基于TRMM数据的青藏高原降水的空间和季节分布特征

庞大的青藏高原不仅影响其周围的气候,也影响整个亚洲甚或全球的气候,而且本身还形成了独特的高原气候。但高原上气象观测站点极为稀少,降水资料奇缺,难以完整、深刻地认识高原降水的时空分布格局。选用热带降雨测量计划卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)3B43月尺度降水率数据,并根据114个气象站点数据与TRMM数据的差额和克里格球形插值模型对原数据进行了修正,克服了原数据低值高估、高值低估的问题,并以此分析了青藏高原1998~2011年的多年平均降水的空间格局与季节分布特征。研究结果证实了青藏高原降水的空间格局呈现自东南向西北递减、自南向北逐渐减少的基本分布规律,包括喜马拉雅山北坡雨影区、高原西北部"寒旱核心"的存在;还发现了一些新的规律,包括阿里喀喇昆仑山少雨区、高原腹地相对湿润区、横断山脉中心相对干旱区等。高原降水的季节分配不均匀,其中,西、北部春(3~5月)、秋(9~11月)和冬(12~2月)的降水占全年降水比例均为20%~30%,夏季(6~8月)降水稍多,比例为30%~40%;东南部降水主要集中在夏季,比例高达40%~60%,春、秋降水比例为20%~30%,冬季降水比例低于10%。     

西北地区东部汛期降水季节内分布特征分析

基于西北地区东部1961-2015年54个台站汛期（5~9月）逐日降水资料,通过表征时间分配特征的参数-降水集中度和集中期,对西北地区东部5~9月逐旬降水的季节内非均匀性分布特征进行分析,结果表明：西北地区东部5~9月降水集中度和集中期的平均空间分布存在明显差异,从集中度来看,其东北部降水较集中,西南部较分散,而集中期主要在7月中旬到8月上旬,相比较甘肃陇东地区集中期较晚;从降水集中度与集中期的异常特征来看,第一模态均表现为全区一致性,第二模态均表现西北和东南反向变化特征,而集中度第三模态表现为东北和西南反向变化特征,集中期第三模态表现为东西反向变化特征;从降水集中度与集中期的变化趋势来看,近50 a来降水集中度越来越小,而降水集中期越来越早;另外从汛期降水量同同期降水集中度与集中期的关系来看,其与两者均存在正相关,其中集中度与降水的显著相关区在内蒙古西部以及陕西和宁夏北部,而集中期与降水的显著相关区在陕西和甘肃南部。另外利用前期大气环流指数对降水集中度和集中期建立的预报模型具有一定的预测能力,从而为西北东部汛期降水的季节内非均匀性分布特征的短期气候预测提供参考依据。     

夏季风期间青藏高原地形对降水的影响

利用高分辨率的3″数字高程模型资料,青藏高原东部102个常规气象观测站5~10月份的降水资料,采用多元逐步回归的方法,分类建立青藏高原雨季逐月降水量和6个地理、地形因子间关系模型,估算青藏高原地区雨季降水量空间分布。结果表明,以此方法建立的青藏高原降水量与诸因子间方程的相关性显著, 通过置信度0.95 的检验,相对误差在20%内;受季风影响,高原东部地区降水呈现出南北差异,降水高值中心也出现北进-东移-南撤的分布特征,反映了季风水汽输送规律;地理因子、高度及局地地形因子对降水的空间分布的影响有很大差异。     

近42 年来青藏高原年内降水时空不均匀性特征分析

根据青藏高原1967-2008 年逐日站点降水资料,定义了高原降水集中度(PCD) 和集中期(PCP)。并运用EOF、相关分析等方法分析高原PCD和PCP的时空分布特征、PCD与高原强降水的关系以及PCP前期强影响信号。结果表明：高原大部分地区PCD处于0.4~0.8 之间,PCP则处于36~41 候之间。高原PCD以全区一致型的空间分布为主;而PCP 则以南北反向型分布为主,全区一致型分布次之。整个高原PCD均呈减弱趋势,而PCP均表现为提前特征。除高原南侧个别地区,高原PCD 无论与高原强降水日数还是强降水量均呈显著正相关。同时,高原南北部PCP对应的水汽输送存在显著差异, 高原南部PCP主要受孟加拉湾季风爆发的影响。     

青藏高原气温空间分布规律及其生态意义

作为世界第三极的青藏高原,其巨大的块体产生了显著的夏季增温作用,对亚洲乃至全球气候都具有重大影响。但由于高原自然条件严酷,山区气象观测台站很少,气象资料极度匮乏;如果依靠台站数据进行空间插值获得高原气温的空间分布数据,会由于插值点过少而产生较大误差并可能掩盖一些空间信息,因而难以全面反映高原气温的空间分布规律。利用基于MODIS地表温度数据估算的青藏高原气温数据,详细分析各月气温及重要等温线的空间分布格局,并结合林线和雪线数据,初步探讨了高原气温空间分布格局对高原地理生态格局的重要影响。研究表明：① 等温线的海拔高度自高原东北部、东部边缘向内部逐渐升高,等温线在高原内部比东部边缘高500~2000 m,表明相同海拔高度上气温自边缘向高原内部逐渐升高。② 高原西北部的羌塘高原、可可西里为高原的寒冷区,全年有7个月的气温低于0 ℃,3~4个月的气温低于-10 ℃;青藏高原南部（喜马拉雅山北坡—冈底斯山南坡）和中部（冈底斯山北坡—唐古拉山南坡）是高原的温暖区,全年有5个月的气温能达到5~10 ℃,有3个月的气温能超过10 ℃,尤其是拉萨—林芝—左贡一带在3500~4000 m以下的地区最冷月均温也能高于0 ℃。③ 北半球最高雪线和林线分别分布于高原的西南部和东南部,表明高原气温空间分布特征对本地的地理生态格局具有重要影响。     

中国西北极端降水事件年内非均匀性特征分析

 基于中国西北五省（区）1960—2004年112个台站逐日降水资料,根据百分位值方法定义了不同台站的极端降水阈值,引入了表征时间分配特征的新参数——极端降水事件集中度和集中期,对中国西北极端降水事件的年内非均匀性特征进行了分析,结果表明：西北年极端降水事件集中度及集中期的平均和异常空间分布都存在很大的区域差异,并且其异常空间分布均可分为6个关键区;而从时间演变来看,各个关键区年极端降水事件的集中度与集中期均表现出了显著的年代际振荡特征,但各分区年代际变化特征并不一致;另外西北东、西部年极端降水事件集中度与集中期表现出反向的变化趋势。     

青藏高原黑碳气溶胶外源传输及气候效应模拟研究进展与展望

青藏高原毗邻全球大气污染物排放增长最快速的地区,受西风和南亚季风的影响,中亚、南亚等高原周边排放的污染物通过大气环流传输,进入高原并对其气候环境产生重要影响。观测事实表明：近几十年青藏高原东部和南部雪冰中黑碳含量呈显著上升趋势,这可能导致冰川加速融化和积雪持续时间缩短,最终影响青藏高原的水循环过程。前人对青藏高原黑碳的外源输送,特别是南亚大气污染物的贡献及其对高原气候、冰冻圈变化的影响,还没有较清晰和统一的认识。青藏高原污染物定点监测网络的发展及高分辨率区域气候—大气化学模式的应用,为定量评估高原污染物外源输送及气候效应提供了契机。本文在国家自然科学基金青年科学基金项目“南亚黑碳气溶胶跨境传输及其对青藏高原气候影响的数值模拟研究”的资助下,在以下三个方面取得了进展：①系统性论证了高分辨率区域气候—大气化学模式在高原的适用性,模拟了青藏高原及周边区域黑碳时空分布、传输和沉降过程;②揭示了污染物扩散的机制,评估了大气黑碳的气候及雪冰效应,并对比了自然源粉尘和人为源黑碳对青藏高原气候的影响;③定量估算了不同区域排放对高原黑碳外源输送的贡献率,其中来自南亚的黑碳对青藏高原外源输送的贡献率最高,在非季风期为61.3%,季风期为19.4%。本文揭示了外源输送黑碳对青藏高原气候的影响,为提高一带一路核心区冰冻圈与水资源的管理及预测能力,制定应对环境变化策略及国家气候外交谈判提供科学依据。     

青藏高原的主要环境效应

作为地球的"第三极",青藏高原越来越受到世界的关注,本文就青藏高原的环境效应问题进行了研究和探讨.青藏高原的隆起和抬升,形成了其自身独特的自然环境特征,促成了独特的高原季风系统,造就了中国现代季风格局,影响着全球气候的变化和亚洲植被格局的分布,导技致了亚洲干旱地带的北移和植被地带的不对称分布,形成了世界上著名的高原地带性植被格局.对中国东部、西北干旱区、亚洲的气候和植被格局乃至全球气候变化都具有深刻的影响.     

陇东南地区短历时降水特征及其分布规律

本文使用1971-2000年的自动站逐日降水资料和2009-2010年的区域站逐时降水资料,研究了陇东南地区短历时降水的特征及其分布。研究发现4-9月是一年降水的主要时段,占到了80%以上,空间分布上从西北向东南迅速增大,离高原近的地区高低值中心较多,可能是因为高原季风和高原地形的影响更大;随持续时间的增加,峰值呈现出了反位相分布,并且振幅逐渐减弱;短历时降水无论是频数还是对降水的贡献都占了很大比例,有40.3%的降水事件属于短历时降水,甚至有部分测站短历时降水的贡献超过了90%,表明短历时降水是研究地区的一种重要降水形式;在短历时降水量构成中有19.4%的降水由短历时强降水产生,表明短历时强降水是短历时降水的重要组成部分;短历时强降水傍晚达到最大,此外还有一个次峰值是在午夜时分;用新定义的概念计算了研究地区的集中期和集中度分布,发现集中度普遍较大,基本在0.6以上,主要集中在7-8月,进一步印证了“七下八上”的主汛期。     

青藏高原风季大风集中期、集中度及环流特征

利用青藏高原气象台站逐日最大风速数据和JRA-55再分析资料，通过引入集中期和集中度的概念，分析了1971-2012年高原大风在风季的分布形态及其环流背景。结果表明：青藏高原的大风天气在春季（3-5月）最多，在夏末秋初（8-10月）最少。1971-2012年，大风日数以14 d/10a的速度减少，同时大风日数的年较差也在缩小。大风集中期随纬度增大而延后，并且在近42年大体呈提前的趋势，从3月底4月初提前至2月底3月初。大风集中度则有增大的趋势，并取决于大风日数，大风日数越多，集中度越低。高原大风集中期受到急流系统经向位移的制约，2月和3月北非和西亚地区的副热带急流以及4月中层西风带偏南时，伴随着副热带气压偏低，青藏高原春季大风天气偏多，大风集中期偏晚。反之，大风天气偏少，集中期偏早。大风集中度的大小则与中亚和高原地区2-4月副热带急流强度有关，2月和4月副热带急流偏弱、3月急流偏强时，大风日数集中在3月，集中度较高。反之，集中度较低。春季（3月）高原大风天气是冷、暖空气系统共同作用的结果，高原东部的大风天气多受北方冷空气系统影响，高原西部的大风天气多受南方暖空气系统影响、以西南风为主。     

印度洋偶极子中的西极子对西藏高原盛夏降水的影响

利用西藏高原地区1987-2016年的逐月夏季降水资料和印度洋偶极子指数资料分析了两者的关系,结果表明：高原地区盛夏降水与表征西印度洋异常海温的西极子指数表现出良好的相关关系,在西极子指数正异常年时高原降水偏多10%~30%,其中高原中部偏多最为显著,而在负异常年时与之相反。分析其机理研究发现,在正西极子异常年,南海和西太暖池区域的深对流加强、西太副高偏西偏南和印度热低压的减弱使得来自热带的水汽更容易深入高原腹地,其次,南亚高压东体异常增强,配合低空异常辐合,都使得高原降水偏多。同时,高原上空局地纬圈环流在高原中部（90 °E附近）上空（400 hPa以上）有异常辐合上升区,使得高原中部更容易发展暖湿切变线、高原低涡等中尺度涡旋低值系统,造成更多的降水。本研究从高原气候变化响应海洋年际变化的角度分析了区域降水的季节差异,可以为高原气候预测提供新的思路。     

1796—2015年成都雨季降水量序列重建与特征分析

利用清代雨雪分寸记录和现代器测资料,重建了成都1796—2015年分辨率为年的雨季降水量序列。结果表明,过去220 a间成都的平均雨季降水量为838 mm,19世纪20~40年代、80年代到20世纪10年代、20世纪30~40年代降水偏多,19世纪初到20年代、50~70年代、20世纪20年代、50年代到21世纪初降水偏少,并在1879—1880年发生了由少到多的明显突变;降水最多的10 a为1832年、1896年、1898年、1899年、1903年、1907年、1915年、1921年、1937年和1947年,最少的10 a为1814年、1838年、1865年、1868年、1869年、1872年、1930年、1939年、1970年和2002年。成都雨季降水量存在显著的50~75 a周期,和太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation, PDO)指数在50~70 a信号上存在较强的负相关,且与上一年冬季至当年秋季北印度洋的全球海表温度（SST）及当年夏秋季赤道太平洋的SST也存在较强的负相关,SST偏暖（冷）时,雨季降水量往往偏少（多）。     

青藏高原大气水汽收支特征及影响

Based on 1961-2000 NCEP/NCAR monthly mean reanalysis datasets, vapor transfer and hydrological budget over the Tibetan Plateau are investigated. The Plateau is a vapor sink all the year round. In summer, vapor is convergent in lower levels (from surface to 500 hPa) and divergent in upper levels (from 400 to 300 hPa), with 450 hPa referred to as level of non-divergence. Two levels have different hydrologic budget signatures: the budget is negative at the upper levels from February to November, i.e., vapor transfers from the upper levels over the plateau; as to the lower, the negative (positive) budget occurs during the winter (summer) half year. Evidence also indicates that Tibetan Plateau is a "vapor transition belt", vapor from the south and the west is transferred from lower to upper levels there in summer, which will affect surrounding regions, including eastern China, especially, the middle and lower reaches of the Yangtze. Vapor transfer exerts significant influence on precipitation in summertime months. Vapor transferred from the upper layers helps humidify eastern China, with coefficient -0.3 of the upper budget to the precipitation over the middle and lower reaches of the Yangtze (MLRY); also, vapor transferred from east side (27.5°-32.5°N) of the upper level has remarkable relationship with precipitation, the coefficient being 0.41. The convergence of the lower level vapor has great effects on the local precipitation over the plateau, with coefficient reaching 0.44, and the vapor passage affects the advance and retreat of the rainbelt. In general, atmospheric hydrologic budget and vapor transfer over the plateau have noticeable effects on precipitation of the target region as well as the ambient areas.     

中国西部及邻区现代年降水时空分布初步研究

传统上认为中国东部、西南以及青藏高原南部的降水主要受亚洲夏季风的控制,以夏季降水为主;而青藏高原北部以及新疆受西风带的影响,以冬、春季降水为主。最近一些地质记录和数值模拟结果显示,在万年时间尺度上新疆降水在地质历史时期的间冰期增加,和亚洲季风区类似。用TRMM 3B43降雨数据和气象台站观测降水数据,研究了中国西部及邻区现代年降水的时空分布。研究结果显示现代中国西部地区以夏季降水为主,中国边境线以西的中亚干旱区(介于25°⁴5°N,58°45°N,58°⁷0°E之间)以冬、春季降水为主。中国新疆的降水模式不同于西风带影响区,但其降水也不全是亚洲夏季风带来的。     

藏南羊卓雍错沉积物元素地球化学记录的过去2000年环境变化

以青藏高原南部的羊卓雍错（简称羊湖）沉积岩芯为研究对象,以较可靠的年代数据（ ²¹⁰Pb和AMS ¹⁴C交叉定年）为框架,基于高分辨率的元素地球化学记录,通过数理统计分析方法提取环境信息,结合粒度和磁化率,重建该地区过去2000年来的环境变化。结果显示,该区黑暗时代冷期（DCAP）和小冰期（LIA）气候较为寒冷,降水量较高;而中世纪暖期（MWP）和现代暖期（CWP）气候较为温暖,降水量较低,气候具有冷湿—暖干的特征。其中,重建的温度显示,中世纪暖期的温暖程度似乎持平甚至超过20世纪暖期;小冰期期间可能存在一次百年尺度的温暖事件,而17世纪和18世纪可能是过去2000中最寒冷的一段时期。分析发现,过去2000年以来青藏高原南部存在着冷湿—暖干的气候模式;过去2000年青藏高原南部地区温度的变化可能主要受到太阳辐射的影响,而小冰期期间西风环流的南移和增强可能是导致区域降水增加的重要因素。另外,该时期羊湖的湖泊水位的变化受温度和降水共同控制：当温度降低,降水增加时,湖泊水位上升,反之亦然。     

40 kaBP来亚非季风演化趋势及青藏高原泛湖期

基于18个黄土/古土壤序列 (黄土高原与青藏高原) 与27个湖泊沉积序列 (青藏高原、新疆、云南与赤道非洲及其以北的非洲季风区) 对比分析了东亚季风区、印度季风区与非洲季风区40 ka以来的区域环境演变特征。结果显示：上述区域在对应岁差周期的高太阳辐射阶段,也就是40~24 kaBP与14~4 kaBP分别经历了一次环境湿润期,而在末次冰期最盛期,除中国云南、青藏高原及新疆部分地区外,其他地区则较为干燥。青藏高原及其北侧的新疆区,40~24 kaBP比14~4 kaBP气候更为湿润,湖泊呈现40 ka以来的最高最大湖面,高原进入一次泛湖期。而非洲区及黄土高原,则与此相反;14~4 kaBP气候比40~24 kaBP更为湿润、适宜,湖面更高,成壤作用更强。40~24 kaBP,印度季风强盛,加强了对高原的水汽与潜热输送,同时,由于北方冰盖的存在,西风气流则相对南移,增加了对高原的影响,两种气流交互作用引起的强降水,可能是造成湖泊显著扩张的主要原因。     

2000—2014年青藏高原植被净初级生产力时空变化及对气候变化的响应

青藏高原是全球气候变化最敏感的地区之一。计算青藏高原生态系统净初级生产力(Net Primary Productivity, NPP)对精确估算全球碳循环具有重要意义。基于CEVSA模型，利用M-K趋势检验法、Sen’s斜率估计法及Pearson相关系数法，分析了2000—2014年青藏高原生态系统的净初级生产力时空变化特征。结果表明：（1） 青藏高原高寒生态系统净初级生产力在空间分布上表现出由东南向西北减小的趋势，在东部及东南部的森林区NPP在600~1 200 gC·m^-2·a^-1之间，中部草原和草甸区NPP在200~400 gC·m^-2·a^-1之间，西部和北部荒漠区，受水热条件的限制NPP很小，该趋势与水热分布趋势基本一致。（2） NPP年际变化与多年平均气温呈正相关，与降水量呈负相关。NPP与气温呈正相关的地区面积占研究区总面积的82.24%，与降水量呈负相关的地区面积占49.31%，表明气温是影响植被NPP空间分布的主要因子。（3） 近15 a来，青藏高原 NPP整体呈增加趋势，与气温趋势变化一致，降水量表现出微弱的减少趋势，气温的增加伴随降水量的减少是青藏高原NPP缓慢增加的主要原因。因此，准确描述NPP对气候变化响应的能力将使我们能够深入理解陆地生态系统应对全球变化做出的反应。     

亚洲降水中δ18O沿不同水汽输送路径的变化

利用IAEA/WMO全球监测网和青藏高原的监测站,建立了由赤道地区经我国西南水汽通道至长江中下游的南方水汽输送路径、沿西风带自我国西部经华北至日本的北方水汽输送路径以及自南亚穿喜马拉雅山到我国青藏高原的水汽输送路径的取样剖面,比较了三条水汽路径在不同季节降水中啄18O的变化及其与温度、降水量的关系。沿南方水汽路径,低纬度地区取样站降水中平均啄18O的季节差异较小。沿北方水汽路径,郑州以西取样站平均啄18O的季节差均大于郑州以东的取样站。随着经度的增加,降水中平均啄18O的季节差减小。沿高原水汽路径,印度次大陆南部降水中的啄18O相对较高,随着纬度的增加,降水中啄18O逐渐减小。在翻越喜马拉雅山后,由于强烈的洗涤作用,降水中啄18O急剧下降。     

基于卫星遥感和再分析数据的青藏高原土壤湿度数据评估

土壤水是地表与大气在水热交换方面的关键纽带,是关键水循环要素,更是地表产汇流过程的关键控制因子。青藏高原是地球第三极,也是亚洲水塔,探讨青藏高原土壤水变化对于探讨青藏高原热力学特征变化及其对东亚乃至全球气候变化的影响具有重要意义,而获取高精度长序列大尺度土壤水数据集则是其关键。本文利用青藏高原100个土壤水站点观测数据,从多空间尺度（0.25°×0.25°,0.5°×0.5°,1°×1°）、多时间段（冻结和融化期）等角度,采用多评价指标（R、RMSE、Bias）,对多套遥感反演和同化数据（ECV、ERA-Interim、MERRA、Noah）进行全面评估。结果表明：① 除ERA外,其他数据均能反映青藏高原土壤水变化,且与降水量变化一致。而在那曲地区,遥感反演和同化数据均明显低估实测土壤水含量。从空间分布来看,MERRA和Noah与植被指数最为一致,可很好地反映土壤水空间变化特征;② 青藏高原大部分地区土壤水变化主要受降水影响,其中青藏高原西部边缘与喜马拉雅地区土壤水变化则受冰雪融水和降水的共同影响;③ 除阿里地区外,大部分遥感反演和同化数据在融化期与实测土壤水相关性高于冻结期,其中在那曲地区,遥感反演和同化数据均高估冻结期土壤含水量,却低估融化期土壤含水量。另外,遥感反演和同化数据对中大空间尺度土壤水的估计要好于对小空间尺度土壤水的估计。本研究为青藏高原土壤水研究的数据集选择提供重要理论依据。     

青藏高原东缘和邻区晚新生代泥石流活动规律及其成因

本文根据大量野外考察资料和室内测年数据 ,通过对晚新生代以来不同时段泥石流沉积物的分布特征研究 ,总结了青藏高原东部及华北地区第四纪泥石流活动的规律。认为晚新生代大规模的泥石流活动始于晚第三纪 ,晚上新世～早更新世泥石流活动主要中心集中在青藏高原东部边缘地区 ;中更新世是泥石流活动最活跃的时段 ;晚更新世位于大陆内部的秦岭北坡及陇南山地泥石流活动减弱 ,华北北京山区及太行山东麓泥石流活动加强。第四纪泥石流活动的规律性变化与青藏高原的阶段性隆起及亚洲季风的建立有关