珠峰北坡绒布河谷局地环流的模拟分析

对珠峰北坡绒布河谷地区大气观测实验发现,绒布河谷中地面气流存在明显的日变化,但有别于其它地区的山谷风系统:在凌晨至正午前后基本为＜2m·s-1的小风,而午后至午夜则盛行来自珠峰方向的偏南下山风.由于珠峰北坡地区地形复杂,绒布河谷中地面气流的日变化可能是山谷风、坡风与冰川风等环流系统共同作用的结果.为了分析绒布河谷中风场日变化的主要驱动因子,本文利用一个中尺度气象模式对绒布河谷中典型风场进行了模拟,并借助观测资料对模拟结果进行了检验,进而对风场的时空分布特征及其变化原因进行了探讨.     

珠穆朗玛峰北坡绒布河谷地面风特征的初步分析

2006年5～6月, "2006珠峰野外观测实验"在青藏高原珠穆朗玛峰(简称珠峰)北坡绒布河谷中进行,沿河谷设立了3个站点,对河谷中的大气环流状况、热力和辐射状况等进行了观测.利用绒布河谷中平均地面风场资料,研究了该河谷中地面风场的日变化结构特征.结果表明,珠峰北坡绒布河谷中地面风场存在明显的日变化,自上午12:00(北京时间)左右至午夜该河谷地区为来自珠峰方向的偏南风控制,该风场日变化与普通山区的山谷风环流日变化存在很大差别.从3个站点风场日变化来看,偏南风首先在河谷南部开始,然后沿河谷向北发展.沿河谷轴线方向不同地点风场日变化有较大差异:偏南风出现时间随距珠峰的距离依次滞后,距珠峰最近的站点观测到的偏南风最大且持续时间最长,而距离珠峰最远的站点偏南风最弱且持续时间最短,甚至出现长时间的偏北风.研究表明,由于珠峰北坡地区地形复杂,地形高度落差大,地表状况分布不均,因此绒布河谷中的主导风是山谷风、坡风以及冰川风等多种局地风系统耦合的结果.     

珠穆朗玛峰北坡局地环流日变化的观测研究

青藏高原地-气间的物质/能量交换是高原与全球大气系统相联系的重要纽带.陡峭的地形和强烈的地表差异在高原山区形成特殊的局地大气环流系统,在地气交换中起着重要作用.为研究珠峰北坡的局地环流系统,于2006年5～6月间在珠峰北坡绒布河谷实施强化观测实验HEST2006,对该地区的局地环流以及辐射和热力状况进行观测,分析了该地区局地环流的日变化过程,包括:(1)地面风场的分布和变化;(2)风场垂直结构;(3)垂直运动及可能的驱动机制.研究表明,该地区局地大气环流是由地形与地表状态调整的大气辐射加热和冷却所驱动,包含多种不同的山地环流成分,与典型山谷风环流不同,具有很强的特殊性,对地气问的交换有重要影响.     

珠穆朗玛峰北坡绒布冰川表面辐射特征观测研究

在资料比较稀少的偏远山地冰川进行地面综合气象观测对于研究冰川变化极其重要.珠穆朗玛峰(27.98°N,86.92°E,海拔8844.43 m)地区位于青藏高原南部边缘喜马拉雅山脉中段,自然地理条件独特,环境脆弱,是气候变化和环境变迁的敏感区,同时也是现代冰川作用中心.2005年5-7月和2007年10月-2008年1月在珠穆朗玛峰北坡东绒布冰川积累区(28°01'N,86°57'E,海拔6560 m)开展了综合气象观测研究.分析表明,在东绒布冰川积累区春末夏初月平均气温从5月的-11.3℃上升到7月的-3.4℃,秋冬季月平均气温则从10月的-11.3℃下降到次年1月的-19.0℃.秋冬季主要受西风气流影响,盛行西风或西北风,而且风速较大,1月最大风速达到35 m/s;而在印度季风爆发后主要以南风或西南风为主,风速相对较小.由于海拔高、冰雪面与云之间的多重反射以及复杂地形影响导致地面总辐射较大.春末夏初和秋冬季总辐射平均值分别达到635和502 W/m2.尤其造成5-6月正午前后10 min短波辐射平均值发生超太阳常数的现象比较频繁,最长持续时间接近3 h.晴天由于周围地形作用可使地面总辐射增加140-310 W/m2,约占短波辐射的10%-23%.春末夏初和秋冬季平均反射率分别为0.72和0.69.云和空气湿度对大气长波辐射的影响比较显著,导致大气长波辐射同样具有日变化特征.在地表辐射平衡中云对地面净辐射起负效应.除在秋冬季阴天日平均净辐射为负值外,其余时间均为正值,说明净辐射是地表能量的主要来源.     

珠穆朗玛峰北坡地区气温和湿度变化特征

珠穆朗玛峰地区由于其独特的自然地理条件、举世无双的高度、脆弱而敏感的环境使其成为气候变化和环境变迁的敏感区.根据2007年5月至2008年8月在珠穆朗玛峰北坡地区7个不同海拔高度观测的逐时气温和空气湿度资料分析了该地区气温和湿度的时空变化特征.结果表明,在海拔5207、5792和5955m高度处的年平均气温分别为0.2、-4.4和-5.4℃,最高气温分别为14.6、9.1和18,6℃,最低气温分别为-24.2、-28.8和- 29.3℃;除在冰川表面以外,空气相对湿度随海拔高度的升高没有明显变化.气温和相对湿度的年变化幅度随海拔高度的升高而减小.由于冰面近地层逆温层顶部暖空气与冷空气的混合作用造成其最高气温出现时间晚于其他下垫面.年平均温度递减率为(0.72±0.01)℃/100 m,并且呈现出明显的季节变化特征.同时结合定日气象站1959--2007年的气温和降水资料,探讨了对珠穆朗玛峰北坡绒布冰川变化的影响.     

珠穆朗玛峰地区气象要素特征观测研究

利用中央气象台奥运火炬传递珠峰气象保障队获取的第一手资料,对2007年4月12日-5月8日珠穆朗玛峰(简称珠峰)大本营地面自动站和79次探空实测资料进行分析,揭示了珠峰地区气象要素变化的观测事实。结果表明:受珠峰北坡绒布冰川沉降风影响,珠峰大本营盛行南风;风速和气温日变化呈单峰分布,风速极小值和日最低气温出现在08:00(北京时,下同),而极大值出现在15:00前后;相对湿度峰值出现在07:00和23:00,正午前后相对湿度最小。6200 m高度以下几乎昼夜恒吹下山风,偏南风在22:00至次日00:00最强;7200-9000 m高度风向主要以偏西风为主,风速随高度也明显增加。5200-8000 m各高度上,日最低气温始终出现在08:00,最高气温出现在16:00,8200 m以上气温呈现出多波动起伏。在6700-9700 m高度能维持相对湿度的高值中心,大值区主要位于6500-8800 m高度。高空西风锋区位于12000-15000 m,对流层顶高度大约在18200 m左右。     

珠穆朗玛峰北坡冰川表面不同季节气象特征分析

在极端高海拔地区获取定点的气象观测资料对于研究山地冰川与气候变化的关系极为重要。2005年5月1日-7月22日（春末夏初）和2007年10月2日-2008年1月19日（秋冬）在珠峰地区海拔6560m的东绒布冰川积累区进行了包括气温、湿度、风向风速和气压在内的气象要素观测。对观测资料的分析表明,气温和湿度与附近较低海拔定日气象站的变化趋势基本一致,证明了在极端环境下获得的气象观测资料的合理性。春末夏初月平均气温从5月的-11．3℃上升到7月的-3．4℃,秋冬季月平均气温则从10月的-11．3℃下降到次年1月的-19．0℃。在春末夏初受印度季风影响,湿度呈持续增加趋势,月平均湿度混合比从5月的1．4g／kg增加到7月的5．4g／kg;而在西风环流控制下的秋冬季湿度呈缓慢降低,月平均湿度混合比从10月的1．4g／kg降低到次年1月的0．5g/kg。春末夏初主要以阴天为主,秋冬季则是晴天占据主导地位。西风环流控制时东绒布冰川盛行西北风,风速较大,极端最大风速可达35m／s。而受印度季风影响时东绒布冰川以南风为主,风速相对较小。     

珠穆朗玛峰北坡山谷太阳辐射和大气的特征与分析

2006年5月27日～6月30日HEST2006大气科学实验对珠峰北坡山谷的辐射(总辐射、净辐射)和温、湿度、风等进行了综合观测.沿珠峰北坡山谷布设了3个观测站,3个测站的辐射、温度、风都表现出明显的日变化规律,它们在08:00或09:00(地方时,下同)达到极大值.3个测站总辐射和净辐射的日变化都七匕较一致.从日变化最大值出现的时间来看,各站的辐射通量早于气温,气温早于风速.3个测站中任意2站之间辐射(总辐射、净辐射)最大值之比与温度和风速最大值之比均比较接近.因辐射状况、地形结构、大气温度等不同,远离珠峰区域的风一天之内多次改变风向,靠近珠峰区域则24h都为南风.珠峰北坡山谷不同区域风向风速变化存在明显时差,南风强于北风,且持续时间长.研究表明,辐射能量对于珠峰北坡大气运动具有重要的驱动作用,是控制和改变其大气运动方式最基本、最重要的因子.净辐射在不同区域风向转变或风速变化过程中起着决定性的作用.     

珠穆朗玛峰北坡水文及其相关气象要素的特征分析

利用中国科学院珠穆朗玛大气与环境综合观测站(下称珠峰站)的观测资料,初步分析了2008-2011年珠穆朗玛峰北坡气温、降水、水面蒸发和土壤温湿度等水文和气象要素的变化特征,并以2010年绒布河实测流量为例,分析了气温和降水变化对径流的影响.结果表明,2008-2011年珠峰站的年平均气温为4.3℃,冬半年气温日较差大于夏半年;年降水量为203.4 m且集中在7、8月,年际变化较大;水面蒸发为2 459 mm,夏季高于冬季,6月最大;绒布河流量在整个消融期(4-10月)受气温影响显著,无降水日气温与流量之间有较好的正相关关系,反映了气温对冰川消融的影响;降水事件当日对应的径流减少,特别是10 mm以下的降水量与当日流量呈负相关关系,这与冰川区降水常伴随降温,又主要为固态,进而对冰川消融和径流有抑制作用有关.     

珠穆朗玛峰北坡高寒草甸生态系统CO2通量日变化与月变化特征

采用涡度相关法,对珠穆朗玛峰北坡高寒草甸生长季与非生长季(2005年5～7月、10月、11月及2006年2月、3月)的CO2通量进行了观测.分析结果表明,在生长季,CO2通量存在明显的日变化,08:00～19:00(北京时,下同)为CO2净吸收,20:00～09:00为C02净排放.6月,CO2通量峰值出现在11:00左右为-0.61g·m-2·h-1;而7月,CO2通量峰值出现在14:00,达到-0.86g·m-2·h-1.从月变化来看,5月为CO2净排放,月总量为89g·CO2·m-2,6月和7月均为CO2净吸收阶段,月吸收总量分别为70g·CO2·m-2和104g·CO2·m-2;而10月,植物枯黄,生态系统转为碳排放,月排放量约为50g·CO2·m-2,与次年3月份月总量(52g·Co2·m-2)接近,而11月份与次年2月份的月排放量接近(分别是23g·CO2·m-2,25g·CO2·m-2).非生长季(2月)CO2通量日变化振幅很小,除14:00～19:00少量的CO2净排放外(0.14g·m-2·h-1左右),其余时间CO2接近零.     

珠峰绒布河谷近地面层气象要素及湍流通量变化

利用2006年5～6月和2007年5～6月中国科学院HEST大气科学实验在珠峰绒布寺河谷野外观测期间获得的观测资料,分析了珠峰地区河谷近地层风向、风速、温度、湿度和CO2的日变化特征,讨论了珠峰北坡冰川风和山谷风的特点以及高原地表辐射、地表反照率和近地层湍流通量的变化特征.结果表明:在复杂地形和特殊下垫面影响下,珠峰绒布河谷地区近地面层各个气象要素和湍流通量日变化特征显著,并且明显存在冰川风和山谷风复合的局地环流,冰川风对该地区地气间物质能量交换起着重要作用.     

1975年以来珠峰北坡地区水环境变化研究

喜马拉雅山高大的山体和特殊的局地环流系统大大加强了该地区地面环境与区域尺度乃至全球大气过程的联系.本文采用1975年以来珠峰北坡绒布河水样品,对该地区30年来水环境变化过程进行研究.对绒布河水中12种化学元素含量的研究结果表明,珠峰北坡地区的水环境受到全球大气环境事件的影响,同时也受到该地区逐渐增加的人类活动的影响.1992年中东石油大火排放的污染物使得珠峰地区绒布河水中的12种化学元素总体含量达到30年研究期间中的极大值;2004年以后人类无序活动的不断增加,使得珠峰北坡绒布河水环境不断恶化,2006年12种化学元素总体含量达到近30年研究区间中的第二大值.     

青藏高原珠峰绒布河谷地区近地层湍流输送特征

利用2006年6月和2007年6月中国科学院HEST大气科学实验在珠峰绒布河谷地区获取的近地层湍流观测资料,分析了近地层湍流谱特征和方差统计特征,讨论了上下2层(2m和8m)基本气象要素和湍流通量的日变化特征.结果表明,珠峰地区湍流能谱基本上符合Monin-Obukov相似性理论在惯性副区的变化规律;由于山谷复杂地形和下垫面的影响,湍流方差统计值均小于高原其它地方;珠峰地区近地层感热通量白天下层大于上层,夜间相反;潜热通量一天内基本上上层大于下层.     

珠峰地区大气边界层结构的一次观测研究

利用2005年8月31日~9月5日中国科学院珠穆朗玛峰综合观测研究站的LAP3000风廓线仪的观测资料,分析了该地区气温日变化和大气边界层风廓线结构。结果表明,该地区1500 m以下大气边界层主要受高原山地地形及珠峰地区冰川环境的影响,冰川风可能是引起观测期间下午强风天气的主要原因;1500 m以上高空受西风气流影响程度增大,但东南风仍占有一定比例。     

珠峰北坡绒布河谷地面风场变化的比较研究

利用2007年6月强化观测实验期间获得的大气观测资料和同时期的NCEP/NCAR大尺度再分析资料,结合2006年同期的分析结果,进一步研究了珠峰北坡绒布河谷地区的地面风场状况及其对南亚夏季风的响应,并与2006年的结果进行了比较.结果表明,2007年6月绒布河谷地区的风场也存在强弱变化,其逐日变化也与南亚夏季风指数有一定关系:在绒布河谷弱风期间,南亚夏季风强盛,在孟加拉湾和阿拉伯海地区形成的强烈涡旋可以把暖湿气流向西北方向输送,从而在河谷地区形成温度和湿度高值;在局地强风期间,南亚夏季风季风指数变化较大,此时绒布河谷地区的风场变化对季风的响应很小,可能主要为大气热力驱动.比较2006年和2007年的观测结果表明,南亚夏季风可以通过改变局地辐射和热力状况的改变而影响珠峰北坡绒布河谷地区地面环流的变化,但其影响程度随季风的强弱可能有所不同.     

珠峰北坡绒布河谷大气物质交换的观测研究

利用2006年6月中国科学院HEST大气科学实验珠峰北坡观测期间获得的风廓线雷达资料,对沿河谷横截面方向的大气体积(质量)通量进行了估算,分别计算了6月(6月1～30日)、强风(6月9～21日)和弱风期间(6月22～30日)3个时期的平均体积通量.研究表明,大气体积通量日变化随高度分布在不同期间存在一定的差异:在6月平均和强风期间,河谷截面内总体积通量均为正值,即大气物质由南向北流出河谷;在弱风期间,总体积通量在早上有较小的负值,其他时间为正值.山谷中盛行的复合下泄流体积通量相当大,平均日总量可达6.3×1011m3,强、弱风期间的体积通量相差很大,就日总体积交换量而言,后者为前者的53%.