利用COSMIC掩星资料研究青藏高原地区大气边界层高度

以往关于青藏高原边界层的研究都是基于个别站点的常规观测,对青藏高原边界层的整体性认识受限。GPS掩星资料具有测量精度高和垂直分辨率高的特性,其廓线中含有大量有价值的边界层信息。利用2007—2013年COSMIC掩星资料,通过计算大气折射率最小梯度来确定边界层高度,并用无线电探空资料对结果进行了检验。在此基础上,对青藏高原地区边界层高度的特征及其形成机制展开了研究,比较了COSMIC掩星确定的边界层高度和ERA-Int的差别,讨论了最小梯度法用于边界层研究的不确定性。结果表明:青藏高原上COSMIC掩星和无线电探空数据检测的边界层高度相关系数为0.786,平均值偏差为0.049 km,均方根误差为0.363 km,COSMIC掩星数据检测的边界层高度和无线电探空的结果非常接近。青藏高原上边界层高度呈现西高东低的分布特征,高原中西部边界层高度主要为1.8—2.3 km,而高原东部边界层为1.4—1.8 km,最大值在高原西南部。青藏高原地区边界层有明显的季节差异,冬季高原上大部分地区边界层高度超过2.0 km;春季大部分地区高度降低,但在受印度季风影响的高原南部有明显的抬升,最大值可超过3.0 km;夏季高原上边界层高度开始升高,大部分地区超过1.8 km;秋季又开始回落。青藏高原以北塔克拉玛干沙漠和高原以南印度季风活动区是两个高值区,北部的沙漠地区边界层高度在夏季最高,南部印度季风活动区在季风爆发前（4月）达到全年最大值。青藏高原中西部地区有水平风辐合以及广泛的上升运动,为边界层的发展提供了动力条件,而东部的下沉运动对边界层的发展有抑制作用。青藏高原边界层各个季节的空间分布与地表感热通量分布一致。COSMIC掩星资料确定的边界层高度和ERA-Int相比,空间分布基本一致但ERA-Int边界层高度明显偏低。当有系统性强逆温存在的时候,或者云中液态水或冰水含量较大时,用最小梯度法检测的边界层高度不确定性增加。      

青藏高原唐古拉山多年冻土区夏、秋季节总辐射和地表反照率特征分析

根据青藏高原唐古拉山多年冻土区2005年6月24日~10月16日的总辐射、分光辐射和分光反照率观测资料,利用总辐射和大气层顶太阳辐射的比值——日有效透射率T_eff,用聚类分析法将资料划分为晴天、多云和阴天三类天气,分析了该地区夏、秋季节总辐射、分光辐射比例和分光反照率的日变化和季节变化规律.结果表明,夏季总辐射与大气层顶的差值和日际变化幅度最大,秋季以后这种差值和日际变化幅度减小.天空状况对分光辐射比例和地表反照率均有影响,表现为近红外辐射比例晴天比阴天大,可见光比例晴天比阴天小,各波段反照率晴天均比阴天大.反照率在夏季最低,秋季较高,反照率的日变化有依存分光辐射比例的关系,这大致可以解释地表反照率依存太阳高度角而变化的现象.无积雪地面反照率近红外波段大于可见光波段,地表有积雪时,反照率明显不同,其可见光波段反照率大于近红外波段反照率.功率谱分析表明,日有效透射率T_eff存在着2~3 d的周期,它是该地区天气系统活动影响太阳辐射收入的一个反映,指示出唐古拉山地区天气系统亦有2~3 d的周期性.     

祁连山七一冰川流域各类环境介质中多环芳烃的分布特征与来源研究

从祁连山七一冰川流域各介质中总共检测出2～7环的多环芳烃50多种,其中16种美国EPA优控物质中,只有二氢苊和二苯并[a,h]蒽没有被检测到.雪冰和冰川融水样品中相对富集3环和4环,雪冰不溶微粒和冰尘以及七一冰川周围表层土壤样品主要以4～6环为主,这是由PAHs自身的物理化学性质决定的.荧蒽/芘,菲/蒽比值表明,研究区检测出来的多环芳烃可能主要来自于化石燃料的高温燃烧,特别是煤的燃烧和机车尾气排放产生.大气污染传输与干湿沉降是七一冰川及其周围土壤中PAHs的主要输入途径.     

祁连山近期七一冰川融水径流特征分析

利用2006年8月1日-9月30日的实测水文数据,对"七一"冰川融水径流产汇流特征进行了分析,并揭示出该冰川日消融特征.通过对冰川融水量的估算以及径流模数的计算,并与过去的观测结果进行对比,表明近些年来"七一"冰川消融强度和消融量都在增大,而且2006年消融量为近几年观测的最大值.虽然不同年份消融量不一样,但"七一"冰川总的趋势是一直处于萎缩状态,随着全球变暖,"七一"冰川的萎缩可能将继续下去.通过对设立在沿冰川下游方向两个不同的水文断面进行对比分析,结果表明"七一"冰川融水径流在向下游运动过程中有部分水入渗为河谷潜流,观测期内两个相距不到2 km的水文断面间渗漏损耗占近1/3左右.     

基于MODIS反演祁连山七一冰川雪粒径

基于MODIS 500 m分辨率数据,利用MODTRAN 4+模型和可见光波段、近红外波段的波段比方法反演雪粒径,建立1个消融期内的雪粒径变化的时间序列,通过采集七一冰川上设立的观测点对应时间段内雪粒径验证MODIS模拟的雪粒径值,结合位于观测点附近的气象站的气温数据,探讨气温对雪粒径的影响。结果表明,雪粒径的增长存在着明显的日变化趋势;模拟的雪粒径普遍高于实测的雪粒径值,因此反演模型需要约为1.1倍的校正因子;气温对雪粒径的影响显著。     

山地复杂下垫面湍流特征观测分析

利用谱方法和能量闭合度分析等方法,对兰州市皋兰山2006年夏季和2005年冬季涡度相关系统测定的湍流数据质量进行了分析,结果表明:4个观测点测定的三维风速、空气温度的功率谱在惯性副区都符合"-2/3"定律,垂直风速和温度的协谱在惯性副区也基本符合"-4/3"定律.4个观测点都存在能量平衡不闭合现象,夏季观测点绿化地和裸地能量平衡比率(EBR)分别为66%和94%,冬季绿化地和裸地的EBR分别为62%和84%;裸地观测点的闭合程度明显好于绿化地.本文还讨论了能量闭合度的日变化特征及各个观测点的地表能量收支状况.     

气候变暖背景下祁连山七一冰川融水径流变化研究

本文利用2006年实测水文数据,找出冰川自动气象站气温与冰川融水径流量关系,并根据酒泉气象站与冰川末端气象站气温关系,重建1960～2004年七一冰川融水径流资料.近40多年来,酒泉站气温增加幅度为0.24℃/10a,冰川融水量增加幅度为0.076×106 m3/10 a,冰川融水量随气温增加明显.利用气候突变分析发现,气温发生突变点为1996年,1996～2004年冰川表面年平均气温比1960～1995年间高0.41℃,年冰川融水量1996～2004年比1960～1995年增加了0.41×106 m3(增加26.9%),冰川融水径流量在气候变暖背景下变化显著.     

祁连山七一冰川区表层沉积物中生物标志化合物的组成特征及来源研究

利用GC和GC—MS的分析方法,对祁连山七一冰川冰雪不溶微粒、冰尘和七一冰川流域表层土壤中的烷烃、脂肪酸、脂肪酸甲酯和长链酯、酮以及多环芳烃等生物标志化合物进行了分析,研究了它们的组成和分布特征,讨论了它们的环境地球化学意义。结果表明,生物标志化合物分布特征组成和分布特征指示了七一冰川地区的有机质具有藻类、高等植物、化石燃料燃烧产物等多种来源。冰雪不溶微粒和七一冰川流域表层土壤中有机物的来源相似,且这两种介质中的有机污染物种类多于冰尘,表明快速的工业化已经对七一冰川及其周围环境产生明显影响。     

黑河上游河水中δ18O季节变化特征及其影响因素研究

根据2006年5月至2007年5月间在黑河上游莺落峡、祁连和扎麻什3个水文站等地点所采集的河水与降水样品,重点分析了其中的δ18O变化,揭示出黑河干流上游山区河水中δ18O具有夏季高冬季低的季节变化特征,这种变化特征主要受控于降水中δ18O的变化.祁连水文站河水中δ18O月平均值与月平均流量乘积和该站降水中δ18O加权月平均值与月降水量乘积之间存在着高度相关性,从同位素示踪的角度说明降水是黑河干流上游山区径流的主要补给来源.进一步的研究表明,黑河上游祁连山区降水中δ18O变化存在明显的"海拔效应",并且3个水文站点河水中δ18O值均低于其降水中δ18O值,这表明上游径流主要形成于高海拔山区.根据黑河出山口莺落峡水文站河水中δ18O值以及上游山区降水中δ18O的"海拔效应",估计黑河干流出山径流主要形成于海拔3 350～4 600 m之间的高山地区,该高度区域对应的植被带主要为亚高山灌丛草甸和高山寒漠草甸.     

基于TM/ETM+影像反演祁连山七一冰川反照率精度比较研究

冰川反照率是联系冰川与气候、 寒区水文过程的纽带, 也是制约分布式冰川能量-物质平衡模型发展的重要因子.冰雪反照率的变化会改变整个地气系统的能量收支平衡, 亦可引起局地以至全球的气候变化.利用Landsat TM/ETM+数据, 运用不同学者提出的窄波段转换宽波段的方程, 反演了祁连山七一冰川总短波段的反照率.把不同的转换方程得到反演值与实测值进行比较, 选择绝对误差最小的反演公式.结果表明: Duguay1992模型提出的方程能保证4景影像反演值与实测值的绝对误差在0.05范围内, 而气候模式输入的反照率产品要求绝对误差在0.05以内.运用该方程反演的反照率结果, 较其他方程要准确, 可为分布式冰川物质-能量平衡模型的构建提供更准确的参数数据.