夏季青藏高原东部大气热源变化及其对相邻区域气候的影响

基于NCEP/NCAR 1968～2009年逐月再分析资料,采用倒算法,对夏季青藏高原东部大气热源的长期变化进行了计算,结果发现:(1)夏季青藏高原东部大气热源存在10a左右的时间尺度变化周期;(2)夏季青藏高原东部大气热源偏强时,四川盆地东部及重庆地区多雨,气温偏低;当夏季青藏高原东部大气热源偏弱时,四川盆地东部及重庆地区容易发生高温干旱;(3)夏季青藏高原东部大气热源通过直接影响垂直上升运动场的异常,同时影响周围地区的大气环流形势,异常强迫500hPa副热带高压,进而影响到四川盆地东部及重庆地区的夏季气候。     

青藏高原大气热源及其估算的不确定性因素

基于1980—2016年的4套再分析资料(NCEP/DOE资料、MERRA2资料、ERA-Interim资料和JRA-55资料),采用计算大气热源的正算法和倒算法,研究青藏高原大气热源及其计算的不确定性因素,得到以下结论：(1)计算方法和资料均会导致结果的不确定性,正算法只能得到整层热源,而倒算法可得到热源垂直结构,但其结果准确性依赖于再分析资料精度;(2)对比4套再分析资料计算结果发现,正算法结果较倒算法结果普遍偏高,采用ERA-Interim资料,基于两种方法计算的大气热源年代际变化趋势一致。基于4套资料,采用倒算法计算的热源在1980—2016年呈现明显的年代际变化特征;(3)夏半年(3—8月)强热源区主要分布在青藏高原中东部,热源自下而上呈源-汇-源分布;(4)基于正算法和ERA-Interim资料估算的夏半年的降水潜热在喜马拉雅山南坡显著偏小,高原西部地区和南部冈底斯山一带则明显偏大。     

夏半年青藏高原东部大气热源时间变化特征

本文利用１９８３－１９９２年夏半年逐日控空资料，计算了青藏高原东部大气热源和水汽汇，讨论了高原东部热源平均值的日变化，季节内变化，季节变化和年际变化。结果表明，热源和水汽汇铅直廓线存在明显的日变化，夏半年平均热源日变化振幅为１－２℃／Ｄａｙ，水汽汇为１－１．５℃／Ｄａｙ，热源铅直积分显示准双周振动特征，各半夏半年热源滤波曲线表明，７，８月份准双周振动较弱，５，６和９月份较强。     

青藏高原及其周围地区大气热源对川渝盆地夏季降水的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料和中国地面观测站的逐日降水资料,分析了青藏高原及其周围地区大气热源异常变化对川渝盆地夏季西涝东旱及东涝西旱发生的影响。结果表明,青藏高原东部经长江流域到渤海附近地区以及孟加拉湾到中南半岛附近地区大气热源减弱时,引起高纬冷空气和低纬暖湿气流向川渝盆地西部汇合,大量的水汽被输送到川渝盆地西部辐合上升形成降水,而东部地区的环流形势则不利于水汽辐合,最终导致西涝东旱;相反,青藏高原东部经长江流域到渤海附近、中南半岛经中国南海到菲律宾附近地区和中国西北部及蒙古国附近地区的热源加强时,引起高纬冷空气及低纬暖湿气流向川渝盆地东部汇合,大量的水汽被输送到川渝盆地东部辐合上升形成降水,西部地区环流形势也不利于水汽辐合,造成东涝西旱。     

青藏高原5月大气热源与黑龙江省盛夏降水的关系

利用1961—2017年黑龙江省夏季降水资料和NCEP再分析资料,采用奇异值分解、相关分析、回归分析等方法,研究了青藏高原大气热源与黑龙江省盛夏降水的关系及可能的影响机制。结果表明:5月青藏高原热源与黑龙江省7月降水关系最密切,当5月高原东部热源偏强时,7月黑龙江省中部降水显著偏少。5月热源偏强年,在副热带西风急流的作用下,7月中纬度环流呈现类似“丝绸之路”型遥相关波列,同时东亚沿岸环流呈现类似“东亚—太平洋”型遥相关波列,在二者共同作用下黑龙江省受反气旋式环流影响,7月降水偏少。     

7月青藏高原大气热源空间型及其与东亚大气环流和降水的相关研究

对1958～1999年的7月份NCEP/NCAR再分析资料中青藏高原区域大气热源强度(整层气柱的总非绝热加热率)做旋转经验正交函数分析,结果表明该区域内大气热源强度的空间分布特征复杂,各地差异显著。前4个REOF型的加热中心位于高原东北部、高原西南部、克什米尔地区以及高原东南部地区上空。小波分析还表明各空间型都有2～4a的变化周期。文中计算了前4个RPC与东亚中、低空纬向风(U)、经向风(V)、纬向水汽通量(Q_u)、经向水汽通量(Q_v)的相关系数,并用这些相关系数构造矢量,进而分析其流场和水汽通量散度场,发现高原不同区域的大气加热异常所对应的东亚大气环流形势及降水也大不相同,由此表明,在研究高原加热对中国气候的影响时,应注意加热的空间分布特征。     

青藏高原大气热源年际变率及其驱动因子

青藏高原（以下简称高原）大气热源对亚洲夏季风爆发、演变、推进,乃至全球气候系统都有重要影响,因此近年来高原大气热源变异机理也日益受到关注。本文在回顾已有关于不同季节高原热源变异原因的研究基础上,利用1980～2018年日本气象厅再分析数据JRA55(Japanese 55-year Reanalysis),对逐月高原大气总热源的年际变率进行分类,并进一步探究了影响不同类别高原大气总热源的异常大尺度环流系统及海温驱动因子。除了传统上受关注的“冬季型”和“夏季型”以外,本文还提出了“早春型”和“过渡型”两种高原大气热源变率模态。总体而言,高原大气总热源年际变率以降水引起的凝结潜热异常为主,其中“冬季型”及“早春型”高原大气热源异常中心位于高原西部,主要受到中高纬遥相关波列的影响。此外,“冬季型”还受到厄尔尼诺—南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO）及印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole, IOD）的影响。“夏季型”高原大气热源呈东西偶极型反相变化,最大异常中心位于高原东南部,主要受北大西洋涛动（North Atlantic Osci...     

夏季青藏高原大气热源准双周振荡及其传播途径

采用1979—2017年NCEP/NCAR逐日再分析资料估算大气热源,研究夏季青藏高原大气热源准双周振荡(Quasi-BiWeekly Oscillation,QBWO)的特征及传播途径。结果表明:青藏高原及其周边的大气热源QBWO的前两个主模态,即荷载中心在高原东南部的全区一致型和高原东南-西北反位相变化的偶极型,呈现了高原夏季大气热源QBWO自东向西传播过程中所处的两种不同状态。这主要是由于在中纬度地区对流层中上层,低频大气环流的活动表现为大的异常气旋和反气旋环流从我国东北经青藏高原至西亚的自东向西的传播,当移近高原时迅速增强,当西移离开高原时明显减弱。在此过程中,青藏高原及其周边、孟加拉湾以及印度半岛等地区的降水都发生了异常变化。     

近30年青藏高原大气热源气候特征研究

利用NCEP CFSR再分析资料,用＂倒算法＂计算了1981~2010年青藏高原大气热源汇,并分析了其气候特征。结果表明：（1）青藏高原大气热源汇具有明显的季节差异。高原大部分地区在春季和夏季为热源,冬季和秋季为冷源。2~4月热源从高原西北部、东北部及西南边坡开始逐渐向中部扩展,强度不断增强。5~7月高原东南端热源显著增强并向西向北扩展,使7月高原热源达到最强,并在高原南部喜马拉雅山脉沿线及其以南邻近地区形成一个强大的热源带。8月开始,高原热源迅速减弱,高原中部至四周边坡大部分地区大气先后变为冷源。到11月和12月整个高原大气几乎为冷源。（2）高原各区逐年平均大气热源强度有明显不同的变化特征。高原全区有显著的2~3年和6~8年周期,而高原东部仅存在6~8年周期,高原西部仅有2~3年周期。（3）近30年高原全区和东部大气热源具有明显增强趋势,而高原西部却为减弱趋势。     

青藏高原邻近地区大气热源对华北汛期降水年代际变化的影响

利用1957—2006年中国740站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,采用相关分析和合成分析等方法,分析了青藏高原及其邻近地区大气热源影响华北汛期降水的年代际变化的原因。结果表明：华北汛期降水量与青藏高原及其邻近地区的大气热源显著正相关,与江淮流域的视水汽汇显著反相关。以1978年为界,高原上空大气热源由之前的异常偏强改为之后的异常偏弱,直接导致了高原东部邻近地区包括华北在内的纬向垂直环流的年代际变化,即由之前的异常上升改变为之后的异常下沉,华北汛期降水也因此发生了由偏多变为偏少的年代际变化。华北上空视水汽汇的年代际减少,也是华北汛期降水年代际减少的重要的热力因素之一。     

Impacts of the atmospheric apparent heat source over the Tibetan Plateau on summertime ozone vertical distributions over Lhasa

青藏高原(TP)是一个对气候变化敏感的地区,其上空的臭氧分布影响着青藏高原及其周边地区的大气环境,北半球夏季青藏高原上空臭氧柱总量相对较低的现象,及其时空变化受到广泛关注.本研究利用北半球夏季5年的拉萨上空臭氧的气球测量数据,研究高原上空大气视热源(Q1)对臭氧垂直分布的影响并探讨了该过程的机制.结果表明,当TP上空对流层整体的Q1相对较高时,拉萨上空对流层臭氧浓度下降.大气更强的上升运动伴随着TP主体区域上空的Q1的增大.因此,当夏季Q1较高时,由于近地表低浓度臭氧空气向上输送,拉萨上空的对流层臭氧浓度下降.     

青藏高原及其周边地区降水的水汽来源变化研究进展

近几十年来,随着全球气候变暖,青藏高原降水整体呈现增加趋势,气候暖湿化趋势明显;与此同时,位于青藏高原东南缘的中国西南地区整体上呈现暖干化趋势,干旱事件频发。探讨青藏高原及其周边地区降水的水汽来源变化、揭示降水趋势性变化的原因已经成为当前研究热点。本文评述了近年来青藏高原降水的水汽来源研究,重点关注青藏高原变湿、西南地区变干的水汽来源变化原因以及青藏高原南北水汽来源差异,讨论了尚未解决的科学问题,展望了未来研究方向。现有研究表明,青藏高原以西的西风带控制区蒸散发贡献的水汽整体呈现减少趋势,青藏高原以南和以东的季风控制区蒸散发贡献的水汽整体呈现增加趋势,上述水汽源区贡献变化导致了青藏高原及其周边不同区域降水趋势性变化的差异。展望未来,水汽来源分析的模型和数据需要进一步验证及减少不确定性,青藏高原下垫面和蒸散发变化对周边地区降水的影响机制研究有待加强,全球变化与青藏高原降水水汽来源变化的关系尚需深入分析。     

Structural variation of an atmospheric heat source over the Qinghai-Xizang Plateau and its influence on precipitation in northwest China

NCEP/NCAR reanalysis data and a 47-year precipitation dataset are utilized to analyze the relationship between an atmospheric heat source (hereafter called < Q₁ >) over the Qinghai-Xizang Plateau (QXP) and its surrounding area and precipitation in northwest China. Our main conclusions are as follows: (1) The horizontal distribution of < Q₁ > and its changing trend are dramatic over QXP in the summer. There are three strong centers of < Q₁ > over the south side of QXP with obvious differences in the amount of yearly precipitation and the number of heat sinks predominate in the arid and semi-arid regions of northwest China (NWC), beside the northern QXP with an obvious higher intensity in years with less precipitation. (2) In the summer, the variation of the heat source's vertical structure is obviously different between greater and lesser precipitation years in eastern northwest China (ENWC). The narrow heat sink belt forms between the northeast QXP and the southwestern part of Lake Baikal. In July and August of greater precipitation years, the heating center of the eastern QXP stays nearly over 35^oN, and at 400 hPa of the eastern QXP, the strong upward motion of the heating center constructs a closed secondary vertical circulation cell over the northeast QXP (40^o--46^oN), which is propitious to add precipitation over the ENWC. Otherwise, the heating center shifts to the south of 30^oN and disappears in July and August of lesser precipitation years, an opposite secondary circulation cell forms over the northeast QXP, which is a disadvantage for precipitation. Meanwhile, the secondary circulation cell in years with more or less precipitation over the ENWC is also related to the heat source over the Lake Baikal. (3) The vertical structure of the heat source over the western QXP has obvious differences between greater and lesser precipitation years in western northwest China in June and July. The strong/weak heat source over the western QXP produces relatively strong/weak ascending motion and correspondingly constructs a secondary circulation cell in lesser/greater precipitation years.     

青藏高原大气热量的简单计算方法及其应用

利用1961-1995年青藏高原及其邻近地区198个地面站月平均常规观测资料与青藏高原大气热量(〈Q1〉)资料,建立了一种计算青藏高原大气热量的简便方法.利用计算出的大气热量分析了各个季节青藏高原各地区〈Q1〉的气候特征,以及冬季高原〈Q1〉与春季大气环流场的关系.结果发现,各个季节高原东北部地区大气热量值都小于南部地区;高原各区大气热量在20世纪70年代到80年代初都表现出了显著的上升趋势.高原冬季热源与春季高原周围地区的位势高度场存在着明显的负相关,气候模拟证实了冬季高原地区热源变化对春季东亚大气环流的这种影响.     

Uncertainties in Quantitatively Estimating the Atmospheric Heat Source over the Tibetan Plateau

As a huge,intense,and elevated atmospheric heat source(AHS) approaching the mid-troposphere in spring and summer,the Tibetan Plateau(TP) thermal forcing is perceived as an important factor contributing to the formation and variation of the Asian summer monsoon.Despite numerous studies devoted to determine the strength and change of the thermal forcing of the TP on the basis of various data sources and methods,uncertainties remain in quantitative estimation of the AHS and will persist for the following reasons:(1) Routine meteorological stations cover only limited regions and show remarkable spatial inhomogeneity with most distributed in the central and eastern plateau.Moreover,all of these stations are situated at an altitude below 5000 m.Thus,the large area above that elevation is not included in the data.(2) Direct observations on heat fluxes do not exist at most stations,and the sensible heat flux(SHF) is calculated by the bulk formula,in which the drag coefficient for heat is often treated as an empirical constant without considering atmospheric stability and thermal roughness length.(3) Radiation flux derived by satellite remote sensing shows a large discrepancy in the algorithm in data inversion and complex terrain.(4) In reanalysis data,besides the rare observational records employed for data assimilation,model bias in physical processes induces visible errors in producing the diabatic heating fields.     

Formation and Variation of the Atmospheric Heat Source over the Tibetan Plateau and Its Climate Effects

To cherish the memory of the late Professor Duzheng YE on what would have been his 100 th birthday, and to celebrate his great accomplishment in opening a new era of Tibetan Plateau(TP) meteorology, this review paper provides an assessment of the atmospheric heat source(AHS) over the TP from different data resources, including observations from local meteorological stations, satellite remote sensing data, and various reanalysis datasets. The uncertainty and applicability of these heat source data are evaluated. Analysis regarding the formation of the AHS over the TP demonstrates that it is not only the cause of the atmospheric circulation, but is also a result of that circulation. Based on numerical experiments, the review further demonstrates that land–sea thermal contrast is only one part of the monsoon story. The thermal forcing of the Tibetan–Iranian Plateau plays a significant role in generating the Asian summer monsoon(ASM), i.e., in addition to pumping water vapor from sea to land and from the lower to the upper troposphere, it also generates a subtropical monsoon–type meridional circulation subject to the angular momentum conservation, providing an ascending-air large-scale background for the development of the ASM.