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.     

新元古代微生物成锰作用——来自扬子北缘城口地区陡山沱组锰质叠层石的证据

叠层石菱锰矿被认为是生物成锰的证据,但少见相关报道.扬子北缘城口地区陡山沱组菱锰矿层中叠层石十分发育,但研究程度较低,其生长机制不明确,其是否是叠层石或者是附枝藻(Epiphyton)仍具有争议.从岩心描述与薄片观察出发,详细描述了研究区锰质叠层石的宏观和微观特征,根据其发育规模及形态特征将其划分为6种类型:微型分叉柱状叠层石、微型指状叠层石、指状叠层石、层状叠层石、柱状叠层石及层—柱状叠层石.研究表明,研究区柱状锰质叠层石直径一般小于l cm,具同步生长特征,与假裸枝叠层石(Pseudogymnosolenaceae)特征相似.研究区微小型、宏体型叠层石基本层常呈有立柱结构的板状,这种基本层由树形石及微型叠层石组成,而不是附枝藻.叠层石与核形石、鲕粒共生,形成于碳酸盐岩台地边缘礁滩及滩后泻湖环境.研究区锰质叠层石垂向演化从指状向层状演化为主,指示陡山沱组沉积末期水体逐渐变浅.锰质叠层石微观结构以凝块结构为主,具有丝状、球状和放射状等微生物岩显微结构.锰质叠层石记录了碳酸锰精美的原始沉积结构,暗示微生物参与了锰元素的沉积成矿作用.     

生态地质研究进展与展望

生态地质学是研究生态系统与地质环境之间关系的一门交叉学科,对国土空间生态保护修复工作有重要理论支撑作用。我国生态地质研究工作虽然经过了多年的发展与积淀,但时至今日生态地质学仍然处于研究和探索阶段。鉴于此,基于前人的大量研究,总结了国内外生态地质研究进展: 国际上,俄罗斯建立了生态地质学研究体系,美国发起的地球关键带研究是与生态地质研究十分契合的主题; 在国内,生态地质研究主要着眼于”生态-地质”相互作用过程与机理以及地质环境影响下的系统性生态修复研究。在此基础上,提出了生态地质学涵义及其研究内容、方法技术创新及学科体系构建思路,以期为服务山水林田湖草沙整体保护、系统修复、综合治理和生态地质系统深化研究提供借鉴。     

1990—2018年长沙市土地利用变化对生态系统服务价值的影响

评估生态系统服务价值(Ecosystem Service Values,ESV)有利于衡量生态系统服务供给潜力和生态效益的大小,对城市生态规划与土地利用管控起到重要的支撑作用。选择长沙市为研究区域,基于1990、2000、2010和2018年4期土地利用现状遥感监测数据集,利用ArcGIS软件和经本地化校正的当量因子法,分析1990—2018年间的土地利用变化特征,并探讨土地利用变化对ESV的影响。结果表明: ①1990—2018年长沙市土地利用变化轨迹以耕地→林地互相转化以及建设用地对耕地、林地的侵占为主; ②1990—2018年长沙市的ESV共减少53.17×10⁸ 元,降幅3.59%,除水域外各类ESV均呈下降趋势,林地和耕地服务价值减少最明显; ③在各单项服务功能中,水文调节的价值最大,其次是气候调节,两者之和占总价值的54%; ④“退耕还林”“退田还湖”“兴工强市”等政策引起的土地利用变化势必对ESV造成影响,城市快速扩张、土地开发会导致ESV不断下降。综合分析认为,在调整研究区土地利用结构、优化土地配置时应充分重视水域、林地等生态系统服务价值较高的土地利用类型,减缓ESV的下降趋势。     

气候变化情景下澜沧江流域极端洪水事件研究

以澜沧江流域为研究对象,基于ISIMIP2b协议中提供的GFDL-ESM2M、HadGEM2-ES、IPSL-CM5A-LR、MIROC5这4种全球气候模式,通过4种模式的输出数据耦合VIC模型,分析4种模式在历史时期（1961—2005年)对洪峰洪量极值(年最大洪峰流量、3 d最大洪量)、极端洪水的模拟能力,比较RCR2.6和RCP6.0两种情景下未来时期（2021—2050年)年均径流量较基准期（1971—2000年)的变化情况,并结合P-III型分布曲线预估了澜沧江流域在两种情景下未来时期极端洪水的强度变化情况。结果表明：VIC模型在该流域能够较好地模拟极端洪水;HadGEM2-ES和MIROC5两种气候模式的输出数据在澜沧江流域有较好的径流模拟适用性;在RCP2.6情景下,澜沧江流域未来时期年均径流量没有明显变化,可能会有略微的增加,而在RCP6.0情景下,未来时期年均径流量有较大可能增加;澜沧江流域未来时期极端洪水较基准期,在RCP2.6情景下无明显变化,而在RCP6.0情景下,洪峰、洪量增加的可能性较大,极端洪水频率和强度也较大可能增加。     

A Numerical Investigation on Microphysical Properties of Clouds and Precipitation over the Tibetan Plateau in Summer 2014

In order to improve our understanding of microphysical properties of clouds and precipitation over the Tibetan Plateau (TP), six cloud and precipitation processes with different intensities during the Third Tibetan Plateau Atmospheric Science Experiment (TIPEX-Ⅲ) from 3 July to 25 July 2014 in Naqu region of the TP are investigated by using the high-resolution mesoscale Weather Research and Forecasting (WRF) model. The results show unique properties of summertime clouds and precipitation processes over the TP. The initiation process of clouds is closely associated with strong solar radiative heating in the daytime, and summertime clouds and precipitation show an obvious diurnal variation. Generally, convective clouds would transform into stratiform clouds with an obvious bright band and often produce strong rainfall in midnight. The maximum cloud top can reach more than 15 km above sea level and the velocity of updraft ranges from 10 to 40 m s-1. The simulations show high amount of supercooled water content primarily located between 0 and -20℃ layer in all the six cases. Ice crystals mainly form above the level of -20℃ and even appear above the level of -40℃ within strong convective clouds. Rainwater mostly appears below the melting layer, indicating that its formation mainly depends on the melting process of precipitable ice particles. Snow and graupel particles have the characteristics of high content and deep vertical distribution, showing that the ice phase process is very active in the development of clouds and precipitation. The conversion and formation of hydrometeors and precipitation over the plateau exhibit obvious characteristics. Surface precipitation is mainly formed by the melting of graupel particles. Although the warm cloud microphysical process has less direct contribution to the formation of surface precipitation, it is important for the formation of supercooled raindrops, which are essential for the formation of graupel embryos through heterogeneous freezing process. The growth of graupel particles mainly relies on the riming process with supercooled cloud water and aggregation of snow particles.     

基于陕西气象部门三级备件供应保障系统的库存模型

备件库存方案是影响气象观测设备可用性的重要因素。从设备保障中的实际问题出发,考虑陕西省保障结构层级和备件供应影响因素的情况下,基于METRIC模型(可修复备件管理多级法)基本原理,建立了陕西气象部门三级备件供应保障系统的库存模型。通过实例分析,给出了备件的期望短缺数,为保障部门制定备件供应方案和备件储备标准提供了依据。     

内蒙古东北部地区一次极端降雪过程的水汽输送特征

利用内蒙古呼伦贝尔市常规观测资料和GDAS、NCEP/NCAR再分析资料,采用欧拉方法分析了2016年春季内蒙古东北部地区一次极端暴雪过程的水汽输送及收支特征,利用HYSPLIT模式和聚类分析模拟计算了此次暴雪天气过程的水汽源地、主要水汽输送通道及其对水汽输送的贡献,并与传统的欧拉方法结果进行对比。结果表明:(1)有3支不同源地的水汽流在内蒙古东北部地区交汇,对呼伦贝尔地区暴雪的发生与维持有重要影响;(2)经向和纬向输送为此次暴雪天气的发生提供了充足的水汽,暴雪区水汽主要源于中高层的南边界和随西风气流的西边界;(3)利用HYSPLIT模式模拟发现,在此次暴雪天气过程中水汽主要来源于新地岛以西洋面、日本海以及巴尔喀什湖,且三者贡献率大致相当。     

人类活动对1961～2016年长江流域降水变化的可能影响

人类活动造成的温室气体浓度增加对气候变化的加剧做出了贡献,降水作为重要的气象要素和水循环组成部分,人类活动对其时空变化特征的影响也是当下研究的重要课题。本文以长江流域为例,利用1961～2016年CN05.1逐日降水数据和20世纪气候检测归因计划（C20C+D&A Project）中CAM5.1-1degree模式的逐日降水结果,分析了人类活动对长江流域年降水量及三个极端降水指数时空变化的影响。结果表明:包含人类活动及自然强迫因素的现实情景（All-Hist）的模拟结果与观测结果较为相近。All-Hist情景下的多试验集合平均结果对长江流域降水的模拟能力较为可靠。通过对比两种情景下模拟的长江流域降水量时空变化特征发现:考虑人类活动影响后,长江流域平均降水相对于仅考虑自然强迫情景下时呈现减少趋势,且减少趋势随时间推移加剧;极端降水受人类活动的影响随时间呈现出的增加趋势有所削弱;对平均降水及极端降水变化趋势的影响存在空间差异性,其中受人类活动影响最严重的是上游中部、东南部及中下游东南部地区,均呈现减少趋势;但在长江上游西南部极端降水受人类活动影响显著增加,需要加强该区域洪涝预防工作。另外,人类活动对平均降水的减少贡献最大的时段为2000～2009年,影响最明显季节为秋冬两季;人类活动对极端降水的影响与降水的极端程度成正相关,降水极端性越强,受人类活动影响的变化程度更大,且空间分布上的差异性也更加显著。     

夏季亚洲阻塞高压识别及其对中国东北气候异常的可能影响:不同再分析资料对比

基于阻塞高压（阻高）客观识别方法,利用1979-2016年夏季（6-8月）NCEP-Ⅰ、NCEP-Ⅱ逐日再分析资料和ERA-interim逐6 h再分析资料对识别结果进行对比分析;并以D类（130°-160°E）阻高为例,讨论其对6月中国东北地区气候的可能影响。结果表明:NCEP-Ⅰ和NCEP-Ⅱ再分析资料对阻高活动天数、发生频次及年代际变化的识别结果差异较小,而ERA-interim与前两种资料的结果差别较大。3种再分析资料下,夏季各类阻高活动天数均与500 hPa高度场存在相应的显著相关区,且形态相近。但前两种资料对于各类阻高的表征结果较为一致,而ERA-interim再分析资料对各类阻高面积和范围的表征偏小。6月D类阻高活动日数与东北地区气温和降水关系密切,D类阻高活跃年,大气环流以经向型为主,东北地区低层低温、暖平流,高层高温、冷平流的结构指示大气层结不稳定,且东北上空为异常低压环流控制,上升气流较强,有利于6月东北地区出现低温多雨天气。鄂霍次克海地区是6月罗斯贝波的重要来源地之一,而6月D类阻高的形成可能与海-陆温差有关。