黄土高原陆面水分的凝结现象及收支特征试验研究

中国黄土高原是全球独特的地理区域,其陆面水分过程比较特殊。利用黄土高原陆面过程试验研究(LOPEX)的陇中黄土高原定西陆面过程综合观测站的资料,分析了陆面水分凝结现象及其出现频率与局地微气象条件的关系,研究了露水(霜)量及其出现频率的季节分布特征以及受降水和天气阴、晴的影响规律。同时,对比分析了降水、露水、雾水和土壤吸附水对陆面水分的贡献率,讨论了涡动相关法、蒸渗计和蒸发皿观测的陆面蒸发量的差别及其与陆面水分来源的年平衡关系,给出了半干旱区陆面水分平衡的日循环特征。发现露水对风速、大气湿度、近地层温度梯度的依赖很强,一般在风速为1.5 m/s、相对湿度大于80%和逆温强度为0.25℃的情况下露水(霜)量最大;刚降水后的晴天露水量比较大;实际蒸散量与蒸发力的差距十分明显,陆面水分平衡特征表现为一个"呼吸"过程。     

Why does the Antarctic Peninsula Warm in climate simulations?

The Antarctic Peninsula has warmed significantly since the 1950s. This pronounced and isolated warming trend is collectively captured by 29 twentieth-century climate hindcasts participating in the version 3 Coupled Model Intercomparison Project. To understand the factors driving warming trends in the hindcasts, we examine trends in Peninsula region’s atmospheric heat budget in every simulation. We find that atmospheric latent heat release increases in nearly all hindcasts. These increases are generally anthropogenic in origin, and account for about 60% of the ensemble-mean warming trend in the Peninsula. They are driven primarily by well-understood features of the anthropogenic intensification of global hydrological cycle. As sea surface temperature increases, moisture contained in atmospheric flows increases. When such flows are forced to ascend the Peninsula’s topography, enhanced local latent heat release results. The mechanism driving the warming of the Antarctic Peninsula is therefore clear in the models. Evidence for a similar mechanism operating in the real world is seen in the increasing snow accumulation rates inferred from ice cores drilled in the Peninsula. However, the relative importance of this mechanism and other processes previously identified as potentially causing the observed warming, such as the recent sea ice retreat in the Bellingshausen Sea, is difficult to assess. Thus the relevance of the simulated warming mechanism to the observed warming is unclear, in spite of its robustness in the models.     

下垫面对WRF模式模拟黑河流域区域气候精度影响研究

利用高精度的土地覆盖、土壤质地类型和地形高度值替换了天气研究和预报模式Weather Research and Forecasting Model(WRF)中的相关数据,通过数值模式试验检验了下垫面数据对WRF模拟精度的影响。同时,通过与黑河综合遥感联合试验中7个测站观测数据的比较,以平均误差、均方根误差和相关系数为指标,分析了WRF模式下垫面数据改变对近地表气象要素的模拟精度的影响。结果表明:(1)WRF模式本身的地形高度信息在黑河流域上游地区有较大误差,造成了一定的模拟误差。而使用高精度的下垫面数据可以提高WRF模式在黑河流域上游复杂区域的模拟能力;(2)2m气温除了随地形高度递减外,还受土壤质地和土地覆盖小幅度影响,而且进行地形订正后的2m气温与2m湿度的模拟在下垫面为水体的区域对比强烈,因此为模式提供准确的水体分布信息也至关重要;(3)2m气温和湿度等要素的模拟差异值与地形高度资料的差异呈负相关,而降雨量的差异与地形高度差异呈微弱的正相关,与土壤质地差异和土地覆盖差异的相关性也比较弱。     

青藏高原地区不同下垫面陆面过程的数值模拟研究

利用陆面过程模式Common Land Model(CoLM),选取青藏高原上3个不同下垫面观测站(藏东南站、纳木错站和珠峰站)的观测资料,对这3个野外观测站进行了单点数值模拟试验。根据3个测站的试验数据,对模式中土壤孔隙度和饱和导水率进行了优化,针对青藏高原地区土壤层薄的特点,对模式中土壤分层方案进行了调整。结果表明,调整分层方案后的CoLM模式对3个测站土壤湿度的模拟性能较原分层方案有明显提高,平均偏差均减小0.014以上。但是与观测值相比,藏东南站土壤湿度的模拟整体偏低,纳木错站和珠峰站则整体偏高。对土壤温度而言,3个测站模拟与观测的相关系数都达到了0.9以上,珠峰站偏差较大,调整分层方案后模拟的偏差有一定的改进。模式较好地模拟了3个测站的净辐射、感热通量和潜热通量的日变化和季节变化情况,调整分层方案后潜热通量的改进最为明显。     

黄河源区生态环境变化对湖泊效应影响的数值模拟

利用中尺度气象模式WRF,设计了陆地生态环境好转、维持现状和退化3种情境下的模拟试验,分析了夏季黄河上游鄂陵湖湖泊效应的特征和生态环境变化对该湖泊效应的影响。结果表明,夏季晴天中午至傍晚,鄂陵湖有显著的湖风环流;白天湖面感热和潜热较小,昼(夜)表现出明显的冷(暖)湖效应;湖区低层全天呈现出"湿岛"效应;受湖风作用影响,环湖陆上白天形成"湿墙"和感热高值区;随着陆地生态环境由好转到退化,湖风环流加强,环湖"湿墙"增高,湖陆边界层高度差增大,陆面感热和潜热变化显著大于湖面;陆面边界层中下部的气温和比湿主要受下垫面影响,环境退化后分别升高和减小,而在边界层顶部由于受湖风环流的作用,两者变化趋势与中下部相反。     

近50年疏勒河流域山区的气候变化及其对出山径流的影响

利用祁连山区水文站和气象站的观测数据,分析了近50年河西走廊西部疏勒河流域山区的气候变化及其对出山径流的影响。结果表明,受全球变暖的影响,疏勒河山区气候持续向暖湿转化,且各季气温均呈持续的上升趋势,山区降水量总体上亦呈增加趋势,年际波动比较剧烈。在各季降水量中,除夏季外其他各季降水量的增加比较显著,海拔3 000m以上中高山地带夏季降水量变化不大,3 000m以下中低山地带夏季降水量略有减少。受山区降水,尤其是3 000m以下中低山地带的降水量显著增加与气温上升所引起的冰雪融水补给的影响,疏勒河出山径流呈持续的增加趋势。由于夏季降水量并未增加,在年径流总量中所占比重最大的夏季径流量的增加主要是由于气温上升所引起的冰雪融水补给的增加所致。     

不同平均时间对LOPEX10资料涡动相关湍流通量计算结果影响的探讨

通过处理涡动相关系统观测的近地层湍流脉动量可以获取地—气间感热和潜热通量,然而选择不同平均时间对通量计算的结果有较大影响。采用黄土高原陆面过程野外观测试验(LOPEX10)期间获得的涡动相关系统观测资料,分析了不同平均时间对湍流通量计算的影响,并采用雷诺平均和分解方法推导了平均时间引起的通量差值的数学表达式(Flux Compensation,FC)。结果表明:(1)FC公式可以说明采用不同平均时间数据之间的关系,也可以直接计算低频涡旋对湍流通量的贡献。FC公式计算的结果与直接计算的不同平均时间通量计算之差的相关系数在0.95以上,并可以确定计算湍流通量的最佳平均时间。(2)通过采用Ogive函数确定了计算LOPEX10期间通量的最佳平均时间长度为30min,印证了利用雷诺平均和分解方法计算湍流通量补偿的准确性。(3)通过进一步的数学变换,证明了平均时间对湍流通量计算的影响直接与湍流低频变化相关,FC公式可以用来确定涡动相关观测数据的最佳平均时间,并且在获得较高时间分辨率的湍流通量数据的同时,补偿因平均时间过短而遗漏的低频信息。     

东北冷涡活动的季节内振荡特征及其影响

东北冷涡是造成我国东北地区低温冷害、持续性阴雨和突发性强对流的重要天气系统.利用1979～2009年NCEP/NCAR逐日再分析资料和中国气象科学研究院提供的中国区域高分辨率格点降水资料,定义了一个客观描述东北冷涡活动的指数 (NECVI),并基于该指数分析了东北冷涡活动的低频特征及其与相关环流和降水的关系.结果表明,东北冷涡活动具有显著的10～30天振荡周期.与东北冷涡活动相关的大气环流的10～30天振荡和我国东部夏季降水异常具有明显的锁相关系,对雨带的位置起着重要的调制作用,在东北冷涡及其相关低频环流由西北向东南的移动过程中,我国东部也经历一次由北至南的降水过程.本文还进一步讨论了东北冷涡的低频活动与中高纬大气环流遥相关型的关系.与东北冷涡相联系的低频环流是夏季低频欧亚 (EU) 型遥相关波列的一部分,低频欧亚型 (EU型) 与东亚/太平型 (EAP型) 遥相关波列在东亚地区交汇,并通过波列之间的相互作用影响东北冷涡低频系统的移向和移速,进而影响中国东部降水的位置与维持时间.因而前期EU型和EAP型低频波列的发展情况可能预示着后期中国东部各个区域降水的演变.本文研究结果将为提高我国东部强降水的1～2周延伸期天气预报提供参考.     

淮北地区2010年4月异常低温气候特征及成因分析

利用1961—2010年NCEP/NCAR再分析资料和4月淮北地区气温资料,用累积距平(CA)法、合成分析法对淮北地区气温的时空分布特征以及2010年4月淮北地区持续冷气候背景进行分析。文章分析了淮北地区4月冷、暖年的大气环流异常及要素场的空间分布特征。结果表明:淮北地区4月气温的年代际变化特征明显,在1990年前后发生了突变。贝加尔湖南部,100°E以东的华北地区中低层的冷空气活动与淮北地区4月气温高低存在很好的相关性,该地中低层冷空气强(弱),淮北地区4月气温低(高)。冷暖年,乌拉尔山暖脊、东亚大槽、西伯利亚高压等差异显著,说明以上是影响淮北地区4月气温异常的关键系统。另据分析,El Nino与淮北地区4月气温异常也具有很好的相关性。     

连云港市暴雨天气形势分析

用连云港市7个气象观测站的常规观测资料,对1971-2008年的38 a中29次区域性暴雨天气过程进行数理统计,对连云港市的暴雨天气变化趋势进行探讨,连云港市暴雨天气主要发生在6-9月,7-8月次数最多,占总数79％,雨量极值出现在西连岛站,暴雨日数及雨量极值趋于增大且趋势比较明显.同时,对全市区域性暴雨天气的高空影响系统进行了分类,划分为4种类型:台风减弱型、低压型、横槽类型、低槽类型,各类型几乎各占总暴雨数的1/4.