冻土是陆地冰冻圈的重要组成部分， 其冻融循环变化能够影响土壤结构、 土壤水热传输以及土壤生物化学等过程， 并通过陆-气相互作用影响局地甚至全球天气气候。因此， 研究土壤冻融过程对冻土区人类生产生活和了解区域外天气气候变化具有重要的科学意义。本文回顾了土壤中的砾石、 有机质对土壤冻融过程的影响及物理机制， 总结了土壤冻融过程中水热参数化的相关研究成果， 包括土壤导热率和水力学参数的计算、 水热耦合方案以及冻融锋面计算方案等。相对于普通的矿物质土粒而言， 砾石具有高导热率和低热容， 有机质具有低导热率和高热容， 他们对热量在土壤中的传输及土壤温度垂直分布有不同的影响。另外， 砾石和有机质的存在改变了土壤孔隙度、 土壤基质毛细作用与吸附作用， 进而影响水分在土壤中的传输过程和垂直分布。已有研究表明： （1）当前大部分数值模式中土壤导热率采用Johansen方案及其派生方案进行计算， 其中Balland-Arp方案考虑了砾石和有机质对土壤导热率的影响， 该方案更好地刻画了土壤冻融过程中土壤导热率变化的连续性； 综合考虑热-水-变形相互作用的导热率参数化方案可以较好地刻画土壤冻融过程中的水热耦合和土体冻胀的作用， 对相变过程中土壤导热率变化特征的模拟更符合实际观测。（2）过冷水参数化方案刻画了土壤液态水在0 ℃以下存在的事实； 相变温度方案描述了土壤相变温度低于0 ℃且不固定的事实； 导水阻抗方案考虑了土壤冻结对土壤水分下渗的阻抗作用， 改善了对冻土区水文过程的模拟效果。（3）土壤冻融过程伴随着水分的相变和能量的转化， 水热耦合方案的发展能够较好地刻画土壤中热力-水文过程的协同变化特征， 细化了对冻融过程中水分和能量相互作用的复杂物理机制的描述。（4）等温框架的数值模式通过模拟每层土壤中间深度的冻融过程代表该模式分层的整体特征， 导致对冻融深度的严重高估或低估， 尤其是对厚度较大的模式深层土壤， 冻融锋面计算方案的提出和应用减小了这种模拟偏差。目前土壤冻融参数化方案的不足之处包括： 绝大多数数值模式没有考虑土壤盐分导致土壤水的冰点降低这一事实； 虽然大部分数值模式考虑了土壤有机质对土壤水、 热传输的影响， 但是模式中对土壤有机质含量及垂直分布的考虑与植被根系的生长状态脱节； 模式模拟的土壤深度不足并且下边界通量为零的假定不符合实际情况。发展土壤溶质传输参数化方案以模拟盐分的分布、 刻画植被根系生长过程和土壤有机质的分布特征、 考虑深层土壤对浅层的热力学影响并完善数值模式中的下边界条件， 这些是未来陆面模式改进土壤冻融过程模拟的可能方向。

利用第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）中的18个模式， 基于欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料（ERA5）再分析数据对青藏高原夏季降水数据进行了偏差校正， 并从平均降水和极端降水两方面评估了校正前后的CMIP6数据以及单个模式在1979 -2014年的表现。研究结果表明， 该校正方法高度依赖于用于偏差校正的ERA5再分析数据在研究区域的质量， 尽管偏差校正后的青藏高原夏季平均降水的误差和误差率上有所改善， 但在年际时间变化特征方面却不如偏差校正前的数据。大多数CMIP6模式能够较好地模拟1979 -2014年青藏高原上由西北至东南逐渐递增的平均降水空间变化特征。偏差校正前的降水数据在高原上会出现显著的高估， 误差率为60.4%， 经过偏差校正后的数据相对观测数据误差降低， 误差率为-13.9%， 并且偏差校正后的数据与ERA5的平均误差仅为0.003 mm·d^-1， 与ERA5的空间相关性高达0.999。空间趋势方面， 观测数据表明青藏高原大部分地区夏季降水在1979 -2014年呈现轻微增加的趋势， 只有东缘出现明显降低的趋势。偏差校正前后的数据都能够大致刻画出这一空间分布特征， 然而， 未经偏差校正的大多数单个CMIP6模式与ERA5的空间相关系数未超过0.5。与由独立观测降水数据的年际变化特征相比， 偏差校正前的数据高估了高原上的降水量， 而偏差校正后的数据相比观测结果则偏低。通过确定95%分位阈值选取了极端降水个例， 其集合平均极端降水空间分布与年平均降水类似， 也呈西北向东南递增的趋势。部分CMIP6模式较好地模拟了这一特征， 如MRI-ESM2-0（The Meteorological Research Institute Earth System Model version 2.0）和ACCESS-CM2（Australian Community Climate and Earth System Simulator Climate Model Version 2）， 与观测结果的空间相关系数分别为0.851和0.821。但偏差校正后的数据在空间相关性方面下降， 由偏差校正前的0.861降为0.730， 未能准确刻画高原极端降水阶梯式递增的特点。偏差校正后的极端降水数据误差分布与偏差校正前相似， 偏低区域主要集中在高原南部腹地和东部。进一步的极端降水贡献率分析结果表明， 观测结果与CMIP6降水数据均显示1979 -2014年期间极端降水贡献率变化趋势不明显。单个CMIP6模式中， EC-Earth3-Veg（European Community Earth-Vegetation model version 3）和EC-Earth3（European Community Earth Model version 3）及CanESM5（The Canadian Earth System Model version 5）在多个统计评估指标上排名靠前， 展示出较好的模拟能力； IPSL-CM6A-LR（Institut Pierre-Simon Laplace Climate Model 6A Low Resolution）在平均降水误差和极端降水的误差指标上表现出色。

利用1979 -2018年中国区域地面气象要素驱动数据集（0.1°×0.1°）作为大气强迫资料， 驱动CLM5.0（Community Land Model version 5.0）模拟了青藏高原地区1979 -2018年的土壤温湿度变化。将土壤冻融过程划分为冻结期和非冻结期， 通过两个阶段的CLM5.0模拟与站点观测资料、 同化资料（GLDAS-Noah）、 卫星遥感资料（MODIS土壤温度资料和ESA CCI-COMBINED土壤湿度资料）的对比验证， 探讨CLM5.0模拟土壤温湿度在青藏高原的适用性。结果表明： （1）CLM5.0可较准确地描述站点土壤温湿度的动态变化， CLM5.0模拟的土壤温湿度与观测资料具有一致的变化特征且数值上较为接近。CLM5.0模拟的准确性高于GLDAS-Noah。CLM5.0对站点土壤温度的描述更为准确。（2）CLM5.0能够较准确地描述高原冻融过程中的土壤温湿度特征， CLM5.0模拟土壤温湿度与MODIS和ESA CCI-COMBINED遥感资料在高原总体呈显著正相关， 相关系数大多在0.9以上。CLM5.0对土壤温度的模拟能力相对较好， 对非冻结期土壤湿度的模拟能力优于冻结期。CLM5.0整体高估了土壤温度， 平均偏差大多在0~4 ℃之间。土壤湿度的平均偏差大多在-0.1~0.1 m³·m^-3之间， 非冻结期的平均偏差相对较小。（3）CLM5.0模拟、 GLDAS-Noah、 MODIS和ESA CCI-COMBINED遥感资料的土壤温湿度均具有相似的空间分布， 其中土壤温度空间分布特征相似度更高。CLM5.0具有较高的空间分辨率和更为精细的土壤分层， 对土壤温湿度细节的刻画更为完善。（4）CLM5.0模拟资料在高原整体呈增温变干趋势， MODIS和ESA CCI-COMBINED遥感资料整体呈增温增湿趋势。CLM5.0模拟的土壤温度变化趋势相对准确， 土壤湿度的变化趋势则存在较大偏差。

2023年9月6日22:00（北京时， 下同）至7日04:00甘肃夏河县发生强对流天气， 局部地区出现短时强降雨， 引发夏河县果宁村山洪灾害， 造成人员伤亡。本研究基于气象站观测降水对比分析了雷达估测降水（Radar Quantitative Precipitation Estimation， Radar-QPE）、 FY4B估测降水（FengYun 4B Quantitative Precipitation Estimation， FY4B-QPE）以及CMPA（CMA Multi-source Precipitation Analysis）降水产品特性， 并利用这些降水数据驱动水动力水文模型， 评估不同降水数据在本次山洪模拟中的效果。结果表明： （1）12 h累积降水量中， CMPA在大值区域位置和局地降水量级差异性方面表现出较高的准确性； Radar-QPE在累积降水量级上与AWS（Automatic Weather Station）较为接近， 但空间分布上存在显著差异； FY4B-QPE累积降水量级高估了33.8%。（2）在逐小时分布上， CMPA在时间演变、 空间分布以及降水量级上与AWS最为接近； Radar-QPE峰值偏小， 且峰值时间有所滞后， 降水主要为负偏差； FY4B-QPE峰值及峰值时间与实际情况一致， 但在降水的开始和结束时间存在偏差， 降水量的偏差主要为正偏差。（3）水文模拟研究中， CMPA、 Radar-QPE和FY4B-QPE均高估了水位， 但水位峰值出现时间与AWS较为一致， CMPA在均方根误差（RMSE）、 纳什效率系数（NSE）和相对偏差（Bias）方面表现最优， Radar-QPE次之， FY4B-QPE表现相对较差。虽然现有站点观测降水无法完全满足对中小尺度山洪的研究和预警需求， 但CMPA数据的高精度在一定程度上能有效补充传统气象观测站点的不足， 同时， Radar-QPE和FY4B-QPE的算法和精度需要进一步改进和提升。

基于1982 -2020年青藏高原中东部105个气象站点逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料， 分析了暖季极端降水的时空异常特征、 主要落区和典型环流。结果表明： （1）1982 -2020年， 青藏高原中东部暖季降水总量整体呈显著增加趋势（P<0.05）， 气候倾向率达10.7 mm·（10a）^-1， 但存在明显的区域性差异和年代际变化特征。极端降水指标在1990s和2000s中后期发生了年代际趋势转变， 2009年之后极端降水的增加最为突出， 气候倾向率可达整体增加水平的4~5倍； 在三个时段， 高原极端降水存在南北趋势反向变化特征， 北部极端降水在1998 -2009年增加最为突出， 南部经历了显著增加-显著减少-显著增加的趋势变化。（2）1982 -2020年，青藏高原中东部暖季小范围极端降水频数呈显著减少趋势（P<0.1）， 而大范围极端降水频数显著增加（P<0.05）； 4级范围极端降水主要有： 东北部型（A型）、 南部型（B型）和东南部型（C型）三种主要的落区。（3）西太平洋副热带高压（以下简称西太副高）的位置和强度差异是导致水汽源地和大范围极端降水落区不同的主要原因； 当A型大范围极端降水发生时， 西太副高异常偏弱， 偏东， 水汽主要来自太平洋和西风带的输送； 当B型发生时， 西太副高异常偏强， 西伸南压， 水汽主要来自印度洋和孟加拉湾； 当C型发生时， 西太副高异常偏强， 西伸北抬， 水汽主要来自西北太平洋、 南海和孟加拉湾。

在全球变暖背景下， 天气气候事件表现出的极端性愈加明显， 由此造成的各种气象灾害对社会和经济的危害程度进一步加大。在中国北方干旱多发带（Northern Drought-prone Belt， NDPB）， 极端干旱事件发生的次数更为频繁、 强度更为剧烈、 范围更为广阔。本文利用气象干旱综合指数、 站点的降水和近地面气温、 再分析资料以及海表温度、 积雪范围、 海冰密集度资料， 通过统计分析和合成分析方法揭示了NDPB极端春夏连旱事件的主要影响因子特征。研究表明， 主要环流因子表现为： 3月自巴芬湾东传的波列， 5月从哈德逊湾南部到贝加尔湖以东“正-负-正-负-正-负”的位势高度异常， 6月60°N附近东传的波列、 丝路波列以及偏东偏弱的西太平洋副热带高压； 主要的外强迫因子表现为： 拉尼娜向厄尔尼诺的位相转变及印度洋海盆和北大西洋中部偏暖的海温异常， 欧亚大陆中高纬和北美大陆40°N -60°N之间明显偏小、 青藏高原前期偏大后期偏小的积雪范围异常， 以及巴芬湾和戴维斯海峡附近偏少而格陵兰海附近偏多、 从巴伦支海到喀拉海呈现“正-负-正”分布的海冰密集度异常。

中国西北内陆干旱区存在季风和西风两个气候变化模态， 是季风-西风交互作用影响区。对该区域气候环境的研究具有重要的理论和现实意义， 也是当前全球变化研究中备受关注的前沿问题。本文通过梳理前人对季风、 西风区及其边缘活动带界定、 器测和代用指标的两大环流气候影响及其交互作用研究进展， 认为今后需加强对西风模态及其与季风交互作用、 区域界定、 高分辨率大时空尺度驱动机制的相关研究， 以期推动区域全球变化响应及其动力机制等学科领域发展， 为西北干旱区区域沙漠化治理和国家生态安全战略提供科技支撑和决策理论依据。

厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation， ENSO）是热带太平洋最显著的年际气候变率模态， 其海温异常（Sea Surface Temperature Anomalies， SSTA）的演变过程呈周期性和锁相性特征。本文从ENSO循环角度出发， 使用K均值聚类法（K-Means Clustering Analysis， KMA）对1961 -2021年ENSO的SSTA演变进行分类， 得到ENSO循环的SSTA演变3类和5类两种客观分类结果。当分3类时， ENSO循环的SSTA基本演变特征分别为暖发展、 暖衰减和冷持续过程； 而分5类时， 超强和普通暖事件发展、 衰减过程在强度和纬向分布上的差异能够被进一步反映出来。为解释该差异， 本文又引入结合主成分分析（Empirical Orthogonal Function， EOF）的KMA方法。通过将EOF主模态分为两大类， 分别代表ENSO循环的纬向一致发展模态和纬向非对称发展模态， 分离了ENSO循环中赤道太平洋SSTA纬向一致和纬向非对称发展过程。在此基础上， 结合KMA聚类分析结果对不同类别的ENSO循环特征进行分析， 发现纬向非对称发展模态叠加在纬向一致发展模态上， 可最终导致ENSO的SSTA年循环纬向发展速度的不对称。对ENSO纬向一致和非对称演变模态进行回归重构， 发现风、 温跃层厚度异常可能是造成SSTA纬向非对称演变的关键。本文客观定义ENSO演变的不同类型， 为ENSO多样性的气候动力学及其气候影响研究提供了一定参考。

大气河直接影响南极海-陆-冰-气相互作用， 但对其开展的探空观测尚不多， 造成数值模式和再分析数据的结论存在不确定性。本研究使用了中国第37次南极科考获得的走航探空数据， 针对一次南大洋大气河事件评估了4种大气再分析数据——ERA5， CFSv2， JRA-55和MERRA-2。评估结果表明： 虽然所有大气再分析数据对南大洋水汽通量（IVT）的描述都与观测比较接近——包括在大气河期间， 但这部分是因为再分析数据高估了大气整层（地表至300 hPa）湿度场的同时低估了大气整层风速。进一步分析发现， 大气湿度和风速在垂直方向的协变项被多数再分析数据显著低估甚至给出了与观测相反的结果； 而协变项的偏差对IVT影响与整层大气湿度和风速相当。ERA5在协变项的表现显著优于其他再分析数据。与此同时， ERA5也给出了大气河期间与观测最为一致的逆湿和低空急流结构。因此， 仅就本次观测而言ERA5对南大洋大气河的描述能力是最佳的。

为解决传统遥感干旱指数侧重于对单一响应因子的监测， 缺乏对干旱综合评估的问题， 本文结合气象观测资料和多源遥感数据， 择优选择TVDI、 RVI、 PDI和GVMI日产品数据作为自变量， 与卫星过境相邻时刻气象观测资料计算的MCI指数为因变量， 采用随机森林回归算法（Random Forest Regression， RFR）构建综合遥感干旱监测模型。结果表明： 与传统最小二乘法模型（Ordinary Least Squares， OLS）相比， RFR模型训练集和测试集精度均优于OLS模型。RFR训练集R值为0.97， RMSE为0.33， 测试集R值为0.90， RMSE为0.53； OLS模型训练集R值为0.78， RMSE值为0.73， 测试R值为0.76， RMSE值为0.79， 表明RFR模型在表征区域旱情时比OLS模型更加优秀。在2022年西南地区旱情监测评估中， RFR遥感干旱监测结果与MCI指数时空分布较为一致， 能较好地表征区域旱情的时空动态变化特征， 体现了RFR模型在实际干旱监测过程中的实用性。但RFR干旱监测精度与区域站点个数和站点空间分布有关， 在站点个数较多， 站点分布均匀的区域， RFR干旱监测模型精度较高。

积雪是对气候变化响应最敏感的自然要素之一， 对地表的辐射平衡和水循环有着重要影响， 全球积雪覆盖面积约为46×10⁶ km²， 且98%分布在北半球， 由于积雪具有独特的辐射（高表面反照率）和热（低热传导率）特性， 其变化对陆地和大气之间的能量平衡和水循环过程具有重要的影响， 在全球变暖背景下， 近几十年来北半球积雪覆盖面积减少趋势明显， 尤其春季最明显， 基于观测数据评估CMIP6模式数据对于积雪覆盖面积的模拟能力， 应用多模式平均评估未来时期积雪覆盖度的变化情况。本文以美国国家海洋和大气管理局/美国国家气候数据中心（NOAA/NCDC）的积雪产品为参考数据， 采用泰勒技巧评分、 相对偏差等方法， 对国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）发布的1982 -2014年北半球春季积雪覆盖度（SCF）数据进行评估， 并选取排名前三的模式的集合平均预估未来（2015 -2099年）不同排放情景下SCF的时空变化特征。结果表明： 历史时期（1982 -2014年）从整体上看， 积雪覆盖度呈现出高纬高， 低纬低， 青藏高原和亚洲东部等高海拔地区较同纬地区高的特点， 北半球的积雪覆盖度呈减少趋势地区为68.37%， 积雪覆盖度呈现增加趋势的区域面积占北半球总面积的31.63%， 与参考数据相比， CMIP6各模式模拟北半球春季SCF在大部分地区表现为减少特征， 多数CMIP6模式高估了青藏高原地区的SCF， 大多模式的SCF结果呈减少趋势的地区大于参考区域， 并且低估了3月、 4月和5月的SCF。总体来看， 各模式模拟SCF的能力存在差异， 其中NorESM2-MM、 CESM2、 BBC-CSM2-MR、 NorESM2-LM和CESM2-WACCM综合模拟能力最优， 模拟能力最差的是MIROC-ES2L、 MPI-ESM1-2-LR和MPI-ESM-1-2-HAM。而多模式集合平均（MME）的模拟能力在各方面都优于多数单个模式， 其综合模拟能力泰勒得分与NorESM2-MM模式和CESM2-WACCM模式均为最高的0.984， 在空间分布、 年际变化趋势、 年内变化三个方面， CMIP6各模式模拟北半球春季SCF的能力差异显著， CMIP6 MME模拟的北半球春季SCF更接近观测数据（CMIP6各模式的偏差值为-14.27%~5.96%， CMIP6 MME的偏差值为-2.3%）， 相对于1982 -2014年参考时段， 21世纪末期（2067 -2099年）北半球春季SCF在大部分地区表现为减少特征， 随着排放强度的提高， SCF的减少程度愈加显著， SCF呈减少的地区也愈加扩大， 在2015 -2099年期间， 不同排放情景下SCF的变化在2040年之前较一致， 2040年之后， SSP1-2.6情景下SCF维持稳定状态， 在SSP2-4.5情景下呈微弱减少趋势， 在SSP5-8.5情景下则呈显著减少趋势。

青藏高原低涡是夏季青藏高原边界层内产生的中尺度低压涡旋系统， 对高原天气及其周边地区降水有重要影响。本文利用由客观识别法得到的高原低涡数据集以及ERA5-land再分析资料， 通过相关分析、 回归分析、 贝叶斯时间序列分析算法和概率统计等方法， 对1950 -2021年高原低涡的活动特征进行了统计和分析， 根据高原低涡的路径及强度划定了高原低涡活动的敏感区， 并分析了不同陆面参量与高原低涡的联系。结果表明， 高原低涡的年总个数和年总持续时间都呈显著增加趋势（置信度95%）， 气候倾向率分别为0.16个·a^-1和1.25 h·a^-1； 高原低涡活跃期（5 -8月）总个数和总持续时间的增加趋势不显著； 高原低涡活动的敏感区位于藏北高原北侧、 可可西里山脉附近， 与青藏高原中西部的主要山脉相对应； 敏感区内的地表潜热、 地表长波辐射以及地表0~7 cm土壤湿度与高原低涡个数和持续时间呈正相关， 而地表感热与高原低涡个数和持续时间呈负相关； 进一步发现当时间尺度为年际变化时， 高原低涡与降水的变化相对一致， 而在日尺度上， 地表感热主要在敏感区及其以东地区与低涡个数、 持续时间和强度呈正相关， 其中以5月和6月最为显著。本研究中的结论为进一步分析高原低涡敏感区内的陆-气相互作用机理， 以及高原低涡数值模拟和数据同化研究提供理论依据。

使用黄土高原气象台站的土壤湿度和降水观测资料以及GLDAS和CMFD再分析资料， 分析黄土高原地区土壤湿度与降水量的时空分布及变化特征， 通过回归分析、 格兰杰因果检验和奇异值分解（Singular value decomposition， SVD）， 研究土壤湿度与降水之间的关系， 分析初始土壤湿度影响随后降水的时间尺度与空间范围。结果显示： 黄土高原的土壤湿度与随后1~2个月降水回归分析的解释方差相对较高， 较大值在夏秋季节（7 -10月）， 黄土高原不同区域（I区、 II区和III区）的土壤湿度与随后21天降水相关的时间较全区域的多， 时间较集中， 说明黄土高原土壤湿度分布不均匀， 不同区域差别较大， 较大的滞后降水时间尺度适用于较大空间范围的分析。格兰杰因果检验表明黄土高原全区域秋季（10月、 11月）的初始土壤湿度对随后1个月或2个月的降水有显著影响， 在III区8月土壤湿度对10月的降水也有显著影响， 这与回归分析的结果一致。再分析资料的SVD分解的结果显示， 1979 -2014年7月黄土高原中部、 北部和东部土壤较湿润时， 8月西部和北部边缘的降水偏多； 9月东部的土壤偏湿润， 则10月黄土高原西部以及南北部的一些地区降水偏多。土壤湿度与降水的显著相关区域重叠部分较少， 说明黄土高原土壤湿度对降水的影响存在一定程度的时空不对称性。

黄河源区位于青藏高原的东北部， 该流域气象站点分布稀疏， 水文过程研究存在很大的局限性， 研究多种降水数据产品在流域的适用性对水文模型研究具有重要的推动作用。本文以黄河源区作为研究区域， 基于中国气象同化驱动数据集（China Meteorological Assimilation Datasets for SWAT model Version1.1， CMADS V1.1）、 热带降雨测量卫星（Tropical Rainfall Measurement Mission， TRMM）降水数据集（3B42 Version7）和气象站观测降水数据分别驱动土壤水文评估工具分布式水文模型（Soil and Water Assessment Tool， SWAT）， 同时利用SWAT-CUP（SWAT Calibration and Uncertainty Program）和SUFI-2（Sequential Uncertainty Fitting2）算法对27个敏感性参数进行率定， 模拟黄河源区多年月平均径流量的变化规律， 并将模拟结果与观测值进行对比分析， 评估了CMADS和TRMM 3B42降水数据产品在该流域的精度以及SWAT模型在黄河源区的适用性。结果表明： （1）由3种降水数据获得的降水空间分布为由西向东递增的趋势， TRMM 3B42与实测降水在年和月变化上一致性好于CMADS数据集。（2）参数敏感性分析结果表明： SCS（Soil Conservation Service）径流曲线数、 地下水滞后系数、 土壤蒸发补偿系数对径流模拟的敏感性程度较强。（3）利用CMADS和TRMM 3B42降水数据集模拟的径流结果均优于实测降水数据， 流域内3个水文站在率定期的相关系数R分别是0.93， 0.92和0.88； TRMM 3B42模拟结果次之， 率定期和验证期的相关系数R均在0.80以上， 纳什系数（Nash-Sutcliffe efficiency coefficient， NSE）在0.50以上。本研究证明了CMADS数据集和SWAT模型在地貌类型复杂、 气候变化敏感的高海拔地区的径流模拟方面具有较好的适用性， 为气象站点稀缺的地区提供了建立水文模型的替换方案。

植物多样性显著影响生态系统的结构和功能， 对土壤有机碳固存起至关重要作用。以往植物多样性对土壤有机碳的影响多在人工控制植物多样性条件下进行， 表明高植物多样性显著促进土壤有机碳积累。而在自然草地生态系统中， 植物多样性对土壤有机碳影响的研究相对薄弱。本研究选取了青藏高原东北部15个典型高寒草甸作为研究样地， 通过测定植物地上及地下生物量、 土壤pH值、 土壤微生物量碳氮、 土壤有机碳、 颗粒有机碳及矿物结合态有机碳、 全氮及全磷等， 旨在探究自然条件下植物多样性对土壤有机碳固存的影响， 为土壤碳储量的变化及草地的科学管理提供理论依据。结果表明， 植物多样性显著提高了植物盖度和地上生物量（P<0.01）， 而对不同土层（0~20 cm和20~40 cm）地下生物量无显著影响； 在0~20 cm和20~40 cm土层中， 植物多样性的增加显著提高了土壤微生物量碳和有机碳含量（P<0.05）， 而对不同土层微生物量氮无影响； 通过对土壤有机碳分组发现植物多样性和土壤矿物结合态有机碳含量呈显著正相关（P<0.01）， 而和土壤颗粒有机碳含量无相关性。综上， 在青藏高原高寒草甸， 自然条件下较高的植物多样性对土壤有机碳含量有显著促进效果， 这种促进效果主要表现在矿物结合态有机碳含量的增加。本研究为草地生态系统植物多样性与土壤碳库间的相互关系提供新见解及理论基础。

青海湖不仅是我国最大的湖泊， 也是国家生态安全战略格局的重要组成部分。在全球变暖的背景下， 青海湖水位急剧变化， 其对周边的交通设施、 居民安全和畜牧业发展等影响较大， 因此需要对气候变化下的青海湖水位演变特征及其水量平衡进行研究。本文基于布哈河口水文站、 下社水文站的水文数据， 刚察气象站、 CMFD气象数据以及水量平衡方程， 首先分析了青海湖1956 -2020年的年际水位演变特征和年内水位变化特征， 以及水量平衡分量——入湖径流（ R_s）、 湖面降水（P）和湖面蒸发（E）对水位变化的影响； 其次揭示了相同月份计算的水位值变化与 R_s、 P和E的变化是同步的； 最后进一步通过岭回归方法定量计算了 R_s、 P和E对基于12月份计算的青海湖水位变化的贡献率。研究结果表明： 青海湖年均水位在1956 -2004年以0.8 m·（10a）^-1的速率下降， 其中在1979 -2004年间下降的主要原因是E大于（P+ R_s）； 2004 -2020年以1.9 m·（10a）^-1的速率上升， 其中在2004 -2018年间上升的主要原因是P和 R_s的增加； 青海湖水位有明显的年内变化， 5月水位开始上涨， 9月达到最高， 其与 R_s、 P和E的月变化一致； 当年的P、 R_s、 E变化对9 -12月相同月份年均水位变化的影响大于去年， 当年的P、 R_s、 E对12月年均水位变化的贡献率分别为10%、 70%和20%。

光合有效辐射 （Photosynthetically Active Radiation， PAR） 光谱是可见光中植物敏感波段， 可被植物吸收用于光合作用。地面PAR光谱的特征直接影响植物的生长发育、 形态、 生理代谢、 产量和适应能力等。为了进一步认识PAR在西藏高海拔地区分布特征， 本文利用了国际高精度太阳光谱仪在2021 - 2022年期间对青藏高原珠峰、 日喀则、 拉萨和林芝地区晴天PAR光谱特征进行了实地观测。观测发现， 青藏高原冬至和夏至期间PAR变化幅度较大， 珠峰PAR单色辐射照度峰值夏至［1251 mW·（m²·nm）^-1］ -冬至［1935 mW·（m²·nm）^-1］浮动差异高达684 mW·（m²·nm）^-1， 冬至珠峰PAR光谱积分值（309.86 W·m^-2）比AM0标准光谱PAR积分值（530.67 W·m^-2）低41.61%， 比AM1.5标准光谱PAR积分值（429.83 W·m^-2）低28%； 夏至西藏珠峰、 日喀则、 拉萨当日正午时刻PAR光谱均超过AM1.5标准光谱， 且接近AM0标准光谱。西藏日喀则春分和秋分晴天当地正午PAR光谱峰值分别为1699 mW·（m²·nm）^-1和1696 mW·（m²·nm）^-1， 峰值基本相同， 春分和秋分在西藏高原同一个观测点， 由于其当地正午太阳高度角相同（如： 日喀则均为59.84弧度）， 在其他影响光谱的因子相同的情况下PAR光谱特征基本相同。对比青藏高原与低海拔北京、 安徽六安和河南濮阳地区的观测结果发现： 冬至附近晴天（2021年11月20日）， 高海拔珠峰地区PAR光谱积分值（309.86 W·m^-2）比低海拔安徽六安地区PAR积分值（264.4 W·m^-2）高17.19%； 夏至附近晴天（2021年6月3日）， 高海拔珠峰地区PAR光谱积分值（487.41 W·m^-2）比低海拔北京地区PAR光谱积分值（394.15 W·m^-2）高23.66%； 秋分附近晴天（2021年9月19日）， 低海拔北京PAR光谱积分值（315.23 W·m^-2）仅占高海拔珠峰地区PAR光谱积分值（442.49 W·m^-2）的71.24%； 春分附近晴天（2021年3月19日）， 高海拔日喀则地区PAR光谱积分值（413.34 W·m^-2）比低海拔河南濮阳地区PAR光谱积分值（261.82 W·m^-2）高64.75%。结果表明PAR光谱积分值与海拔正相关， 海拔越高， 积分值越大。此外， 通过全年晴天PAR光谱的观测结果发现光谱辐射照度在时间上存在一定的时序变化特征。具体表现为冬至光谱辐射照度最低， 随后光谱辐射照度逐日升高， 次年经过春分在夏至达到最高值， 夏至后光谱辐射照度逐日降低， 经过秋分在冬至再次达到最低值， 且春分与秋分光谱辐射照度特征基本相同。

利用昆明站1991 -2020年近30年逐日降水数据计算昆明雨季（5 -10月）的起止时期， 进一步确定昆明市雨季的长短。又基于云南省和昆明市的统计年鉴数据， 使用年末总人口、 城市建成区面积、 城镇化率、 人均GDP等城市发展因子确定昆明的城市发展进程， 将昆明市的城市发展进程划分为缓慢发展期（1991 -2003年）和快速发展期（2004 -2020年）， 进而分析比较两段时期中昆明市雨季长短的特征和差异， 采用统计分析、 小波分析和M-K突变检验等综合分析方法， 系统分析了昆明市雨季长短的时间变化特征， 并用灰色关联度分析方法分析了昆明市雨季长短与城市发展的关联性。结果表明， 1991 - 2020年昆明市的雨季开始日呈逐渐偏晚的趋势， 而雨季结束日呈逐渐偏早的趋势， 总体上雨季长度呈逐渐缩短的趋势； 小波系数分析结果显示， 在8年以下的时间尺度上， 昆明市雨季长短变化的周期不存在明显的规律性， 在17年时间尺度上的周期变化明显， 呈偏短-偏长-偏短-偏长-偏短的5个循环交替， 2003 - 2008年、 2014 -2017年雨季增长， 1991 -2002年、 2009 -2012年、 2018 -2020年雨季缩短， 2018 - 2020年等值线未闭合说明还有进一步缩短的趋势。通过M-K检验表明昆明市的雨季长短在1991-2020年间出现4次突变， 分别发生在2002年、 2008年、 2012年和2017年。从昆明城市发展与雨季长短的关系来看， 昆明城市发展缓慢期的雨季长短的变化趋势较为平稳， 而城市发展快速期2004年以后， 昆明市雨季长度缩短的变化明显， 并随着城市发展进程的加快其极端波动性更加明显。运用SPSS（Statistical Product and Service Solutions）软件对未来10年昆明的雨季长短进行预测， 结果显示未来10年昆明雨季长短将持续偏短的趋势。在灰色关联度分辨率为0.5时， 表征城市发展进程的4个因子对昆明雨季长短变化均产生不同程度影响， 其关联度系数都在0.70以上， 表明昆明城市发展与雨季长短显著关联性， 其中影响最大的因子是年末总人口， 最小为人均GDP， 灰色关联度分别为0.88和0.70， 属于高度关联和显著关联。对4个因子的关联系数进行排序为： 年末总人口>城镇化率>城市建成区面积>人均GDP。

云是地气系统的重要组成部分， 为深入分析黄土高原地区云特征， 利用2007 -2016年搭载首部云探测雷达云卫星（CloudSat）与云-气溶胶激光雷达和红外探测者观测卫星（The Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation， CALIPSO）资料， 选取黄土高原半湿润、 半干旱、 干旱和寒旱四个区域， 对云的宏、 微观物理特征进行了分析。结果表明： （1）黄土高原各区域云出现频率年均值达到了55%以上， 其中， 春、 夏季云出现频率最高， 秋冬两季相对较低； 半湿润区云出现频率高于其他区域， 但其他三个区域云出现频率最高的月份均早于半湿润区。（2）各区域中单层云出现频率最高， 占到总云量的60%以上， 多层云中主要是双层云， 约占总云量的25%。云层高度在不同区域表现为春、 夏季节大于秋、 冬季节， 半湿润区的云层高度在四季均大于其他区域。各区域云几何厚度季节变化不显著， 均在1~4 km之间， 主要以薄云为主， 且78.13%的云几何厚度不超过2 km。（3）各区域的云液态水含量年均值均达到了220.5 mg·m^-3， 约为冰水含量年均值的6.5倍， 主要分布在8.5 km以下的高度层。随着高度的减小， 液态水含量逐渐增多， 其中半湿润区云液态水含量大于其他区域。各区域全年冰水含量占比较小， 主要分布在16.5 km以下的高度层。（4）液滴有效半径在各区域的值主要集中在12~16 μm， 在半干旱区的春季出现了最大值， 约为24 μm； 冰粒子有效半径最大值出现在半湿润区的夏季。液滴数浓度在各区域的值集中在60~80 cm^-3， 均小于冰粒子数浓度平均值， 其峰值出现在各区域的夏季， 冰粒子数浓度的峰值出现在半湿润和半干旱区的春季。该研究结果有助于深入认识黄土高原云的特征， 为区域气候模式对黄土高原地区云特征的模拟提供一定的参考依据。

中国东部夏季降水具有显著的年代际变化特征， 其年代际变化会对中国东部旱涝情况以及人民生产生活造成重大影响， 因此了解及预测中国东部夏季降水的年代际变化尤为重要。第六次国际间耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6， CMIP6）能够再现出不同尺度的气候要素， 能够帮助人们更好地认识气候要素的变化特征及预测气候要素在未来的变化。那么CMIP6对中国东部夏季降水年代际变化的模拟能力是怎样的？模拟结果较好或较差的原因是什么？面向上述问题， 本文运用CN05.1降水观测资料、 ERA5再分析资料、 NOAA海温资料以及30家CMIP6模式历史试验数据评估了CMIP6对1961 -2014年中国东部夏季降水年代际变化的模拟能力。1961 -2014年中国东部夏季降水发生了两次年代际变化， 分别发生于20世纪70年代中期、 90年代初， 21世纪后由于西太平洋副热带高压、 南亚高压、 热带海温等气候要素年代际变率的减弱， 年代际变化特征并不明显。中国东部夏季降水年代际变化的物理机制与西太平洋副热带高压、 南亚高压、 热带海温的协同作用有显著的相关关系。在发生于20世纪70年代中期及90年代初的年代际变化中， 西太平洋副热带高压和南亚高压同时加强或减弱， 且热带太平洋多个海域的海表温度在上述两次年代际变化前后发生了显著的变化， 上述变化引起了长江以南地区（18°N -30°N， 105°E -122°E） 850 hPa及200 hPa风场及散度场的变化， 从而导致长江以南地区水汽输送、 经向环流以及大气低层稳定度的变化， 进而导致长江以南地区降水的年代际变化。选用的30家CMIP6模式虽然能较好地模拟出1961 -2014年中国东部夏季降水的气候态， 但仅有5家CMIP6模式能够较好地模拟发生于20世纪70年代中期及90年代初的两次年代际变化， 取得了0.7及以上的泰勒评分， 其余模式对降水年代际变化的模拟能力较弱。此外， 优选模式集合平均对发生于20世纪70年代中期及90年代初的两次年代际变化的模拟结果显著优于模式单独模拟结果， 这是因为优选模式集合平均能够较好地模拟出上述两次降水年代际变化前后西太副高、 南亚高压的同时增强或减弱以及部分热带太平洋海区的海温变化， 进而较好地模拟出了我国东部经向环流的变化， 最终能够较好地模拟我国长江以南地区夏季降水的空间变化特征。

作为温带气旋形成的主要机制， 湿斜压不稳定在气旋动热力学研究中占据中心地位， 其可进一步分为干斜压不稳定、 湿不稳定、 非绝热Rossby波和Type C气旋新生（对流层顶干侵入）四类。2016年7月18日黄河气旋快速生成后东移进入华北造成“7·20”特大暴雨， 相比气旋成熟期， 其初生阶段的动热力机制尚不清楚。本文利用ERA5再分析资料与WRF模式， 对该气旋新生过程的湿斜压不稳定机制进行了数值模拟研究。模拟结果指出， 对流层中低层呈非绝热Rossby波形态， 即系统东移发展主要由垂直运动-非绝热效应的循环所推动， 其中波动触发和传播所依赖的垂直运动更多由涡度平流提供； 高层位涡汇与非地转风延缓了对流层顶干侵入位涡的东移， 维持了高低层相位差， 最终在干侵入前部发展出贯穿对流层的位涡柱。利用非线性片段位涡反演， 分别从初始场中移除非平衡分量、 对流层顶干侵入位涡、 低层非绝热源位涡， 设计了若干敏感性试验， 结合广义垂直运动方程分析可得： 本次过程斜压波必须在充足水汽条件下与非绝热过程耦合才能强烈发展， 关闭潜热气旋新生将被抑制， 干斜压不稳定无法解释本次过程； 初始非平衡场的去除不影响本次斜压不稳定性质但将延后系统发展时间， 受湿度条件和中尺度环流结构限制， 低层非平衡风的活跃区域主要由干斜压动力学控制； 该个例近地面位温梯度小， 仅依赖低层初始位涡难以有效组织起非绝热Rossby波东传， 同时有别于Type C气旋新生， 高层位涡异常也不足以激发起强大的中低层非绝热加热。于本次黄河气旋新生而言， 一方面要求初始低层位涡异常具有一定强度， 以抵消高层干侵入前部伴随的冷却下沉对其的抑制； 另一方面也需要高层位涡异常通过垂直渗透以涡度平流形式加强低层位涡东侧上升运动， 在高低层初始相位差合适情况下， 持续促使非绝热Rossby波东移发展， 推动系统进入水汽条件更好的华北地区。干斜压不稳定、 非绝热Rossby波和Type C气旋新生机制均不能独立解释本次事件， 此次黄河气旋新生是在非绝热Rossby波和对流层顶干侵入混合作用下， 初始时刻最优扰动增长形成的。

利用2018年7月至2022年6月塔里木盆地及其周边地区17部地基GPS水汽探测仪遥感的大气可降水量（PWV）资料、 14个地面气象站逐时和逐日降水资料， 分析了塔里木盆地西部（区域A）和东部（区域B）PWV分布特征及其与降水关系。结果表明： （1）研究区年平均PWV高值区主要集中于盆地北部和盆地西南部平原地区， 海拔超过1300 m站点的PWV年平均值与海拔成反比， 低于1300 m的低海拔地区PWV年平均值在10~12 mm。夏季测站PWV平均值是春、 秋季节的2倍。（2）区域A 和区域B PWV月变化呈单峰型分布， 分别在8月和7月达到峰值。区域A有、 无降水日PWV均在23:00（北京时， 下同）达到日峰值。区域B有、 无降水日PWV日峰值出现时间相差5 h， 分别出现在11:00和17:00。（3）区域A和区域B多数测站ΔPWV（PWV与PWV月平均值差值）峰值分别在降水开始前0~1 h和降水开始时刻前后1 h出现。春季区域B 降水前PWV跃变程度较区域A更剧烈， 夏季各区域σPWV（PWV与 PWV月平均值倍数）提前降水开始时刻1 h、 5~6 h达到1~1.8倍的天气过程较其余时次偏多。秋季和冬季区域B σPWV分别集中在1.4~2.0倍和1.6~2.4倍。（4）海拔高于1400 m测站的5 -6月、 7 -8月PWV值达到10~20 mm和15~25 mm， 对应降水结束时刻。海拔低于1400 m测站5-8月降水结束时刻PWV值逐渐由15~25 mm增至25~35 mm。

利用10年（2013 -2022年）4 -10月逐日700 hPa高空图、 西南低涡年鉴资料、 欧洲中心ERA5再分析资料、 陕西省站点降水数据对陕南西南涡暴雨个例进行了统计与诊断分析。结果表明： （1） 10年间共有119个暴雨日， 其中由西南涡引起的暴雨日数38天， 约占总暴雨日数的三分之一（32%）， 主要发生在5 -9月， 6月最多， 根据统计降水时段多开始于夜间， 结束于白天。（2）影响陕南的西南涡， 源地主要是盆地涡， 一般东移12~24 h后可造成陕南地区暴雨天气。陕南西南涡暴雨区主要位于700 hPa西南涡中心的东北象限附近， 切变线以南区域， 假相当位温的梯度大值区， 500 hPa西风槽和副高外围西南气流的交汇区域且对应200 hPa强辐散区。（3）对西南涡的垂直结构研究表明， 700 hPa强辐合中心位于正涡度中心东侧。这一区域与暴雨落区对应较好。高空急流下的强辐散引起空气质量调整， 低层辐合， 促使锋生。（4）存在三支水汽输送： 通道一来自孟加拉湾西部的暖洋面； 通道二源于孟加拉湾东部暖洋面； 通道三源于南海洋面。暴雨期间秦巴山区地形产生的气旋式涡度、 散度、 水汽通量散度与系统性的涡度、 散度和水汽通量散度叠加， 增强低层辐合， 这也是陕南西南涡暴雨形成的一个重要因素。

华南是中国年降水量最多的区域之一。在全球变暖的背景下， 降水在区域和尺度上已发生较大的变化， 干湿季降水的范围在扩大， 华南区域性极端降水事件的影响范围呈显著上升趋势， 但不同的降水类型变化及影响并不相同。为进一步了解华南地区不同类型降水在全球变暖背景下如何响应变化， 本文基于ERA5再分析降水资料采用线性相关、 趋势分析、 小波分析等方法研究了1960 -2022年华南地区对流性降水和大尺度降水特征。研究表明： （1）华南冬季以大尺度降水为主， 其他季节以对流性降水为主。（2）华南对流性降水和大尺度降水在冬季均呈增加趋势， 其他季节对流性降水大部分呈减少趋势。冬季华南对流性降水在20世纪80年代至21世纪初存在较为显著的2~4年周期变化； 春季对流性降水在20世纪90年代至21世纪初存在由偏多转偏少的年代际特征； 在秋季， 显著的周期变化主要在20世纪90年代以前。大尺度降水周期变化特征除冬季外， 其余季节均与对流性降水较为一致。（3）广东和广西4 -10月的总降水主要是对流性降水产生（对流性降水占总降水的65%左右）， 8月占比最多（广东71.8%， 广西69.0%）； 海南前汛期对流性降水占比（5月最高80%以上）明显高于后汛期， 即使进入秋冬季， 对流性降水占比依然维持在50%左右。（4）海南对流性降水和大尺度降水的日变化强度最强， 广西的对流性降水强度最弱。广东、 广西和海南的降水最强时段分别发生在13:00（北京时， 下同） -17:00、 15:00 -17:00和14:00 -16:00。大尺度降水广东集中在09:00 -17:00； 广西地区从04:00开始加强， 午后开始减弱， 最强时段为10:00前后； 海南在8月前最强时段为12:00 -17:00， 9月下旬后最强时段为15:00 -16:00。综上分析可见， 不同季节不同类型的降水表现特征并不相同， 因此今后降水研究中有必要继续考虑不同类型降水的影响。

基于多源数据， 反演了近代塔里木盆地的一次严重干旱事件。结果表明， 20世纪初， 特别是1917 -1918年， 盆地西北-西南缘形成了一条弧形干旱带， 喀什噶尔河与叶尔羌河流域气温降低， 降水减少， 盆地南北缘河流径流量居于此后近百年的最低水平， 发生严重旱情。干旱带与盆地内人口分布和灌溉热点区重叠， 人水矛盾加剧， 水体渠化严重。与此同时， 盆地内的部分水系解体， 水体变干， 沙漠扩展， 进而危及河湖沼泽和植被， 一些动物种群因栖息地环境退化而灭绝或濒临灭绝。本次旱情的气候背景或与北大西洋涛动所引起西风暖湿气流受到抑制及北极冷干气团增强相关。

采用改进湖泊动力参数模块的WRF-Lake模式（WRF4.4.1）， 选取6种微物理方案、 5种积云对流方案、 2种边界层方案， 共60种参数化方案组合对纳木错湖区2008年7月5 -13日天气进行模拟， 通过敏感性试验对比分析不同参数化方案组合对大气边界层内变量的模拟效果， 利用“排名方法”对不同参数化方案在纳木错湖区夏季大气边界层的模拟能力进行综合评估。结果表明， 模式能较好捕捉纳木错夏季平均2 m温度的总体时空分布特征， 但湖上2 m温度模拟值偏高； 受积云对流参数化方案和模式性能影响， 各试验组对降水的模拟效果差异化显著并对日降水量存在不同程度的高估； 模式对纳木错测站潜热通量日平均变化模拟性能最好， 感热和风向较好， 风速最差。整体而言， 综合分析各试验组对纳木错湖夏季大气边界层的模拟能力发现， 方案58（SBU-Tiedtke-MYNN3）对纳木错湖夏季2 m温度、 日降水量、 10 m风场及地表热通量的模拟效果最好。2 m温度RMSE值为2.38 ℃， 日降水量RMSE值为10.48 mm， 10 m风速日平均变化的相关系数为-0.41， 标准差之比为0.94， 10 m风向日平均变化的相关系数为0.59， 标准差之比为0.73， 感热通量日平均变化的相关系数为0.94， 标准差之比为1.89， 潜热通量日平均变化的相关系数为0.89， 标准差之比为0.91。因此， 建议使用以上次网格参数化方案进行纳木错湖区夏季大气边界层模拟。

利用国家气象信息中心提供的1980 -2022年日最低温度站点资料、 NCEP/NCAR逐月再分析资料和NOAA逐月海表温度（Sea Surface Temperature， SST）资料， 采用了EOF、 一元线性回归和T-N波作用通量等方法， 分析了南方冬季寒潮频次的主要异常时空特征及大气环流异常和冬季大西洋海温异常（Sea Surface Temperature Anomaly， SSTA）对其影响机制。结果表明： （1）冬季寒潮频次大值区主要位于南方东部及中部地区， 大致呈“逆C”型分布。寒潮频次主要有全区一致型、 南北反位相型和三极型三类主要异常模态， 其中全区一致型能很好反映南方寒潮频次的总体异常时空特征。（2）负位相的北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation， NAO）、 强的里海-青藏高原脊和偏东偏北的东亚大槽、 北弱南强的西伯利亚高压、 强的温带急流和弱的副热带急流是影响南方冬季寒潮频次的关键环流系统， 冷空气堆位于西西伯利亚地区， 高低层环流系统配合， 使得冷空气自西西伯利亚南下到里海附近， 再沿着青藏高原北侧向东输送， 在青藏高原东侧南下进入南方地区， 造成南方冬季寒潮频次全区一致型增加。（3）冬季北大西洋“+”“-”“+”三极型SSTA可通过海气间热通量交换激发出-NAO型环流异常及Rossby波能量异常。Rossby波能量沿南、 北两条路径自北大西洋向东亚传播， 并激发出相应的异常波列， 增强了影响南方寒潮的南、 北方关键环流系统， 致南方寒潮频发。当春季北大西洋SSTA呈现逆“C”型异常， 且夏、 秋季有发展为+”“-”“+”三极型的态势， 可预测南方寒潮频次偏多。

雷达定量降水估测（QPE）考虑雨滴谱的时空变异性， 是提高QPE的有效途径。雷达采用Z-R关系开展降水估测时， 雨滴谱的差异， 主要表现为Z-R关系式不同； 利用瓦片分区方法， 将降水估测区域进行瓦片分区， 每个瓦片内利用雷达和自动站数据动态拟合Z-R关系式开展QPE。文中利用六次天气过程对瓦片分区降水估测方法进行评估， 从QPE各项评价指标看， 误差较传统的固定Z-R关系法和全域动态Z-R关系法， 有很好的提升， 降水估测结果与强降水中心基本一致， 各项误差指标均最小； 结果表明瓦片分区降水估测方法是提升雷达QPE的有效方式。

基于1979 -2020年西北地区173个气象站点10 m风速观测资料和ERA-5再分析资料， 揭示了西北地区年、 各季节风速的年代际变化特征及2003/2004年年代际变化可能的环流背景。结果表明： 1979 -2020年趋势分布存在显著的区域差异， 风速增大区域主要位于甘肃中部和东部、 陕西、 新疆西南和东北部分地区， 其余站点风速大体减小。呈现减小趋势的站点数明显多于增加趋势的站点数， 呈现减小趋势站点平均地表风速大于整个西北平均的风速值， 呈现增加趋势的站点的平均地表风速小于整个西北平均的风速值， 并且在2004年后明显增大。年平均和各季节第一模态的空间分布与1979 -2020年趋势分布相似， 时间序列的年代际变化发生在2000年前后。年平均和各季节第二模态除宁夏和陕西南部地区为负异常， 其余站点大体均为正异常， 其时间序列均发生了两次突变， 分别发生在1987/1988年和2003/2004年。1987/1988年的西北地区风速变化成因已有大量研究， 本研究重点分析了2003/2004年西北风速年代际变化成因的环流因子。从500 hPa位势高度2004 -2020年与1988 -2003年的合成差图可知， 春季环流场呈现中亚-北欧的经向偶极子模态， 夏季和秋季呈现为“丝绸之路”模态， 冬季呈现“斯堪的纳维亚”模态， 年平均呈现为北极涛动负位相。可见， 2003/2004年前后四季和年平均环流背景变化都各有特点， 它们如何影响中国西北地表风速2003/2004年的年代际变化的物理过程待于进一步深入研究。

对流层臭氧是一种污染气体， 也是重要的温室气体， 它可以影响人类健康、 严重危害生态环境。本研究利用WOUDC（The World Ozone and Ultraviolet Radiation Data Centre）发布的臭氧探空观测数据， 评估了2007 -2018年北半球地区GOME-2A（Global Ozone Monitoring Experiment 2 aboard METOP-A）、 OMI（Ozone Monitoring Instrument）卫星的对流层臭氧柱含量产品以及TCR-2（Updated Tropospheric Chemistry Reanalysis）再分析对流层臭氧产品。分析结果表明， 在赤道美洲地区、 亚热带地区、 欧洲西部和加拿大地区， GOME-2A与探空观测之间的相关系数最高可达0.56， 相对偏差百分比绝对值不超过15%； 在加拿大地区、 美国东部地区和欧洲西部地区， OMI与探空观测之间的相关系数为0.65~0.72， 标准化的均方根误差为0.47~0.56； 就整个北半球区域而言， TCR-2对流层臭氧柱含量与探空观测之间的相关系数为0.41~0.95， 标准化的均方根误差为0.18~0.48， 优于其他两种卫星资料。此外， 进一步探讨对流层臭氧柱含量趋势结果发现， TCR-2对流层臭氧柱含量变化趋势与探空观测结果较为一致。利用评估后的数据进一步分析发现， 在赤道美洲地区、 欧洲西部地区和中国地区对流层臭氧柱含量增加， 而近年来在北极地区、 加拿大地区和美国东部地区对流层臭氧柱含量减少。