基于CloudSat/CALIPSO卫星资料的青藏高原云辐射及降水的研究进展

青藏高原上空的云及其相关联的降水和辐射影响了高原上空非绝热加热的空间结构。2006年卫星发射升空的CloudSat/CALIPSO卫星提供了定量的、完整的云垂直结构信息。本文回顾了国内外基于该资料进行的青藏高原上云宏观和微观结构特征,云与降水相关性,云辐射效应以及模式中的云-辐射问题方面的研究。指出抬升的青藏高原上水汽较少,限制了高原上云的垂直高度,对云层厚度和层数有显著压缩作用。在云量及其季节变化上,单层云的相对贡献大于亚洲季风区的其他区域;夏季对流云比较浅薄,积云发生频率最高,云内滴谱较宽;降水云以积云和卷云为主,云对总降水的贡献随着云层数增多而减小,降水增强时高层冰粒子的密集度趋于紧密;夏季青藏高原地区云的净辐射效应在8 km高度存在一个厚度仅1 km左右但较强的辐射冷却层,而在其下（4~7 km高度之间）为强的辐射加热层。最后展望了未来需要进一步开展的研究。     

青藏高原不同地区辐射特征对比分析

利用"全球协调加强观测计划(CEOP)之亚澳季风青藏高原试验"(CAMP/Tibet)在藏北高原的BJ站、NPAM站及中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站、纳木错多圈层相互作用综合观测研究站和藏东南高山环境综合观测研究站2007年的辐射观测资料,分析了这些地区不同下垫面地表辐射各分量及地表反照率的日变化和月际变化特征。结果表明,向下短波辐射受太阳高度角的影响存在明显的日变化和月际变化;向上短波辐射的月际变化基本与总辐射一致,在个别月份由于高原积雪造成地表反照率较高,从而使晴天向上短波辐射全年较高;向下长波辐射存在基本的季节变化,最大值出现在天空总云量较多的夏季(6～8月),最小值出现在冬季(12月和1月);向上长波辐射基本上都是夏季为全年最大,冬季为全年最小。这与地表温度的年变化情况相一致。高原不同地区各季节晴天地表净辐射存在差异,NPAM站和藏东南站由于下垫面植被覆盖较好,净辐射值各季节均高于其它各站;NPAM站、纳木错站和珠峰站地表反照率日变化曲线呈"U"型,BJ站和藏东南站日变化相对复杂,藏东南站全年月平均地表反照率较小且变化不大,其他各站存在基本的年变化趋势。     

由GMS虎夏季青藏高原地区地面总辐射

用辐射理论导得了卫星测值与地面总辐射的关系，据此建立了用卫星资料估算地面总辐射的七种模式，选择效果最佳的一种估算了青藏高原地面总辐射，结果表明，这种方法能弥补高原地区资料不足的缺憾。     

青藏高原东部地区辐射平衡及各分量变化特征

利用2009年11月-2010年10月青藏高原玛多自动气象站辐射平衡观测资料,分析了高原两种不同下垫面辐射平衡各分量的季节平均日变化和年变化特征.结果表明,各季节的平均总辐射日变化和年变化在两种下垫面的趋势基本一致,夏季总辐射为非零值的时间在早上要比冬季早2h左右,而在傍晚出现零值的时间要比冬季晚2h左右.夏季总辐射最强、冬季最弱,年变化最小值为0.544 MJ·m-2,出现在1月;最大值为1.001MJ ·m-2,出现在7月.在11:00-16:00(北京时)之间反射辐射冬季最强、夏季最弱.这种现象与总辐射日变化趋势恰好相反,反射辐射的年变化最小值出现在2月,平均最小值为0.157MJ· m-2;最大值出现在11月,平均最大值为0.326 MJ· m-2.1号点和2号点反射辐射差值冬季最大,达到0.06 MJ·m-2;春季最小,为0.03 MJ·m-2.净辐射年变化最小值为-0.025 MJ·m-2,出现在12月;最大值为0.477 MJ·m-2,出现在7月.地表反射率2个观测点的变化趋势大致相同,各季节地表反射率最大值、最小值和平均值都是2号点大于1号点,平均偏大8％.     

多套土壤温湿度资料在青藏高原的适用性

利用青藏高原中部和东部土壤温度和湿度观测资料,通过计算两套再分析资料(ERA-Interim和CFSR)和六套陆面模式资料(ERA/land、MERRA/land、GLDAS-NOAH、GLDAS-CLM、GLDAS-M OSAIC和GLDAS-VIC)分别与观测资料之间的平均偏差、偏差标准差、相关系数、标准差比等统计参数,结合Brunke排名法,综合评估了再分析资料和陆面模式资料中土壤温湿度数据在青藏高原的适用性。结果表明:对于土壤温度,CFSR与观测值最接近,其次是MERRA/land和GLDAS-CLM,而ERA-Interim和ERA/land与观测值相差较大;除GLDAS-CLM土壤温度比观测值偏高外,其他资料土壤温度在大部分站点比观测值偏低,其中ERA-Interim和ERA/land土壤温度比观测值偏低较多,部分站点平均偏差超过-20℃。对于非冻结期(5 10月)土壤湿度,GLDAS-CLM与观测值最接近,其次是GLDAS-NOAH或ERA-Interim;与观测值相比,CFSR、ERA-Interim和ERA/land的土壤湿度偏湿,平均偏差大部分在0.05~0.20 m3·m-3之间,而GLDAS-NOAH、GLDAS-CLM和GLDAS-M OSAIC的土壤湿度偏干。     

青藏高原近600年的温度变化

利用1983年7月－1990年12月ISCCP卫星反演的地表温度资料，将高原的温度变化分为三个区。在每一区找1－2个温度变化的代用资料（冰芯、树轮），将近600a的资料进行标准化处理，然后按面积加权，得到了大体可代表整个高原的平均温度变化序列，发现600a来高原上曾出现过三次冷期和暖期，最冷在17世纪中叶。     

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。     

6种地表热通量资料在伊朗—青藏高原地区的对比分析

基于JRA25、ERA40、ERA-Interim、NCEP1、NCEP2和20CR,对比了不同资料中气候平均(1979—2008年)伊朗—青藏高原感热通量和波文比的季节演变,以及夏季高原感热的年际变率和线性趋势。6套资料均表明,由春到夏亚洲大地形区域地表热状况的季节演变存在明显差异,青藏高原东南部低空气旋生成,一方面增多了局地降水,减弱了地表西风,造成潜热加强,感热减弱,波文比减小;另一方面加强了伊朗高原的东北风,抑制了当地降水,令感热加强,波文比增加,构成了青藏—伊朗高原感热通量季节演变的纬向非对称分布。虽然近30 a来伊朗高原(青藏高原)夏季感热线性增加(减小)的趋势一致,但不同资料所反映的伊朗—青藏高原夏季感热通量的年际变化差别明显。     

青藏高原地表分类及其东北部辐射通量的二维数值模拟

通过对青藏高原地区地表特征的格点分类及沿五道梁站的经向二维中尺度数值模拟,结果发现：青藏高原地区１３类地表特征都有,尽管其植被自西北向东南呈带状分布,但仍十分复杂;而其地表特征的这种格点分类为该地区的高分辨数值模式模拟提供了极其有用的下边界条件。地面净辐射通量及其诸分量的模拟结果与观测结果的相当接近与一致表明,该模式具有模拟青藏高原地区地面通量日变化的能力。模拟结果和观测分析还指出：夏天睛天条件下     

青藏高原地表反射率卫星反演资料的评估

该文重点介绍了ＩＳＣＣＰ资料中的地表可见光反射率资料及ＬｉＺｈａｎｑｉｎｇ等用参数化反演模式从ＥＲＢＥ宽带行星反射率得到的地表反射率资料。我们选择青藏高原及其邻近地区为目标区，结合高原野外地面观测资料对它们进行了比较和评估，分析了误差的可能原因，并提出了反演青藏高原地表反射率时注意的问题。     

Relationship between Net Radiation and Broadband Solar Radiation in the Tibetan Plateau

The characteristics of net radiation (R_n)(0.3--10 μm) in Lhasa and Haibei in the Tibetan Plateau were analyzed based on long-term in-situ measurements of surface radiation data. The monthly average of daily R_n reached a minimum during the winter period followed by an increase until May and then a decline until January. This variation is consistent with solar activity. The annual mean daily total R_n values were 0.92 MJ m^-2 d^-1 and 0.66 MJ m^-2d^-1 in Lhasa and Haibei, respectively. A relationship between R_n and broadband solar radiation (R_s) was demonstrated by a good linear correlation at the two sites. R_n can be an accurate estimate from R_s. The estimated R_n values were similar to the observed values, and the relative deviations between the estimates and measurements of R_n were 2.8% and 3.8% in Lhasa and Haibei, respectively. The application of the R_n estimating model to other locations showed that it could provide acceptable estimated R_n values from the R_s data. Furthermore, we analyzed the influence of clouds on R_n by different clear index (K_s), defined as the ratio of R_s to the extraterrestrial solar irradiance on a horizontal surface. The results indicate that more accurate results are associated with increased cloudy conditions. The influence of the albedo was also considered, but its inclusion in the model resulted in only a slight improvement. Because surface albedo is not usually measured, an expression based solely on global solar radiation could be of more extensive use.     

青藏高原大气臭氧研究

总结了国内外有关青藏高原大气臭氧方面开展的研究工作，并简要地介绍了1996－1999年利用NILUV观测仪器在拉萨地区进行臭氧和紫外辐射观测的初步结论。     

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.     

南亚高压上下高原时间及其与高原季风建立早晚的关系

本文利用1948—2013年NCEP/NCAR逐日再分析资料,定义了南亚高压动态特征指数,讨论了南亚高压上下高原的时间以及与高原季风建立早晚的关系。研究表明,南亚高压北界位置在4月初开始北移,5月迅速北抬,最北可达到55°N,9月开始南撤,西伸脊点在5—10月移动较稳定,5—7月向西移动到青藏高原上空,8—10月向东移动撤离高原,11月—次年4月东西摆动剧烈。南亚高压初上高原大致为6月第3候(33候),而撤离约为10月第4候(58候)。南亚高压移上高原的时间较高原夏季风建立晚73 d左右。南亚高压撤离高原时间较高原冬季风建立约早5 d。高原夏季风的建立和南亚高压初上高原是青藏高原热力作用在不同阶段的结果,反映在了高原的高低层上。     

青藏高原地区MODIS反照率的精度分析

应用2002-2004年青藏高原CAMP／Tibet试验期间4个地面站点的反照率观测结果定量分析Te丌aMODISlkm分辨率短波SW波段（0．3—5．0μm）反照率全反演结果和当量反演结果的精度。对于全反演结果,黑空反照率、白空反照率与地面观测结果的均方根差分别为0．0187和0．0168;对于当量反演结果,黑空反照率、白空反照率与地面观测结果的均方根差分别为0．0766和0．0761。综合全反演结果和当量反演结果,则黑空反照率、白空反照率与地面观测结果的均方根差分别为0．0679和0．0675。当地面观测结果与MODIS反照率当量反演结果均为“无雪”状态时,黑空反照率、白空反照率与地面观测结果的均方根差分别为0．0352和0．0364;当地面观测结果为“积雪”状态,MODIS反照率当量反演结果为“无雪”状态时,黑空反照率、白空反照率与地面观测结果的均方根差分别高达0．1556和0．1541。     

青藏高原气温和降水的年际和年代际变化

通过对青藏高原72个地面气象站1962～1999年的气温和降水变化的分析,以唐古拉山脉为界将高原分为青海区和西藏区,分别考察了两区冬春(上年10月～当年5月)和汛期(当年6月～9月)气温与降水的变化趋势、突变及其周期振荡,得出的主要结论为:近38年(1962～1999)来,青藏高原呈升温趋势,冬春大多数台站的升温率为0.02～0.03 ℃ a-1,汛期大多数台站的升温率为0.01～0.02 ℃ a-1;20世纪80年代以来,高原冬春气温的升温更为强烈,汛期青海区的升温变得强烈,但西藏区反呈微弱降温趋势,降温主要发生在西藏的江河谷地;全球性的1980年左右的暖突变在青藏高原是明显存在的;近38年来,青海区冬春降水和西藏区汛期降水存在相同的相位变化,即20世纪60年代基本偏多,20世纪70年代和20世纪80年代初偏少,20世纪80年代中到20世纪90年代偏多;青海区汛期降水与西藏区汛期降水的变化存在反向的关系,但它的转折点要滞后4～5年,青海区汛期降水20世纪60年代偏少,20世纪70年代和20世纪80年代偏多,20世纪90年代偏少;西藏区冬春降水呈现自己独特的变化,20世纪60年代到20世纪70年代初偏少,20世纪70年代中末期到20世纪90年代偏多;高原气温主要存在准3年、5～8年和准11年的周期振荡,高原降水主要存在3～5年、8～11年和准19年的周期振荡,这些周期振荡在高原气候演变的不同阶段显著性不一.     

Estimation of Hourly Solar Radiation at the Surface under Cloudless Conditions on the Tibetan Plateau Using a Simple Radiation Model

In this study,the clear sky hourly global and net solar irradiances at the surface determined using SUNFLUX,a simple parameterization scheme,for three stations(Gaize,Naqu,and Lhasa) on the Tibetan Plateau were evaluated against observation data.Our modeled results agree well with observations.The correlation coefficients between modeled and observed values were > 0.99 for all three stations.The relative error of modeled results,in average was < 7%,and the root-mean-square variance was < 27 W m 2.The solar irradiances in the radiation model were slightly overestimated compared with observation data;there were at least two likely causes.First,the radiative effects of aerosols were not included in the radiation model.Second,solar irradiances determined by thermopile pyranometers include a thermal offset error that causes solar radiation to be slightly underestimated.The solar radiation absorbed by the ozone and water vapor was estimated.The results show that monthly mean solar radiation absorbed by the ozone is < 2% of the global solar radiation(< 14 W m 2).Solar radiation absorbed by water vapor is stronger in summer than in winter.The maximum amount of monthly mean solar radiation absorbed by water vapor can be up to 13% of the global solar radiation(95 W m 2).This indicates that water vapor measurements with high precision are very important for precise determination of solar radiation.     

Variations of the Surface Wettability Index over the Tibetan Plateau During 1971-2005

Based on 1971-2005 monthly mean maximum/minimum temperature,wind speed,relative humidity,sunshine duration,and precipitation data at 25 stations over the Tibetan Plateau,a study of the largest potential evapotranspiration(LPE)is performed by using the Penman-Monteith model.The surface wettability index(SWI)is calculated and examined,together with its space distribution,interannual and seasonal variations,as well as associated causes.The results suggest that the annual area rainfall exhibits a pronounced increasing trend at 15.0 mm per decade; the annual LPE shows a different-degree decrease at-4.6-71.6 mm/10 yr.In the southwestern Ngari prefecture and Nyalam county,the annual SWI displays insignificant decline trends compared to increasing trends in other areas of Tibet(0.02-0.09 per decade).For Tibet,on average,the SWI experiences a noticeable rise at 0.04/10 yr,particularly in 1981-2005.On a seasonal basis,the SWI shows increasing trends,especially in summer.In the 1970s-1980s,the interannual variation is characterized mainly by lower temperature and lower humidity.From the 1990s,air temperature keeps on rising,leading to an appreciable increase in SWI,displayed as a type of warm and humid climate.The salient increases(decrease)of precipitation and relative humidity(mean temperature daily range)are the principal causes of the greatly enhanced SWI in the region.The pronounced decrease in mean wind and sunshine duration also plays an active role.     

青藏高原表面过程对夏季青藏高压的影响--数值试验

利用IAP/LASGGOALS气候模式设计了两组敏感性试验,分别考察青藏高原表面感热输送和表面摩擦拖曳对夏季青藏高压的影响.结果表明,表面感热输送显著增强了高原近地层气柱中正涡度的制造和气旋性环流,同时增强了高原上空气柱高层的负涡度制造和反气旋性环流.另一方面,高原表面摩擦拖曳虽然使得低层的辐合略有增加,但施加给整层气柱以反气旋性涡度.因而高原表面的感热输送和表面摩擦拖曳对夏季青藏高压都有增强的作用.表面摩擦拖曳对上空环流的影响随着高度升高而减弱,而表面感热输送引起的高层负涡度的增加与低层正涡度的增加在数值上相当甚至更大.     

青藏高原出射长波辐射特征分析

对青藏高原地区1月、4月、7月和10月高时空分辨率的出射长波辐射(OLR)时间序列进行了谱分析。将各点的功率谱分为三类:第一类代表日变化（周期≤1 d）,另外两类分别为天气过程(2 d≤周期≤10 d）和低频（周期>10 d）变化;将高原分为6个区域,对区域平均的各季节OLR时间序列进行功率谱分析和显著性检验,结果表明:1、4、10月份高原上以日变化为主;而7月份日变化、天气尺度变化和低频变化的贡献相当。显著性分析表明高原上最为显著的周期为1 d周期,2～4 d的天气尺度振荡也较明显。6～8 d和10～13 d处虽有明显的谱峰,但只有少数地区和个别季节其谱值能超过95%的信度检验。