青藏高原冬春季积雪对亚洲夏季风降水影响的研究

青藏高原(以下简称高原)积雪具有明显的季节、年际和年代际变化特征, 是影响亚洲夏季风降水的重要因子之一. 高原冬春季积雪异常通过引起高原地表反射率、 温度和感热的变化, 以及春末融雪吸热和增加土壤湿度而影响大气环流的变化, 最终引起亚洲夏季风降水的变化. 从统计分析、 气候诊断和数值模拟实验对高原冬春季积雪对亚洲夏季风降水影响的研究进展做了概括评述, 探讨了其可能影响的物理机制, 并对今后研究方向进行展望.     

青藏高原对大气温度的影响

青藏高原耸立于地球大气之中,由于其热力性质与周围大气迥然不同,一般而论,冬季它是一个冷源,夏季是热源,从而对地球气候产生举足轻重的影响。从20世纪50年代起人们就开始研究青藏高原作为定常热源对大气纬向不均匀的热力强迫作用。大地形热源异常是气候异常的重要因子,青藏高原上空热源异常变化将导致北半球中高纬度对流层大气环流异常。青藏高原大气热源最强在6月,冷源最强在12月。数值模拟研究结果表明,初夏高原对大气的加热     

青藏高原春季地表感热加热特征及其对黄河源区 汛期降水的影响

利用NCEP再分析资料分析1961～2017年青藏高原春季表面感热和黄河源区汛期降水的时空变化和相应的环流场异常,并对二者的可能联系进行讨论。结果表明:春季高原中东部表面感热年代际震荡明显。当春季高原感热异常偏强(弱)时,索马里越赤道气流异常偏强(弱),印度夏季风偏强(弱),对流层中层的"南冷北暖"温度梯度异常偏强(弱);黄河源区汛期降水年际变化主要表现为全区一致型,降水异常偏多(少)年,高原季风低压偏强(弱),经向水汽输送偏强(弱),新地岛南部的高度场偏低(高),亚洲区域极涡强度偏强(弱)。印度夏季风是春季高原表面感热与黄河源区汛期降水之间的联系纽带。     

巴伦支-喀拉海海温和青藏高原冬季地表气温的年代际联系

基于1961—2017年中国气象局地表气温数据、JRA-55大气再分析数据以及美国国家海洋和大气管理局延伸重建的海温资料,研究了青藏高原冬季地表气温的年代际变化特征及其与海温的可能联系。结果表明：巴伦支-喀拉海冬季海温年代际变化可以激发出向东传播的Rossby波,在西伯利亚对流层高层产生异常的气旋或反气旋性环流,通过影响副极地以及副热带西风急流强度,在青藏高原的南侧产生异常的反气旋或气旋性环流,从而使得青藏高原上空的垂直运动发生变化,导致青藏高原冬季地表气温异常。     

我国青藏高原气候动力学研究的近期进展

文章回顾了我国在青藏高原气象学的基础上发展起来的青藏高原气候动力学研究的近期进展；指出了青藏高原“感热驱动气泵(SHAP)”在调制东亚季风及全球气候中的重要作用；在强调全球海陆分布所产生的“四叶型”加热L0SECOD激发出夏季副热带基本环流型的基础上指出高原的隆升增强了东亚季风的北伸；论述与青藏高原抬升相联系的高原负涡度源所激发的Rossby波对全球气候异常的影响，指出春季青藏高原的表面感热加热是造成东亚环流季节突变的重要原因，并导致亚洲夏季风首先在孟加拉湾东部地区爆发；还就进一步发展青藏高原气候动力学问题作了探讨。     

2000年后青藏高原区域气候的一些新变化

在全球气候变暖进程中,青藏高原气候也发生了一系列的改变.在综述前人研究成果的基础上,从气温、地表温度、地面风速和地表感热通量等方面重点阐述了2000年后青藏高原气候的一些新变化及其可能原因.研究表明:青藏高原气温和地表温度在2000-2010年显著增温,而在2010年后出现增温变缓的趋势;地面风速在2000年前后发生了显著的趋势转变,由2000年之前的显著减小趋势逐渐转变为2010年后的显著增大趋势;2000年后风速和地气温差的变化共同导致地表感热通量的增强和趋势转折,其中,2000-2010年地温增温率快于气温的增温率,这对地气温差的加大和地表感热的增强具有重要贡献,2010年以后地面风速的快速增大是高原感热增强的主要因素.青藏高原风速的变化可能主要与大尺度的环流调整有关,而高原地温的变化则可能主要是高原局地下垫面要素相互作用的结果.该研究为理解青藏高原气候变化的最新进展提供了重要参考.     

青藏高原东部春季感热通量与我国东部气温的年际关系

利用ERA-Interim提供的地表感热、环流场资料和1979-2013年753站中国春季气温观测资料探讨了青藏高原（以下简称高原）东部春季感热通量与我国东部气温的关系。春季高原东部感热与我国东部气温在年际变化上存在密切的相关关系。去除9年滑动平均以后的SVD第一模态结果表明,当高原东部感热出现南弱（强）北强（弱）时,对应我国东北和华南地区的气温异常偏低（高）。当春季高原感热呈现南负北正的分布时,高层200 hPa上,高纬东风异常减弱背景西风有利于冷空气的南下,加之副热带西风急流显著增强,有利于东北地区形成气旋性环流。中低层环流场上,我国北方地区上空为一深厚的东北冷涡所控制,从对流层低层到高层,均呈现较强的气旋式环流分布。一方面,它引导西伯利亚冷空气南下,造成我国东北地区气压异常减弱,气温异常偏低;另一方面,其西侧北风异常阻滞了华南地区上空的背景西南风,不利于暖气流的输送。进一步分析得出,与PC1相关的南北温度差值场上,东亚地区上空从低纬到高纬呈现“负-正-负”的分布形势,有利于副热带西风急流在我国上空的显著增强。气旋中心上暖下冷的结构,导致位涡显著发展并向低层伸展、侵入,增强了对流层中低层的气旋性环流。气旋中心整个对流层为深厚的异常干空气,湿度负值中心与冷中心相对应,表明干冷空气异常下传发展。干侵入使得冷涡加强发展,维持了异常气旋性环流,导致春季东北、华南地区的异常降温。虽然前冬Nino3.4区海温与春季感热相关较好,但其对我国东部春季气温影响并不显著。     

青藏高原和邻近地区的辐射及其与高原冻土的关系

号称“世界屋脊”的青藏高原,伸展到对流层的中部,对大气环流和东亚气候的显著影响,早已引起国内外学者的重视。叶笃正、罗四维、朱抱真计算过青藏高原对流层大气的热量平衡。叶笃正、张捷迁进行了青藏高原加热作用对夏季东亚大气环流影响的初步模拟实验。青藏高原低值系统协作组在研究盛夏高原低涡发生发展时也很重视高原的加热作用。     

青藏高原地表能量通量的估计

利用1981—2000年逐日气候、植被和土壤基础资料作为输入,以大气—植被相互作用模式（AVIM2）计算了青藏高原0.1°分辨率的年平均地表能量通量的空间分布和季节变化特征。结果显示,年平均地表净辐射通量由高原西南部的100 W/m2减少到东部的70 W/m2左右。高原东南部的林区潜热通量强而感热通量弱,从高原东南向西、向北潜热通量逐渐减少,而感热通量逐渐增大。夏季这种趋势更加显著。冬季除东南部外,高原上广大地区地表能量通量都较低。     

青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响与机制研究进展

青藏高原地区特殊的大气圈、水圈、冰冻圈、生物圈等多圈层相互作用过程及其变化,不仅对青藏高原及其周边地区的气候格局和变化有重要影响,而且对东亚、北半球乃至全球的环流形势和异常产生深远影响。为此,全球变化研究重大科学研究计划于2010年9月启动了"青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响与机制研究"项目,旨在开展青藏高原环境、地表过程、生态系统对全球变化的响应及其对周边地区人类生存环境影响的综合交叉研究,以揭示青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响机制,提出前瞻性的应对气候变化与异常的策略,减少其导致的区域自然灾害的损失。项目实施近3年来,开展了青藏高原首次"星—机—地"综合立体协同观测试验和大规模地气相互作用综合观测试验。在遥感结合地面观测估算青藏高原地表特征参数和能量通量方法,高原地区上对流层和下平流层结构,高原季风与东亚季风和南亚季风之间的内在联系,中国及青藏高原地区太阳辐射和风速的年代际变化趋势,青藏高原春季感热源减弱及其对亚洲夏季风和中国东部降水的影响,以及极高海拔地区土地覆被格局等方面取得了一些突出进展。     

青藏高原—沙漠的陆—气耦合及对干旱影响的进展及其关键科学问题

作为世界第三极的青藏高原,是对全球天气气候影响最为显著的自然地貌之一.其巨大陆表深入对流层中部,热力效应直接作用于大气,不但形成了亚洲气候格局,甚至会导致北半球乃至全球气候变异.在青藏高原北部分布着北半球中纬度面积最大的沙漠群,与包括青藏高原在内的其他下垫面相比,沙漠具有地表反照率大、土壤热容量小、含水量低等特点,是地球系统中重要的感热源,同样对全球和区域能量平衡及气候变化和变异具有重要作用.青藏高原及其北部广阔沙漠区域——两种重要的陆地系统组成了全球独有的共生地理单元,它们之间的陆—气耦合必定通过某种过程相互关联.干旱是全球常见且危害极为严重的自然灾害,中国是全球干旱发生最为频繁的国家之一,特别是在中国北方,在气候变化大背景下,干旱也呈多发、加重的趋势.干旱成因复杂,始终是国内外相关领域研究的难点和热点.那么,从高原—沙漠共生地理单元的陆—气耦合过程出发,通过何种机制作用于我国北方干旱的形成和演变?这是一个值得探究的前沿论题.梳理了近年来青藏高原大气科学研究和包括沙漠地区的干旱半干旱陆面过程研究的最新进展,从中凝练出青藏高原和北部沙漠之间的陆—气耦合过程对我国干旱影响研究的关键科学问题,以期对开展相关探索的科技工作者有所帮助.     

利用静止卫星估算青藏高原全域地表潜热通量

青藏高原全域高时间分辨率潜热通量变化对定量理解高原能量和水分循环过程尤其是其日变化过程至关重要.为此,利用中国最新一代静止气象卫星Fengyun-4A上搭载的多通道扫描成像辐射计数据,结合中国区域高时空分辨率地表气象驱动数据集,基于陆面能量平衡系统模型估算得到青藏高原全域的地表潜热通量,卫星估算值与青藏高原观测研究平台站点实测值的均方根误差和平均偏差分别为76.05和17.33 W/m2.结果 表明,青藏高原地表潜热通量呈现显著的季节变化、昼夜分野和区域差异:4月高原潜热整体上略低于感热,而7月高原西部、中部和东部的潜热均高于感热;潜热通量昼夜相差极大,4月的昼间、夜间和昼夜平均值分别为74.22、3.09和38.66 W/m2,而7月的相应值分别为122.75、6.49和64.62W/m2.青藏高原地表热通量的空间分布具有经向区域差异,其中,净辐射通量与感热通量在高原西部和中部的数值明显高于高原东部,而潜热通量正好相反,在高原东部数值较高.研究结果可为青藏高原地表蒸散与大气热源的定量分析提供参考.     

冰雪变化对大气环流和天气气候的影响

就冰雪变化及其对大气环流和天气气候的影响进行了综述。主要讨论了以下几个问题:地球冰雪变化的事实,冰雪变化的特征及其在气候系统中的作用,冰雪变化,特别是青藏高原积雪变化对大气环流和天气气候影响研究的主要成果和最新进展。     

青藏高原气候变化若干前沿科学问题

在全球变化的背景下,青藏高原冰冻圈和大气圈正在发生快速变化,对“亚洲水塔”和“第三极”的生态环境带来深刻影响。研究并梳理了近年来青藏高原气候变化的若干前沿科学问题的研究进展,如高原极端气候事件变化及其与大气环流的关系;高原变暖放大效应及海拔依赖型变暖的物理机制;再分析资料在高原气候变化应用的适用性;气候模式在高原资料稀缺地区的模拟偏差特征及不确定性;以及不同升温阈值下高原气候变化的预估及其风险等。同时展望了高原气候变化研究的前沿问题和科学难点。认清高原气候变化研究的前沿科学问题,可为“一带一路”倡议顺利实施提供科学依据。     

表土磁学特征揭示的青藏高原及其周边地区的气候边界

青藏高原及其周边位于东亚季风、印度季风与西风环流系统的交汇地带,是气候变化的敏感区和影响显著区。刻画青藏高原及其邻区降水的空间分布以及干湿气候区边界位置,不仅对深入认识该地区大气环流分布形势具有重要意义,同时还可以进一步加深对欧亚大陆大气环流动力学过程的理解。通过对青藏高原及其周边现代地表沉积岩石磁学参数空间分布特征的综合集成研究,结合300多个气象站点近70年气温和降水数据的详细对比分析,发现降水量是控制青藏高原及其邻区地表土壤磁学性质变化的主要因素,表土磁学性质可以用于揭示高原及其邻区降水的空间分布。已发表及新获取的700余块表土样品成壤相关的磁学参数呈现出显著的空间梯度变化,揭示出北祁连山—横断山以及帕米尔高原—北天山是青藏高原及其周边地区2条重要的成壤强度分界线,其大致分别对应半湿润—半干旱区（400 mm）以及干旱和半干旱区（200 mm）的干湿气候区降水界线。此外,高原北部及其周边多个末次冰期—间冰期以来的风尘沉积剖面磁学参数的空间对比结果,还进一步揭示第四纪冰期时,随着全球变冷,干旱化加剧导致高原北部气候梯度差异显著减小,全球冰量变化可能是控制高原北部气候格局演化的主要因...     

青藏高原初春积雪的多尺度变化与北大西洋海温的关系

青藏高原冬、春季积雪变化影响东亚甚至全球春、夏季的环流及气候异常。利用中国西部环境与生态科学数据中心提供的中国雪深长时间序列数据集,美国大气海洋局提供的全球逐月扩展重建海表温度,以及欧洲中期天气预报中心提供的逐月再分析数据,对青藏高原初春（3、4月）积雪的多尺度变化与北大西洋海表温度的关系进行了研究。结果表明,初春青藏高原雪深异常与初春北大西洋关键区海温异常有显著的负相关关系。当初春关键区海温正（负）异常时,初春高原中部偏北腹地地区、东南部地区积雪深度减少（增加）;初春北大西洋关键区海温异常通过激发下游青藏高原上空大气波列以及波作用通量异常来影响高原局地区域的温度和垂直运动,从而影响降雪的产生和积雪的累积。该结果为青藏高原初春积雪的多尺度变化及其影响提供了依据。     

青藏高原土壤湿度-气候相互影响研究进展

土壤湿度作为一个具有“记忆性”的重要气候变量,可以通过改变地表的能量和水分交换,进而影响局地乃至全球的大气环流,因此受到全球气候观测系统计划的重视。近年来青藏高原土壤湿度观测网（站）建设发展迅速,为局地陆气相互作用研究提供了可靠的数据支撑。本文从不同的土壤湿度资料在青藏高原的适用性、高原土壤湿度的时空变化特征及其对气候的影响综述了近年来的国内外研究进展。由于土壤湿度在时空上的高度变异性,现有相关研究大多使用再分析资料、陆面数据同化资料和卫星遥感数据来补充观测资料进行青藏高原土壤湿度与气候的相互影响研究。但模式选择、算法和实验方案的不同,导致青藏高原土壤湿度的补充资料适用性不同,使得前人对高原土壤湿度如何影响中国及全球气候得出不同结论,故相关问题需要进一步讨论,并提出了后期青藏高原土壤湿度研究需要解决的关键问题。     

晚新生代黄土高原风尘序列的粒度和沉积速率与中国北方大气环流演变

文章以风尘沉积的粗粒和细粒组分与季风和西风环流的联系为基础,利用黄土高原中部的洛川剖面、西峰剖面和灵台剖面的粒度和沉积速率记录,讨论了晚新生代中国北方季风环流和西风环流的演变历史,总结了这一时期大气环流演变的基本规律和大气环流演变的动力机制.研究表明,自8～7Ma风尘沉积发育至5Ma左右,西风环流和季风环流都有减弱的趋势;自5Ma以来,西风环流和季风环流的强度都在逐步加强;与此同步,季风环流对风尘沉积的贡献增加,而西风环流对风尘的贡献逐渐减小,这一逐渐发展的大气环流趋势与北半球高纬冰盖的逐步发展有关;大气环流的这种趋势变化在8～7Ma,3.4Ma和1.2～0.9Ma这几个时期存在着突变,可能反映了青藏高原的阶段性隆升对中国北方季风环流演化的决定性作用以及对西风环流结构和强度的重要影响.中国北方大气环流在轨道尺度变化的基本特征是,低空季风环流在冰期加强,在间冰期减弱.西风环流和季风环流在冰期和间冰期的强度和格局可能主要与全球冰量的基本状况和青藏高原原面的性质有关.黄土高原的风尘记录在万年尺度和千年尺度的气候事件上都表现出相当明显的区域差异,可能主要与局部地形的大气环流效应有关.     

黄河上游夏季晴天地表辐射和能量平衡及小气候特征

利用2005年7月17日-8月9日玛曲地气相互作用预实验观测资料, 从中选取了5个资料完整的连续晴好天气, 分析了黄河上游高寒草甸地区夏季小气候、 地表辐射和能量平衡连续日变化特征. 结果表明: 在晴好天气条件下这一地区近地层动量湍流通量受风速切变控制;总辐射峰值与青藏高原北部相比略小, 但比干旱半干旱区的敦煌要大;地表反照率平均值为0.17, 介于河西金塔绿洲农田与沙漠观测的结果之间;能量平衡中潜热释放比感热输送显著的多;观测中也发现有较大的能量不平衡差额. 获得了对这一地区夏季地表辐射、能量、反照率、能量闭合度和小气候特征的一些新认识, 为今后在这一地区进一步开展深入研究提供借鉴.     

青藏高原大气边界层结构及其发展机制研究

研究青藏高原大气边界层对于我们认识其地面的热量与水分收支状况,了解高原及其周边地区的天气和气候变化具有重要意义。然而,高原大气边界层观测资料的匮乏制约着青藏高原的天气与气候研究。首先,梳理了针对青藏高原大气边界层的大气科学试验情况;其次,归纳了青藏高原大气边界层的高度与风场结构、温度与湿度场结构的研究进展,并从热力学和大气动力学角度介绍了大气边界层的发展机制,在此基础上,对目前研究中存在的不足进行了探讨,指出青藏高原大气边界层的研究还处于揭示现象阶段,对发展机制的研究不够深入,对整个高原面上不同区域同一时间的联动研究较少。针对上述不足之处对未来的研究方向进行了展望。