FDR自动土壤水分数据标定问题及解决方法

针对目前FDR自动土壤水分数据可用性低的实际情况,本文从FDR自动土壤水分站传感器原理出发,结合数据处理流程与方法对湖南60个站点不同层次的标定参数及部分站点的相关观测数据进行了分析,指出目前田间标定法在自然条件下几乎无法得到覆盖土壤各个湿度区间的均匀样本数据,导致二次标定参数不合理是造成FDR自动土壤水分站数据可用性差的根本原因。二次标定方程参数不合理主要表现为方程斜率过大、过小、负值3种情况,导致观测数据增幅过大、常年不变、与实际土壤湿度变化趋势完全相反等问题。最后针对该问题提出了大样本原状取土,实验室标定的解决方法,并对方法进行了初步验证,结果表明该方法能从源头上有效改善土壤水分站观测数据质量。     

土壤湿度年际异常对中国春、夏季气候模拟的影响

基于NCAR大气模式CAM3.1模式,设计了有、无土壤湿度年际异常两组试验对中国区域近40a(1961-2000年)气候进行了模拟。从气候态和年际变率的角度,通过分析两组试验的差值场来探讨土壤湿度年际异常对气候模拟的影响,并初步探讨了影响的可能机制。结果表明:模式模拟的温度和降水对土壤湿度的年际异常非常敏感,土壤湿度的年际变化对中国春夏季气候及其年际变率均有显著影响。当不考虑土壤湿度年际异常时,模式模拟的春夏季平均温度、最高温度、最低温度在我国大范围内降低,春夏季降水在东部大部分地区明显减少,西部增加。而模式模拟的春夏季温度、降水年际变率在中国大部分地区减弱。但当考虑土壤湿度的年际变化,则能在一定程度上提高模式对气候年际变率的模拟能力。在进一步分析表明土壤湿度年际异常时,主要通过改变地表能量通量和环流场,对温度、降水产生影响。当不考虑土壤湿度年际异常时,地表净辐射通量减少,地表温度降低,感热通量减少。感热通量差值场的空间变化和温度差值场的空间变化一致,感热通量对温度有一定影响。而潜热通量差值场的空间变化和降水的差值场的空间变化一致,可见降水受地表潜热通量的影响。土壤湿度年际异常引起的环流场的变化也是导致气候变化的原因之一,地表能量和环流场年际变率的改变对春夏季气候年际变率存在一定影响。     

一次引发暴雨的东北低涡的涡度和水汽收支分析

对2005年7月25～29日引发较大范围持续性暴雨的东北低涡的结构、涡度和水汽收支进行了分析研究,结果表明:1)东北低涡是一个较深厚的冷性涡旋.初期,气旋性涡度出现在对流层中层,然后向中低层及高层伸展.而低涡加强阶段,气旋性涡度在对流层高层增加得最快,并逐渐向中低层传播,诱发地面气旋的发展;由于高低空锋生的相互作用,在低涡南部形成了深厚的近乎垂直的低层略前倾的"弓形"锋区.2)对涡度收支的计算表明,水平涡度平流项和水平辐散项对低涡的发展、加强起到最主要的作用.但在不同阶段,这两项的作用和大小各不相同.3) 对流层高层位涡大值区在低涡东部向下传播,有利于低涡的发展加强,与低涡暴雨的落区位置较为接近.此外对卫星云顶亮度温度(TBB)的分析,发现低涡暴雨典型的涡旋云带中对流活动旺盛的地区与局地暴雨的位置对应.4) 低涡暴雨的水汽初期主要来自北部,随着低纬地区西南季风的增强,沿副高西侧从低纬到中高纬建立起一条较强的水汽输送带,东北地区水汽收支以南北向的辐合为主.5)将2005年和1998年夏季6～8月的东北低涡暴雨个例的天气形势配置进行逐月比较,发现持续的较大范围的低涡暴雨过程与亚洲中高纬的阻塞形势、低涡的维持、西太平洋副热带高压的位置及夏季风和低纬系统的水汽输送有密切的关系.     

前向散射式能见度仪测试方法研究

针对气象行业前向散射式能见度仪检测标准缺失现状,开展了前向散射式能见度仪室内测试方法研究.文中介绍了前向散射式能见度仪的工作原理,阐述了测量标准设备的组成和技术要求,详细论述了前向散射式能见度仪的测试项目和测试方法,展示了多台前向散射式能见度仪室内实测结果.研究表明:利用试验舱模拟能见度进行测量范围和示值误差测试具有可...     

热带印度洋环流动力与季风相互作用研究进展

围绕中国科学院战略性先导科技专项"泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设"之子课题"热带印度洋环流动力与季风相互作用及其影响",从热带印度洋上层海洋环流、盐度变异对印度洋典型海气耦合过程的影响、印度洋海气相互作用及其对泛第三极水汽输送的影响方面回顾了热带印度洋环流动力与季风相互作用的研究进展.针对国内外研究发展的现状,提出热带印度洋上层经向、纬向、垂向流系间三维联动机制,海盆尺度热盐再分配对局地海-气模态变异的响应和反馈机制,热带印度洋典型海气耦合模态对泛第三极地区气候变化的影响机理等关键科学问题亟待解决.开展该子课题研究的最终目标是：全面认识和理解热带印度洋上层环流体系,加深印度洋海洋环流动力与海气相互作用及其对泛第三极经向水汽输送作用的理解,提高泛第三极地区气候预测水平,提升丝绸之路海上观测航道监测保障能力,从而为"一带一路"倡议和"21世纪海上丝绸之路"建设服务.     

南海夏季风期间水汽输送的气候特征

通过分析NCEP/NCAR 1973～1998年(共26年)4～8月的再分析比湿场和风场资料,研究了南海夏季风期间的水汽输送特征.夏季,东亚上空水汽水平输送特征在各月有很大差异,这是夏季风环流系统演变的结果.孟加拉湾南部地区是中国长江中下游和南海地区重要的水汽源地,来自上游孟加拉湾南部地区的水汽输送对南海季风的爆发具有重要意义.经向水汽输送主要有利于20～30°N之间华南地区的水汽辐合.从总的收支看,南海地区是一个水汽汇区.南海季风爆发早晚年的水汽输送通道存在明显差别.在爆发偏早年,从赤道印度洋到南海地区的输送通道建立早且维持时间长,4～5月南海易成为水汽辐合区;在偏晚年,南海地区水汽则是辐散的,不利于形成季风性降水.南海季风爆发早晚年与长江中下游旱涝年的水汽输送有一定联系.     

基于自动观测站的鲁中地区土壤水分变化规律及精细化预报模型的研究

为了建立鲁中地区土壤水分精细化预报模型,利用2010—2013年农田土壤水分自动站逐日资料进行土壤水分年、月变化特征研究,并结合附近自动气象站资料,以土壤水分平衡方程、农田蒸散模型为基础,采用逐步回归和曲线估计等方法建立4—6月无降水条件下平原水浇田与山旱田土壤水分1 d、7 d降幅的经验预报模型。结果表明:鲁中地区0~100 cm土壤水分贮存量年变化趋势和0~50 cm基本一致,年最高出现在8月,最低出现在6月,年降幅最大出现在3—6月,易出现干旱。对预报模型进行回代和预报检验结果显示,回代平均相对误差为0.07%,7 d模型和1 d模型滚动预报第7天0~50 cm土壤水分贮存量,绝对误差分别为-0.15和-2.17 mm,平均相对误差分别为-0.07%和-1.56%,模型具有较强的理论基础和实用性,预报精度较高,为鲁中地区土壤墒情监测和精细化预报提供支持。     

中国东部水分收支的初步分析

利用中国160站降水资料、中国气象局提供的探空资料、NCEP/NCAR提供的再分析资料(简称NCEP资料)和ECMWF提供的再分析资料(简称ERA40资料), 根据水汽平衡方程, 估算了1990～1999年中国东部的陆表水分收支, 分析了华北、 长江流域和华南三个典型区域的陆表水分收支, 同时对NCEP、ERA40资料在东亚地区的陆表水分收支进行评估。结果表明, 在中国东部区域, 年平均和夏季是水汽汇区, 冬季降水与蒸发基本平衡;华北在年平均、夏季以及冬季均为水汽源区;长江流域在年平均、夏季及冬季均为水汽汇区;华南在年平均和冬季为弱水汽汇区, 夏季为水汽源区。两套再分析资料基本揭示出了上述特征。就区域平均的蒸发和降水的年际变化而言, 两套再分析资料的结果与观测都存在显著相关, 但估算的蒸发NCEP好于ERA40; 相对于气候态的定量比较而言, 由两套再分析资料得到的陆表水分收支距平(即降水减去蒸发的距平)的年际变化基本与观测一致。     

华北-华东地区高温热浪与土壤湿度的关系研究

利用观测站点的日最高气温、土壤湿度旬观测资料以及土壤湿度再分析资料等,分析了华北-华东地区高温热浪次数的时空变化特征及其与土壤湿度的关系。结果表明:1960s以及1990-2010年为高温热浪次数的高值期,1970s-1980s为低值期。利用旋转经验正交函数分解得到土壤湿度的3个气候分区,分区内前期(3-5月)和同期(6-7月)的土壤湿度与6、7月份高温热浪次数基本呈负相关关系,并且同期相关性更显著。在华北-华东北部与中部,5月下旬土壤湿度与6月高温热浪次数、6月上、中旬平均土壤湿度与6月高温热浪次数、7月平均土壤湿度与7月高温热浪次数的相关性均显著。     

Seasonal variations of stable isotope in precipitation and moisture transport at Yushu,eastern Tibetan Plateau

Precipitation δ 18O at Yushu, eastern Tibetan Plateau, shows strong fluctuation and lack of clear seasonality. The seasonal pattern of precipitation stable isotope at Yushu is apparently different from either that of the southwest monsoon region to the south or that of the inland region to the north. This different seasonal pattern probably reflects the shift of different moisture sources. In this paper, we present the spatial comparison of the seasonal patterns of precipitation δ 18O, and calculate the moisture transport flux by using the NCAR/NCEP reanalysis data. This allows us to discuss the relation between moisture transport flux and precipitation δ 18O. This study shows that both the southwest monsoon from south and inland air mass transport from north affected the seasonal precipitation δ 18O at Yushu, eastern Tibetan Plateau. Southwest monsoon brings the main part of the moisture, but southwest transport flux is weaker than in the southern part of the Tibetan Plateau. However, contribution of the inland moisture from north or local evaporation moisture is enhanced. The combined effect is the strong fluctuation of summer precipitation δ 18O at Yushu and comparatively poor seasonality.