1960-2005年京津冀地区地表太阳辐射变化及成因分析

利用1960—2005年京津冀地区的地面太阳辐射资料,综合分析了该地区45年太阳辐射的分布状况和变化趋势,并结合云量、降水量、气溶胶光学厚度和大气含水量,分析了该地区太阳辐射的变化原因。结果表明:(1)京津冀地区的太阳辐射并没有出现20世纪80年代末到90年代中期的"变亮"现象;同期冬、春季总辐射下降,夏、秋季上升;(2)在1985—1997年间,依据总辐射变化情况,京津冀地区被分为截然相反的两个区域:东部地区总辐射增加,倾向率为1.016 MJ.m-2.mon-1.(10a)-1;西部地区总辐射减少,倾向率为10.092MJ.m-2.mon-1.(10a)-1;(3)总辐射增加的区域,主要是由于云量减少、降水量减少所伴随的日照时数增加以及气溶胶光学厚度降低所造成的;(4)总辐射减少的区域,云量、气溶胶光学厚度和降水量变化并不显著,总辐射持续减少。     

青藏高原地区云对地表净辐射的影响

利用１９８２年８月－１９８３年７月青藏高原地面热源观测实验资料，分析了云量，云状对地表净辐射的影响，计算了与云对地表净辐射强迫作用有关的参数。研究表明：地表净辐射是云量的线性函罢 ２对地表净辐射的影响有明显的季节性差异，在春季和夏季，云对地表净辐射的影响非常强烈，并且地表净辐射随云量的增多而减小，在秋季和冬季，云对地表净辐的影响较小，并且地表净辐射随云量的增多百增大。     

青藏高原地表温度的变化分析

利用青藏高原86个气象观测站建站～2001年历年各月地面0cm温度资料,在分析高原冬季、夏季和年平均地表温度基本气候特征的基础上,通过主成分分析、主值函数和功率谱分析等方法,对高原地表温度异常变化的空间结构和时间演变趋势作了诊断研究。结果表明：高原地表温度主要受海拔高度与纬度的影响,海拔越高温度越低,纬度越高温度越低。年平均温度最高值在雅鲁藏布江河谷的察隅为14．9℃;夏季平均温度最高值在柴达木盆地的格尔木为23．0℃。高原外围的南疆盆地南缘,川西温度更高,但其中心不在高原。高原地表温度最低值在中部的托托河、五道梁,年平均温度为-0．2℃,冬季更低,平均为～14．2～-15．8℃;夏季平均地表温度最低值在清水河为9．8℃,7月平均温度为10．7℃。高原地表温度第一载荷向量除南部小范围为负值外,大部分地方为一致的正值,即第一空间尺度表现为整体一致性;第二空间尺度有南正(负)北负(正)之差异。第一主分量在近30年中表现为明显的上升趋势,主要反映了高原主体偏北和东北部地区地表温度显著升温趋势,而第二主分量的缓慢下降说明高原中部和东南部地表温度呈下降趋势。代表站温度变化表现出准3年和准6年的周期振荡。铁路线北段和南段线性升温率较大,在0．42～0．58℃／10a之间;铁路线中段的高海拔地区升温率较小,为0．32～0．39℃／10a。     

青藏高原西部地表通量的年、日变化特征

利用青藏高原西部地区改则和狮泉河两个自动观测气象站1998年全年每天24个时次的风速、温度和湿度等梯度观测资料,采用湍流相似理论．计算了改则和狮泉河的动量通量、感热通量以及潜热通量。结果表明：改则和狮泉河两地的地表湍流通量都具有明显的季节变化和日变化,且其季节变化的相同点表现在感热通量均在5月份最大,1月份最小：而潜热通量均在8月份最大。不同点表现在改则的潜热通量在12月份最小,狮泉河1～5月平均潜热通量为负,以凝结为主,改则的月平均蒸发及全年的蒸发总量比狮泉河的要大。而其感热通量比后者的都小。日变化幅度随季节变化明显,表现在夏季地表通量的日变化幅度大,冬季要小得多。     

黑龙江省近40年太阳辐射变化分析

利用经验公式,插补了黑龙江省不完整的太阳辐射资料。分析了黑龙江省近４０ 年太阳辐射变化规律。初步认为,总云量的变化是影响黑龙江省太阳辐射变化的主要因子     

西藏近35年地表湿润指数变化特征及其影响因素

利用1971-2005年西藏25个气象站月平均最高气温、最低气温、风速、相对湿度、日照时数、降水量等资料,应用Penman-Monteith模犁计算了最大潜在蒸散、地表湿润指数,分析了其空间分布、年际变化特征及季节差异,并讨论了影响地表湿润指数变化的气象因子.研究表明:近35年,西藏年降水量表现为显著的增加趋势,增幅为15.0 mm/(10 a);年最大潜在蒸散呈不同程度的减小趋势,为-4.6--71.6 mm/(10 a).阿里地区西南部、聂拉木年地表湿润指数为不显著的减小趋势,其他各地均呈增大趋势,增幅为0.02-0.09.就西藏平均而言,年地表湿润指数以0.04/10 a的速率显著增大,尤其足近25年增幅更为明显.各季节地表湿润指数也表现为增大趋势,以夏季增幅最明显.20世纪70年代剑80年代主要表现为以低温低湿为主的年际变化特征,进入90年代后,气温持续升高,地表湿润指数明显增加,呈现山暖湿型的气候特征.降水量和相对湿度的明显增加,以及平均气温日较差的显著减小是地表湿润指数显著增加的主要原因,平均风速和日照时数的明显减少,在湿润指数增加趋势中也起着重要作用.     

近44年四川太阳辐射时空变化特征

利用四川144个气象站1971~2014年的逐月日照时数数据和四川6个辐射站的逐月太阳总辐射数据,以气候学模拟的方法,计算了四川144个气象站的逐月太阳总辐射值。基于44年四川太阳辐射的平均分布和EOF分析的第一模态,将四川分成3个区域,并研究了四川太阳辐射的时空变化。结果表明:(1)四川年太阳总辐射从东南往西北随海拔升高呈阶梯式增加,结合年太阳总辐射EOF第一模态可把四川分为3个区域,分别是川西高原、攀西地区和四川盆地;(2)川西高原年总辐射随时间呈先下降后趋于平稳的变化,攀西地区年总辐射随时间的变化是先下降后上升,四川盆地总辐射变化不大,有缓慢下降趋势;(3)20世纪70年代四川大部分地区太阳总辐射是正距平,80年代除川西高原和雅安地区外基本是负距平,90年代是负距平,2001~2014年除攀西地区外基本是负距平。     

近20年青藏高原云分布特征及云参数时空变化分析

准确估算云量是了解青藏高原云参数时空特征的基础。通过相关分析、回归分析、趋势分析方法,分析了近21年来青藏高原云分布的动态变化。利用MODIS云量日产品（MOD08＿D3）数据和ERA5再分析资料,分析了青藏高原不同阶段云量分布和云参数的时空特征。结果表明,高云区云量中心位于墨脱县（77.3%）,林芝（72.5%）地区云量最大,青藏高原日平均云量在过去21年间减少了0.04%。季节分布上,夏季出现水云的概率最高（31.7%）,春季出现冰云的概率最高（26.5%）。每年出现的冰云比水云高2%左右。在全球变暖背景下,青藏高原上空水汽含量呈减少趋势,云水含量呈逐渐增加趋势。年平均云水含量比大气总水汽含量高约0.01 cm,云水总含量增加约0.04 cm。本研究为理解云水资源对全球气候变化和青藏高原地区水循环的影响提供了依据。     

青藏高原东北部MODIS地表温度重建及其与气温对比分析

通过遥感获取地表温度(地温,LST)可以弥补气象站LST数据局地性的不足.但受某些因素影响,遥感LST影像存在噪音像元,影响了LST数据的应用.本文提出了一种基于高程-温度回归关系的空间重建算法,对2008年青藏高原MODIS LST影像异常低值像元进行了重建,得到空间完整的LST时间序列.分别将原始LST和重建LST...     

基于多种资料的青藏高原地表感热的对比分析

青藏高原地表感热通量是高原热源的主要分量之一,对高原局地天气系统、我国天气气候以及亚洲季风等都有着重要影响。选取1980～2016年青藏高原的站点资料和ERA-Interim、NCEP1、NCEP2再分析资料,计算高原地表感热通量的分布状况和时间变化特征并对不同资料得到的结果进行比较分析,结果表明:4种资料在夏季的空间分布、年际变化,高原中部的年际变化,以及长期变化趋势上具有较好的一致性,其中ERA-Interim感热资料较优于其他两种再分析资料。青藏高原的地表感热通量分布呈西高东低的特征,年均最大值出现在柴达木盆地,最小值位于贡山;区域平均值春季最大,冬季最小。感热逐月变化呈单峰型分布,不同分区的年际变化均在2001年或2003年由减弱趋势转变为增强趋势。      

The impact of surface properties on downward surface shortwave radiation over the Tibetan Plateau

The complexity of inhomogeneous surface–atmosphere radiation transfer is one of the foremost problems in the field of atmospheric physics and atmospheric radiation. To date, the influence of surface properties on shortwave radiation has not been well studied. The daily downward surface shortwave radiation of the latest FLASHFlux/CERES(Fast Longwave And Shortwave Fluxes Time Interpolated and Spatially Averaged/Clouds and the Earth's Radiant Energy System) satellite data was evaluated against in situ data. The comparison indicated that the differences between the two data sets are unstable and large over rugged terrain compared with relatively flat terrain, and the mean absolute error of the satellite products reaches 31.4 W m-2(12.3%) over rugged terrain. Based on the SSF(single satellite footprint)/CERES product, the influence of surface properties on the distribution of downward surface shortwave radiation(DSSR) was analyzed. The influence of surface properties on DSSR over the Tibetan Plateau is about twice as large as that in two other regions located at the same latitude(eastern China–western Pacific and subtropical North Pacific). A simulation was carried out with the help of the I3RC(International Intercomparision of Three-Dimensional Radiation Code) Monte Carlo 3D radiative transfer community model. The results showed that DSSR increases as surface albedo increases. Moreover, the impact of surface albedo on DSSR is larger if the spatial distribution of clouds is more non-uniform. It is hoped that these results will contribute to the development of 3D radiative transfer models and the improvement of satellite inversion algorithms.     

Study of distinctive regional features of surface solar radiation in North and East China

Solar radiation is an important energy source for plants on the earth and also a major component of the global energy balance. Variations in solar radiation incident at the earth’s surface profoundly affect the human and terrestrial environment, including the climate change. To provide useful information for predicting the future climate change in China, distinctive regional features in spatial and temporal variations of the surface solar radiation (SSR) and corresponding attributions (such as cloud and aer...     

Simulating Aerosol Optical Depth and Direct Radiative Effects over the Tibetan Plateau with a High-Resolution CAS FGOALS-f3 Model

Current global climate models cannot resolve the complex topography over the Tibetan Plateau (TP) due to their coarse resolution. This study investigates the impacts of horizontal resolution on simulating aerosol and its direct radiative effect (DRE) over the TP by applying two horizontal resolutions of about 100 km and 25 km to the Chinese Academy of Sciences Flexible Global Ocean-Atmosphere Land System (CAS FGOALS-f3) over a 10-year period. Compared to the AErosol RObotic NETwork observations, a high-resolution model (HRM) can better reproduce the spatial distribution and seasonal cycles of aerosol optical depth (AOD) compared to a low-resolution model (LRM). The HRM bias and RMSE of AOD decreased by 0.08 and 0.12, and the correlation coefficient increased by 0.22 compared to the LRM. An LRM is not sufficient to reproduce the aerosol variations associated with fine-scale topographic forcing, such as in the eastern marginal region of the TP. The difference between hydrophilic aerosols in an HRM and LRM is caused by the divergence of the simulated relative humidity (RH). More reasonable distributions and variations of RH are conducive to simulating hydrophilic aerosols. An increase of the 10-m wind speed in winter by an HRM leads to increased dust emissions. The simulated aerosol DREs at the top of the atmosphere (TOA) and at the surface by the HRM are –0.76 W m^–2 and –8.72 W m^–2 over the TP, respectively. Both resolution models can capture the key feature that dust TOA DRE transitions from positive in spring to negative in the other seasons.     

我国南方中东部地区地面太阳总辐射变化规律

为进一步探讨我国地面太阳辐射的变化规律及其原因,选择我国南方中东部地区,利用该区域1961—2007年33个站点的地面太阳总辐射资料,结合云量、大气水汽含量和能见度等观测资料,综合研究该区域地面太阳总辐射的变化规律及其原因。结果表明:1961—1989年,我国南方中东部地区地面太阳总辐射呈下降趋势,之后发生逆转,1995年后其变化趋于缓和,1961—2007年总体呈现变暗—变亮—变缓的趋势。究其原因,该区域云量平均值由峰入谷、云量下降速率由快变慢可能是产生此变化趋势的原因之一;其次,20世纪80年代到21世纪初,气溶胶光学厚度上升趋势减缓,气溶胶地面辐射强迫变化趋于缓和,某些区域甚至出现下降,也导致部分站点地面太阳总辐射由暗变亮。     

Comparison between MODIS-derived Day and Night Cloud Cover and Surface Observations over the North China Plain

Satellite and human visual observation are two of the most important observation approaches for cloud cover. In this study, the total cloud cover(TCC) observed by MODIS onboard the Terra and Aqua satellites was compared with Synop meteorological station observations over the North China Plain and its surrounding regions for 11 years during daytime and7 years during nighttime. The Synop data were recorded eight times a day at 3-h intervals. Linear interpolation was used to interpolate the Synop data to the MODIS overpass time in order to reduce the temporal deviation between the satellite and Synop observations. Results showed that MODIS-derived TCC had good consistency with the Synop observations; the correlation coefficients ranged from 0.56 in winter to 0.73 in summer for Terra MODIS, and from 0.55 in winter to 0.71 in summer for Aqua MODIS. However, they also had certain differences. On average, the MODIS-derived TCC was 15.16%higher than the Synop data, and this value was higher at nighttime(15.58%–16.64%) than daytime(12.74%–14.14%). The deviation between the MODIS and Synop TCC had large seasonal variation, being largest in winter(29.53%–31.07%) and smallest in summer(4.46%–6.07%). Analysis indicated that cloud with low cloud-top height and small cloud optical thickness was more likely to cause observation bias. Besides, an increase in the satellite view zenith angle, aerosol optical depth, or snow cover could lead to positively biased MODIS results, and this affect differed among different cloud types.     

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）。     

青藏高原湿地土壤冻结、融化期间的陆面过程特征

利用青藏高原中部玉树隆宝湿地2015年7月-2016年7月的观测资料,分析了土壤冻结、融化前后土壤温、湿度和地表能量收支特征,结果表明：冻土持续时期为12月至次年4月,深层土壤的冻结较浅层土壤滞后,融化过程快于冻结过程,5-40 cm土壤全部冻结历时51 d,全部融化历时19 d。土壤体积含水量年变化幅度达0.6 m³/m³。冻结过程5-40 cm土壤体积含水量下降,融化过程5-10 cm土壤体积含水量升高。土壤冻结之后,感热通量白天的值升高,潜热通量白天的值降低,净辐射和土壤热通量均降低,土壤热通量日变化幅度增大。土壤融化之后,潜热通量、净辐射和土壤热通量白天的值升高。地表反照率、鲍恩比、土壤热导率和土壤热扩散率冻结后增大融化后减小,土壤热容量冻结后减小融化后增大。     

夏季东亚地区AOD与地面太阳辐射变化的联系及季风环流异常:季节趋势影响

利用2000—2013年MODIS-Terra卫星产品提供的气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)资料及NCEP/NCAR再分析资料集,使用奇异值分解(singular value decomposition,SVD)方法,分析了夏季东亚地区AOD与到达地面太阳辐射(downward solar radiation flux,DSRF)相联系的主要模态,并分析了其与夏季风变化的关系。夏季多年平均的AOD分布显示,在东亚地区存在两个AOD大值区(0.9),分别位于山东、河南、河北交界处附近以及苏中部分地区。而在福建、台湾及其附近洋面上,夏季AOD的值小于0.4。地面太阳辐射总体上呈现出由南往北递增的分布。比较发现,AOD与地面太阳辐射的气候分布较为相似。在保留季节趋势的情况下,运用SVD方法对两者进行分解,结果表明东亚地区AOD与地面太阳辐射表现出较好的正相关关系。由于相对于年际变化而言,季节趋势是更为主要的部分,因而这种同相关系可归因于季风活动的季节性进程。利用SVD1左场时间系数进行相关分析发现:6月(2013年除外),当中国东部气溶胶AOD大而地面太阳辐射亦大时,在中国东南部以及日本岛南部地区,由于气流辐合增强和存在较强的上升运动,降水偏多,而由于副高位置偏南,使得中国中东部偏北地区水汽供应偏弱,降水偏少。由于地面净太阳辐射增强,华北部分地区异常增暖。8月,大陆上空AOD为负(时间系数为负),地面太阳辐射减少,北方降水增多而南方降水减少,华北地区有一小范围的异常降温。上述结果表明北方气溶胶明显偏少时,云量增加,降水将增多,且辐射明显减弱;说明夏季风的季节进程对气溶胶、到达地面的太阳辐射变化等具有重要影响。     

青藏高原东南部云状况与地表能量收支结构

采用不同区域边界层综合观测系统,从地表能量收支平衡的视角,探讨青藏高原与四川盆地能量平衡各分量结构特征,进一步认识云状况对能量平衡分量的影响问题。研究表明,青藏高原东南部大理、林芝、温江各站地表通量感热、潜热与有效能源两项相关特征明显,即存在能量闭合基本特征,但能量收支仍存在不闭合离散现象,尤其随着近地层地表通量与有效能源的增大,其非闭合特征更加明显。青藏高原东南部(大理、林芝)春、夏季低云量与感热呈显著负相关,潜热则呈不确定特征。对于春季低云量与感热相关性,高原东南部(大理、林芝)远比四川盆地(温江)相关更为显著,高原区域低云量对上述近地层"能量收支"起"冷却"作用,且低云量与向下长波辐射呈显著的正相关,此研究结果描述了低云量对陆面辐射强迫的"加热"反馈效应,即高原区域低云量状况亦可用边界层通量塔向下长波辐射量来间接表征。观测分析结果亦表明平原该站低云量对向下长波辐射影响远不如高原区域。研究结果表明,青藏高原区域与低云量有关的向下长波辐射高值区可能是出现近太阳常数现象的重要因素之一。     

青藏高原、中国东部及北美副热带地区夏季降水系统发生频次的TRMM资料分析

利用1998—2011年夏季（6—8月）TRMM卫星资料分析青藏高原（TP）、中国东部（EC）及北美副热带西部（WNA）和东部（ENA）降水系统的发生频次,定义降水系统为TRMM测雨雷达观测到近地面有降水的相邻像元组成的个体,即RPF （Radar Precipitation Feature）,将RPF分为全体RPF、大面积RPF（面积＞1000 km2）和小面积RPF（面积不＜400 km2）3组,对比分析四个区域内各组的RPF个数发生频次和RPF像元个数发生频次,主要结果如下：（1）全体RPF的个数发生频次在青藏高原地区最高,北美东部地区最低;全体RPF的降水像元个数发生频次在中国东部最高,青藏高原最低。（2）四个区域内RPF发生频次的日变化主要为单峰结构,峰值出现在当地午后至傍晚,且大面积RPF的峰值时间晚于小面积RPF的;中国东部地区RPF降水像元个数发生频次则具有双峰结构。（3）RPF降水像元个数发生频次的分析结果与以往基于地面观测降水量的分析结果相似。