青藏高原冬季积雪影响我国夏季降水的模拟研究

利用区域气候模式 (NCC_RegCM1.0) 对青藏高原前冬积雪对次年夏季中国降水的影响进行了数值模拟研究, 所得结果与实际观测的积雪和降水的关系较为吻合, 即长江流域、 新疆地区夏季多雨, 华北和华南少雨, 这与我国最近二十年来维持的 “南涝北旱” 雨型较为一致。因此, 可以认为青藏高原冬季多雪, 是引起中国东部夏季降水出现 “南涝北旱” 的一个重要原因。本文揭示了青藏高原冬季积雪影响我国夏季降水的可能物理机制。青藏高原冬季多雪, 会导致青藏高原地面感热热源减弱, 这种热源的减弱在冬季导致冬季风偏强, 可以影响到我国华南、 西南及孟加拉湾地区。同时, 由于高原热源的减弱可持续到夏季, 成为东亚夏季风和南亚夏季风减弱的一个原因。在积雪初期, 地面反射通量的增加起了主要作用; 在积雪融化后, “湿土壤” 在延长高原积雪对天气气候的影响过程中起了重要作用。初期的反射通量增加减少了太阳辐射的吸收、 融雪时的融化吸热, 以及后期的湿土壤与大气的长期相互作用, 作为异常冷源, 减弱了春夏季高原热源, 是高原冬季积雪影响夏季风并进而影响我国夏季降水的主要机理。本文的模拟结果表明, 青藏高原冬季积雪的显著影响时效可以一直持续到6月份。     

青藏高原积雪对中国降水的影响

通过对1958-2012年JRA-55青藏高原积雪雪深资料的分析,得到青藏高原积雪雪深的年代际分布状况,得到青藏高原积雪的年代际变化特征。采用国家气候中心整理的1951-2013年中国160站月降水资料,分析青藏高原前冬期积雪变化对中国夏季降水的影响,在青藏高原前冬期积雪偏多的情况下,我国长江中游地区,东北地区都为正相关;而东北北部、河套地区南部、淮河和华南地区是负相关。我国东部地区经向呈"负-正-负-正"降水异常分布型;青藏高原前冬期积雪减少,对应长江中下游和华北北部地区夏季降水减少和华南、淮河地区夏季降水增多,我国东部地区经向呈"正-负-正-负"降水异常分布型。     

青藏高原冬春积雪异常影响中国夏季降水的数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学国家重点实验室高分辩大气环流谱模式SAMIL—R42L9对青藏高原积雪异常影响我国夏季降水的机理进行了模拟研究,结果表明：高原冬春积雪正（负）异常使得从冬到夏高原的地面感热偏低（高）、地面热源偏低（高）,造成春夏高原上升运动偏弱（强）,长江流域和日本以南西太平洋上升运动较强（弱）;另一方面,高原冬春多（少）雪年高原和我国东部地区气温偏低（高）、陆海温差的偏低（高）会延迟（促进）东亚夏季风的到来,一定程度上减弱（增强）了东亚季风的强度,因而西太平洋副高偏南（北）,造成夏季我国长江中下游多（少）雨。进一步的分析还表明,高原冬春多（少）雪年,由于融雪增湿效应,高原春夏潜热明显增大（减少）,使得空气中水汽增大（减小）,可能是高原气温偏低（高）的一个重要因素。     

CLDAS气温数据在中国区域的适用性评估

以中国48708个地面气象自动站逐小时气温数据为基础,采用平均偏差(Bias)、相关系数、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)等评估指标,对比分析2017年10月、2018年1月、4月、7月CLDAS-V2.0气温(分辨率为0.0625°),探讨中国8个分区春、夏、秋、冬4个季节CLDAS与站点气温的相关性及...     

中国西部积雪对我国汛期降水的影响

本文利用台站及卫星资料建立了中国西部积雪３０年逐月时间序列。该序列是目前资料时间最长、最好的序列，为研究该区积雪月际和年际变化及其影响提供了较可靠的依据。中国西部冬春积雪对我国汛期降水的影响平均为负相关趋势，与６月降水的相关分布较有规律，冬春多（少），其它地区６月降水偏多（少）。我国西部多（少）雪对６月从份５００ｈＰａ高度的变化是：高原北边高纬高度降低（升高）及副热地区升高（降低），有（不）利于高     

青藏高原冬春季积雪异常对中国春夏季降水的影响

利用1956年12月～1998年12月共42a，青藏高原及其附近地区78个积雪观测站的雪深和我国160站月降水的距平资料，分析了其气候特征，并用SVD方法分析了冬春季积雪异常与春夏季我国降水异常的关系。用区域气候模式RegCM2模拟了青藏高原积雪异常的气候效应并检验了诊断分析的结果。分析表明，雪深异常，尤其是冬季雪深异常是影响中国降水的一个因子。研究证明，高原冬季雪深异常对后期中国区域降水的影响比春季雪深异常的影响更为重要。数值模拟的结果表明，高原雪深和雪盖的正异常推迟了东亚夏季风的爆发日期，减弱了季风强度，造成华南和华北降水减少，而长江和淮河流域降水增加。冬季雪深异常比冬季雪盖异常和春季雪深异常对降水的影响更为显著。机理分析指出，高原及其邻近地区的积雪异常首先通过融雪改变土壤湿度和地表温度，从而改变了地面到大气的热量、水汽和辐射通量。由此所引起的大气环流变化又反过来影响下垫面的特征和通量输送。在湿土壤和大气之间，这样一种长时间的相互作用是造成后期气候变化的关键过程。与干土壤和大气的相互作用过程有本质差别。     

冬季积雪对我国夏季降水预测的评估分析

根据高原积雪和高纬积雪与我国夏季降水相关分析的结果，将高原积雪和高纬积雪作为独立因子分别对我国夏季降水预测做了检验，结果表明：高原积雪较高纬积雪效果要好，冬季高原积雪异常偏多时，长江流域夏季易发生洪涝，这也是预测汛期降水的一个重要信号。     

春季欧亚积雪异常影响中国夏季降水的数值试验

 利用NCAR的新一代GCM CAM3.1版本模式,研究了欧亚大陆春季积雪异常对北半球大气环流和中国夏季降水的影响。结果表明,春季积雪异常通过改变其后夏季的土壤湿度和温度分布,造成对流层厚度场的异常,激发一个从欧洲西部到东亚的500 hPa高度场异常波列。我国南、北方处于符号相反的高度场异常区,同时降水也呈现南北相异的态势,这表明春季欧亚积雪异常是影响我国夏季降水分布的一个重要因子。     

青藏高原春季积雪对大气环流影响的模拟研究

应用ＮＣＡＲＣＣＭ２气候模式就青藏高原春季积雪对大气环流的影响进行了模拟研究，结果表明，青藏高原春季积雪对气环流有很大的影响，这增大了高原地区的地面反照率，减少了地面吸收的短波辐射，地气界面处的感热和潜热通量，从而引起高原及其附近地区温度场，气压扬，风场，散度场以及降水量及其分布的一系列变化。     

土壤质地改变对CLDAS/Noah-MP土壤湿度模拟的影响研究

陆面模式可以模拟获得高时空分辨率连续的多层土壤湿度,但其精度受到地表参数的影响,土壤质地就是其中之一,本文利用CLDAS-V2.0(中国气象局陆面数据同化系统)驱动Noah-MP模式,开展了其对土壤湿度模拟的影响研究.结果表明,利用中国第二次土壤调查数据制作的中国区土壤质地数据(SNSS)与模式自带土壤质地数据(FAO...     

基于CLDAS资料的内蒙古干旱监测分析

以内蒙古地区为研究区域,对中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System,CLDAS）的土壤湿度和降水数据进行了评估,使用土壤相对湿度法和连续无降水日数法监测2014年夏季干旱,并选择干旱年（2014年）和湿润年（2013年）与标准化降水指数和降水百分位指数法进行验证分析。结果表明：CLDAS资料能够很好地再现日土壤相对湿度动态变化情况和降水落区与量级,能够满足干旱监测的需求;基于CLDAS数据的土壤相对湿度法可以方便、快捷地监测干旱日变化和区域性变化,连续无有效降水日数法对评估长时间、持续性干旱较为有效;CLDAS同化数据在时效性、分辨率、代表性上能够满足气象服务的需求,可作为观测资料的重要补充广泛应用于业务和科研,特别是对于地广人稀且气象站点相对较少的内蒙古地区气象服务潜力巨大。     

CLDAS融合土壤相对湿度产品适用性评估及在气象干旱监测中的应用

基于2008—2017年全国自动气象观测站逐旬土壤相对湿度观测数据,综合评估中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System,CLDAS）0～20 cm层融合土壤相对湿度产品在中国地区的适用性,评估表明CLDAS土壤相对湿度产品在中国东北、西北、江南大部及华南等地区存在较大系统性误差,总体上适用性较差。为消除CLDAS土壤相对湿度产品的系统性误差,采用回归订正法、7旬滑动平均订正法和临近加权前旬订正法对CLDAS土壤相对湿度产品进行误差订正处理,对订正结果评估发现：订正处理后CLDAS土壤相对湿度产品与站点观测的相关性显著增加,系统偏差基本消除,适用性明显提高,3种订正方法中临近加权前旬订正法的订正效果最优。最后,采用经不同方法订正后的CLDAS土壤相对湿度产品对2017年5月东北—华北地区一次气象干旱个例进行重现,对比验证表明：相对其他两种订正方法,经临近加权前旬订正法处理后的CLDAS土壤相对湿度产品能更为精准地重现2017年5月东北—华北地区气象干旱的落区和强度。〖JP〗     

内蒙古地区下垫面变化对土壤湿度数值模拟的影响

利用第二次全国土壤调查土壤质地数据（SNSS）和中国区域陆地覆盖资料（CLCV）将陆面过程模式CLM3.5（Community Land Model version 3.5）中基于联合国粮食农业组织发展的土壤质地数据（FAO）和MODIS卫星反演的陆地覆盖数据（MODIS）进行了替换,使用中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System,CLDAS）大气强迫场资料,分别驱动基于同时改进土壤质地和陆地覆盖数据的CLM3.5（CLM-new）、基于只改进陆地覆盖数据的CLM3.5（CLM-clcv）、基于只改进土壤质地数据的CLM3.5（CLM-snss）和基于原始下垫面数据的CLM3.5（CLM-ctl）,对内蒙古地区2011～2013年土壤湿度的时空变化进行模拟试验,研究下垫面改进对CLM3.5模拟土壤湿度的影响。将四组模拟结果与46个土壤水分站点观测数据进行对比分析,结果表明:相对于控制试验,CLM-clcv、CLM-snss和CLM-new都能不同程度地改进土壤湿度模拟,其中CLM-clcv主要在呼伦贝尔改进明显,CLM-snss则在除呼伦贝尔以外的大部地区改进显著,CLM-ctl模拟的土壤湿度在各层上均系统性偏大,而CLM-new模拟土壤湿度最好地反映出内蒙古地区观测的土壤湿度的时空变化特征,显著改善了土壤湿度的模拟,体现在与观测值有着更高的相关系数和更小的平均偏差与均方根误差。     

不同陆面模式对我国地表温度模拟的适用性评估

基于CLDAS大气驱动数据驱动CLM3.5陆面模式和3种不同参数化方案下的Noah-MP陆面模式模拟得到的地表温度,利用中国气象局2009-2013年2000多个国家级地面观测站地表温度进行质量评估。结果表明:从时间分布看,模拟地表温度与观测的偏差及均方根误差均呈季节性波动;从空间分布看,模拟地表温度与观测的偏差及均方根误差在中国东部地区相对于中国西部地区更小。选择Noah-MP陆面模式3种不同参数化方案模拟结果进行对比,结果表明:Noah-MP模式的非动态植被方案不变时,考虑植被覆盖度的二流近似辐射传输方案的Noah-MP陆面模式模拟的地表温度优于考虑太阳高度角和植被三维结构的二流近似辐射传输方案Noah-MP陆面模式模拟的地表温度;选择动态植被方案的Noah-MP陆面模式模拟的地表温度优于选择非动态植被方案的Noah-MP陆面模式;总体而言,考虑动态植被方案的Noah-MP陆面模式模拟的地表温度优于其他两种参数化方案的Noah-MP陆面模式以及CLM3.5陆面模式模拟的地表温度。     

中国自动土壤水分观测资料质量控制方法设计与效果检验

土壤湿度资料对气候变化、农业干旱监测、农业气象预报与服务等研究具有重要意义,为剔除土壤湿度观测资料中的异常数据,本文提出了一套适用于全国自动土壤水分观测资料的质量控制方法。首先,以2014年全国自动土壤水分观测资料为基础,根据资料中异常数据的特征将异常数据分为四类。其次,从界限值检查、内部一致性检查、时间一致性检查等方面提出:异常极值检查、异常增大检查、异常减小检查、异常恒定检查四类方法。最后,利用2014—2015年全国观测资料以及中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS)土壤体积含水量数据集产品(V2.0)对各检查方法应用效果进行检验,结果表明:(1)四类检查方法均可判断出自动土壤水分观测资料中的疑误数据;(2)四类检查方法的判定结果在时间连续性及空间分布上具有一定的一致性;(3)该质量控制方法可减小观测数据与CLDAS数据之间的均方根误差(RMSE)。目前,该方法已应用于我国气象资料处理业务系统。     

Numerical Simulation of the Evolution of Snow Cover and Its Sensitivity Experiments

By using Comprehensive Land Surface Model (CLSM), three snow cases, i.e., France Col de Porte 1993/1994, 1994/1995 and BOREAS SSA-OJP 1994/1995, were simulated. The simulated results were compared with the observations to examine the capability of the model to describe the evolutions of snow cover under two different land cover conditions. Several sensitivity experiments were performed to investigate the effects of the parameterization schemes of some snow cover internal processes and vegetation on the model results. Results suggest that the CLSM simulates the basic processes of snow cover accurately and describes the features of snow cover evolutions reasonably, indicating that the model has the potential to model the processes related to the snow cover evolution. It is also found that the different parameterization schemes of the snowfall density and snow water holding capacity have significant effects on the simulation of snow cover. The estimation of snowfall density mainly impacts the simulated snow depth, and the underestimation (overestimation) of the snowfall density increases (decreases) the snow depth simulated significantly but with little effect on the simulated snow water equivalent (SWE). The parameterization of the snow water holding capacity plays a crucial role in the evolution of snow cover, especially in the ablation of snow cover. Larger snow water holding capacity usually leads to larger snow density and heat capacity by storing more liquid water in the snow layer, and makes the temperature of snow cover and the snow ablation vary more slowly. To a smaller snow water holding capacity, contrary is the case. The results also show that the physical processes related to the snow cover variation are different, which are dependent on the vegetation existed. Vegetation plays an important role in the evolution of soil-snow system by changing the energy balance at the snow-soil surface. The existence of vegetation is favorable to the maintenance of snow cover and delays the increase of underlying soil temperature.     

GLDAS和CMIP5产品的中国土壤湿度-降水耦合分析及变化趋势

利用GLDAS同化产品和12个CMIP5模式的输出结果,从土壤湿度对降水影响的两个中间环节出发,通过分析陆面耦合指数ILH、潜热通量—抬升凝结高度耦合指数ILCL以及抬升凝结高度ZLCL间接研究中国区域土壤湿度与降水间耦合特征,并对1958~2013年及RCP4.5辐射强迫情景下50年(2006~2055年)的4个代表性区域夏季耦合强度的年代际变化特征进行分析。研究发现:1958~2013年期间,内蒙古阴山山脉附近、新疆和青海的部分地区为夏季中国土壤湿度与降水耦合的最强区域;陆面耦合指数ILH变化幅度从高到低依次出现在华北、华南、内蒙古中部和西北地区,并在20世纪70年代中到80年代中发生转折。2006~2055年的平均而言,预估内蒙古阴山山脉附近仍为耦合最强区;与历史时期(1958~2005年)比较,新疆中部和内蒙古阴山山脉附近的耦合指数ILH增大,而广西和广东地区的则减小;对于耦合指数ILH的年代际变化(2006~2055年),2026~2035年间华北最大而华南最小,西北地区变化不大,而内蒙古中部地区的耦合强度逐渐增大。     

2003年华北初雪的数值模拟和诊断分析

采用中国气象科学研究院数值预报中心自主开发的GRAPES全球数值模式 ,对2 0 0 3年 1 1月 6～ 7日华北地区首次大到暴雪过程进行了数值模拟试验 ,并利用模式输出的物理量场对降雪过程作了天气动力学诊断分析发现 :GRAPES全球数值模式能够较好地模拟出高低空环流形势场特征和主要影响天气系统 ,雨雪区的范围、走向及大到暴雪的落区 ,加进云图同化资料后对强降水模拟效果明显优于未加云图资料的模拟 ,但对于 2 5mm及以上降水区预报范围偏大出现空报。该模式能够提供较为准确的高分辨率的诊断分析资料。