利用简单生物圈模式SiB2模拟青藏高原地表能量收支

利用简单生物圈模式SiB2模拟了西藏短草大草原安多观测站1998年7月15日至9月10日期间的地表能量分配、 地表有效辐射温度和土壤湿度。季风期, 平均冠层高度和叶面积指数大约分别为0.05 m和0.5。实验地点基本代表了夏季藏北高原大面积特征。所用资料为全球能量与水循环实验GEWEX (Global Energy and Water Cycle Experiment) 亚洲季风实验GAME (Asian Monsoon Experiment) 的西藏观测期间安多观测站微气象实地测量。采用这些资料确定SiB2所需要的参数和初始值后, 由该资料中半小时一次的太阳短波辐射、大气长波辐射、水汽压、气温、水平风速和降水驱动SiB2, 最后将模拟结果与实际测量的湍流通量、 地表温度和土壤湿度进行了对比, 进一步检验SiB2对季风期间青藏高原稀疏草原地表能量分配的模拟能力。对比结果表明: (1) 当模式低估净辐射0.2%时, 模式分别高估感热、 潜热和土壤热通量4%、 13%和8%; (2) 模式得出的地表温度偏高5%; (3) 土壤湿度估计合理。总的来说, SiB2对辐射分量模拟结果的偏差相对较小, 相关程度普遍比感热通量、 潜热通量和土壤热通量的模拟结果高。     

卫星遥感藏北高原非均匀陆表地表特征参数和植被参数

卫星遥感在研究青藏高原北部地区(藏北高原地区)非均匀陆表地表特征参数和植被参数时有其独到的作用.作者提出了基于NOAA-14 AVHRR资料推算藏北高原地区地表特征参数和植被参数的方案,并把其用于全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验(GAME/Tibet)试验区.同时利用3个景的NOAA-14 AVHRR资料进行了分析研究,得到了一些有关藏北地区非均匀地表的区域地表特征参数(地表反射率、地表温度)和植被参数(INDV、植被覆盖度和叶面指数ILA).     

青藏高原中部季节冻土区地表能量通量的模拟分析

利用“全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验(CAMP/Tibet)”中那曲地区BJ站2002年8月1日\_2003年8月31日的观测资料作为水热耦合模式(Simultaneous Heat and Water, SHAW)的强迫场,对青藏高原中部季节冻土区地表能量通量特征进行了单点模拟研究。通过对实测值与模拟结果的对比分析,发现SHAW模式能较成功地模拟该地区地表能量通量特征, 短波净辐射和长波净辐射的模拟值与观测值吻合较好, 净辐射和土壤热通量在夏半年的模拟值与观测值也吻合,但相对夏\, 秋季而言,它们在冬\, 春季的模拟值较观测值略偏大。模拟的感热和潜热通量的季节变化比较合理,由模拟的感热和潜热通量计算的Bowen比能较好地解释不同季节太阳辐射的能量转化。     

青藏高原地表特征时空分布

通过利用地理信息数据库、卫星反演参数、气象观测数据,分析了我国青藏高原地区地表植被覆盖、地表反照率分布、地表蒸发分布、地表积雪分布.结果显示,随着青藏高原地表年平均气温的显著升高,青藏高原部分区域地表覆盖特征也发生了改变.在青藏高原南缘湿润大区降水充分地区,地表反照率相对较低,潜热蒸发量最大,1982～2000年期间地表植被覆盖呈明显增加趋势.青藏高原地区积雪覆盖在各个气候区域也呈现同步变化特征,自1970～1989期间,降雪量呈持续增加趋势,但之后至2000年期间,全区降雪量呈下降趋势,其中积雪覆盖变化最强烈的时段发生在10月～4月之间,变化幅度最大的区域位于青藏高原的东南部区域.     

藏北高原地面辐射收支的初步分析

利用“全球能量与水循环亚洲季风之青藏高原试验”GAME／Tibet(GEWEX Asian Monsoon Experiment in the Tibetan Plateau)1998年加强期(IOP)观测资料,分析研究了藏北高原地区草甸下垫面在季风前、季风中、季风后的太阳短波向下辐射、大气长波向下辐射、地面长波向上辐射、地面短波向上辐射、净辐射及地表反射率等特征,得到了藏北高原地区草甸下垫面辐射特征的新认识。     

Understanding the Surface Temperature Cold Bias in CMIP5 AGCMs over the Tibetan Plateau

The temperature biases of 28 CMIP5 AGCMs are evaluated over the Tibetan Plateau(TP) for the period 1979–2005. The results demonstrate that the majority of CMIP5 models underestimate annual and seasonal mean surface 2-m air temperatures(T_(as)) over the TP. In addition, the ensemble of the 28 AGCMs and half of the individual models underestimate annual mean skin temperatures(T_s) over the TP. The cold biases are larger in T_(as) than in T_s, and are larger over the western TP. By decomposing the T_s bias using the surface energy budget equation, we investigate the contributions to the cold surface temperature bias on the TP from various factors, including the surface albedo-induced bias, surface cloud radiative forcing, clear-sky shortwave radiation, clear-sky downward longwave radiation, surface sensible heat flux, latent heat flux,and heat storage. The results show a suite of physically interlinked processes contributing to the cold surface temperature bias.Strong negative surface albedo-induced bias associated with excessive snow cover and the surface heat fluxes are highly anticorrelated, and the cancelling out of these two terms leads to a relatively weak contribution to the cold bias. Smaller surface turbulent fluxes lead to colder lower-tropospheric temperature and lower water vapor content, which in turn cause negative clear-sky downward longwave radiation and cold bias. The results suggest that improvements in the parameterization of the area of snow cover, as well as the boundary layer, and hence surface turbulent fluxes, may help to reduce the cold bias over the TP in the models.     

青藏高原六套陆面蒸散发产品的评估

Uncertainties in the evapotranspiration (ET) products used in the Tibetan Plateau (TP) region were determined based on the data from satellite remote sensing and observations having different spatial and temporal resolutions, limiting their utility for hydrometeorological and climate assessment. Six ET (PML, EB-ET_V2, GLEAM, GLDAS, ERA5_Land, and MOD16) products were evaluated based on eddy observations, and the differences between the products were compared. Moreover, the uncertainties in ET products in the TP region were analyzed. The results of the analysis are as follows: (1) A good correlation and consistency exist in the mean state and seasonal cycle between the observed and ET values of the corresponding pixel. Moreover, GLEAM product exhibits a high degree of agreement with the observed values and has applicability, and MOD16 product exhibits poor performance at most sites. (2) In terms of seasonal changes, ERA5_Land product values are highly consistent with the observed changes during spring, GLEAM product values are nearly consistent with the observed changes during summer and winter, and EB-ET_V2 product values are highly consistent with observed values during autumn. (3) Spatially, GLEAM product has higher correlation (the correlation coefficient R＞ 0.88) and consistency (index of agreement IOA＞ 0.89) compared to those of EB-ET_V2 product and GLDAS product. Substantial differences exist in the temporal and spatial distribution of various products during different seasons, especially during spring. Compared with other products, MOD16 product is underestimated in summer and overestimated in winter in most regions. (4) The annual average ET for each product except for MOD16 product is considerably different. The annual average ET values of the remaining five products over multiple years arranged in descending order are as follows: ERA5_Land product (401.46 mm a−1)＞ PML product (334.37 mm a−1)＞GLEAM product (298.46 mm a−1)＞EB-ET_V2 product (271.39 mm a−1)＞GLDAS product (249.67 mm a−1). The total annual evaporation in the TP region is 330.59 mm a−1. The assessment results provide a detailed understanding of the quality and dynamics of ET products in the TP region, which can serve as reference data for regional water management and water resource assessment in the TP region. © 2023 Science Press. All rights reserved.     

Estimation of Land Surface Temperature over the Tibetan Plateau Using AVHRR and MODIS Data

Estimation of large-scale land surface temperature from satellite images is of great importance for the study of climate change. This is especially true for the most challenging areas, such as the Tibetan Plateau (TP). In this paper, two split window algorithms (SWAs), one for the NOAA’s Advanced Very High Resolu-tion Radiometer (AVHRR), and the other for the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), were applied to retrieve land surface temperature (LST) over the TP simultaneously. AVHRR and M...     

青藏高原复杂下垫面能量和水分循环季节变化特征分析

为深入认识青藏高原能量和水分循环季节变化,利用GSWP(Global Soil Wetness Project)、GLDAS(Global Land Data Assimilation System)、AMSR-E(Advance Microwave Scanning Radiometer-EOS)土壤湿度以及台站观测资料等多种数据,采用滑动t检验初步分析高原下垫面各物理量季节变化特征。结果表明:各物理量季节变化特征明显且联系密切。高原下垫面净短波辐射和感热通量在1月中旬显著开始增加,5~6月达到全年最高值。净长波辐射5月表现为高值,夏季表现为低值。地表潜热通量在1月显著开始增加,在夏季达到全年最高值。表层土壤3月开始输送热量到大气,9月大气开始向土壤表层传递热量;融雪3~5月加快,雪盖减少。降水和1 cm植被含水量在2月显著开始增加,1 cm土壤显著开始加湿,5~6月降水陡增,1 cm土壤湿度表现为峰值。1 cm植被含水量、植被蒸腾、总蒸散与降水在7~8月达全年最高值,1 cm土壤湿度在7月表出现为谷值,9月达全年第二峰值。10月下垫面温度转冷后,雪盖增加,土壤湿度逐渐减小。     

CoLM模式对青藏高原中部BJ站陆面过程的数值模拟

利用公共陆面模式Common Land Model(CoLM)及"全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验"(CAMP/Tibet)中那曲地区Bujiao(BJ)站2002—2004年的观测资料对该地区进行了单点数值模拟试验。通过比较模拟与观测的地表能量通量,表明CoLM较成功地模拟了该地区的能量分配。模式对向上的短波辐射、向上的长波辐射、净辐射及土壤热通量模拟得较好,但冬季存在偏差。进一步比较了模拟和观测的土壤温度及土壤湿度,发现浅层60 cm土壤温度模拟较好,深层存在偏差,表现为土壤温度变化滞后于实际变化。土壤湿度总体偏小,尤其是冬季冻结期,土壤冻融过程中忽略了土壤液态水在温度0℃以下仍能存在,含冰量模拟偏高。     

近50 a青藏高原地面气温序列的重建

利用NCEP／NCAR500hPa高空再分析资料插补得到青藏高原1950—2000年50个海拔在3000m以上台站500hPa完整可靠的月平均温度序列。基于青藏高原地面气温和其上空500hPa温度有着密切关系，设计了这50个台站地面月平均温度序列的回归方案，用回归估计值将近50a各台站的现有月平均气温记录进行补齐、延长，得到重建的高原台站完整连续的地面月平均气温资料，并对回归效果进行独立样本实验。重建的青藏高原地面气温资料能够真实地反应高原实际气温的变化特征。     

Spatiotemporal Variation of Water Vapor Budget over the Tibetan Plateau and Its Regulation on Precipitation

The spatiotemporal variations of water vapor budget(Bt) and their relationships with local precipitation over the Tibetan Plateau(TP) are critical for understanding the characteristics of spatial distributions and evolutions of water resources over the TP. Based on a boundary of the TP, this paper explored the spatiotemporal characteristics of Bt over the TP using the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts interim(ERA-Interim) reanalysis datasets. On the climatological mean, the TP i...     

青藏高原那曲地区夏季一次对流云降水过程的云微物理及区域水分收支特征

第三次青藏高原科学试验针对高原夏季云和降水物理过程开展了大量观测研究,为进一步揭示高原云微物理结构、云中水分转化和区域水分收支特征,本文采用中尺度数值预报模式（WRF）并结合高原试验期间的各种观测资料,对那曲观测试验区2014年7月5~6日的一次较为典型的夏季对流云降水过程进行了数值模拟研究。结果表明WRF模式能够基本再现高原夏季对流云的发展演变过程以及降水的日变化特征。模拟结果显示高原夏季对流云中具有较高的过冷云水和霰粒子含量,冰相过程在高原云和降水的形成和发展中具有十分重要的作用,地面降水主要由霰粒子融化产生。暖雨过程对降水的直接贡献很小,但在霰胚形成中具有十分重要的作用。霰粒子胚胎的形成主要来源于冰晶与过冷雨滴的撞冻过程,雪粒子和过冷雨水的碰冻转化及过冷雨滴的均质冻结贡献相对较小。霰粒子的增长过程在12 km（-40℃）以上层主要依靠对冰晶、雪粒子的聚并收集过程,而在其下层的增长过程主要依赖对过冷云水的凇附增长,对雪粒子的聚并收集和凝华增长过程较小。高原那曲地区净水汽收支为正,日平均降水转化率可达20.75%,接近长江下游地区,高于华北、西北地区。该地区日降水再循环率为10.92%,说明局地蒸发的水汽对高原降水的水汽来源具有一定的贡献,但高原降水的90%仍然由外界输入的水汽转化形成。     

近20年青藏高原气象卫星应用研究回顾与展望

回顾近20年青藏高原卫星遥感技术在气象领域的应用研究成果,主要包括卫星资料在天气分析和预报、气候变化研究,以及森林火险和积雪监测等方面的应用研究,并指出目前青藏高原气象卫星应用研究中亟待解决的问题和对策。     

Experimental Study of the Imbalance of Water Budget over theLoess Plateau of China

The imbalance of land-surface water budget was discovered in past studies, but there have been few further investigations on the relevant causes. To probe into the problem, annual variations of precipitation and land-surface evapotranspiration were analyzed by using the historical observation data from a comprehensive land-surface observation base of LOPEX (Loess Plateau Experiment). A remarkable imbalance in the land-surface water budget was found, and the total annual imbalance reached 20.6%. Then, the impact factors related to additional water budget components and observational methods were studied. The total annual imbalance could be reduced to 3.8% by using a combination of compensated land-surface water budget components and the surface evapotranspiration values obtained from the large-scale weighing lysimeter rather than from the eddy correlation method.     

地表反照率与高原夏季风爆发关系分析

利用2000～2016年MODIS地表反照率和ECMWF/ERA-Interim再分析资料,选取有代表性的高原季风指数DPMI,统计分析了青藏高原地表反照率与高原季风之间的联系,结果表明:1)11月高原地表反照率大小与次年高原夏季风爆发存在密切关系:11月高原地表反照率偏低(高),次年4月高原夏季风爆发偏早(晚),强度偏强(弱)。2)可能的影响机制为:当前期11月高原地表反照率偏低时,后期高原主体对大气的感热加热信号更强,从而引起4月高原上空近地面层上升运动明显加强,这有利于热量向高空传输,导致对流层加热作用加强,高原上空对流层温度偏高,使得高原季风环流系统加强,最终导致高原季风季节变化相应提前;反之亦然。     

青藏高原不同地区夏季近地层能量输送与微气象特征比较分析

利用2009年7月在青藏高原理塘、林芝、海北、拉萨获得的气象观测资料,对比分析了这些地区近地层气象要素、辐射收支及湍流通量日变化特征。结果表明：无论是高原东部、中部还是北部,无论是高原台地还是高山峡谷区,7月份近地层各气象要素、湍流通量、辐射收支都有明显的日变化。各地区的地表辐射、感热、潜热等最高值都出现在中午,最低值出现在早晨。地表反照率日变化均呈早晚高中午低的＂U＂型分布。地面热源强度在白天均为热源,正午为强热源,在夜间表现为弱的冷、热源交替出现。7月份近地层地气热量交换中,感热输送作用小,潜热输送占主导地位。动量通量和摩擦速度均在风速较大的下午较大,风速小的早晨小。     

TRMM卫星探测青藏高原谷地的降水云结构个例分析

利用TRMM卫星测雨雷达探测反演的降水廓线、红外辐射温度、微波高频辐射亮温和闪电资料,并结合数字地形资料和NCEP再分析资料,分析研究了1999年5月4日13:05(UTC,下同)青藏高原东南部某山谷及附近地区(29.49°N~30.13°N,95.08°E~96.89°E)的降水云结构。结果表明,该降水云团为特殊地形强迫而引起的一强对流降水;强对流降水云团水平范围约20km,它自谷地向上呈“蘑菇”状向上水平展开;最大降水率位于谷中云体下部,超过100mm.h-1;在谷地上方该强对流降水云团云体向下风方向延伸,形成下风方向大范围的弱降水。结果还表明,强对流降水云团中剧烈变化的地表降水率也反映在云团云顶红外辐射温度和云体微波辐射亮温的变化上。此外,虽然闪电附近云顶高度和云中的含冰量相差甚小,但闪电发生次数、持续时间和发出的辐射能量却十分不均。降水事件的天气背景分析表明,降水发生前13h内,高原500hPa一弱低压槽东移引起的大气低层辐合、中高层辐散及大气不稳定性增加,是此次降水事件发生的大气内在因素。     

青藏高原改则地区近地层湍流特征

分析了第二次青藏高原气象科学试验（TIPEX）1998年6～7月加强期在改则取得的湍流资料,讨论了近地层湍流宏观统计量、温度、湿度结构参数以及通量整体输送系数等变化规律,结果表明在不稳定层结下,湍流宏观统计量等随稳定度的变化满足过去在平原地区得到的相似关系。     

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.