青藏高原能量与水循环国际合作研究的进展与展望

青藏高原能量与水循环过程对我国、东亚乃至全球的天气和气候系统都有着非常重要的作用.1996年以来,在国家自然科学基金委员会、中国科学院、中国气象局等相关部门和日本政府的大力支持下,我们针对青藏高原能量和水循环过程的重要性,成功地开展了青藏高原尺度和藏北地区中尺度的"全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验研究"(GAME/Tibet)项目和"全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验研究"(CAMP/Tibet)项目近10余年的连续观测,取得了以往高原试验从未有过的大量极其珍贵的综合观测资料.而且在利用试验资料分析、卫星遥感及数值模拟等手段研究青藏高原能量与水循环方面取得大量的阶段性成果.介绍了青藏高原能量与水循环的研究进展及国际合作在项目执行过程中所起到的作用,同时介绍国际合作在吸纳境外研究资源及培养青年科技人才中所起的作用.最后提出了国际合作中存在的问题,并给出了相关的建议.     

青藏高原闪电活动的时空分布特征

利用卫星上携带的闪电探测仪所获取的8年闪电资料(1995～2002)对青藏高原闪电活动的时空分布以及高原季风期间闪电活动对地面热力学特征的响应进行了研究.结果表明,高原上的平均闪电密度为3fl·a-1·km-2,并在高原中部（32°N, 88°E）出现闪电密度峰值5.1fl·a-1·km-2.闪电活动主要发生在6～8月,并在6月下旬至7月中旬最为活跃.大部分地区的闪电活动日变化峰值出现在14:00～16:00 LT,在中西部的显著高山地区早于这一时刻,而在显著低海拔的塔里木和柴达木盆地晚于这一时刻.夏季季风期间高原上的闪电活动明显依赖于地表的热力学特征,并与地表鲍恩比和感热通量呈明显的线性正相关,相关系数分别为0.7和0.6,鲍恩比有可能作为调整闪电产生效率的量度.     

内蒙古半干旱草原下垫面地表辐射特征

中纬度半干旱草原是全球陆地生态系统的重要类型之一,也是我国北方主要的地表类型,为深入了解我国半干旱草原区陆面对大气的辐射强迫,选取锡林浩特国家气候观象台2010年的辐射观测资料,分析了内蒙古半干旱草原下垫面地表辐射平衡各分量、地表吸收辐射和有效辐射以及地表反照率的日变化和季节变化规律,并与西北典型干旱区作了对比分析。结果表明：半干旱草原区太阳总辐射季节变化特征非常明显,季节平均日积分值由大到小依次为夏季、春季、秋季、冬季,年总量为6 036.64 MJ/m²,与黑河地区绿洲接近,明显小于戈壁和沙漠下垫面的值;半干旱草原地表反射辐射年变化趋势较为复杂,在4～10月由于下垫面植被和土壤类型、湿度等的差异,半干旱草原地表反射辐射月平均值低于黑河地区草地和荒漠的值,但高于农田的值;地表吸收辐射季节变化规律与总辐射保持一致;大气长波辐射年总量为8 155.23 MJ/m²,低于黑河地区草地、荒漠和农田下垫面的值,主要是由于半干旱草原区地理纬度较高,全年平均气温较低造成的;在植被覆盖较好的6～9月,半干旱草原区地表长波辐射月总量为4 532.14 MJ/m²,低于黑河流域的荒漠区,而高于草地和农田的值;半干旱草原区地表有效辐射年总量为2 398.75 MJ/m²,小于黑河地区沙漠和戈壁下垫面而大于绿洲;半干旱草原区地表反照率年均值为0.35,均大于西北干旱区不同下垫面,主要由于半干旱草原区冬春季地表积雪覆盖时间明显长于干旱区,可见,地表积雪对反照率的影响非常大。     

陆面上总体输送系数研究进展

从陆面上总体输送系数的研究历程、计算方法和时空变化特征以及与地面各要素之间的依赖关系等几个方面,对该领域的研究工作进行了回顾和总结。在此基础上,探讨了该领域研究中存在的几点科学问题：①需要解决非均匀下垫面地表参数的计算和观测以及发展适用于非均匀下垫面的相似性理论等难题;②对我国湿润地区地表总体输送系数的研究需要加强;③能否对非均匀复杂下垫面陆气相互作用过程进行全面的认识,地表参数由“点”到“面”的推广是关键也是难题。最后对利用卫星遥感结合地面观测资料估算非均匀下垫面地表特征参数和能量通量的可行方法进行了讨论与展望。     

珠峰地区夏季大气边界层结构初步分析

利用中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站2007年7、 8月的部分无线电探空资料和风温廓线仪资料, 分析了珠峰地区夏季大气边界层结构. 结果表明: 珠峰地区夏季边界层高度日变化较大, 气温日变化明显. 下午和傍晚可能因为冰川风的存在, 多为偏南风, 风力相对较大. 珠峰地区风速时空变化较大, 特别是下午, 在上空大约1 800 m到2 300 m处风速多为随高度增大, 再往上又减小, 而且此处多为偏西风和偏东风. 这可能与大尺度的大气环流有关, 受地形和冰川影响相对小得多.     

黑河地区绿洲一沙漠环流的数值模拟研究

地气相互作用现象的研究对预测未来气候变化意义重大。黑河地区绿洲和沙漠戈壁地表间水热特性的强烈差异所引发的绿洲—沙漠中尺度环流 ,能够影响该区绿洲生态系统的维持和发展。利用中尺度数值模式RAMS成功地再现了黑河地区绿洲—沙漠环流 ,同时对环流出现时温、湿场的模拟分析表明 ,绿洲—沙漠环流的发生和发展直接依赖于非均匀下垫面热力场的差异 ,白天发展强盛 ,夜间作用小。环流作用能够保证绿洲—沙漠系统的物质和能量平衡 ,对沙漠戈壁环境中绿洲的维持十分重要     

卫星遥感结合地面资料对区域表面动量粗糙度的估算

利用地面湍流观测资料估算了黑河实验区几个典型下垫面的局地地表动量粗糙度，与卫星观测Landsat TM资料相结合得到了由标准化差值植被指数(NDVI)计算地表动量粗糙度的经验关系式，进而估算了实验区夏季和近冬季的地表粗糙度的区域分布，并对所得关系式进行了合理性检验。     

山谷城市的近地层大气湍流谱特征

山谷城市地区的大气湍流结构研究至今报道很少.本文根据兰州市一次观测实验,对各风速分量谱、温度谱以及动量和感热通量的协谱进行了分析.结果表明,尽管仪器的安装高度较低(6.45m),湍谱特征仍与平坦均匀下垫面得到的一些典型结果基本一致,从而认为,在类似地区进行湍流通量等的直接观测时,对观测高度和地点的选择,可以不必象一些文献要求的那样高.     

TURBULENCE STRUCTURE AND TRANSFER CHARACTERISTICS IN THE SURFACE LAYER OF HEIFE GOBI AREA

Based on the HEIFE 1988 and 1990 pilot observations,an analysis on the turbulence structure of Gobi surfacelayer,mainly on the similarity formulations of wind and temperature variances,the spectra and cospectracharacteristics,is presented.The phenomenon of downward water vapor flux over Gobi desert in daytime is confirmedin both observations,this and the well-known‘oasis effect’are two sides of a local mesoscale circulation.     

亚洲三大高原感热变化及其对中国天气气候协同影响研究进展

青藏高原、伊朗高原和蒙古高原属于亚洲高海拔地区,3个高原热力作用对同期和后期中国天气气候有重要影响。首先,介绍了3个高原地表感热时空变化特征,结果表明在全球变暖的背景下,3个高原地表感热经历了明显的年际和年代际变化,基本都在20世纪末到21世纪初出现年代际转折,之后探讨了它们之间地表感热可能存在的联系。其次,归纳总结了3个高原春季和夏季地表热力状况对中国天气气候的影响研究进展,结果显示：青藏高原感热对高原低涡的生成、发展和东移有重要作用,在适当的背景环流下会给中国东部地区带来暴雨天气;青藏高原和伊朗高原的“感热气泵”为亚洲季风区提供有利的大尺度上升背景场,而且这2个高原的热力协同作用对中国南方夏季降水的贡献要大于二者的线性叠加;青藏高原、伊朗高原和蒙古高原地表加热激发的次级环流下沉支与中国北方暖干化关系密切,且3个高原感热异常会引起其上空大气环流异常,通过大气遥相关调节中国北方天气气候。最后,在此基础上讨论了现有研究的不足,并对未来关于青藏高原、伊朗高原和蒙古高原感热的天气气候效应的研究进行了展望。