高原气象

高原气象

第37卷 第2期 2018-04-28   

目录

论文

  • 青藏高原云和大气对被动微波遥感积雪雪深的影响
  • 刘进军;傅云飞;李锐;王雨;符玉云;胡继恒
  • 2018 Vol. 37 (2): 305-316.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00050
  • 摘要 ( ) HTML PDF (10234KB) ( )
  • 利用AMSR-E（Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS）观测的2002—2011年青藏高原上空大气顶上行微波亮温（TBTOA），经过辐射传输计算，对水汽和非降水云进行订正，推算出相应的高原地表上行亮温（TBSRF）。并用这两组亮温估算了青藏高原地区的雪深SDTOA和SDSRF。通过个例和近10年统计研究发现，低频18.7 GHz亮温几乎不受影响，而大气顶处36.5 GHz亮温明显高于相应的地表亮温。不考虑这一效应，忽略大气的影响将造成青藏高原雪深反演低估（SDTOA＜SDSRF）。这种低估在多个个例中出现，在多年平均尺度上也很显著，不可忽略。直接用大气顶微波亮温反演雪深，将造成绝对误差2~3 cm。在青藏高原雪深较浅的区域，相对误差很大，为50%~80%。而在高原雪深较深的地区，相对误差较小为10%~20%。该误差（SDTOA-SDSRF）和云水路径呈较强的负相关（R=-0.45），敏感性为-0.047 cm·（g·m-2）-1，该误差对冰云的敏感性较低，和水汽的相关性更弱。通过与MODIS雪盖产品比较发现，用地表出射亮温反演的雪深SDSRF与MODIS雪盖产品吻合得更好。
  • 雅鲁藏布江流域NDVI对高程与降水的相依性研究
  • 刘晓婉;彭定志;徐宗学
  • 2018 Vol. 37 (2): 349-357.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00048
  • 摘要 ( ) HTML PDF (2875KB) ( )
  • 地形起伏与降水分布不均是植被空间分布差异的主要成因。西藏自治区雅鲁藏布江流域具有显著的高程差异，研究以NDVI和相应的降水及高程数据，统计分析NDVI随高程变化的分布规律，并结合滑动t突变检验与Pearson相关分析对其分布形态进行诊断。结果表明：（1）NDVI对高程具有高度依赖性，基本呈现随高程增加而线性减小的变化规律，NDVI随高程变化的减幅约-0.000 18 m-1，其中3 003 m以下和5 843 m以上区域内NDVI值随高程增加呈线性下降形态，而高程在3 003~5 843 m的样点NDVI实际值偏离拟合值较大；（2）3767 m与5 051 m高程界线将月NDVI分成0.65~0.88、0.17~0.49和0.09~0.24三个值域；（3）三个高程带内植被总体可被划分为2-5月、6-9月、10月至次年1月三个生长时期；（4）高程5 051 m以上区域内NDVI总体呈增加趋势，高程3 767~5 051 m区域内NDVI于6-9月呈下降态势，其余月份均表现为增加形态，而高程3 767 m以下区域内NDVI总体为下降趋势；（5）除32%的样点NDVI主要受高程影响外，51%样点NDVI受降水影响较大（主要分布于3 003~5 843 m之间的区域，尤其是高程位于4 010 m以上的区域），二者相关系数达0.7以上；还有17%样点NDVI受其他因素控制。
  • 那曲高寒草地上四种地表通量计算方法的对比
  • 严晓强;胡泽勇;孙根厚;谢志鹏
  • 2018 Vol. 37 (2): 358-370.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00067
  • 摘要 ( ) HTML PDF (10204KB) ( )
  • 利用中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站2013年9月至2014年8月自动气象站（AWS）和涡动相关系统（EC）的观测资料，基于空气动力学法、地表能量平衡组合法、总体输送法以及涡动相关法，计算了高寒草地下垫面的湍流通量，并对不同方法计算结果间的一致性和差异性进行了分析。结果表明，不同方法计算的湍流通量特征具有明显的差异。地表能量平衡组合法满足能量平衡关系，但在早晨和傍晚层结转换期间，计算的湍流通量出现异常不稳定值；空气动力学法计算的湍流通量在整个观测期与涡动相关法计算的湍流通量相关性最高，但在大气稳定度参数接近0，计算结果不稳定；总体输送法计算的通量数据在地气温差为负值时发散明显，但该方法原理简单，适合在只有常规观测项目的业务气象站或在气象观测项目不全的野外台站使用。空气动力学法和地表能量平衡组合法与涡动相关法的湍流通量的平均偏差相对较小，而总体输送法平均偏差相对较大。研究方法和结果除了为这些方法的使用提供参考外，也为建立长时间通量序列提供了一个较为合理的依据，有助于深入了解高原地气相互作用。
  • 青海湖热力状况对气候变化响应的数值研究
  • 苏东生;胡秀清;文莉娟;赵林;李照国
  • 2018 Vol. 37 (2): 394-405.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00069
  • 摘要 ( ) HTML PDF (7847KB) ( )
  • 湖泊对气候变化非常敏感，是气候变化的指示器。青藏高原湖泊众多，但由于观测数据的缺乏，目前对全球变暖背景下高原湖泊热力状况的研究依然不足且多为短期研究。利用中国科学院青藏高原研究所（ITPCAS）开发的中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集、MODIS地表温度数据、青海湖浮标观测数据，分析了Freshwater Lake Model（简称Flake模式）在青海湖的适用性，揭示了青海湖热力状况对气候变化的响应。结果表明，Flake模式能够很好的模拟出青海湖的热力状况，但对夏季与秋季的湖表面水温（特别是夜间）模拟偏高，部分是驱动数据误差造成的，修正驱动数据后模拟效果得到改善。对1989-2012年Flake模拟的湖表面温度与ITPCAS数据不同驱动要素之间的年际变化趋势与相关性进行分析，发现青海湖表面温度呈现上升趋势，与气温、向下长波辐射有较好的正相关性，而与风速负相关。内部热力状况的模拟结果显示，青海湖混合层温度基本全年呈上升趋势，其中5、6月及12月增温最显著；湖泊底层温度在5月以及12月的两次季节性翻转时期呈上升趋势，在6-10月湖水分层期呈下降趋势，分层期湖泊上层温度升高会加强湖水层结稳定性，使湖水混合减弱，导致底层温度下降。
  • 一次高原切变线过程的数值模拟与阶段性结构特征
  • 罗雄;李国平
  • 2018 Vol. 37 (2): 406-419.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00046
  • 摘要 ( ) HTML PDF (31462KB) ( )
  • 利用非静力中尺度数值模式WRF并结合NCEP-FNL分析资料、常规气象观测资料、FY-2F卫星TBB数据以及CMORPH降水资料，对2014年6月29日至7月1日的一次高原横切变线过程进行了数值模拟并分析了其演变过程中降水、热力、水汽和动力的结构特征。结果表明，WRF模式较成功地模拟了此次高原切变线过程的降水量和落区。在高原切变线活动期间，不同阶段结构特征存在明显差异。切变线附近通常对应TBB < -20℃的云区；随着切变线的发展，TBB值降低，在云区内有多个TBB < -60℃的对流活动中心，对应主要降水期；在切变线减弱阶段，TBB值升高，降水趋于结束。高原切变线存在"南暖北冷"的热力结构，在切变线发展维持阶段呈现高层稳定、低层不稳定的垂直分布特征；高原切变线也是水汽的聚集带，水汽通量散度的转变对高原切变线的发展具有一定指示作用。在切变线初生阶段和维持、发展阶段，垂直方向上存在正涡度中心和辐合中心，呈现对流层低层正涡度和高位涡中心相耦合的动力结构；气旋式切变有利于高原切变线上正涡度的维持；散度场上的低层辐合、高层辐散的结构特征有利于切变线上垂直上升运动的发展；高原切变线上的辐合带先于正涡度带开始减弱、消失是高原切变线减弱的一种特征信号。
  • 藏东南草地下垫面地气通量交换日变化的数值模拟
  • 李宏毅;肖子牛;朱玉祥
  • 2018 Vol. 37 (2): 443-454.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00052
  • 摘要 ( ) HTML PDF (2986KB) ( )
  • 利用2013年5月21日至7月9日藏东南地区草地下垫面的边界层观测数据，分别从典型晴天和长时间平均的角度，评估了中尺度模式WRF对藏东南草地下垫面在南亚季风爆发前后的感热、潜热、地表土壤热通量和地表辐射平衡各分量日变化的模拟能力，对比分析了模拟结果与边界层观测数据的异同点。对典型晴天少云状况的个例模拟和整个时段的平均结果分析均表明，模式对感热通量和潜热通量的日变化具有较好的模拟能力，感热比潜热的模拟效果好，在夜间感热和潜热的模拟效果好，而白天感热和潜热的模拟值大于观测值。典型晴天天气下的向下短波辐射和净辐射的模拟值与观测值基本一致，而向上短波辐射的模拟值在白天大于观测值。长时间平均的向下短波辐射、向上短波辐射和净辐射的模拟值在夜间也与观测数据基本一致，但在白天模拟值比观测值明显偏大。晴天个例和长时间模拟的向下长波辐射和向上长波辐射的模拟值在日循环整个过程中较观测值均偏小。长时间模拟的地表土壤热通量在早上和晚上低于观测值，而在白天高于观测值。虽然平均的结果分析和晴天个例的结果是类似的，但由于晴天个例没有降水过程的干扰，因此晴天天气状态下的分析结果更能一致地反映出这一地区的日变化特征。
  • 气候系统模式对南亚高压气候特征的模拟比较研究
  • 董敏;吴统文;左群杰;高守亭
  • 2018 Vol. 37 (2): 455-468.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00051
  • 摘要 ( ) HTML PDF (31399KB) ( )
  • 应用国家气候中心气候模式（BCC_CSM1.1）CMIP5和AMIP试验结果对模式模拟南亚高压的能力进行了评估。结果表明，BCC_CSM1.1模式对作为北半球高层大气环流活动中心的南亚高压有较好的模拟能力。它能够模拟出南亚高压的气候平均状态、季节变化，对南亚高压脊线的位置、高压中心的位置及其季节变化也有较好的模拟。模式存在的主要问题是高度场和南亚高压强度的模拟结果较观测明显偏弱；模拟的脊线位置在冬半年要比观测略偏南；模拟的南亚高压中心在某些月份与观测有出入，例如，5月南亚高压中心的模拟较观测偏西，夏季南亚高压的双中心的位置与实际也略有差异；模拟的南亚高压强度偏低与多种因素有关。比较耦合模式与单独大气模式模拟的南亚高压强度发现，在给定观测海温的条件下，模拟的误差减小13%~15%。因此可以认为耦合模式的误差大部分来自大气分量。海洋模拟的改进虽然对总体的模拟结果有所改进但贡献不大；比较T106和T42两种分辨率的模式对南亚高压进行模拟结果发现，分辨率的提高明显减小了南亚高压及全球100 hPa位势高度场的模拟误差。为验证地形强迫对模拟结果的影响，进行了改变青藏高原地形高度的试验，结果表明青藏高原地形高度对南亚高压的强度有明显的影响，高原高度升高将会促使南亚高压及更大范围的高层位势高度场增强。因此，正确给定高原地形这一模式的下边界条件，对模拟结果的改进有重要作用。
  • NCEP CFSv2对北半球夏季中高纬阻塞高压的预测检验
  • 周宁芳;贾小龙
  • 2018 Vol. 37 (2): 469-480.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00036
  • 摘要 ( ) HTML PDF (19503KB) ( )
  • 利用1999-2010年共12年NCEP CFSv2（NCEP Climate Forecast System version 2）每天4个时次对未来45天预测的回报数据，检验了CFSv2模式对北半球夏季（6-8月）中高纬乌拉尔山区域（10°E-70°E）和贝加尔湖-鄂霍次克海区域（110°E-180°E）阻塞高压及其与之相联系的东亚气候的预测能力。分析结果显示，CFSv2可以较好的模拟夏季北半球阻塞高压发生频率的纬向分布特征，但随着预测时效的增加阻塞发生的频率不断降低。CFSv2对两个区域阻塞预测的命中率在7天时效内为50%左右，接近2周之后基本上没有技巧。CFSv2对区域阻塞事件的预测技巧要低于区域阻塞的技巧，贝加尔湖-鄂霍次克海区域阻塞事件的技巧略低于乌拉尔山区域。CFSv2对阻塞爆发和结束的预测超过7天左右，基本没有预测技巧，对乌拉尔山区域阻塞结束日的预测技巧要低于阻塞爆发日的预测技巧。CFSv2在可用的预测时效内可以较好再现与区域阻塞相联系的环流形势以及东亚地区气温、降水异常的分布特征，尤其是夏季乌拉尔山和鄂霍茨克海地区发生阻塞时我国长江流域及其以南地区降水容易偏多的特征。
  • 两种类型短时强降水形成机理对比分析——以甘肃两次短时强降水过程为例
  • 许东蓓;苟尚;肖玮;孟丽霞;沙宏娥;狄潇泓;石延召
  • 2018 Vol. 37 (2): 524-534.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00056
  • 摘要 ( ) HTML PDF (30872KB) ( )
  • 利用"2014·06·18"和"2013·06·19"两次短时强降水过程的实况资料及NCEP 1°×1°再分析资料，对比分析了发生在甘肃省中南部地区相同季节、相似气候背景下的不同类型短时强降水过程实况特征、天气形势配置、动力热力特征、云图及雷达特征。结果表明：两次过程雨强均较大，但"2014·06·18"降水过程分散性强、持续时间短，且伴随冰雹、雷暴大风等多种强对流天气，而"2013·06·19"降水过程区域性强、持续时间长。前者是发生在中低层冷暖空气强烈交汇，并伴有明显温度锋区和锋生，地面有冷锋活动形势下，是斜压锋生类短时强降水。后者是发生在低层强烈发展的暖湿平流中，暖湿平流对建立热力不稳定起了主导作用，是暖平流强迫类短时强降水。不稳定指数显示前者不稳定能量大于后者，且存在一定的对流抑制能量，有利于强对流的发展。暖平流强迫类短时强降水湿层厚度高于斜压锋生类，而斜压锋生类短时强降水高层垂直风切变表现得更强。"2013·06·19"暖平流强迫类短时强降水云图特征为沿暖湿气流迅速发展北上的带状云系。"2014·06·18"斜压锋生类短时强降水则表现为与低空"人"字形切变相对应的逗点云系，云系的发展变化与形势场变化密切相关，是降水落区及其发展变化的重要原因。雷达反射率因子显示"2013·06·19"是积状云为主的混合性降水回波，回波梯度小，质心低。"2014·06·18"是层积云中分散着块状对流单体回波，回波梯度大，回波质心发展较高，回波强度可发展到很强。当50 dBz强反射率因子核心区接近8 km高度，达到-20℃层高度，回波顶高也达到12 km时，有冰雹产生。
  • 1958—2015年敦煌及周边地区极端降水事件的时空变化特征
  • 李培都;司建华;冯起;赵春彦;王春林
  • 2018 Vol. 37 (2): 535-544.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00055
  • 摘要 ( ) HTML PDF (10740KB) ( )
  • 敦煌阳关南临祁连山，每年汛期都会受到来自肃北、阿克塞和当地洪水的影响，2~3年就有一场特大洪灾，同时洪水携带的泥石流不仅污染了当地赖以生存的唯一水源，还造成水资源的严重破坏。基于敦煌及周边邻近1958-2015年6个气象站点全年逐日降水资料（祁连站资料为1958-2013年），采用Manner-Kendall突变检验、小波分析和Kriging插值等方法分析了敦煌及周边地区地区极端降水事件的变化趋势、周期特征及空间分布特征。结果表明，极端降水频次除了马鬃山呈现减少趋势外，敦煌、瓜州、酒泉、玉门和祁连均呈现增长趋势，极端降水频次的年倾斜增率分别为-0.063，0.127，0.072，0.138，0.104和0.638 d·（10a）-1；在极端降水强度突变分析中，UF统计量呈倒"V"型变化趋势，即发生了先增加后减少的变化趋势，发生变化的时间点为1980年左右；根据极端降水强度小波方差分析可知，在研究时段内敦煌、瓜州、酒泉、马鬃山、玉门和祁连控制极端降水强度的主控周期有53，22，36，56和58年时间尺度，日最大降水量、极端降水总量和极端降水强度都呈现出从西到东的梯度增加趋势空间分布特征。
  • 冬季厄尔尼诺对酒泉2016年夏季降水的影响
  • 段圣泽;张英华;顾宇
  • 2018 Vol. 37 (2): 545-552.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00053
  • 摘要 ( ) HTML PDF (17489KB) ( )
  • 利用中国气象局国家气候中心160个站点逐月降水资料和西太平洋副热带高压相关指数资料、中国气象局国家气象信息中心2 479个国家级地面站逐月降水资料、美国NCEP/NCAR资料、美国CPC Oceanic Niño Index及美国NOAA的ERSST V4海表温度资料，通过对本站降水量和大气环流形势的分析，对厄尔尼诺事件与酒泉地区2016年夏季降水之间的关系进行了相关研究。结果表明：（1）2016年是2015/2016年超强厄尔尼诺事件达到峰值之后的衰减年，受此事件的直接和间接影响，2016年夏季中国各地均出现了不同程度的旱涝灾害，总体来讲涝重于旱。地处中国西北内陆腹地的酒泉地区对此事件也表现出了较强的响应，2016年夏季降水较常年同期明显偏多。（2）酒泉夏季降水量与当年冬季Niño3.4指数呈正相关，冬季厄尔尼诺事件强度越强，更有利于当年夏季酒泉地区降水。（3）2015/2016年厄尔尼诺事件对2016年夏季酒泉地区上空的水汽条件及上升运动均有影响，更充足的水汽条件以及更强烈的上升运动最终导致了降水的明显偏多。
  • 基于SPEI和SPI指数的西江流域干旱多时间尺度变化特征
  • 张立杰;李健
  • 2018 Vol. 37 (2): 560-567.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00013
  • 摘要 ( ) HTML PDF (2918KB) ( )
  • 利用1959-2016年西江流域34个国家气象站的月降水和月平均气温资料，计算了西江流域近57年来不同时间尺度（1个月、3个月、6个月和12个月）的标准降水指数（Standardized Precipitation Index，SPI）和标准降水蒸发指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index，SPEI）。在此基础上，对比分析了干旱的时空演变特征及干旱指数的表征差异。结果表明：（1）在12个月尺度上，近57年来西江流域大部分地区干旱强度呈现极显著的加重趋势，干旱频率也呈现极显著的上升趋势。（2）在3个月尺度上，西江流域春旱和秋旱较为频繁，影响范围广，而夏旱和冬旱频率低，影响范围小。在12个月尺度上，2000年以后，干旱频率最高，影响范围也更广。（3）干旱频率高、易旱区范围最广的时期为20世纪80年代，其次分别为20102016年、20世纪60年代和21世纪00年代，在20世纪70年代和90年代易旱区影响范围较小，干旱频率较低。在12个月的尺度上，SPEI和SPI指数旱涝评价结果整体比较接近。（4）在1个月、3个月和6个月的尺度上，SPEI指数整体上低于SPI指数。尤其在冬季和春季各月SPEI指数远远低于SPI指数。

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