敦煌和酒泉夏季晴天和阴天边界层气象要素特征分析

利用国家重点基础研究发展规划项目《中国西北干旱区陆-气相互作用观测试验》2000年加强观测期(2000年5月29日～6月9日)敦煌探空观测资料和国家自然科学基金重点项目《绿洲系统能量与水分循环过程观测与数值研究》2004年加强观测期(2004年6月1日～7月16日)酒泉探空观测资料,分析了敦煌和酒泉地区夏季典型晴天和阴天天气下有关气象要素如风、温、湿的时空分布和变化特征,得到了以下结论:夏季,敦煌和酒泉地区大气边界层的东西分量风速(切变)晴天比阴天大;南北分量风速(切变)阴天比晴天大;东西分量风速(切变)比南北分量风速(切变)大。敦煌地区夏季晴天和阴天的风速比酒泉地区的大,但风速切变酒泉地区的要比敦煌地区的大。两地白天(晚上)的对流(稳定)边界层特征在晴天和阴天均很明显;阴天稳定边界层厚度和对流边界层的高度较晴天时的都低。比湿夜间比白天的大,阴天比晴天的大;在敦煌地区和酒泉地区都出现了逆湿现象;强逆湿主要出现在夜间,白天虽然也出现逆湿,但强度普遍较弱。     

乌鲁木齐市城区和郊区近地层比湿分布和廓线特征

利用乌鲁木齐市城区和郊区的5座100 m气象铁塔10层比湿数据和乌鲁木齐气象站L波段探空雷达资料,详细分析了边界层2 km内比湿廓线特征,城区和郊区近地层比湿季节变化和日变化特征,揭示了乌鲁木齐逆湿的原因,得出以下结果：（1） 乌鲁木齐市比湿季节差异明显,冬季最小,春季、秋季稍大,夏季最大,夏季比湿约为冬季的4~5倍,但秋季仅比春季大1 g·kg^–1。除冬季外,比湿均随高度增加而趋于减小,夏季减小最显著,冬季比湿的垂直变化很小。比湿廓线极小值白天和夜间出现高度相近,且有多个极小值。夏季和冬季比湿日变化最大,且位相相反;夏季夜间大、白天小,冬季与之相反。冬季,郊区比湿小于城区;其余季节城、郊比湿差异不明显。（2） 2 km内存在逆湿现象,逆湿出现概率高于35%,概率1月最大、7月最小。1月逆湿最大高度超过1 500 m,7月逆湿最大高度可达到1 900 m,且最大厚度可达到1 550 m。逆湿强度最大在7月和10月可达2. 5 g·kg^–1·（100 m）^–1,而1月最小。（3） 1月逆湿往往与逆温相伴随,逆温层改变了水汽的垂直分布结构,从脱地逆温层顶起出现逆湿现象,逆湿还与水汽输送有关。本研究可以有效地揭示空气湿度的季节特征,为研究城市大气污染形成的气象因素提供了一个思路。     

塔中春季晴天近地层温度、湿度和风速廓线特征

利用最新安装的塔中"80 m观测塔梯度探测系统"资料,详细分析了塔中春季晴天近地层80 m高度内平均温度、湿度和风速廓线日变化分布特征,得出以下一些结果:(1)温度廓线有夜间辐射型、早上过渡型、白天日射型和傍晚过渡型四种.夜间近地层大气层结稳定,呈逆温特征;最强逆温出现在凌晨06时,此时,80 m高度温差为11.1 ℃.白天,近地层80 m内温度递减率在2.7～5.2 ℃/100 m之间,大气一直处于超绝热不稳定状态.(2)湿度廓线有日夜之分.夜间,30 m以下比湿随高度增高急剧变小,30 m以上比湿随高度增加而增大,大气呈逆湿特征.白天,比湿随时间一直逐渐变小.在近地层30～50 m之间有一个厚度约20 m的逆湿层,全天都存在.(3)风速廓线也有日夜之分.夜间稳定层结,廓线风速值以比对数关系更快的速度向上递增,曲线弯向风速轴.白天不稳定层结,廓线风速值以比对数关系较慢的速度向上递增,曲线弯向高度轴.只有在10 m以下高度,日夜间的风廓线近似遵循对数律关系.     

洪河国家级自然保护区夏季晴天沼泽大气边界层温湿度变化特征

采用水平分辨率为0.5 km的WRF-CLM3.5中尺度数值模式,模拟研究了洪河国家级自然保护区及其周边地区(46.8°N~48.75N,132°E~135°E)2011年7月19~20日的大气边界层气温、相对湿度和风速的物理特征,以及2011年6月6~8日、7月18~20日和8月26~28日大气边界层高度的日变化特征。结果表明,WRF-CLM模式可以较精确地反映研究区沼泽及其周边农田的近地层气温和相对湿度的差异,与实际观测结果一致。在夏季晴朗的白天,湿地上空气温低于周边农田约1~3℃,相对湿度比周边区域高4%~8%;湿地上空呈现"冷湿岛"中心,相对湿度随高度先增加后降低,高度界线可达900~1 500 m;日落后,沼泽降温增湿作用逐渐削弱,0︰00~2︰00,沼泽与周边区域近地层都发展有较强的逆温层,厚度可达600 m,与之相对应的相对湿度则随高度的升高而降低,影响高度在400~800 m。夜间,沼泽近地层风速随高度的变化小于白天,低空风速小于高空风速;白天午后风速梯度最小,夜间逆温层顶出现低空急流中心。洪河国家级自然保护区大气边界层高度模拟结果显示,夏季沼泽区晴天大气边界层高度日变化曲线为单峰曲线,白天边界层发展高度大于夜间,最高值出现在13︰00左右,高度可达约1 900 m。     

半干旱荒漠化草原春季边界层特征的一次综合探测

利用“沙尘气溶胶辐射模型及气候环境生态效应研究”项目加强观测期在二连浩特气象站进行的温、风、湿探空观测资料及架设在朱日和气象站的气象激光雷达资料,采用综合评定法分析了内蒙古半干旱荒漠草原地区大气边界层的厚度、结构特征和变化规律,同时利用气象激光雷达回波资料及气溶胶消光系数在垂直高度上的分布特征,确定了朱日和地区边界层的高度及日变化特征。结果显示,用探空资料综合评定得到的二连浩特地区大气边界层总体厚度偏大,边界层最大厚度达到2 300 m,稳定边界层高度在300 m左右;1 000 m附近为风向的转变高度,其下全为偏东风,其上全为偏西风,边界层风速切变较大;午后到夜间,近地层有东风急流出现,急流最强可达12 m·s-1,急流高度在300 m;在600 m高度附近出现逆湿,低层逆湿现象夜间比白天显著。气象激光雷达资料显示,朱日和地区春季晴日混合层最大厚度可达2 400 m,出现在16:00左右。     

河套干旱区夏季晴天与阴雨天大气边界层特征对比分析

利用2013年7月1~31日气象站常规、探空观测资料和K/LLX802J型机动式边界层风廓线雷达加密观测试验资料,对河套干旱区夏季典型晴天和阴雨天大气边界层的结构特征进行了对比分析。结果表明:(1)河套干旱区夏季晴天边界层高度一般在1 644.3~3 024.5 m之间,平均为2 309.4 m;阴雨天一般在494.2~2 187.5 m之间,平均为1 457.2 m;该地区夏季晴天最大边界层厚度为3 024.5 m。(2)河套干旱区夏季边界层,晴天位温在700 m以下随高度增加显著增大,递增率平均为0.76℃·(100 m)~(-1);阴雨天易在50~1 500 m之间出现多层悬空位温逆温现象,位温随高度递增率平均为0.51℃·(100 m)~(-1)。在700 m以下大气位温随高度递增率晴天比阴雨天大,700 m以上则是阴雨天比晴天大。(3)河套干旱区夏季晴天和阴雨天边界层比湿随高度总体上均呈减小趋势;边界层平均比湿晴天为4.88~9.13 g·kg~(-1),阴雨天为6.64~12.35 g·kg~(-1),阴雨天比晴天高;阴雨天在地面到1 500 m之间易出现多层悬空逆湿现象。(4)河套干旱区夏季边界层平均风速晴天为3.0 m·s~(-1),阴雨天为3.85 m·s~(-1);晴天100 m以下近地层风速随高度递增速率平均为1.30 m·s~(-1)·(100 m)~(-1),阴雨天为1.35 m·s~(-1)·(100 m)~(-1)。离地500 m高度以上边界层主要吹偏东风和偏南风,晴天和阴雨天分别易在离地100 m和400 m以下发生风速、风向切变。     

北极扬马延岛大气边界层高度的气候特征分析

基于1973—2015年间的全球综合无线电探空资料(IGRA),采用总体理查逊数(Bulk Richardson Number)方法,分析了北极扬马延岛43年间的大气边界层高度变化特征,并对其多年月均大气边界层高度变化以及年均大气边界层高度变化进行深入分析探讨。结果显示,扬马延岛白天对流边界层高度高于夜晚稳定边界层高度,夏季多年月均大气边界层高度远低于冬春季节的高度,夏季平均高度仅为262 m,而冬春季节高度在600 m附近。大气边界层高度的变化与地面相对湿度的变化呈现较好的反相关关系。由于受到墨西哥湾暖流的影响,岛屿全年温差较小,夏季的相对湿度较大,导致潜热通量较多,抑制了边界层内的对流过程,造成夏季大气边界层高度较低。此外,其年均高度在1973—1988年间出现波动下降,而后在1988—1995年快速上升,最后于1995—2015年间变化平稳。     

巴丹吉林沙漠夏季大气边界层结构

利用国家自然科学基金项目“巴丹吉林沙漠陆-气相互作用观测试验和研究”于2009年7—9月在巴丹吉林沙漠取得的系留气球、GPS探空等加强观测资料,分析了沙漠夏季大气边界层位温、比湿及风等的日变化特征。研究表明：（1）巴丹吉林沙漠近地面气温日较差较大,比湿的变化与气温相反,白天风速变化大。（2）昼（夜）不平衡能量差额R_d>0（R_d<0）,莫宁-奥布霍夫长度L<0（L>0）,大气层结趋于不稳定（稳定）;白天大部分净辐射能量转换为感热通量,为深厚大气边界层的发展提供热力条件。（3）午前稳定边界层经历了从重建到消退的过程,其上残留层较厚;午后混合层打通残留层发展迅速,近地面层出现明显的超绝热递减层;夜间稳定边界层迅速发展,最大厚度达900 m;（4）从整个边界层来看,午前出现的5层结构在午后变为3层,稳定边界层消失,混合层迅速发展,厚度达到3 000 m。夹卷层厚度最大值为1 500 m,近地面的超绝热层最大达200 m。     

北冰洋浮冰站大气边界层结构的观测研究

利用2003年8月23日-9月3日我国第二次北极科学考察队在北冰洋浮冰站探测的50次大气廓线及相关资料,对北冰洋的大气边界层垂直结构进行了研究。结果显示,观测期间北冰洋(78°N附近,143°-148°W)浮冰区白天的对流边界层高度大于夜间的稳定边界层高度。大气边界层可分为稳定型、不稳定型和多层结构等几种类型。个例分析表明来自高空较强的暖湿气流与冰面近地层冷空气强烈相互作用,会形成强风切变和逆温、逆湿过程,有时100m高度内的风切变达10m/s,逆温达8℃。此种过程会导致北冰洋高纬度地区的大块海冰破裂,形成新的无冰海域,加强了海/冰/气的相互作用。该观测事实将有助于进一步提高对北冰洋高纬度边界层特征及其影响的认识。     

塔克拉玛干沙漠腹地起伏地形近地层微气象特征

利用2018年10月8日至2019年1月31日塔克拉玛干沙漠腹地起伏地形上高大沙垄高点和低点的温度、相对湿度、风速和大气压同步观测资料,对比分析沙漠起伏地形上秋冬季的微气象特征。结果表明:塔克拉玛干沙漠腹地高大沙垄造成的地形起伏,使得沙垄高点和沙垄低点气温、比湿和风速日变化差异明显。沙垄高点和沙垄低点气温差异主要体现在夜间,与沙漠腹地夜间存在逆温现象有关,表现出沙垄高点气温明显高于沙垄低点,观测期气温差异平均值为6.6 ℃。沙垄低点气温日较差高于沙垄高点。2018年10、11、12月,气温随高度变化出现逆温现象与沙垄高点气温高于沙垄低点气温在时间上相互对应。两个站点比湿较小,平均比湿分别为0.68 g·kg^-1和0.99 g·kg^-1。比湿日变化趋势随季节发生显著变化,主要与大气稳定度增加、冬季水汽增多及夜间逆湿现象逐渐显著相关。地形位置较高的沙垄高点风速比沙垄低点大,风速差异主要体现在夜间。2018年11月2、14、15、20日和2019年1月30日,沙垄高点风速维持在1.9~4.6 m·s^-1,平均3.2 m·s^-1,沙垄低点风速维持在0.8~4\^5 m·s^-1,平均2.5 m·s^-1。     

藏北高原D110点不同季节土壤温度的日变化特征

利用１９９８年ＧＡＭＥ－Ｔｉｂｅｔ加强观测期间取得的一个年周期的土壤温度资料,对藏北高原Ｄ１１０点土壤温度日变化特征的月际变化进行了分析。结果表明,在夏半年（５－９）月土壤温度存在明显的日变化,且基本上按正弦曲线变化,但相位随深度的增加而滞后;冬半年土壤温度尽管也存在日变化,但变幅较小。     

A temperature inversion in "Chinese Arctic Research Expedition 1999

Using the boundary layer observation data collected by "Arctic Upper Air Observation 1999" in Chinese Arctic Research Expedition 1999, a strong temperature inversion in summer is studied. It shows that the intensity (6.3℃/(100 m)) is much stronger than the climatology average value in summer and winter. The temperature inversion took on a remarkable diurnal variation. The intensity of inversion gradually weakened from night to daytime.     

1956—2013年曹家湖流域径流深变化

在古浪河水文站观测数据基础上,运用数理统计方法对曹家湖流域1956—2013年径流深变化的研究表明:(1)曹家湖流域春、夏、秋、冬季径流深的变化趋势均表现为20世纪80年代偏多,2000年后偏少,这两个时段内年径流深与季节径流深变化一致;除冬季外,其他季节20世纪60年代径流深均高于多年平均;夏、冬季和年径流深70、90年代偏多。(2)就年际变化而言,春、夏、秋季径流深均表现为减小趋势,但不显著,冬季径流深呈不显著微弱增加趋势。受季节变化的影响,年径流深也表现出减小的态势。(3)各季节径流深变化均存在4~18a的短周期变化,除春季外,其他季节径流深变化还存在28~30a的长周期变化。(4)研究区春、秋、冬季和年径流深分别在2008、1961、2007、2007年突变减小,除冬季外,其他均未通过95%的显著性水平检验;研究时段内,夏季径流深经历了两次突变显著减少,分别出现在1966年和2007年。(5)研究区春、夏、秋季以及年降水量与径流深之间存在显著的正相关关系,冬季降水量与径流深存在不显著的负相关关系。     

西宁地区污染气象特征与降水pH值的初步分析

西宁是我国空气污染最严重的城市之一,冬春季节尤为严重,特别是当春季受到强沙尘暴影响时,会产生5级以上的严重空气污染。这除了当地污染源过量排放和外来沙尘输送外,当地大气扩散条件也是主要原因之一。利用西宁市2000年1月至2002年12月的各种常规气象观测资料和降水pH值资料,计算分析了西宁地区月、季、年各种逆稳层日数和混合层厚度,结果表明,西宁地区月逆温平均日数和月平均混合厚度基本呈反位向。冬半年各种逆温出现的总日数一般在15~24d之间,而夏半年在7~12d之间,前后二者相差一半。月平均混合厚度夏半年高,而冬半年低;季节变化是冬季平均混合厚度最低,春、夏季较高,秋季平均混合厚度介于春季和冬季之间,年最低和最高混合层厚度的平均年变差为145m。月逆温平均日数多(少)、月逆温厚度平均偏高(低),而月平均混合厚度偏低(高)。pH值月、季平均值与月、季平均混合厚度的变化趋势基本一致。混合层厚度高(低),湍流运动强(弱),空气在垂直和水平方向交换时间短(长)、扩散能力强(弱),pH值大(小)。     

MUDBOIL AND ICE‐WEDGE DYNAMICS INVESTIGATED BY ELECTRICAL RESISTIVITY TOMOGRAPHY,GROUND TEMPERATURES AND SURFACE MOVEMENTS IN SVALBARD

Arctic tundra surfaces are dominated by a variety of patterned ground forms. Whereas a large number of studies have described morphology, structure and processes of patterned ground, few have monitored detailed patterned ground dynamics and subsurface environments continuously. We applied electrical resistivity tomography (ERT) to understand near‐surface conditions of two types of patterned ground, ice‐wedge polygons and mudboils in Svalbard, where periglacial processes associated with permafrost are intensively monitored. Automated monitoring shows surface movement characterized by annual cycles of frost heave and thaw settlement, the amounts and rates of which are influenced by the intensity of ice segregation. A time series of ERT shows (1) a distinct resistivity boundary delimiting the active‐layer depth, (2) seasonal variation in resistivity controlled by thermo‐hydrological dynamics and (3) spatial variation in resistivity reflecting desiccation in summer and intensive ice segregation in winter. These results demonstrate ERT as a useful complementary technique for monitoring active‐layer depths and near‐surface hydrological conditions at periglacial patterned ground sites, where automated soil thermal and moisture measurements are limited.     

IPCC A1B情景下中国西南地区气候变化的数值模拟

利用ECHAM5/MPI-OM 全球海气耦合模式模拟的当代(1986-2000 年)和IPCC A1B情景下未来(2011-2025 年)2×15a 的模拟输出格点场资料,驱动20 km高水平分辨率区域气候模式RegCM3 进行西南地区气候变化的数值模拟,主要分析未来地面温度和降水的可能变化。结果表明：①通过与32 个地面气象站观测资料和CRU资料对比分析,RegCM3 能够很好的模拟研究区基准时段地面温度和降水的局地分布特征。②A1B情景下未来西南地区年、四季平均温度均明显增加,北部温度变化幅度大于南部。③最高/最低温度一致升高,冬季最高/最低温度变化幅度大于夏季;年、秋冬季降水有所增加,冬季降水增加明显,而春夏季降水略有减少。④研究区未来春夏季温度升高、降水减少的趋势可能导致局部地区高温、干旱等极端天气的可能性增大;同时冬季降水增加,可能加重局部地区洪涝灾害的风险。     

塔克拉玛干沙漠夏季晴空对流边界层大涡模拟

为了探索塔克拉玛干沙漠夏季晴空对流边界层湍流结构和热对流运动规律,利用沙漠腹地探空及地表通量观测资料,开展了晴空对流边界层的大涡模拟研究。结果表明：（1）沙漠夏季晴空条件下,对流边界层湍能主要由地表热力浮力对流产生,机械剪切对边界层湍能的贡献较小,小尺度湍涡对湍能的耗散随高度呈减弱趋势,边界层湍能变化呈现间歇性特点。（2）沙漠夏季晴空边界层中存在着有组织的热对流泡现象,热泡最大上升速度可超过4.0 m·s^-1;沙漠热对流运动一般呈羽状和网状分布特征,在上升运动区周围伴随有大片的下沉辐散区域。（3）地表感热和逆温层顶盖强度是控制和影响沙漠对流边界层发展的两个重要因素,感热增大,对流边界层变暖且高度升高;感热减小,对流边界层变冷且高度降低。在感热不变的条件下,逆温层顶盖强度越强,越不利于对流边界层发展,反之则相反。     

南极中山站极光电集流分布特征分析

本文通过 1 997年在南极中山站观测的极光和所对应的地磁场扰动 ,利用 AU、AL、AE指数描述极光电集流在南极中山站的分布规律及其强度 ,我们发现东向极光电集流强度是正值 ,西向极光电集流强度是负值 ,从绝对值来说 ,西向极光电集流强度大于东向极光电集流强度。南极中山站夏季的极光电集流强度大于冬季的极光电集流。秋夏冬季节的东向极光电集流在72 0～ 1 44 0分 (世界时 1 2～ 2 4时 )的分布规律的拟合曲线类似口朝上的抛物线形 ;西向极光电集流在 72 0～ 1 44 0分这段时间的分布规律的拟合曲线类似正弦波形。了解了极光电集流在南极中山站的分布特征 ,有利于极区电离层和磁层耦合及极光动力学的研究。     

The role of declining Arctic sea ice in recent decreasing terrestrial Arctic snow depths

The dramatic decline in Arctic sea ice cover is anticipated to influence atmospheric temperatures and circulation patterns. These changes will affect the terrestrial climate beyond the boundary of the Arctic, consequently modulating terrestrial snow cover. Therefore, an improved understanding of the relationship between Arctic sea ice and snow depth over the terrestrial Arctic is warranted. We examined responses of snow depth to the declining Arctic sea ice extent in September, during the period of 1979–2006. The major reason for a focus on snow depth, rather than snow cover, is because its variability has a climatic memory that impacts hydrothermal processes during the following summer season. Analyses of combined data sets of satellite measurements of sea ice extent and snow depth, simulated by a land surface model (CHANGE), suggested that an anomalously larger snow depth over northeastern Siberia during autumn and winter was significantly correlated to the declining September Arctic sea ice extent, which has resulted in cooling temperatures, along with an increase in precipitation. Meanwhile, the reduction of Arctic sea ice has amplified warming temperatures in North America, which has readily offset the input of precipitation to snow cover, consequently further decreasing snow depth. However, a part of the Canadian Arctic recorded an increase in snow depth driven locally by the diminishing September Arctic sea ice extent. Decreasing snow depth at the hemispheric scale, outside the northernmost regions (i.e., northeastern Siberia and Canadian Arctic), indicated that Arctic amplification related to the diminishing Arctic sea ice has already impacted the terrestrial Arctic snow depth. The strong reduction in Arctic sea ice anticipated in the future also suggests a potential long-range impact on Arctic snow cover. Moreover, the snow depth during the early snow season tends to contribute to the warming of soil temperatures in the following summer, at least in the northernmost regions.