青藏高原能量与水循环国际合作研究的进展与展望

青藏高原能量与水循环过程对我国、东亚乃至全球的天气和气候系统都有着非常重要的作用.1996年以来,在国家自然科学基金委员会、中国科学院、中国气象局等相关部门和日本政府的大力支持下,我们针对青藏高原能量和水循环过程的重要性,成功地开展了青藏高原尺度和藏北地区中尺度的"全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验研究"(GAME/Tibet)项目和"全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验研究"(CAMP/Tibet)项目近10余年的连续观测,取得了以往高原试验从未有过的大量极其珍贵的综合观测资料.而且在利用试验资料分析、卫星遥感及数值模拟等手段研究青藏高原能量与水循环方面取得大量的阶段性成果.介绍了青藏高原能量与水循环的研究进展及国际合作在项目执行过程中所起到的作用,同时介绍国际合作在吸纳境外研究资源及培养青年科技人才中所起的作用.最后提出了国际合作中存在的问题,并给出了相关的建议.     

高原南侧地形槽与孟湾槽的形成演变特征及其与南海夏季风建立的关系

使用1981—2000年NECP/NCAR再分析数据集资料,分析了全年各月大气环流特征,发现青藏高原(下称高原)南侧低空基本上存在一个常年正涡度带,这是高原近地面西风与其外围自由大气西风之间的气旋性切变的表现。特别是在90°E附近有一明显的地形槽,我们选取80°~90°E,25°N关键区域内的涡度作为表征该地形槽的指数,分析了高原南侧地形槽与孟加拉湾(下称孟湾)槽形成和演变特征的异同,并探讨其与南海夏季风建立的关系。结果表明,高原南侧地形槽的季节性演变与高原热源联系非常密切,其显著的4月突变和6月突变与高原热源发生跳跃性变化相联系。冬季高原冷却作用形成低空反气旋环流,叠加在原本增强的大尺度西风绕流上,促使高原地形槽减弱;由春入夏,高原加热作用形成低空气旋性环流,增大西风绕流作用,促使高原地形槽加深。高原地形槽加强南伸和斯里兰卡低涡持续北移直至二者相互打通是亚洲低纬度副热带高压带在孟湾上空最先断裂和孟湾槽形成的一种触发机制,此后槽前西南气流加强,副热带高压东撤,南海夏季风进一步东扩,最后导致南海夏季风建立。     

人类在极端环境气象中的适应问题

世界屋脊青藏高原因海拔高而带来的缺氧、低温和大风,给人类生活带来诸多困难。在这种极端环境气象中,人们为了生存和工作,必须了解和掌握缺氧、低温和大风等与人类的关系,并逐渐摸索人类如何适应上述极端环境气象的规律,从而在这种极端环境气象条件下自由自在地生活与工作。若能如此,可谓“天人合一”了。       

Cloud radiative forcing in Asian monsoon region simulated by IPCC AR4 AMIP models

This study examines cloud radiative forcing (CRF) in the Asian monsoon region (0^o--50^oN,60^o--150^oE) simulated by Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Fourth Assessment Report (AR4) AMIP models. During boreal winter, no model realistically reproduces the larger long-wave cloud radiative forcing (LWCF) over the Tibet Plateau (TP) and only a couple of models reasonably capture the larger short-wave CRF (SWCF) to the east of the TP. During boreal summer, there are larger biases for central location and intensity of simulated CRF in active convective regions. The CRF biases are closely related to the rainfall biases in the models. Quantitative analysis further indicates that the correlation between simulated CRF and observations are not high, and that the biases and diversity in SWCF are larger than that in LWCF. The annual cycle of simulated CRF over East Asia (0^o--50^oN, 100^o--145^oE) is also examined. Though many models capture the basic annual cycle in tropics, strong LWCF and SWCF to the east of the TP beginning in early spring are underestimated by most models. As a whole, GFDL-CM2.1, MPI-ECHAM5, UKMO-HadGAM1, and MIROC3.2 (medres) perform well for CRF simulation in the Asian monsoon region, and the multi-model ensemble (MME) has improved results over the individual simulations. It is suggested that strengthening the physical parameterizations involved over the TP, and improving cumulus convection processes and model experiment design are crucial to CRF simulation in the Asian monsoon region.     

RegCM3模式对青藏高原夏季气温和降水的模拟

利用RegCM3模式对青藏高原1991—2000年10年夏季（6~8月）的地面气温和降水进行了模拟, 其模拟结果与CRU资料的对比分析表明: RegCM3模式的模拟能再现高原地面气温和降水的基本特征, 特别是气温, 能捕捉到高原北部夏季升温明显高于南部, 东北部升温最大; 在夏季3个月中, 模拟结果和CRU在6月份最为吻合, 7月份两者均为夏季气温最高月份和升温幅度最大月份, 8月份两者相差较大。RegCM3模式能够模拟出高原降水分布的基本特征和主要干湿中心, 由于高原降水的复杂性和模式对降水描述能力的不足, 降水模拟要差于气温。     

龙门山褶皱冲断带扩展生长过程——基于低温热年代学模型证据

基于多封闭系统低温热年代学特征的浅部地貌构造模型重建在揭示褶皱冲断带-前陆盆地系统形成演化过程中受到越来越广泛的重视与应用。青藏高原东缘龙门山地区多封闭系统低温年代学年龄总体上具有逐渐从冲断带前缘、由SE向NW至高原内部减小趋势,且走向上由NE向SW也具微弱减小趋势;龙门山褶皱冲断带热年代学年龄变化范围明显大于高原内部,揭示出盆-山过渡带新生代加强的褶皱冲断剥蚀浅表作用。基于龙门山区域低温热年代学和褶皱冲断带-前陆盆地系统稳态冲断剥蚀热模型,揭示出青藏高原东向扩展速率约为5～10 mm/a,抬升剥蚀速率为0.4～1.0 mm/a和龙门山褶皱冲断带缩短速率为0～15 mm/a,它们与现今地质学和大地测量学特征具有较好的一致性。因此,青藏高原东缘由西向东的多封闭系统热年代学年龄特征反映出新生代稳态的高原东向扩展生长过程,即龙门山褶皱冲断带冲断扩展和浅表剥蚀作用耦合过程。     

定量重建黄土高原末次间冰期土壤呼吸CO2浓度

成壤碳酸盐气压计(paleosol carbonate CO₂ barometer)是定量恢复古大气CO₂浓度的重要方法, 但是目前重建结果仍然存在较大的不确定性, 主要原因是土壤呼吸产生CO₂(简称S (z))的数值分布范围较大。S (z)在古土壤中不能直接测量, 它受古降水影响具有明显的空间分异特征。中国黄土高原广泛分布的成壤碳酸钙结核是土壤呼吸作用和淋溶再沉淀的产物, 具有恢复长时间序列古大气CO₂浓度的潜力, 但是目前各指标方法恢复的S (z)存在差异。本研究利用黄土高原7个末次间冰期(对应古土壤S₁层)剖面的成壤碳酸钙结核恢复黄土高原S (z)值的空间变化规律, 并对比不同指标方法恢复的S (z)。结果显示: 黄土高原S (z)呈现出南部高于北部的特征, 南部剖面S (z)的平均值为848±170ppm, 北部剖面S (z)的平均值为539±87ppm。这个趋势与暖季平均降水量的空间变化趋势一致。本研究确定黄土高原S (z)的空间变化范围, 为利用黄土碳酸盐重建古大气CO₂浓度提供可靠的参数限制。

     

高原咸水湖水面蒸发估算——以兹格塘错为例

根据兹格塘错流域附近气象站（安多,那曲和班戈）的器测资料和那曲站的实测辐射资料,对兹格塘错水面蒸发进行了估算,结果表明,兹格塘错多年平均（1958－1998年）蒸发量为925．1mm,在估算的41年中,最高的为1111．5mm(1975年）,最低的仅791．9mm(1983年）,5年滑动平均结果揭示,近40年来兹格塘错蒸发存在波动变化,基本上由2个峰值期（1970－1980年和1993－1998年）,1 个下降期（1975－1980年）和2个相对平衡期组成,且总体上呈上升趋势。     

长江中下游地震同青藏高原北部地震的相关性

本文对比了1910—1987年发生的长江中下游地震和青藏高原北部地震,发现两者有比较好的对应关系。一般是,青藏高原北部先发生M≥6级地震,而后长江中下游地区发生M≥19/4级地震。对1910年以来的21次地震进行了统计分析,得到复相关系数R=0.74,能够在很高的显著性水平上通过F检验。地震活动在时间、空间、强度上的相关,现代构造运动及应力场等事实表明,长江中下游地震活动可能主要受青藏高原向东的横向推移运动的影响。     

夏季青藏高原TBB低频振荡及其与华中地区旱涝的关系

利用17年(1980—1994年和1997—1998年)逐候GMS TBB资料,对华中地区夏季旱涝年的TBB候距平场进行了合成分析,研究了夏季青藏高原TBB的低频(10~20天和30~60天)振荡及其同华中地区旱涝的关系。结果表明,青藏高原东南部(27°~30°N,90°~100°E)是低频振荡最为活跃的地区,青藏高原东南部和华中地区TBB存在正相关关系,其相关程度涝年比旱年更为显著。对华中地区旱涝而言,青藏高原东南部的30~60天振荡比10~20天振荡敏感性要强。华中地区涝(旱)年,青藏高原东南部存在较强(弱)的低频(30~60天)TBB负值中心,其影响方式有的自西向东传播,有的同华中地区低频(30~60天)TBB同时加强或减弱。青藏高原低频(30~60天)TBB的负值位相有利于对流云团的生成和发展。