青海湖夏秋季局地气候效应数值模拟研究

由于水陆热力性质差异,湖泊对局地天气气候具有显著影响,占中国湖泊总面积一半以上的高原湖泊对区域天气气候的影响不可忽视,但目前对高原湖泊局地气候效应的研究依然存在不足。本研究利用WRF-FLake动态耦合模式,设计了有湖与无湖两组实验,对高原最大湖泊青海湖的局地气候效应进行了整年的模拟研究。结果表明,耦合模式的模拟性能良好,青海湖在1-6月使得区域气温降低,而7-12月使得区域气温升高,且青海湖的存在降低了1-9月的日最高气温,增加了6-12月的日最低气温,使得气温日变化减小,白天青海湖为冷湖效应,而夜间青海湖为暖湖效应。2-6月青海湖轻微减少区域降水量,7-12月明显增加了区域降水量,且8月增加量最显著。青海湖对局地年降水量的贡献率在湖面上最大可达50%～60%,而在周边陆地为10%～30%,夏季青海湖增加的降水量最多,而秋季青海湖对总降水的贡献率最大,青海湖增加的降水在20:00(北京时,下同)至次日02:00最多,而14:00-20:00最少,夏季增加的对流性降水较多,秋季增加的对流性降水较少。白天青海湖的冷湖效应使湖面产生下沉辐散气流,抑制对流的发展和水汽的扩散,导致湖泊降水效应减弱,而夜间青海湖的暖湖效应使湖面产生辐合上升气流,促进对流的发展和水汽的扩散,导致湖泊降水效应增强。     

黄土高原不同作物下垫面陆气水热交换的模拟研究

黄土高原农田种植结构的改变对陆面能量和水分交换、区域蒸散发等产生影响,不同作物下垫面复杂的水热耦合机制在黄土高原陆-气相互作用中起着重要作用。本文利用陇东黄土高原2019-2021年共计34个月的观测数据,结合耦合了作物模块的通用陆面模式(Community Land Model with BGC Biogeochemistry and prognostic crop,CLM5.0-BGCCROP)对黄土高原不同作物下垫面(冬小麦、玉米、苹果林地)的陆面特征进行离线单点模拟,以验证CLM5.0陆面过程模式在黄土高原农田地区的模拟能力,对比分析不同作物下垫面土壤温湿度和地表能量通量的差异。结果表明：(1)CLM5.0对土壤温湿度特征的模拟效果较好,平均均方根误差分别小于2.5℃和0.1 m³·m^-3,小麦地土壤温度模拟值偏高,玉米地和苹果林地土壤温度模拟存在冷偏差。生长期在旱期的冬小麦造成土壤干燥的程度大于玉米,苹果林地因根系丰富,吸收了更多的土壤水,使土壤整体更加干燥。(2)模拟偏差一部分是由于在模式中将作物下垫面设置为单一作物类型(冬小麦、...     

青藏高原土壤湿度触发午后对流降水模拟试验研究

利用WRF模式设计敏感性试验并结合CTP-HI_(low)框架(对流触发潜能-低层大气湿度指数)研究了青藏高原土壤湿度变化对午后对流触发和抑制的影响。结果表明,WRF模式对青藏高原降水空间分布体现出了较好的模拟效果,且当土壤湿度减少时,对青藏高原西部降水的模拟有一定的改进。从整体上看,青藏高原地区夏季降水主要受大尺度环流控制,其比例占60%~90%,在高原中部、西南部地区以及东北部区域土壤湿度对降水的影响相对较大。模拟结果显示,当土壤湿度变干时,正反馈作用发生的情况多于负反馈,也就是说更多的情况下是变干的土壤抑制午后对流降水的发生,但也有一部分区域表现为变干的土壤触发午后对流降水的发生,即负反馈。高原西北部较干旱地区由于负反馈所引发的对流降水占总降水的比例较高原其他地区大,最大的影响可达总降水量的80%以上,其机理主要是由于变干的土壤影响地表通量的分配,增加了地表加热大气的感热通量,进一步使大气边界层快速发展,到达自由对流高度后,发生降水。通过对比控制试验和敏感性试验的CTP和HIlow的值可以发现不同年份对应的CTP和HI_(low)的阈值存在一定的差异,表明土壤湿度是通过同时对地表能量和大气湿度状况协同影响,从而对午后对流触发产生作用。     

黄河源区降雪对不同冻融阶段土壤温湿变化的影响北大核心CSCD

利用2013年10月1日至2014年5月31日黄河源区鄂陵湖流域的土壤温度资料首先划分土壤不同冻融阶段,然后在每个阶段各选取一次降雪过程,分析了降雪对土壤温湿变化的影响。结果表明:在土壤冻结阶段,雪后晴天(有雪覆盖)土壤净输出的热量减少,5 cm和10 cm土壤日最低温度明显升高,20 cm土壤日最低温度升至0℃以上,导致20 cm土壤达到完全冻结的时间延长;在土壤消融阶段,降雪当天土壤净输入的热量减少,5 cm和10 cm土壤日最高温度突降至0℃以下,导致5 cm和10cm土壤达到完全消融的时间增加。在以上两个阶段的降雪过程中,积雪不仅可通过自身的消融增加浅层土壤湿度,还可通过改变浅层土壤温度间接影响浅层土壤湿度,而在土壤完全冻结阶段,积雪对土壤温度虽有影响,但对土壤湿度的直接和间接影响都较小。在整个土壤冻融阶段,与由土壤冻结和消融引起的土壤湿度变化相比,降雪引起的土壤湿度变化较小。     

“北极放大”现象驱动因素及其影响的研究进展综述

21世纪以来,受全球变暖的影响,北极近地表快速升温,升温速率可达全球平均水平的2倍,称为“北极放大”（Arctic Amplification, AA）现象。本文首先探讨了北极放大效应产生的原因：在局地气候反馈方面,海冰减少导致开阔水面增多,水体吸收太阳辐射增多使海-气相互作用增强,海冰进一步融化,形成正反馈;由于北极地区绝对温度较低,根据普朗克黑体辐射定律,普朗克反馈在北极为负反馈,促进北极放大效应;开阔水面和增温使北极地区大气湿度增加导致云量增多,从而使下行长波辐射增加,促使近地面层升温,这种水汽和云反馈对北极变暖的贡献有显著的季节性,主要发生在冬季;在北极以外地区水汽和热量的极向输送方面,温度的升高使大气柱增厚,高层气压梯度的变化引起纬向风变化,纬向分量减少,经向分量增加,形成槽脊,较低纬度地区可通过槽脊实现与北极的热量和水汽交换。此外,北极涛动（Arctic Oscillation, AO）与北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation, NAO）也被证实与北极变暖有关。大西洋经向翻转环流（Atlantic Meridional Overturning C...     

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。     

夏季不同天气条件下沙漠辐射和能量平衡的对比分析

利用2009 年7 月24 日-9 月12 日“巴丹吉林沙漠陆-气相互作用观测试验”资料,对比分析了典型晴天和阴天下巴丹吉林沙漠地表辐射、能量平衡和土壤温度的日变化规律.结果表明：①巴丹吉林沙漠典型晴天条件下总辐射、地表反射辐射、地表长波辐射、有效辐射、净辐射的峰值和日积分值都比典型阴天条件下大,大气长波辐射比阴天条件下小.两种天气条件下净辐射日积分值占太阳总辐射的1/3.②沙漠地区典型晴天地表反射率呈U型,白天均值为0.32;阴天变化较平缓,均值为0.29.③两种天气条件下地表热量平衡都以感热输送为主,波文比分别为4.55 和1.16.晴天不平衡能量达到净辐射的20%,阴天为30%.④晴天条件下有效能量夜间为负值,白天为正值,阴天全天为正值;湍流能量全天均为正值.能量闭合度(EBR)晴天平均为0.68,阴天为0.76.⑤土壤温度5~10 cm日较差逐渐减小,20、40 cm日变化不明显;5 cm土壤热通量日变化较大,20 cm土壤热通量振幅较小.     

GLASS、 MODIS和GlobAlbedo反照率产品在青藏高原典型高寒草地的适用性评估

地表反照率是表征陆面过程地表能量收支的关键物理参数,对于准确以及定量化地理解高原上的能量和水分循环过程有着至关重要的作用。利用黄河源区玛曲和玛多两个高寒草地站点长达8年的地表反照率观测数据,对GLASS (Global Land Surface Satellite)、MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)和GlobAlbedo地表反照率产品进行了评估与分析。结果显示,玛曲地表反照率的年际变化较小,集中在0. 16～0. 28。各遥感产品在玛曲地区精度各有不同:GlobAlbedo反照率平均比地面观测偏高0. 048;而GLASS和MODIS反照率分别偏低0. 074和0. 063。统计值表明,MODIS产品精度相对最高,其中RMSE=0. 069,R=0. 710。受积雪影响,玛多地区地表反照率年际变化较大。遥感产品中,GLASS产品精度相对较高,其中RMSE=0. 104,R=0. 598。玛曲站地表反照率值为:冬季春季秋季夏季,平均值依次为0. 25,0. 22,0. 19和0. 18。玛曲站年平均地表反照率为0. 21;玛多站为0. 25,而且季节变化较玛曲站更显著,呈现近似"U"形分布。夏季反照率最小,平均值为0. 18,秋季为0. 22,与春季较为接近,冬季平均值最大为0. 33。基于两个观测站点的对比表明,三种遥感地表反照率产品春夏季与地面观测一致性较好,秋季反照率开始增大的时间比观测早,冬季后期反照率的值明显小于地面观测。另外,GLASS和MODIS产品的差异也在秋冬季达到最大。MODIS分离雪和云的能力使其在秋冬季的表现更好。     

青藏高原中部冻融强度变化及其与气温的关系

使用青藏高原中部野外22个站点2010-2014年观测数据结合GLDAS-NOAH陆面模式1960-2014年3 h 0.25°×0.25°格网数据,通过线性拟合等方法分析了高原中部的冻结强度变化并探讨了其与气温的关系.选取典型站点资料,结合GLDAS-NOAH数据对四次冻融过程进行分析比较,结果表明:(1)冻结强年和...