高原气象

高原气象

第38卷 第1期 2019-02-28   

目录

论文

  • 青藏高原东北部一次罕见强对流天气的中小尺度系统特征分析
  • 朱平;俞小鼎
  • 2019 Vol. 38 (1): 1-13.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00070
  • 摘要 ( ) HTML PDF (32820KB) ( )
  • 2016年8月17-18日青藏高原东北部出现了罕见的大冰雹、短时暴雨、雷暴大风等强对流天气。运用常规观测资料、NCEP再分析资料、葵花静止气象卫星、多普勒天气雷达等观测资料分析了此次强对流过程的大气环境场和中小尺度对流系统的发生发展和对流传播机制。结果表明：西太平洋副热带高压北抬明显，属于低层暖平流强迫型。水汽输送主要来自南海。维持较长时间的弱冷锋是强对流的地面触发机制；对流云团逐渐演变为MCC，对流传播整体具有沿着河谷往层结不稳定区的正向和往低层入流风的反向传播的特征。河谷地形是影响对流移动和传播路径的关键；强对流风暴单体生命史均较长，强降雹单体为类超级单体和普通多单体，强降水回波属于多单体线状对流。降雹单体整体比降水单体发展得更强，变化幅度更大，尤其是垂直累积液态水含量的变化更剧烈。强对流开始前单体垂直累积液态水含量均是先增后降；几处局地雷暴大风是由雷暴云团内弱降水在较厚的环境干层蒸发而显著降温所产生的较大负浮力或由线状对流中强降水拖曳导致的强下沉辐散气流造成，雷达回波具有质心急剧下降或中层径向速度辐合特征。
  • 青藏高原南侧经圈环流变化特征及其对降水影响分析
  • 胡梦玲;游庆龙
  • 2019 Vol. 38 (1): 14-28.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00064
  • 摘要 ( ) HTML PDF (39295KB) ( )
  • 基于1979-2015年青藏高原（下称高原）地区气象观测站的逐日降水资料和ERA-Interim逐日再分析资料，分析高原南侧经圈环流的季节演变及年际变化特征，并讨论其对高原降水及水汽输送的影响。结果表明，高原南侧80°E-90°E范围存在前季风环流、季风环流、Hadley环流的季节演变，前季风环流有-0.377 s-1·（10a）-1减弱的趋势，季风环流有0.524 m·s-1·（10a）-1显著增强趋势。在90°E-105°E范围存在季风环流和Hadley环流季节转换，季风环流存在0.413 m·s-1·（10a）-1的增强趋势。基于各经圈环流开始、结束时间的定义，发现在80°E-90°E，前季风环流建立的时间有推迟而结束时间有提前的现象，其维持时间出现每10年-1.47候的缩短趋势。在90°E-105°E，季风环流维持时间增长，Hadley环流维持时间缩短。前季风环流增强使得高原水汽辐散区辐散增强，水汽辐合区辐合增强，高原西南侧有东北向水汽输送增强，而高原西北侧有西南向水汽输送增强。夏季季风环流增强，高原南部至孟加拉湾地区自南向北的经向水汽输送显著增强，印度洋向高原输送的西南向水汽通量明显增加。前季风环流增强，春季高原中部及西南部降水减少，而东南部和北部降水增加。夏季季风环流增强时，高原南侧上升支增强，高原南部降水增加，而高原北部降水出现减少。
  • 青藏高原未来气候变化的热动力成因分析
  • 王玉琦;鲍艳;南素兰
  • 2019 Vol. 38 (1): 29-41.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00066
  • 摘要 ( ) HTML PDF (14488KB) ( )
  • 利用第五次国际耦合模式比较计划（the Fifth Phase of Coupled Model Inter-comparison Project，CMIP5）的8个模式在高浓度排放路径RCP8.5下的输出资料对青藏高原（下称高原）21世纪未来气候变化进行预测，基于水汽收支方程对高原局地地表水通量P-E（降水-蒸发）变化进行热动力过程分解，求取平均环流（动力因子Mean Circulation Dynamic，MCD）、水汽辐合项（热动力因子，Thermal Dynamic，TH）等对P-E通量变化的相对贡献率，建立大尺度环流变化和高原局地气候变化的定量关系，探讨高原未来气候变化的热动力成因。研究结果表明：（1）高原未来整体变暖湿，与历史参考时期1986-2005年相比，21世纪末P-E通量增加17.9%，增湿梯度呈西北-东南向分布，以高原东南部林木分布区增加最显著；（2）在高原湿季（5-9月，也即高原植被生长季）内，因平均环流变化导致的水汽输送变化是高原未来变湿的主要原因，贡献了约53%的P-E通量增加，这与气候变暖后Hadley环流下沉支和中高纬西风环流的极向扩展有关；热动力因子贡献了12% P-E通量的增加，对高原未来的整体变湿贡献相对较小，但在三江源区热动力贡献较大，这与该区未来植被覆盖增加，植被对气候变化的正反馈加强有关。值得注意的是，受CMIP5多模式分辨率粗糙、模拟性能在高原地区差异较大等的影响，分析结果存在一定不确定性，结论比较初步，未来使用分辨率更高、物理过程更完善的模式，结合统计方法提高预测精度可进一步改善研究结果。
  • 三江源及其周边地区多源水汽资料对比检验
  • 马学谦;张小军;马玉岩;蔡淼;韩辉邦;康晓燕
  • 2019 Vol. 38 (1): 78-87.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00073
  • 摘要 ( ) HTML PDF (1656KB) ( )
  • 采用三江源人工增雨工程建设的35通道微波辐射仪、全球导航卫星系统气象观测（GNSS/Met）、L波段探空系统以及美国国家环境预报中心（NCEP）再分析资料，经多源连续监测和计算大气水汽含量，对比检验多源数据的差异性和影响因素，了解多源大气水汽含量在三江源及其周边地区的适用性。文中以L波段探空计算的大气水汽含量为基准值进行检验，结果表明GNSS/Met反演的大气水汽含量与基准值保持一致，总偏差为1.45 mm，不受温度、降水、季节、地区的明显影响，可代表三江源及其周边地区的大气水汽特征；NCEP大气可降水量总趋势与基准值比较一致，其值明显偏小，仅为基准值的69%，且随降水越大偏差增大，温度、地区、季节对其有明显影响；微波辐射仪能代表无降水或弱降水条件下的大气水汽特征，其值明显偏大，且受温度、液态水含量等多种因素影响。对三江源及其周边地区的旬大气水汽分析表明，三江源核心区大气水汽含量差异较小，从东到西呈波谷型分布；周边地区分布差异巨大，东边最高，西边最低，此分布特征与地理位置、地形和年内天气过程等密切相关。这些监测数据的对比检验和分析为三江源及其周边地区的云水资源精确定量评估起到基础性作用，也为改善人工增雨（雪）技术和保护当地生态环境起到关键性作用。
  • GLASS、MODIS和GlobAlbedo反照率产品在青藏高原典型高寒草地的适用性评估
  • 安颖颖;孟宪红;赵林;李照国;吕世华;马御棠
  • 2019 Vol. 38 (1): 88-100.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00097
  • 摘要 ( ) HTML PDF (12992KB) ( )
  • 地表反照率是表征陆面过程地表能量收支的关键物理参数，对于准确以及定量化地理解高原上的能量和水分循环过程有着至关重要的作用。利用黄河源区玛曲和玛多两个高寒草地站点长达8年的地表反照率观测数据，对GLASS（Global Land Surface Satellite）、MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）和GlobAlbedo地表反照率产品进行了评估与分析。结果显示，玛曲地表反照率的年际变化较小，集中在0.16~0.28。各遥感产品在玛曲地区精度各有不同：GlobAlbedo反照率平均比地面观测偏高0.048；而GLASS和MODIS反照率分别偏低0.074和0.063。统计值表明，MODIS产品精度相对最高，其中RMSE=0.069，R=0.710。受积雪影响，玛多地区地表反照率年际变化较大。遥感产品中，GLASS产品精度相对较高，其中RMSE=0.104，R=0.598。玛曲站地表反照率值为：冬季>春季>秋季>夏季，平均值依次为0.25，0.22，0.19和0.18。玛曲站年平均地表反照率为0.21；玛多站为0.25，而且季节变化较玛曲站更显著，呈现近似"U"形分布。夏季反照率最小，平均值为0.18，秋季为0.22，与春季较为接近，冬季平均值最大为0.33。基于两个观测站点的对比表明，三种遥感地表反照率产品春夏季与地面观测一致性较好，秋季反照率开始增大的时间比观测早，冬季后期反照率的值明显小于地面观测。另外，GLASS和MODIS产品的差异也在秋冬季达到最大。MODIS分离雪和云的能力使其在秋冬季的表现更好。
  • 三套再分析资料在青藏高原湖泊模拟研究中的适用性分析
  • 杜娟;文莉娟;苏东生
  • 2019 Vol. 38 (1): 101-113.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00110
  • 摘要 ( ) HTML PDF (13882KB) ( )
  • 湖泊模式为青藏高原湖-气相互作用研究提供了有效方法，而驱动数据对模拟结果影响显著，但目前用来驱动模式的再分析资料对高原不同地区湖泊的适用性依然不够清楚。利用野外观测数据、MODIS地表温度数据和WRF耦合的一维湖泊模式，对比分析了中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集（简称ITPCAS）、ERA-Interim和NCEP/NCAR三套再分析资料在青藏高原地区纳木错、班公错和鄂陵湖三个不同深度湖泊的适用性，并对三套再分析资料的准确性进行了初步验证，进一步分析了不同校正方式后的再分析资料对模拟结果的影响。结果表明，用三套不同再分析资料作为模式驱动数据时，WRF耦合的一维湖泊模型均能够较好地模拟出高原湖泊表面温度的变化，但仍然与MODIS观测结果存在偏差。三套再分析资料中ITPCAS数据集的各气象要素与站点观测更为接近，ERA-Interim数据的向下长波和短波辐射比观测值偏大，NCEP/NCAR数据中的向下长波较观测值偏小而风速偏大。利用站点观测对再分析资料进行校正，ITPCAS数据进行全要素校正前后模拟结果差别不大，ERA-Interim和NCEP/NCAR进行全要素校正后模拟结果准确性显著提高；对于实地观测资料匮乏的地区，单独对ERA-Interim向下短波辐射数据进行校正以及同时对NCEP/NCAR气温和向下长波辐射数据进行校正均能优化湖表面温度的模拟结果。
  • 近30年北极海冰运动特征分析
  • 李瑜洁;高晓清;张录军;郭维栋;杨丽薇
  • 2019 Vol. 38 (1): 114-123.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00115
  • 摘要 ( ) HTML PDF (12521KB) ( )
  • 海冰的分布和运动情况包含了大量的海气耦合的信息。本文采用国际北极海冰浮标计划数据（IABP）获得的1979-2011年74°N-90°N范围内32个站点的海冰流速资料和Myocean再分析资料（ORAP5.0系列）1979-2011年海冰流速部分，综合分析了北极海冰时空分布特征及海冰流速大小和方向的统计特征。结果表明：从实测数据与再分析数据比较来看，1999年再分析资料和实测资料有较大偏差，1999年之后再分析资料刻画的趋势和浮标数据趋势近似，因为1999年ORAP5.0采用了新的物理模型，使所得再分析数据更加精确。从海冰流速季节分布来看，海冰流速在夏季最大，其次是秋季。从海冰流速年际变化来看，在1990年之前，海冰流速逐年变化趋势明显，海冰流速变率更大，而1990年之后海冰流速逐年变化趋势逐渐平缓。从海冰流速大小以及运动方向来看，弗拉姆海峡处海冰流速大于8 cm·s-1的情况出现次数最多。自20世纪90年代以来，海冰流速变化逐渐趋向于一个相对稳定的状态。其原因可能是自20世纪90年代以来，全球变暖"停滞"（Hiatus）现象，比如欧亚大陆中高纬度地区以及北美大西洋地区的温度不仅出现了"增温停滞现象"，甚至出现明显的降温现象。MyOcean数据产品项目众多（130种），采用不同的海洋模型得到不同类型的再分析数据，如GLORYS2V3、CGLORS、UR025.4、ORAP5.0、MJM105B等，这些数据涵盖面广，且在许多方面模拟精确度都很高（如ORAP5.0得到的海冰密集度与实测数据基本一致），所以MyOcean数据产品有效提高了海洋监测和预报的能力。本研究有助于对北极海洋运动、气候变化及海洋生态的认识，对北极渔业和能源开发及航运有重要意义。
  • 中国江淮地区夏季强降水事件的统计分析
  • 刘恬;高晓清;谭桂容;范艺媛;惠小英
  • 2019 Vol. 38 (1): 136-142.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00063
  • 摘要 ( ) HTML PDF (11727KB) ( )
  • 选取1980-2015年中国632个气象站的降水资料，从中筛选出江淮地区7次强降水事件，运用经验正交函数分解（EOF分析）和合成、相关方法分析了强降水的空间分布及其对应的环流特征。结果表明：在第一模态场（方差贡献率为22.4%）中，该地区南北部降水量呈反相关关系，我国东部地区的降水形态从北到南为"-+-"的交替分布形态。在第二模态场（方差贡献率为17.8%）中，江淮地区东南部与中西部地区的降水量呈现反相关关系，中国东部地区的降水形态从北到南为"-+"的偶极分布形态。500 hPa平均高度场上，中纬度地区巴尔喀什湖及东北地区为两槽一脊型；第一模态时间系数与500 hPa高度的相关场上，东北地区西部及内蒙古东部的等高线分布与江淮地区降水有较明显的负相关关系。850 hPa高度，江淮地区主要为南风；相关场上，东北地区南部到华北地区的\begin{document}$\overrightarrow{v} $\end{document}风场与江淮地区降水之间有较明显的负相关。表明当中纬度地区巴尔喀什湖及东北地区的槽加强时，华北地区北风与江淮地区南风会合，冷暖空气交汇于江淮，降水较多，呈第一模态降水的分布型。
  • 高寒草地沙化过程的气候因子分析
  • 张余;张克存;孟宪红;安志山
  • 2019 Vol. 38 (1): 187-195.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00111
  • 摘要 ( ) HTML PDF (5453KB) ( )
  • 利用高寒地区2000、2005、2010和2016年植被的NDVI和1971-2016年的气象要素数据，分析了高寒草地沙化的主要气候驱动因子和机制。结果表明：（1）2000-2016年，NDVI呈现先增加后减小的变化趋势。中北部NDVI值最先开始减小，并逐渐向川西北扩张。（2）20世纪90年代开始，研究区气温逐年上升，2000年以后增温趋势尤为显著。降水量逐年趋于减小，未发生显著变化，降水主要集中在夏季，日照时数呈减小趋势。21世纪以来，中北部平均风速呈增加趋势。（3）对NDVI解释力最大的因子是气温和降水，但随着时间推移，日照时数和风速的解释力逐渐增强。因子交互结果均表现为双因子增强或非线性增强，彼此之间的综合作用对沙化进程的影响较大。（4）玛曲和若尔盖多大风和沙尘暴天气，玛曲近3年的合成输沙方向均为SSE，属于低风能环境，风向变率为中比率，高风速级的输沙势占比重有所增加，风沙活动强度自西北向东南方向增强。综合来看，气温升高和降水减少是草地沙化的主导因子，日照时数影响草地植被的生长，风速、风向决定了沙化速率和蔓延方向。
  • 2000—2016年基于WRF模式的0.05°×0.05°黑河流域近地表大气驱动数据
  • 潘小多;马瀚青
  • 2019 Vol. 38 (1): 206-216.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00062
  • 摘要 ( ) HTML PDF (19806KB) ( )
  • 黑河流域近地表大气驱动数据，是采用WRF（Weather Research and Forecasting）模式制备的黑河流域2000-2016年逐时0.05°×0.05°包括2 m气温、地表气压、2 m水汽混合比、辐射、10 m风场和累积降水量等近地表大气要素的驱动数据。通过与15个中国气象局常规自动气象站CMA站点逐日观测资料和两期黑河流域生态-水文过程综合遥感观测联合试验（WATER和HiWATER）的站点逐时观测资料在不同时间尺度上进行验证。结果表明，2 m地表气温、地表气压和相对湿度都是比较可信的，尤其是2 m地表气温和地表气压，平均误差都很小且相关系数都达到0.96以上；向下短波辐射与WATER站点观测数据的相关性均为0.9以上，向下长波辐射的相关性达到0.6；10 m风速都与观测资料相差较大，相关性也比较弱。降水资料通过降雨和降雪两种相态与观测资料在不同时间尺度和空间尺度上进行验证，降雨与观测资料在年、月、日和时尺度上吻合得很好，与观测资料在年和月尺度上的相关系数高达0.94和0.84，在日尺度上相关系数达到0.53；降雪与观测资料在月尺度上的相关性达到0.78，与积雪覆盖率MODIS遥感产品的空间分布相当吻合，峰值分布也一致。液态和固态降水的验证表明WRF模式能够在地形复杂而干旱的黑河流域进行降尺度分析，所模拟的资料能够满足流域尺度水文建模和水资源平衡研究。

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