青藏高原新增探空资料同化对南疆夏季降水预报的影响

利用第三次青藏高原大气科学试验中青藏高原西部新增3个探空站(狮泉河、申扎、改则)的探空资料,基于中尺度数值(WRF)模式和GSI同化系统,选取2015年夏季南疆两次不同类型(南亚高压双体型和单体型)的强降水过程进行同化敏感试验,以初步评估新增3个站探空资料同化对南疆夏季降水预报的影响。从初始场物理量的增量场来看,同化高原3个站探空资料对两次过程的初始场均有一定改进,对南亚双体型过程的改进较显著,这可能与其偏南气流及上下游效应较强有关。中、高层物理量的增量中心均出现在高原中、西部,分别对应申扎和狮泉河两站,并向周边地区逐渐减小,南疆地区表现为弱的正或负增量。虽然高原探空资料均在600 h Pa以上,通过动力调整对低层物理量也有一定影响。同化后低层的散度和湿度增量中心出现在高原西南侧,南疆地区变化较小。随着模式时间积分,各高度上的物理量和降水影响系统调整效果逐渐显著,总体使得200 h Pa副热带长波槽有所加深、南疆上空的偏南急流得到加强,500 h Pa低值系统强度有所减弱,850 h Pa的散度和湿度在南疆地区均有显著调整,但低层散度和湿度在南疆西部强降水中心调整相对较小。从降水预报结果来看,同化高原3个站探空资料后,对两次过程的小量级降水评分显著提高,即对降水落区预报能力有所提高;但对强降水中心结果影响不大,即对局地性强降水的预报能力仍有所欠缺。     

新疆沙漠地区地表宽波段比辐射率遥感估算

地表比辐射率是估算地表温度以及地表长波辐射的一个重要参数,为了解决遥感影像反演地表比辐射率在裸地的精度不足问题,本文在新疆沙漠地区利用2类数据：① 傅里叶变换热红外光谱仪（FTIR）数据,在2013年、2014年秋天沿2条穿越塔克拉玛干沙漠的沙漠公路测量得到25个点的地表比辐射率数据;② 与FTIR数据同时期的MODIS温度/比辐射率数据MOD11A1、MOD11B1和反射率数据MOD09GA以及反照率数据MCD3A3,利用这2类数据为数据源,估算新疆沙漠地表比辐射率。首先,重新估算了基于MODIS宽波段比辐射率（BroadBand Emissivity, BBE）方程的系数和基于GLASS（Global L And Surface Satellite）BBE方程的系数,由此获得了GLASS BBE和MODIS BBE的修正方程。其次,将修正前后的GLASS BBE与FTIR和MODIS BBE作对比,发现其精度显著提高：① 与FTIR数据对比,修正前后的GLASS BBE方程的决定系数R²值从0.42增加到0.95,均方根误差（RMSE）和偏差（Bias）分别减少了1和3个数量级;② 与MODIS BBE方程数据对比,修正前后的GLASS BBE的R²值从0.69增加到0.91,RMSE和Bias分别减少了1和2个数量级。因此,修正后的基于GLASS和MODIS的BBE方程,极大地提高了遥感影像对裸地尤其是沙漠地区地表比辐射率的反演精度。使用修正后的GLASS BBE方程反演出新疆3个沙漠地区的BBE分布特征。结果表明,塔克拉玛干沙漠由于土地类型较为单一,其BBE值主要为0.88~0.92,而古尔班通古特沙漠以及库姆塔格沙漠受到地形、植被等的影响,BBE值稍微偏高,分别为0.89~0.95和0.89~0.94,沙漠周边稀疏植被区及其边缘地区的值范围为0.95~1.00。本文基于GLASS和MODIS的适用于新疆沙漠的BBE方程,为陆面过程的研究与模拟提供了支持。     

塔克拉玛干沙漠直接辐射的分光测量

本文利用1988年11月-1989年7月塔克拉玛干沙漠腹地测得的太阳直接辐射光谱资料,初步分析了光谱透明度和光谱辐射能的分布特征。     

塔克拉玛干沙漠荒漠过渡带春季风沙活动特征——以肖塘为例

 通过对沙尘暴强化观测试验期间风速、跃移颗粒数、输沙量等资料的统计与计算,对塔克拉玛干沙漠北缘荒漠过渡带肖塘地区春季风沙活动进行了研究。结果表明,肖塘地区春季2 m高度1 s时距的起沙风速为4.9～5.0 m·s-1,1 min时距的起沙风速为4.4 m·s-1;起沙风速随着风速等级的增加,出现的频率相应减少,主要集中在4.4～8.4 m·s-1 之间;输沙势、输沙量的方位分布与起沙风相似,以ENE、E和ESE 3个方位为主,观测期间（1个月）总输沙势为80.8 VU,合成输沙势为13.7 VU,合成输沙势方向为241°;最大可能输沙总量为1 921.8 kg·m-1,合成输沙量为286.8 kg·m-1,合成输沙方向为235°,与输沙势的合成方向一致。     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘气溶胶质量浓度垂直分布特征

 利用Grimm 1.108、Thermo RP 1 400 a以及TSP等仪器于2009年1月至2010年2月对塔克拉玛干沙漠腹地塔中不同高度沙尘气溶胶质量浓度进行连续观测,结合天气资料进行分析。结果表明:①80 m高度PM10质量浓度最高,80 m高度PM2.5和PM1.0质量浓度明显低于4 m高度PM10,80 m高度PM1.0质量浓度最低。频繁的沙尘天气是影响不同粒径的沙尘气溶胶浓度含量的主要因素。②夜间至日出,PM质量浓度逐渐降低,最低基本上出现在08:00,随后质量浓度逐渐增大,18:00前后浓度达到最高值,然后又逐步降低。其规律与风速的昼夜变化完全一致。③TSP月平均质量浓度高值主要集中在3—9月,其中4月和5月浓度最高,随后逐渐减低。3—9月也是PM月平均质量浓度的高值区域,4 m高度PM10月平均质量浓度最高发生在5月,其浓度为846.0 μg·m-3。80 m高度PM10浓度远高于PM2.5和PM1.0浓度,PM2.5和PM1.0浓度相差较小。风沙天气对大气中的不同粒径粒子的浓度含量影响较大,风沙天气越多,粗颗粒含量越高,反之则细颗粒越多。④沙尘天气过程中不同粒径沙尘气溶胶质量浓度变化具有晴天<浮尘天气<扬沙天气<沙尘暴天气的规律。各种沙尘天气中,PM10/TSP表现为晴好天气高于浮尘天气,浮尘天气远高于扬沙和沙尘暴天气。⑤沙尘天气过程中,沙尘气溶胶浓度随着粒径的减小,浓度逐渐降低。不同高度、不同粒径的沙尘气溶胶质量浓度每隔3~4 d形成一个峰值区,与每隔3~4 d出现沙尘天气强度增强过程直接相关。     

南疆沙漠腹地夏季晴天与沙尘日小气候观测对比分析

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站2006年8月13-31日近地层微气象资料以及常规地面观测资料,选取晴天与沙尘日个例,采用波文比能量平衡方法,对比分析了晴天与沙尘日沙漠腹地的小气候和地表能量平衡特征.结果表明,晴天气温、地温日变化幅度均大于沙尘日,各深度地温极值出现时间滞后于沙尘日;晴天夜间近地层存在逆温,沙尘日具有等温性;晴天夜间比湿较大,白天较小,沙尘日夜间比湿变化平缓,在沙尘暴发生时,比湿急剧增大,并有弱的逆湿现象存在;沙尘日总辐射、反射辐射、净辐射和感热通量比晴天明显偏小,向下长波辐射却大于晴天,但潜热变化差异不太明显.     

乌鲁木齐市冬季混合层厚度及对大气污染影响的个例分析

利用国标法、罗氏法对乌鲁木齐市2008年1月11—13日的混合层厚度进行了计算,并用实测的混合层厚度验证了两种方法在乌鲁木齐的应用效果,最后分析了混合层厚度对大气污染的影响。结果表明:国标法、罗氏法计算的混合层厚度比实测的偏大,在用国标法与罗氏法求一个地区的混合层厚度时,进行大气稳定度分级及选用地面风速时要适当进行调整;观测期间乌鲁木齐市的平均混合层厚度在154 m左右,最大值在350 m左右;相对于地面风速,地面气温对混合层厚度的影响较为明显;混合层厚度对大气污染具有显著影响。     

塔中地面加热场强度变化特征分析

利用塔克拉玛干沙漠大气环境综合观测试验站塔中西站10 m梯度自动气象站2009年1、4、7、10月观测数据,基于土壤的一维热扩散方程计算四季自然沙地下垫面的地表土壤热通量和地面加热场强度,从而分析沙漠下垫面的地面加热场强度变化特征。结果表明:(1)春季和夏季地表土壤热通量日总量为正值,热通量方向向下,沙层相对大气是热汇,秋季和冬季则相反;日较差最大值出现在秋季,最小值出现在冬季;除冬季以外土壤热通量只占净辐射通量的很小一部分;(2)1、4、7、10月地面加热场强度分别为-33.20～87.39 W/m~2、-36.92～274.16 W/m~2、-7.59～244.78W/m~2、-24.90～170.42 W/m~2,地面加热场强度日平均值均为正值,地面为热源,夏季最强,春季次之,冬季最弱;(3)与大气相较,白天地面为强热源,夜间为弱冷源,春季地面加热场强度峰值出现在12时(地方时),夏季、秋季、冬季均出现在13时(地方时)。因此,塔克拉玛干沙漠腹地地面加热场强度具有独特的日变化和季节变化特征。     

塔克拉玛干沙漠腹地两次强沙尘暴天气分析

１９９６年７月１１～１３日在塔克拉玛干沙漠腹地,沿沙漠公路出现了两场强沙尘暴灾害性天气。应用天气学方法、ＮＯＡＡ气象卫星云图以及沙漠腹地两个定点气象观测站（塔中和肖塘）的地面资料,初步分析了两场强沙尘暴天气形成和发展的环流形势、主要影响系统及地面气象要素演变特征。发现在沙漠腹地因局地热低压发展和南支卷云线共同作用亦可触发中小尺度的强沙尘暴天气。     

塔里木河流域的气候变化、径流量及人类活动间的相互影响

根据塔里木流域13个气象站（1961~2000年）和8个水文站（1957~1998年）的观测资料，对塔里木河各流域段的气候变化以及沙尘时空分布特征进行了分析，建立了相对耗水影响指数，试图量化人类活动的强度，研究了塔里木河流域各段的气候变化和人类活动对源流径流及生态环境的影响，为正确制定塔里木河流域发展战略，保护和治理塔里木河流域生态环境提供科学依据。研究结果表明:（1）50年代以来塔里木河源流的水量并没有多大的变化，但最终净入塔里木河干流的水量却明显下降。（2）相对耗水影响指数表明人类活动影响对中游的影响要远大于上游的影响，70~80年代中期是人类活动影响最大的时期。（3）90年代与多年平均相比，塔里木河流域气温增高，降水量明显增加；从塔里木河源流区到下游区，气温增高幅度逐步加大。（4）90年代以来塔里木河各区，沙尘暴、浮尘和大风日数均呈明显大幅下降趋势。（5）塔里木河下游铁干里克的年降水不仅没有增加，反而略有下降，沙尘暴日数不但没有下降反而上升，应该引起人们的注意。