青藏高原上空100hPa低频涡源、涡汇受到了南亚高压的很大影响。     

充分开发空中水资源为改善“三江源”生态环境服务——依托科技进步把人影工作做强

青海省是长江、黄河、澜沧江的发源地，素有“中华水塔”之称。作为青藏高原的主体，其特殊的地理位置，已经成为中国生物物种形成、演化的中心之一，也是国际科技界瞩目的研究气候和生态环境变化的敏感区和脆弱带。青海省“三江源”地区气候及生态环境的变化不仅直接影响着当地     

季风梅雨带水汽输送与动力强迫源结构

对长江流域季风梅雨水汽输送特征、长江流域夏季旱涝过程与强信号强迫源(青藏高原与低纬海洋)遥相关动力结构以及季风梅雨过程水汽输送源汇结构等有关研究成果及观点进行综述，给出季风梅雨水汽输送流型与强迫源遥相关物理图像，即由青藏高原动力强迫效应形成的低纬海洋-高原-长江流域远距离水汽输送流型，以及海洋强信号区(南海、西太平洋暖池、赤道东太平洋等区域)热力异常构成长江流域梅雨期洪涝、暴雨等灾害性气候异常特征。研究结果揭示了长江流域洪涝及其暴雨形成过程二维Rossby波列或低频波传播能量的动力机制。     

移出与未移出青藏高原的高原低涡涡源区域的地面加热特征分析

利用1998—2016年NCEP/DOE逐日的日平均地面感热通量和地面潜热通量、MICAPS历史天气图资料、青藏高原低涡切变线年鉴,对高原低涡涡源区与高原地面加热特征进行统计分析,对比研究了移出青藏高原的高原涡(移出涡)、未移出青藏高原的高原涡(未移出涡)的涡源与高原地面加热的季节变化特征,及移出涡、未移出涡涡源区的地面加热特征及高原地面加热与低涡生成的相关性。结果表明,高原涡、未移出涡、移出涡的涡源分布季节变化特征相似,由冬到春到夏,初生区域逐渐扩大,由夏到秋到冬正好相反,不同的是移出涡涡源区明显比高原涡、未移出涡小,初生中心位置的季节变化也不同;高原地面感热、地面潜热、地面热源分布的季节变化特征相似,由冬到春到夏经历了明显增强的过程,由夏到秋到冬经历了减弱的过程,不同的是热源的快速增强、减弱程度及其发生季节差异大,地面潜热由春到夏增强特别明显,这与移出涡生成个数的明显增加相一致;未移出涡、移出涡春、夏、秋季主要涡源区所处的地面热源值域不同,移出涡夏季的值比未移出涡高,移出涡生成对高原区域地面热源依赖要比未移出涡强一些;夏季移出涡、未移出涡的涡源区都处在与高原地面热源正相关区内,它们与地面潜热的显著正相关区比高原地面感热的大,尤其是移出涡,高原地面潜热在高原涡生成中有重要作用,对移出涡生成影响更大。     

夏季亚洲季风区对流层向平流层输送的源区、路径及其时间尺度的模拟研究

基于NCEP/NCAR分析资料和拉格朗日轨迹输送模式FLEXPART, 通过气块轨迹计算, 对2005年夏季亚洲季风区对流层向平流层输送 (Troposphere to Stratosphere Transport, 简称TST) 的近地层源区、 输送路径及其时间尺度问题进行了一些初步探讨。结果表明: (1) 夏季亚洲季风区TST两个主要的边界层源区, 一个是热带西太平洋地区; 另一个是青藏高原南部、 孟加拉湾以及印度半岛中北部等地区, 上述两个区域与夏季强对流的分布相一致。在对流层顶高度附近 (约16 km高度), 两个近地层源区的垂直输送贡献相当。但进一步分析发现, 穿越对流层顶高度的质量输送只有约10％能够进入20～22 km高度的平流层中, 且主要源于以青藏高原南侧为代表的南亚季风区 (约贡献75%), 这进一步强调了青藏高原及其周边区域在全球TST过程中的重要地位。 (2) 轨迹分析显示, 夏季亚洲季风区对流层进入平流层的 “入口区” 主要在 (25°N～35°N, 90°E～110°E) 区域的青藏高原及其周边区域。TST路径受对流层上层南亚高压闭合环流、 北半球副热带西风急流和赤道东风急流的共同控制。 (3) 亚洲季风区TST两个主要的过程, 一个是和夏季湿对流抬升直接联系的快速输送过程, 它可以使近地层大气在1～2天内输送到平流层中, 贡献了整个TST的10%～30%; 另一个是大气辐射加热所致的大尺度垂直输送, 该输送是一个相对的慢过程, 时间尺度一般为5～30天。此结果意味着, 源于地表的短生命周期的大气污染物可通过光化学反应过程对该区域平流层臭氧及其他大气痕量成分平衡产生重要影响。     

青藏高原上空一次重力波过程的识别与天气影响分析

应用再分析资料、多套卫星反演资料和WRF中尺度数值模拟资料,识别了2005年1月10日青藏高原上空一次重力波过程,以及重力波对青藏高原西部降雪的影响。结果表明,此次重力波位于急流出口区的左方,以西南-东北走向覆盖青藏高原大部分地区。大尺度的冷暖平流相间分布和不断增强的非平衡流为重力波的形成提供了有利背景场。小波交叉谱分析显示垂直涡度与水平散度在对流层中层满足重力波的极化性质,在青藏高原西部的上升支对应有降雪过程发生。WRF可以较好地再现这一过程,并且能够模拟出再分析资料中无法分辨的中尺度重力波。数值模拟表明,青藏高原近地面强烈非绝热加热使得低层大气静力不稳定,在近地面暖区触发对流后引起高层凝结释放潜热,低层融化冷却,有利于激发重力波,并在其上升支产生固态凝结物,随后到来的冷气团提供了有利的水汽输送条件,大范围的弱抬升运动取代了原间隔进入降雪区的强对流上升支,使得固态凝结物得以落至地面,最终在青藏高原西部形成本次降雪过程。      

青藏高原雷暴云底部次正电荷区与暖云区厚度的关系

为了弥补青藏高原雷暴观测个例的不足,从动力、微物理和起电过程之间的密切联系来解释青藏高原雷暴云底部较大的次正电荷区（LPCC）和暖云区厚度（WCD）之间的关系,本文设置敏感性试验组,通过三种途径,改变了青藏高原那曲地区一次LPCC明显且对流较强的雷暴过程的探空初始场,得到10组具有不同WCD值的初始场算例,利用三维雷暴云动力-电耦合数值模式,模拟分析了WCD和LPCC之间的可能关系。结果表明,在青藏高原WCD并不是决定LPCC大小的唯一因素,明显的LPCC的形成需要较薄的WCD配合较强但不能太强的上升速度,即使WCD很薄,太强的上升气流也仅容易形成主正和主负电荷区非常强的一般型雷暴,太弱的上升气流,也仅能形成主正和主负电荷区很弱的一般型雷暴。雨滴的两个主要源项,即雨滴通过重力碰并收集云水和霰融化形成雨水,及霰的主要源项霰撞冻云水,这三个微物理过程的效率主要取决于对流强度。薄的WCD对暖云降水过程的抑制作用不及强的上升速度对暖云降水过程的增强作用。在对流强度变化不大的情况下,WCD主要影响着冰粒子的分布高度,WCD越薄,向0℃层以上输送的云滴尺寸越小,数目越多,越利于低层冰粒子的生长,L...     

黄河源区域生态环境演变与对策建议

黄河源区是三江源自然保护区的重要组成部分,在全球气候变暖和日趋频繁的人类活动的共同影响下,黄河源区的生态结构受到严重干扰。通过对黄河源区域生态与自然环境演变特征研究进展的概括总结,从生态系统和物理环境2个方面归纳了黄河源区主要的生态环境问题：（1）植被、冻土和湿地生态系统不断退化;（2）气候暖干化、径流变化、土壤侵蚀、土壤沙漠化、土壤碳流失、鼠害和人为影响加剧。根据面临的生态环境问题提出了区域生态与自然环境保护的相应对策和建议：形成完善的生态补偿机制;加强生态环境保护立法;建立统一的监督管理机构;建立有效的执法队伍;划分功能区;发展生态旅游;强化全社会的环保意识。     

三江源地区草地退化对中国区域气候影响的数值模拟研究

人类活动导致的土地利用变化是区域气候变化的一个重要驱动因素.位于青藏高原腹地的三江源地区,生态系统十分脆弱,其独特的地理位置决定了源区的生态环境对中国乃至全球的气候变化、生态环境均有十分重要的影响.该研究应用区域气候模式RegCM3,通过两组数值模拟试验结果的对比分析,探讨三江源地区的草地退化对中国区域气候的影响.模拟试验的区域模式水平分辨率为60 km,模拟区域中心位于35°N,105°E,水平格点数为92×82,相当于5520 km×4920 km的范围.研究结果表明:RegCM3对中国区域气候具有较好的模拟能力,能够用于定量研究土地利用变化对区域气候的影响.三江源地区的草地退化引起的气候变化在不同的地区是不一致的,变化最明显的地区是青藏高原地区.草地退化将会引起青藏高原地区的冬季降温和其他季节升温,气温变化最显著的季节是春季(0.46℃),冬季变化最小(0.03℃);三江源地区的草地退化对中国中、东部地区的气候影响较复杂,主要表现为夏季长江以北地区有不同程度的升、降温现象.由于青藏高原夏季热源作用的加强,导致夏季青藏高原低层大气的热低压有所加强,太平洋副热带高压向东退缩.降水量的变化主要表现在夏季降水的普遍减少.草地退化后,青藏高原地区的气候有向暖于方向发展的趋势.     

青藏高原东部土壤冻融过程中近地层湍流统计特征分析

利用玛曲黄河源区气候与环境综合观测研究站的湍流资料,分析了青藏高原东部玛曲地区土壤冻融过程中近地层湍流统计特征的差异.结果表明,冻融过程中不同阶段近地层湍流输送特征表现出一定的差异性;各个阶段不稳定层结下无量纲化的风速分量脉动方差与稳定度符合1/3次方律,近中件条件下无量纲化的风速分量脉动方差近似为常数,水平方向上的风...     

青藏高原地气系统气象科学数据集成和共享

观测资料匮乏是制约青藏高原地球科学问题深入研究的关键因素。中国气象局国家气象信息中心联合中国气象科学研究院、中国科学院青藏高原研究所和西北生态环境资源研究院对近几十年来我国青藏高原区域的地气系统的大气和陆面观测资料及相关分析产品进行了整合集成,获得了高原区域长年代、多要素的地气系统综合气象数据,研发了综合气象数据库及其数据共享平台。本文系统介绍了相关科学数据的观测及数据情况,包括中国气象局长期业务观测数据、历次青藏高原大气科学试验数据、中国科学院部分野外台站长期观测试验数据和一些科学研究项目的产出数据成果,描述了多种数据的标准化集成技术和成果,设计并发布了青藏高原地气系统多源信息共享平台,为研究和解决青藏高原地球科学问题提供宝贵的数据资源。     

青藏高原黑碳气溶胶传输及沉降的季节特征模拟分析

根据全球气溶胶气候模式GEM-AQ/EC的1995~2004年模拟,分析了青藏高原大气黑碳气溶胶的来源、传输及沉降季节特征。研究表明:青藏高原黑碳气溶胶主要来自自由对流层和大气边界层的输送。相对于自由对流层的黑碳输送,紧邻青藏高原的南亚、东亚以及东南亚大气边界层的输送更有效,它形成了青藏高原由北向南、自西往东黑碳气溶胶浓度和沉降明显递增的基本分布形态。横跨欧亚大陆自由对流层的黑碳气溶胶由西向东向青藏高原的输送全年不变,夏季输送路径最北但强度最弱,冬季路径最南而强度最强。大气边界层黑碳气溶胶的输送受控于亚洲季风环流变化,来自南亚的黑碳气溶胶在春季越过孟加拉湾传输进入高原东南部,夏季则可翻越喜马拉雅山抵达青藏高原南部腹地;同时我国中部排放的黑碳气溶胶也在东亚夏季风向北扩展中驱动它从东向西往青藏高原东北部传输。从秋季到冬季,随着夏季风撤退,南亚黑碳源区向青藏高原传输衰退,东亚冬季风的反气旋性环流的南侧及西南侧的偏东风携带秋季我国东南部源区和冬季东南亚源区黑碳气溶胶向青藏高原东南部传输。受青藏高原明显的暖湿季和干冷季气候影响,干湿沉降分别主导了青藏高原冬季和夏季黑碳沉降,夏季青藏高原黑碳气溶胶沉降总量大多超过8~10 kg·km-2,在高原东北部的最高值超过40 kg·km-2。冬季青藏高原黑碳气溶胶沉降量最低,大部地区黑碳沉降低于5 kg·km-2。青藏高原黑碳沉降的冬夏季节相差约为2~8倍。     

中国西部积雪类型划分

利用中国105°E以西地区189个地面气象台站1960-2004年积雪日资料和1981-2004年SMMR、SSM/Ⅰ反演的逐日雪深资料,使用积雪年际变率方法划分中国西部积雪类型,并与积雪日数方法的划分结果进行比较.在此基础上,尝试建立了结合以上两种要素的综合分类指标.利用积雪年际变率方法和台站资料,将中国西部积雪划分为3类.其中,稳定积雪区主要包括北疆、天山和青藏高原东部高海拔山区;年周期性不稳定积雪区包括南疆和东疆盆地周边、河西走廊、青海北部、青藏高原中西部、藏南谷地以及青藏高原东南缘;其他积雪区均为非年周期性不稳定积雪区.气候突变后,积雪日数方法划分的积雪类型变化反映出沙漠和低纬度地区积雪变幅增大,在积雪年际变率方法的结果中体现出青藏高原东部地区趋于稳定的积雪面积在增加.在没有台站记录地区,卫星遥感资料很大程度上弥补了台站观测的缺陷,使用这种资料划分积雪类型时,积雪年际变率方法比积雪日数方法的结果更符合西部积雪的分布特点,反映出积雪分布与地形的密切关系.利用综合分类指标划分西部积雪类型的结果表明,台站资料的划分结果很大程度上受积雪持续时间的影响,而在卫星遥感结果中,积雪年际变率则是影响类型划分的主要因素.     

东亚季风气候对青藏高原隆升的敏感性研究

青藏高原隆起是东亚季风形成演化的决定因子之一.利用GCM(大气环流模式)完成的一系列改变青藏高原地形高度的数值试验说明,东亚季风气候变化非常敏感地响应于高原隆升.在高原隆升达到现代高度的一半之前,东亚大约30°N以北地区近地面冬夏反向意义下的季风现象是不存在的.高原隆升对东亚冬季风的影响远大于对夏季风的影响.即使没有青藏高原,仅受海陆热力对比的作用,中国东部地区夏季已能出现偏南风;然而只有在青藏高原存在,且达到一定高度的情况下,东亚北方地区冬季才能盛行偏北风.从温湿状况看,大约长江以北的东亚北方季风强度随高原高度上升几乎呈线性增加,冬夏温度对比不断加大,降水也越来越向夏季集中.但长江以南的东亚南方季风和印度季风与此明显不同,前者对高原隆升具有非线性响应,而后者在高原隆升过程中变化不大.     

青藏高原沙漠化对东亚沙尘气溶胶的敏感性模拟分析

为了认识青藏高原严重沙漠化将产生的沙尘气溶胶及其影响,利用全球气溶胶气候模式CAM3.1对青藏高原沙漠化进行了敏感性模拟试验,进而探讨了高原沙漠对东亚大气气溶胶的最大可能贡献。结果表明,青藏高原上潜在的起沙源区主要分布在临近柴达木盆地的高原西部、藏南地区以及青南高原;高原起沙量春季最大,秋季次之,冬季第三,夏季最小。沙漠化的高原除了显著增加了高原上大气沙尘气溶胶的浓度,也显著增加了中国中西部地区近地面大气边界层的沙尘气溶胶浓度,远距离传输至中国中西部地区、东伸到达中国东海岸,甚至朝鲜半岛、日本直至太平洋上空对流层中部的沙尘气溶胶浓度同样增加明显。青藏高原沙源在近源区(即青藏高原及周边地区)的高贡献主要在低层,而在远源区(如日本岛南部海域及中太平洋区域)的贡献主要在高层。高原沙尘气溶胶极易被扬升到西风带,成为全球最高效率的沙尘远程传输源地。青藏高原沙漠化可能使其成为全球重要的沙尘气溶胶源地。     

青藏高原五道梁低层大气气溶胶来源的初步分析：Ⅱ.源地和输送

基于对五道梁大气气溶胶来源的分析结果和青藏高原及其附近地区环流和天气特征，根据各源气溶胶的浓度变化与单站气象要素变化的关系，讨论了气溶胶的源区和输送。五道梁有两个稳定的污染排放源，全年均对该地低层大气有影响。     

青藏高原东坡两次暖区强降水的对比分析

利用常规观测资料、加密自动站降水资料和NCEP 1°×1°再分析资料对比分析了2010年8月12～13日(简称“8·12”过程)和2012年8月16～17日(简称“8·16”过程)青藏高原东坡发生的两次暖区强降水过程,探讨两次暖区强降水发生发展的天气学异同条件。结果表明:两次暖区强降水发生前及过程中均受副高的影响,地面有热低压发展和维持,利于能量的积累、不稳定层结和非绝热加热形成,进而引起上升运动;过程期间低层均有垂直于青藏高原东坡的偏东南气流的建立与增强,地形强迫上升运动和低层暖平流引起的上升运动增大和维持。主要差异在于,“8·16”过程中台风“启德”外围的偏东南风持续时间更长,影响区域更偏北,其降水持续时间更长,累计雨量更大。两次暖区强降水过程显示,低层垂直于青藏高原东坡地形的偏东南气流的建立、增强、持续及减弱在此类暖区强降水发生、发展及消亡过程起中着关键性作用。      

青藏高原年降水量的分区及变化特征

利用青藏高原81个气象台站近30a来年降水量资料，采用EOF、REOF、气候线性趋势分析以及累积距平法等方法对青藏高原年降水量的时空分布特征及其异常进行了分析。结果表明：EOF分解的前三个主向量的累积方差贡献占总方差的42．8％，地形特别是高原主体的阻挡和抬升作用对年降水量的空间变化影响显；年降水量的时间变化在缓慢减少的过程中未发生突变现象；青藏高原年降水量的空间异常类型可分为高原中部区、西藏北部区、青海东部区、柴达木盆地区、高原东北区、中北部边缘区、高原西北区、西藏南部区、东南区共9个区．其分区丰要受地形和高原低涡的影响较明显。     

拉格朗日水汽源诊断方法在三江源区的应用

以NCEP/NCAR每日4次的GFS (Global Forecast System) 再分析资料驱动大气三维输送模式FLEXPART (Flexible Particle Model), 借助于拉格朗日水汽输送和源区识别技术, 在考虑了空气块输送过程中的比湿变化基础上, 诊断三江源区大气的水汽来源、输送途径及其空间结构特征。结果表明:夏季三江源区短时输送 (6 d内) 的水汽主要来自于青藏高原以及其西北侧陆地区域, 而更长时间 (8~10 d) 的来源可追踪到阿拉伯海和孟加拉湾等远距离海洋区域; 水汽输送通道主要有两支, 第1支为沿着索马里海到阿拉伯海的跨赤道水汽输送, 第2支为在西风控制下从中亚乃至西亚地区向三江源区的输送。定量分析亦显示:6月青藏高原西侧的水汽输送贡献最大, 7月阿拉伯海成为了主要水汽来源, 8月阿拉伯海水汽输送贡献减小。