夏季我国高原植被气候效应的数值研究Ⅰ：模式及降水,流场…

在颜宏模式中加入植被参数化方案、并针全国植被划分成１０类，模拟了不同土壤湿度条件下７月高原有，无植被的气候场，发现两者差异较大。在土壤湿度正常时，有植被比无植被情况下四川南部，高原及江淮，东北地区日雨量增加１ｍｍ左右，云贵高原为减雨区达－１－２ｍｍ．ｄ＾－１。     

青藏高原植被下垫面对东亚大气环流影响的数值试验

采用Ｊ．Ｗ．Ｄｅａｒｄｏｒｆｆ（１）地表植被参数化方案，利用Ｐ－ａ原始方程５层模式（２），分析了青藏高原有植被和无植被两种不同下垫面情况下的大气响应，结果表明有植被下垫面通过增加向大气输送潜热通量，加强了高原上空的热低压，增强了高原北部的热成风，加强了高原南侧的季风环流，使青藏高原及我国东南地区的降水增多。     

土壤湿度年际异常对中国春、夏季气候模拟的影响

基于NCAR大气模式CAM3.1模式,设计了有、无土壤湿度年际异常两组试验对中国区域近40a(1961-2000年)气候进行了模拟。从气候态和年际变率的角度,通过分析两组试验的差值场来探讨土壤湿度年际异常对气候模拟的影响,并初步探讨了影响的可能机制。结果表明:模式模拟的温度和降水对土壤湿度的年际异常非常敏感,土壤湿度的年际变化对中国春夏季气候及其年际变率均有显著影响。当不考虑土壤湿度年际异常时,模式模拟的春夏季平均温度、最高温度、最低温度在我国大范围内降低,春夏季降水在东部大部分地区明显减少,西部增加。而模式模拟的春夏季温度、降水年际变率在中国大部分地区减弱。但当考虑土壤湿度的年际变化,则能在一定程度上提高模式对气候年际变率的模拟能力。在进一步分析表明土壤湿度年际异常时,主要通过改变地表能量通量和环流场,对温度、降水产生影响。当不考虑土壤湿度年际异常时,地表净辐射通量减少,地表温度降低,感热通量减少。感热通量差值场的空间变化和温度差值场的空间变化一致,感热通量对温度有一定影响。而潜热通量差值场的空间变化和降水的差值场的空间变化一致,可见降水受地表潜热通量的影响。土壤湿度年际异常引起的环流场的变化也是导致气候变化的原因之一,地表能量和环流场年际变率的改变对春夏季气候年际变率存在一定影响。     

淮北平原气象观测场与农田土壤湿度对比分析

为研究在同一气候背景下气象观测场与农田两地土壤湿度之间的互可代替使用关系,对2006—2008年在宿州市气象观测场和农田内开展的3年土壤湿度平行对比监测试验所获取的每旬一次两地土壤湿度监测数据,采用对比差值率、相关性分析等数理统计手段,研究分析了两地不同季节不同深度的土壤湿度之间的关系。结果表明：春、夏、秋、冬4季气象观测场地与农田的土壤湿度具有一致性,均为统计正相关。春季,取土日前有降水时,气象观测场地与农田的土壤湿度的差异高于取土日前无降水时的差异。夏季,气象观测场地与农田0～30 cm土层之间的     

雨量与蒸发对比雨量日累计值相差的分析

雨量器与蒸发对比雨量器属于两个相同容器,它们位于观测场中间位置的东西方向,相距约４ｍ的直线上,大部分降水日数中,雨量与蒸发对比雨量的日累计值存在差异,差值大约在±０１～±０９ｍｍ之间。有极少数差值大于±１０ｍｍ,有人认为,降水量越大,雨量与蒸发对比雨量日累计差值越大,其实不然。　　设：Ｒ１为实测雨量日累计值,Ｒ２为蒸发对比雨量日累计值,以南宁地区马山县气象局部分实测雨量与蒸发对比雨量日累计值列表如下。年月日Ｒ１（ｍｍ）Ｒ２（ｍｍ）Ｒ１－Ｒ２降水最后结束时间１９９８５１１１２８３１…     

吉林省短历时降水时空分布特征

本文根据气象站夏半年（５～９月）逐时降水资料的统计结果，分析了吉林省不同地区的降水气候概率和条件气候概率以及短历时强降水（≥１０ｍｍ·ｈ－１和３０ｍｍ·ｈ－１）的时空分布特征，这些工作为不同地形地貌和地理位置条件下的吉林省各地区的甚短期降水预报提供了气候背景。     

我国春季降水与青藏高原东南部冬季归一化植被指数变化的关系

利用1982年1月～2001年12月归一化植被指数(NDVI)资料、台站实测降水资料和NCEP/NCAR再分析资料, 通过相关分析和合成分析等方法, 初步分析了我国春季降水与青藏高原冬季植被变化的关系。结果发现, 我国春季降水与青藏高原冬季NDVI有较明显的相关关系。一般而言, 高原冬季NDVI大值年时, 贵州至两广地区降水减少, 两湖平原和鄱阳湖平原降水增加, 长江流域以北至东北的广大地区降水将减少, 特别是黄河与长江之间地区降水量偏少可达40 mm以上。高原冬季NDVI与我国东部季风区春季降水的相关系数呈 “－＋－” 的分布状态。100°E～130°E各月降水及其差值时空剖面分析也可看到其差异。文章也初步分析了高原冬季NDVI大值年和小值年春季海平面气压场、 850 hPa风场、 500 hPa高度场以及700 hPa垂直运动场的差异, 从分析结果可以看到, 亚洲和西太平洋地区大气环流的差异也同样明显。可见, 青藏高原冬季NDVI的大小将通过改变亚洲和西太平洋地区春季大气环流的分布状态, 导致冬季风和夏季风爆发和进退差异, 从而引起我国春季降水的变化。     

藏北高原土壤温、湿度变化在高原干湿季转换中的作用

通过1997年和1999年藏北高原沱沱河观测站土壤温、湿度变化和对应降水变化的分析,表明与高原冻融过程相联系的土壤湿度变化和高原干湿季转换及湿季降水存在联系。土壤融冻引起土壤增湿的时间比高原雨季降水开始的时间约早20天,春季高原土壤温、湿度的增加在高原地表感潜热的变化中有重要贡献。春末夏初高原土壤冻融过程引起的土壤湿度变化,在高原局地尺度的水分循环中为高原湿季开始提供了有利的水汽条件。因此,在青藏高原陆气相互作用过程中,与冻融过程相联系的土壤湿度变化在高原季节转换中是一个不可忽视的因子。     

青藏高原春末土壤湿度对初夏降水的影响

为了研究青藏高原(简称高原)春末(5月)土壤湿度与初夏(6月)降水的关系,利用1979-2019年ERA-Interim土壤湿度月平均资料和同时段高原109站观测降水资料,分析了高原春季土壤湿度与汛期(5-9月)降水之间的关系.结果 表明:春末表层(0～28 cm)土壤湿度与高原初夏降水呈显著的正相关,在空间上土壤湿度...     

青藏高原土壤湿度分布特征及其对长江中下游6、7月降水的影响

采用美国气候预测中心1961—2014年逐月土壤湿度资料以及国家气象信息中心降水格点数据,分析了青藏高原土壤湿度的时空分布特征,以及高原春季土壤湿度对长江中下游6、7月降水的影响。结果表明:青藏高原年和不同季节的土壤湿度空间分布特征基本一致,均呈现从东南向西北减少的趋势。区域平均的土壤湿度显示出高原土壤春季最为干燥,秋季和夏季较为湿润的分布特征;近50年来青藏高原大部的年、季节土壤湿度均呈缓慢增加趋势,年、季土壤湿度从20世纪60年代至90年代基本上呈减少趋势,21世纪00年代开始则呈缓慢增加趋势。青藏高原春季土壤湿度与长江中下游降水量基本呈负相关关系。通过信度检验的负相关区在6月位于高原东北部和西南部,7月位于高原南部,且高原西北部分区域春季土壤湿度与7月降水量存在显著正相关。高原春季土壤湿度通过对高原地表温度的作用,进而影响到高原热力特征、大气环流以及长江中下游降水的分布特征。     

青藏高原及其典型区域土壤湿度的分布和变化特征

基于土壤湿度融合分析产品及气象观测资料,分析了青藏高原及其典型区域的土壤湿度分布特征以及影响因素.结果表明：青藏高原土壤湿度与高原降水季节有较好的对应关系,降水量多的季节对应大的土壤湿度,反之亦然,即夏季土壤湿度最大,春季和秋季次之,冬季最小;高原外围土壤相对较湿,中部较干,夏季土壤高湿度区从藏东南向西北、塔里木盆地向藏东北扩展,冬季土壤高湿度区向藏东南和塔里木盆地收缩;土壤湿度垂直层次呈现出浅层和深层低、中间层高的特点,从浅层到深层土壤湿度的变化幅度逐渐减小;高原典型区域土壤湿度逐日变化规律与高原区域平均的土壤湿度时间演变接近一致,降水量的多少和湿润区、半干旱区土壤湿度高低值有较好的对应关系,湿润区垂直梯度大,干旱区和半干旱区垂直梯度小;蒸发量、风速、气温以及植被状况均会影响到土壤湿度的分布特征.     

植被和土壤湿度对西南低涡降水影响的敏感性试验

利用含Ｄｅａｒｄｏｒｆｆ植被参数化方案的颜宏等有限区域细网格模式，研究西南低涡降水对青藏高原及其邻近区域植被覆盖和土壤湿度变化的敏感性，着重分析在“８２．７”和“８１．７”两次西南低涡降水过程中的降水、上升运动和地面感热与水汽通量对植被覆盖和土壤湿度的敏感性问题。试验表明，西南低涡降水对青藏高原及其邻近地区的植被覆盖和土壤湿度是非常敏感的，对大气低层上升运动和地面感热、潜热通量也较为敏感。     

全球2℃温升背景下青藏高原植被对气候变化的响应

《巴黎协定》提出全球暖化程度在21世纪末相对工业革命前控制在2℃以内的目标。青藏高原高寒植被对全球变暖非常敏感，在2℃温升这个边界增温条件下研究高原植被对气候变化的响应关系到高原生态安全问题，有重大现实意义。本文基于CMIP5多模式模拟预测结果研究了高原植被对2℃温升的响应，并探讨了高原植被对于气候因子变化的敏感性，得到主要结论如下：在全球2℃温升背景下，高原植被叶面积指数（Leaf Area Index, LAI）较历史参考期显著增加，高原变绿，其中高原中部LAI和植被碳存储增加最为显著，三江源是植被LAI增加较快的区域。增温后裸地面积迅速减少，植被覆盖率总体增加，大部分地区草地呈增加趋势，森林减少趋势变缓，说明在2℃温升期高原植被有所改善。在全球2℃温升背景下，高原植被覆盖率表现出对温度和降水率等气候因子更强的依赖性和敏感性，在增暖环境中，气温仍是影响高原植被生态系统变化的主控因子。     

半干旱榆中地区最小有效降水量及降水转化率的研究

有效降水对于土壤水分的补充和农作物的生长来说是一个很重要的概念。通常认为大于5 mm的降水即为有效降水。但是有效降水的影响因素很多,在不同的地理环境和气候背景条件下,最小有效降水量也会有所不同。利用2006年6月—2011年3月兰州大学半干旱气候与环境观测站资料,从土壤湿度变化的角度出发,根据有效降水的定义,对甘肃榆中地区的最小有效降水量做了初步研究。通过分析该地区不同季节、温度和植被条件下不同土壤深度最小有效降水量,发现5、10、20 cm土壤层的最小有效降水量分别为4、5、8 mm。季节分布上,各层土壤最小有效降水量均为夏季最高,春季和秋季值较为接近。高温年的最小有效降水量高于低温年的值,生长季高于非生长季。在降水超过最小有效降水量并且量级较小时,随着降水量的增大,土壤湿度增量呈指数形式增大,这时降水的转化率也较高;而当降水达到一定量级时,超过了土壤的入渗率,水分以径流的形式损失,土壤湿度增量的变化率减小,降水的转化率也趋于一定值。0—20 cm土壤层降水转化率达到70%。     

一次强降水模拟中土壤湿度初值的影响研究

为了分析WRFV3.3.1模式中土壤湿度初值对降水模拟的影响,在4个陆面方案的分析对比基础上,采用中国区域土壤湿度同化系统（CLSMDAS）输出的土壤湿度替换模式初始场中的土壤湿度,对2010年6月19日江西出现的一次强降水过程进行模拟,分析改进后的土壤湿度初值对模式模拟降水的影响。结果表明,耦合Noah方案的模拟结果要优于SLAB、RUC、PX方案;通过对比试验发现CLSMDAS输出的土壤湿度初始条件下的模拟结果比NCEP资料的模拟结果更接近于实况,能够很好地模拟出24 h累积降水的范围与强度,对应地表能量的响应也更为明显,表现出很好的区域波动性,能够捕捉到细节降水信息,且统计检验结果中各量级降水的TS评分基本都要高于NCEP土壤湿度初值条件下的结果,空报率、漏报率和预报偏差进一步减小,说明准确的土壤湿度初值能够提高模式的模拟预报能力。     

西藏高原夏季降水对ENSO的响应

通过合成分析指出包括雅藏布江中西段在内的西藏高原中西部地区夏季（6－8月）降水在ENSO的不同位相期间存在着显著的差异。利用交叉谱和奇异值分解等方法，分析了高原夏季降水场与太平洋海温场在时间和空间上的联系，结果表明，ENSO的暖（冷）位相期，高原大部分地区夏季降水以偏少（多）为主。     

青藏高原土壤湿度的变化特征及其对中国东部降水影响的研究进展

青藏高原土壤湿度受积雪与冻土的共同影响,能够记忆长时间的陆面干湿过程,是气候变化的重要因子,对随后的中国东部降水有预测意义。由于高原观测站点稀少,土壤湿度观测资料匮乏,致使现有相关研究大多是基于再分析资料、模式资料和卫星遥感资料(统称替代资料)进行的,且所得结论既有差异,也存在不确定性。因此本文首先综述了各种土壤湿度替代资料的适用性对比研究,进而讨论了青藏高原地区土壤湿度的变化特征及其对我国东部气候的影响。现有研究表明:1)资料对比研究指出,现有的各种替代资料对高原土壤湿度存在明显的高估或低估现象,且评估结论受评估指标和插值方法不同的影响。相对而言,SSM/I和风云3B的土壤湿度产品与实际观测资料相关性较好。2)高原土壤湿度具有多时间尺度变化特征和空间非均匀性,在年变化上具有显著的融冻特征,年代际变化趋势和年际特征呈现显著的区域性差异。SSM/I资料表明春季高原主体土壤湿度的年代际变化趋势呈现为增加的特征,与高原的增暖相一致;年际变率存在东、西两个高值区,与其相关的潜热、感热通量能共同激发遥相关波列影响我国长江流域降水;同时高原土壤湿度在垂直方向上具有一致性,在空间分布上具有南部边缘最大、由东南向西北递减的特征。3)前人对高原土壤湿度影响中国东部降水的结论各有不同,其可能原因之一是采用的替代资料及其适用性不同,其二是模式试验中忽略土壤湿度的空间差异性而带来的误差等。相关问题需要进一步深入研究。     

改则地区气候变化对植被生理过程的影响及反馈效应的模拟研究

利用1997年10月1日至1998年9月30日设置在青藏高原西部改则的自动气象站观测资料作为强迫场,采用大气-植被相互作用模式(AVIM)对改则地区气候变化对植被生长过程的影响及反馈效应进行了模拟研究。结果表明,AVIM模式对青藏高原西部陆面过程具有一定模拟能力,能够较真实地模拟出地表特征量的变化特点。通过敏感性试验发现,青藏高原气候变化对植被生理生长过程有明显影响:降水增加有利于植被生长,尤其在雨季最为明显,其他季节无太大变化;气候变暖对植被生理过程的综合作用是植被净光合作用的变化,即春季增强,夏季减弱,秋季和冬季变化不大;"暖湿化"对高原植被生态系统的影响主要是春季和夏季植被活动增强,尤其春季最为明显。植被物理特性参数可以在相当大程度上改变陆面过程,进而导致高原热源发生变化,因此,为准确估计地表能量收支,对模式陆面参数进行深入研究是必要的。     

青藏高原及其周围植被对夏季气候影响的套网格数值试验比较

利用钱永甫有地形５层原始方程模式,与颜宏等复杂地形条件下有限区域细网格模式进行单向嵌套,即初始场采用前者计算５ｄ后,得到各特征等压面上的高度场和湿度场,向后者每２４ｈ输送一次边界值。地－气模式采用经Ｄｅａｒｄｏｒｆ植被参数化修正的地面热量平衡方程进行耦合。在此基础上进行了夏季（７月）有植被和无植被两种情况的数值试验。有植被情况模拟的高度场、温度场与实测场的相关系数高于无植被的情况。试验发现,有植被比无植被情况的海平面气压场、低层高度场、潜热输送、整层大气湿度和降水量有所增加,而温度场和大陆热低压强度有所降低。     

夏季青藏高原不同层次土壤湿度时空变化特征

基于1950—2009年GLDAS Noah 2.0逐月平均土壤湿度资料,分析了夏季青藏高原各层土壤湿度的时空变化特征。结果表明:(1)夏季青藏高原各层土壤湿度整体上呈自南向北递减的空间分布,但在高原中部地区中层、深层土壤湿度均有一个极值中心。(2)夏季高原中东部地区表层、浅层、中层、深层土壤湿度之间的差值(深层与中层除外)均表现为"上湿下干"的垂直分布,而中部偏西地区各层土壤湿度差值则表现为"下湿上干"的垂直分布。(3)夏季高原各层土壤湿度第一模态均呈现西南—东北反向型分布,且随着深度的增加,零线向东北移。(4)夏季高原主体各层土壤湿度的年际变化特征明显,除深层(呈现不显著增加趋势)外整体均呈现显著下降趋势,前期土壤湿度较高,后期较低。从空间趋势分布来看,除深层土壤湿度在高原中部有增大趋势外,各层土壤湿度变化趋势在高原上均以减小为主。(5)去趋势后,除深层外其他各层土壤湿度最大年际变化幅度在高原中部随着土层的增加而减小,而高原中东部则随土层的增加而增大。