青藏高原冬季积雪影响我国夏季降水的模拟研究

利用区域气候模式 (NCC_RegCM1.0) 对青藏高原前冬积雪对次年夏季中国降水的影响进行了数值模拟研究, 所得结果与实际观测的积雪和降水的关系较为吻合, 即长江流域、 新疆地区夏季多雨, 华北和华南少雨, 这与我国最近二十年来维持的 “南涝北旱” 雨型较为一致。因此, 可以认为青藏高原冬季多雪, 是引起中国东部夏季降水出现 “南涝北旱” 的一个重要原因。本文揭示了青藏高原冬季积雪影响我国夏季降水的可能物理机制。青藏高原冬季多雪, 会导致青藏高原地面感热热源减弱, 这种热源的减弱在冬季导致冬季风偏强, 可以影响到我国华南、 西南及孟加拉湾地区。同时, 由于高原热源的减弱可持续到夏季, 成为东亚夏季风和南亚夏季风减弱的一个原因。在积雪初期, 地面反射通量的增加起了主要作用; 在积雪融化后, “湿土壤” 在延长高原积雪对天气气候的影响过程中起了重要作用。初期的反射通量增加减少了太阳辐射的吸收、 融雪时的融化吸热, 以及后期的湿土壤与大气的长期相互作用, 作为异常冷源, 减弱了春夏季高原热源, 是高原冬季积雪影响夏季风并进而影响我国夏季降水的主要机理。本文的模拟结果表明, 青藏高原冬季积雪的显著影响时效可以一直持续到6月份。     

积雪分布及其对中国气候影响的研究进展

对北半球不同地区的积雪分布状况、积雪异常影响中国气候的事实以及影响机理等问题的研究成果进行了较系统的回顾与总结。青藏高原、蒙古高原、欧洲阿尔卑斯山脉及北美中西部是北半球积雪分布的关键区,其中青藏高原是北半球积雪异常变化最强烈的区域。中国积雪分布范围广泛,其中新疆、东北和青藏高原是3个大值区。总体来看,北半球积雪有减少的趋势,而中国积雪却有弱的增加趋势。冬、春季高原积雪与欧亚积雪对中国夏季降水的影响是相反的。积雪影响中国气候的机理解释为：冬季积雪反照率效应起主要作用,春夏季积雪水文效应起主要作用。积雪被视为中国短期气候预测的一个重要物理因子,继续加强该领域的研究对于提高中国短期气候预测的准确率将有重要意义。     

青藏高原积雪异常与广西气候的关系

利用青藏高原55个地面观测站的积雪日数、积雪深度资料,按年、春、夏、秋、冬不同时段分别进行时段距平计算,选取积雪日数、积雪深度均为正、负距平的年份,划分为高原积雪偏多、偏少年,在此基础上选取距平绝对值相对较大的年份为显著多雪年、显著少雪年。然后分析青藏高原积雪异常与广西异常气候事件的关系特征以及青藏高原积雪显著多、少雪年与广西不同时段的降水、气温的关系特征。结果发现:青藏高原积雪偏多、少与广西异常气候事件的关系不十分明显,好的对应概率也只有60%～75%左右,而青藏高原积雪显著多、少雪年对广西某些时段的降水、气温存在全区性的影响。     

青藏高原积雪异常与广西气候的关系

利用青藏高原55个地面观测站的积雪日数、积雪深度资料。按年、春、夏、秋、冬不同时段分别进行时段距平计算，选取积雪日数、积雪深度均为正、负距平的年份，划分为高原积雪偏多、偏少年。在此基础上选取距平绝对值相对较大的年份为显着多雪年、显着少雪年。然后分析青藏高原积雪异常与广西异常气候事件的关系特征以及青藏高原积雪显着多、少雪年与广西不同时段的降水、气温的关系特征。结果发现：青藏高原积雪偏多、少与广西异常气候事件的关系不十分明显。好的对应概率也只有60％-75％左右。而青藏高原积雪显着多、少雪年对广西某些时段的降水、气温存在全区性的影响。     

青藏高原积雪的脆弱性评估

利用青藏高原98个气象台站日气温、降水以及日降雪和积雪天气现象的观测数据,引进"at-risk"积雪评估方法,对当前气候状态下和未来气温升高情况下高原积雪形成过程的脆弱性进行了评估。研究表明,当前青藏高原约78%(秋季)和81%(春季)台站的固态降水受气温升高影响而减少,而分别约有33%和36%台站的降雪积累与否也受此影响。也就是说,受气温升高影响,青藏高原降雪占总降水比例及积雪占总降雪比例都在减小,这些台站所在区域已成为脆弱积雪区,这加速了高原积雪期的缩短。在到2050年气温升高2.5℃的假设下,青藏高原的脆弱积雪区范围将进一步扩大,这将加剧青藏高原的热源作用,对区域乃至大陆尺度的天气气候产生重要影响。     

青藏高原积雪变化及其对中国水资源系统影响研究进展

回顾了青藏高原(下称高原)积雪变化及其对中国水资源系统影响研究进展,探讨了开展高原积雪异常对中国水资源系统影响研究存在的不足和未来趋势。高原积雪分布极不均匀,呈四周山区多、腹地少,两侧多、中间少的空间分布特征。高原东部积雪变化最显著且主导了整个高原积雪的年际变化,因此该地区积雪异常更值得关注。自20世纪60年代以来高原积雪总体呈缓慢增加趋势,21世纪初期春季和冬季积雪略有减少。目前,关于高原积雪变化对我国水资源系统影响的研究主要集中在高原积雪异常对降水和旱涝影响及其预测指示性研究两方面。高原积雪主要通过季风影响我国的降水时空分布,进而影响水资源系统。高原积雪异常对我国降水影响大,且范围广,可作为降水预测的一个重要信号,同时其对我国旱涝分布具有重要影响,并且对旱涝预测具有指示意义。     

青藏高原冬春积雪特征及其对我国夏季降水的影响

本文利用国家气象中心提供的逐日地面积雪深度和积雪日数数据,以及NOAA的大气环流再分析资料,通过合成分析等方法,对1961—2013年青藏高原冬春季积雪高原整体、高原东部、高原西部进行了年际和年代际趋势分析,结果表明,青藏高原整体冬、春季积雪的变化趋势一致,雪深呈现"少雪—多雪—少雪—多雪"的变化趋势,积雪日数呈现"少雪—多雪—少雪"的变化趋势。高原东(西)部积雪在20世纪60—70年代均明显增加,20世纪80—90年代均减少,20世纪90年代末东部春季和冬季积雪减少更为显著,而西部地区除了春季积雪日数变化不大,春、冬季积雪雪深和冬季积雪日数均明显增加。其次,对青藏高原东、西部地区多(少)雪年的划分,发现高原东部和西部地区积雪异常年对应的大气环流形势也存在差异。最后,进一步分析了青藏高原不同区域积雪异常年环流形势变化特征及其对我国夏季降水的影响,发现高原东(西)部积雪异常年时我国夏季降水分布存在显著差异,因此,在将高原积雪作为气候预测因子的时候,应当考虑东部和西部积雪异常不同所产生影响的差异。     

青藏高原冬春积雪和地表热源影响亚洲夏季风的研究进展

青藏高原冬春积雪和地表热源的气候效应是青藏高原气候动力学的两个重要内容。大量资料分析和数值试验研究均表明这两个因子对亚洲季风有一定的预测意义,本文对此做了比较系统的回顾和总结,并进一步比较了青藏高原积雪和地表热源影响东亚和南亚夏季降水的异同。结果表明,东亚夏季降水在年际和年代际尺度上均存在"三极型"和"南北反相"型的空间分布特征,高原春季地表热源在年代际和年际尺度上主要影响东亚夏季降水"三极型"模态;在年代际尺度上它是中国东部出现"南涝北旱"格局的重要原因,而高原冬季积雪的作用相反。另一方面,高原冬季积雪在年际和年代际尺度上对印度夏季风降水的预测效果均要优于高原地表热源。无论是空间分布还是时间演变特征,高原冬季积雪与春季地表热源整体上均无统计意义上的显著联系。不断完善高原地面观测网和改进模式在高原地区的模拟性能,将是进一步深入理解高原积雪和地表热源影响亚洲季风物理过程和机制的关键所在。     

青藏高原大气热源和冬春积雪与中国东部降水的年代际变化关系

利用NCEP 1950—2004年逐日再分析资料,采用倒算法,对青藏高原大气热源的长期变化进行了计算,结果发现,青藏高原及附近地区上空大气春夏季热源在过去50年里,尤其是最近20年,表现为持续减弱的趋势。而1960—2004年青藏高原50站的冬春雪深却出现了增加,尤其是春季雪深在1977年出现了由少到多的突变。用SVD方法对高原积雪和高原大气热源关系的分析表明,二者存在非常显著的反相关关系,即高原冬春积雪偏多,高原大气春夏季热源偏弱。高原大气春夏季热源和中国160站降水的SVD分析表明,高原大气春夏季热源和夏季长江中下游降水呈反相关,与华南和华北降水呈正相关;而高原冬春积雪和中国160站降水的SVD分析显示,高原冬春积雪和夏季长江流域降水呈显著正相关,与华南和华北降水呈反相关。在年代际尺度上,青藏高原大气热源和冬春积雪与中国东部降水型的年代际变化(南涝北旱)有很好的相关。最后讨论了青藏高原大气热源影响中国东部降水的机制。青藏高原春夏季热源减弱,使得海陆热力差异减小,致使东亚夏季风强度减弱,输送到华北的水汽减少,而到达长江流域的水汽却增加;同时,高原热源减弱,使得副热带高压偏西,夏季雨带在长江流域维持更长时间。导致近20年来长江流域降水偏多,华北偏少,形成"南涝北旱"雨型。高原冬春积雪的增加,降低了地表温度,减弱了地面热源,并进而使得青藏高原及附近地区大气热源减弱。     

1971-2016年青藏高原积雪冻土变化特征及其与植被的关系

利用1971-2016年青藏高原81个气象站逐月积雪日数和45个测站第一冻结层下界观测资料,分析了青藏高原积雪冻土的时空变化特征及其与高原植被指数（NDVI）的关系,探讨了积雪冻土下垫面变化对高原植被及沙漠化的可能影响。结果表明：1）青藏高原积雪日数分布极不均匀,巴颜喀拉山和唐古拉山为高原积雪日数的大值区,且年际变率较大。2）青藏高原积雪日数总体上呈现减少趋势,平均以3.5 d/（10 a）的速率减少,且在1998年前后发生突变,减少速率进一步加快,达到5.1 d/（10 a）。3）青藏高原第一冻结层下界呈上升趋势,达到-3.7 cm/（10 a）,与青藏高原增暖紧密相关。4）青藏高原NDVI呈缓慢增加趋势,与高原气温、降水的增加趋势相一致,积雪冻土的变化对不同区域植被NDVI的影响有显著差异。在气候变暖背景下,形成的暖湿环境促进积雪消融、冻土下界提升,使土壤浅层含水量增加,有利于植被恢复和生长,其结果对高原土地沙漠化防治有一定参考作用。     

青藏高原冬春季积雪异常对中国春夏季降水的影响

利用1956年12月～1998年12月共42a，青藏高原及其附近地区78个积雪观测站的雪深和我国160站月降水的距平资料，分析了其气候特征，并用SVD方法分析了冬春季积雪异常与春夏季我国降水异常的关系。用区域气候模式RegCM2模拟了青藏高原积雪异常的气候效应并检验了诊断分析的结果。分析表明，雪深异常，尤其是冬季雪深异常是影响中国降水的一个因子。研究证明，高原冬季雪深异常对后期中国区域降水的影响比春季雪深异常的影响更为重要。数值模拟的结果表明，高原雪深和雪盖的正异常推迟了东亚夏季风的爆发日期，减弱了季风强度，造成华南和华北降水减少，而长江和淮河流域降水增加。冬季雪深异常比冬季雪盖异常和春季雪深异常对降水的影响更为显著。机理分析指出，高原及其邻近地区的积雪异常首先通过融雪改变土壤湿度和地表温度，从而改变了地面到大气的热量、水汽和辐射通量。由此所引起的大气环流变化又反过来影响下垫面的特征和通量输送。在湿土壤和大气之间，这样一种长时间的相互作用是造成后期气候变化的关键过程。与干土壤和大气的相互作用过程有本质差别。     

青藏高原积雪对气候影响的研究进展和问题

系统地回顾了青藏高原积雪对天气气候影响的国内外研究进展,并对研究中存在的一些问题做出了评述。认识到积雪增加将导致亚洲夏季风减弱或爆发推迟,这是通过积雪-季风关系实现的。对反射率和融雪的相对重要性,尚未有一致意见。高原积雪作为一种重要的陆面强迫因子,和副高、阻高、冬夏季风、ENSO、海温等影响中国天气气候的因子有密切关系。在全球变暖的背景下,青藏高原积雪却出现了增加,对这一问题的研究具有重要的现实意义。高原积雪年代际变化的研究,有助于揭示我国近年来“南涝北旱”雨型的原因,同时有利于雨型反转时间的预测。     

青藏高原积雪对亚洲夏季风影响的诊断及数值研究

通过对青藏高原多、少雪年的合成分析及数值试验，研究了青藏高原积雪对亚洲 夏季风和我国东部气候异常的影响。结果表明:青藏高原积雪造成亚洲大气环流较大的年际变化。高原积雪改变了高原陆面春、夏季的热状况，使亚洲夏季风爆发推迟20天左右。高原积雪通过以下物理过程影响亚洲夏季风和我国东部气候:高原积雪多(少)→高原春、夏季的感热弱(强)→感热加热引起的上升运动弱(强)，高原强(弱)环境风场→不利(有利)于高原感热通量向上输送→高原上空对流层加热弱(强)→高原对流层温度低(高)→高原南侧温度对比弱(强)→造成亚洲夏季风弱(强)→我国长江流域易涝(旱)。     

青藏高原热力作用对南海及周边区域夏季气候的影响研究进展

针对青藏高原热力强迫作用对东亚夏季风强度、南海夏季风爆发早晚、南海周边区域旱涝的影响,以及在全球变暖背景下其对降水格局的影响等科学研究进行了总结回顾,并就青藏高原热力作用对南海周边区域夏季气候的影响科学问题进行了探讨。研究表明,高原冬春积雪异常通过影响雪盖反照率、改变辐射平衡和通过积雪-水文效应改变土壤湿度两个途径来影响东亚夏季风;通过改变大陆-海洋经向热力对比影响南海季风爆发早晚;通过改变西太平洋副高位置和季风环流变化来影响华南和长江流域夏季降水的分布。在全球变暖背景下,青藏高原感热加热的减弱可能对降水年代际“南涝北旱”格局的形成具有重要贡献。随着全球变暖减缓,青藏高原中部和东部的感热呈现出复苏态势,“南涝北旱”的降水格局分布在将来有可能被打破。      

青藏高原冬春雪深分布与中国夏季降水的关系

利用SSMR和SSM／I卫星遥感雪深反演资料,通过与高原测站雪深观测资料的对比分析,揭示了高原雪深的时空分布特征,在此基础上对积雪异常年中国夏季降水异常和大气环流进行了对比分析。结果表明,卫星遥感雪深资料可较真实反映出高原积雪的状况,并可反映出高原西部积雪的变化;高原冬、春季积雪EOF分解第1模态具有相同的空间分布,反映了高原冬、春季积雪分布具有相当的一致性,而春季积雪的第2模态则反映高原积雪的东西差异;冬、春季雪深EOF第1模态的时间序列与中国夏季降水的相关分析表明,大致以长江为界,我国东部地区呈现出南涝北旱的分布模态,春季高原东（西）部多（少）雪与东（西）部少（多）雪年的夏季,我国东部降水表现出长江以南（北）地区为大范围的降水偏多（少）。     

A Possible Impact of Cooling over the Tibetan Plateau on the Mid-Holocene East Asian Monsoon Climate

By using a 9-level global atmospheric general circulation model developed at the Institute of Atmospheric Physics (IAP9L-AGCM) under the Chinese Academy of Sciences, the authors investigated the response of the East Asian monsoon climate to changes both in orbital forcing and the snow and glaciers over the Tibetan Plateau at the mid-Holocene, about 6000 calendar years before the present (6 kyr BP). With the Earth’s orbital parameters appropriate for the mid-Holocene, the IAP9L-AGCM computed warmer and wetter conditions in boreal summer than for the present day. Under the precondition of continental snow and glacier cover existing over part of the Tibetan Plateau at the mid-Holocene, the authors examined the regional climate response to the Tibetan Plateau cooling. The simulations indicated that climate changes in South Asia and parts of central Asia as well as in East Asia are sensitive to the Tibetan Plateau cooling at the mid-Holocene, showing a significant decrease in precipitation in northern India, northern China and southern Mongolia and an increase in Southeast Asia during boreal summer. The latter seems to correspond to the weakening, southeastward shift of the Asian summer monsoon system resulting from reduced heat contrast between the Eurasian continent and the Pacific and Indian Oceans when a cooling over the Tibetan Plateau was imposed. The simulation results suggest that the snow and glacier environment over the Tibetan Plateau is an important factor for mid-Holocene climate change in the areas highly influenced by the Asian monsoon.     

A Modeling Study of the Effects of Anomalous Snow Cover over the Tibetan Plateau upon the South Asian Summer Monsoon

The effect of anomalous snow cover over the Tibetan Plateau upon the South Asian summer monsoon is investigated by numerical simulations using the NCAR regional climate model (RegCM2) into which gravity wave drag has been introduced. The simulations adopt relatively realistic snow mass forcings based on Scanning Multi-channel Microwave Radiometer (SMMR) pentad snow depth data. The physical mechanism and spatial structure of the sensitivity of the South Asian early summer monsoon to snow cover anomaly over the Tibetan Plateau are revealed. The main results are summarized as follows. The heavier than normal snow cover over the Plateau can obviously reduce the shortwave radiation absorbed by surface through the albedo effect, which is compensated by weaker upward sensible heat flux associated with colder surface temperature, whereas the effects of snow melting and evaporation are relatively smaller.The anomalies of surface heat fluxes can last until June and become unobvions in July. The decrease of the Plateau surface temperature caused by heavier snow cover reaches its maximum value from late April to early May. The atmospheric cooling in the mid-upper troposphere over the Plateau and its surrounding areas is most obvious in May and can keep a fairly strong intensity in June. In contrast, there is warming to the south of the Plateau in the mid-lower troposphere from April to June with a maximum value in May.The heavier snow cover over the Plateau can reduce the intensity of the South Asian summer monsoon and rainfall to some extent, but this influence is only obvious in early summer and almost disappears in later stages.     

POSSIBLE CONTRIBUTION OF A TROPICAL CYCLONE TO SHORT-TERM CLIMATE ANOMALIES IN EAST ASIA VIA SNOW COVER ON THE TIBETAN PLATEAU

Snow cover on the Tibetan Plateau (TP) has been shown to be essential for the East Asian summer monsoon. In this paper, we demonstrate that tropical cyclone (TC) 04B (1999) in the northern Indian Ocean, which made landfall during the autumn of 1999, may have contributed to climate anomalies over East Asia during the following spring and summer by increasing snow cover on the TP. Observations indicate that snow cover on the TP increased markedly after TC 04B (1999) made landfall in October of 1999. Sensitivity experiments, in which the TC was removed from a numerical model simulation of the initial field, verified that TC 04B (1999) affected the distribution as well as increased the amount of snow on the TP. In addition, the short-term numerical modeling of the climate over the region showed that the positive snow cover anomaly induced negative surface temperature, negative sensible heat flux, positive latent heat flux, and positive soil temperature anomalies over the central and southern TP during the following spring and summer. These climate anomalies over the TP were associated with positive (negative) summer precipitation anomalies over the Yangtze River valley (along the southeastern coast of China).     

青藏高原积雪与亚洲季风环流年代际变化的关系

利用高原测站的月平均雪深资料和NCEP／NCAR再分析资料，分析了20世纪70年代末以来，青藏高原积雪的显著增多与亚洲季风环流转变的联系。研究表明，高原南侧冬春季西风的增强及西风扰动的活跃是造成青藏高原冬春积雪显著增多的主要原因，高原积雪的增多与亚洲夏季风的减弱均是亚洲季风环流转变的结果；20世纪70年代末以来，夏季华东降水的增多、华南降水的减少及华北的干旱化与青藏高原冬春积雪增多及东亚夏季风的减弱是基本同步的，高原冬春积雪与华东夏季降水的正相关、与华北及华南夏季降水的负相关主要是建立在年代际时间尺度上，因此，高原积雪与我国夏季降水关系的研究应以亚洲季风环流的年代际变化为背景。     

A Modeling Study of the Effects of Anomalous Snow Cover over the Tibetan Plateau upon the South Asian Summer Monsoon

The effect of anomalous snow cover over the Tibetan Plateau upon the South Asian summer monsoon is investigated by numerical simulations using the NCAR regional climate model (RegCM2) into which gravity wave drag has been introduced. The simulations adopt relatively realistic snow mass forcings based on Scanning Multi-channel Microwave Radiometer (SNINIR) pentad snow depth data. The physical mechanism and spatial structure of the sensitivity of the South Asian early summer monsoon to snow cover anomaly over the Tibetan Plateau are revealed. The main results are summarized as follows. The heavier than normal snow cover over the Plateau can obviously reduce the shortwave radiation absorbed by surface through the albedo effect, which is compensated by weaker upward sensible heat flux associated with colder surface temperature, whereas the effects of snow melting and evaporation are relatively smaller.The anomalies of surface heat fluxes can last until June and become unobvious in July. The decrease of the Plateau surface temperature caused by heavier snow cover reaches its maximum value from late April to early May. The atmospheric cooling in the mid-upper troposphere over the Plateau and its surrounding areas is most obvious in May and can keep a fairly strong intensity in June. In contrast, there is warming to the south of the Plateau in the mid-lower troposphere from April to June with a maximum value in May.The heavier snow cover over the Plateau can reduce the intensity of the South Asian summer monsoon and rainfall to some extent, but this influence is only obvious in early summer and almost disappears in later stages.