CLM5.0对青藏高原冻融过程土壤温湿度的模拟及评估

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 CCICOMBINED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 m^(3)·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。

西南涡的气候学研究进展

西南涡是特殊地形与区域环流条件相互作用而产生的α中尺度天气系统,对我国西南地区的天气、气候和环境具有重要影响。本文系统梳理了西南涡的涡源分布、活动频数、移动路径及强度变化的多时空尺度分布特征,阐述了西南涡活动对我国西南及其下游地区天气、气候及区域环境的影响,总结了西南涡与高原涡、南亚高压等重要的天气系统的协同作用过程,综述了近年来西南涡气候学研究的进展,旨在为后续展开的西南涡的客观识别算法和技术研究提供基础信息。综述发现,前人研究中关于西南涡活动异常变化特征的结论并不一致,这可能是选用的资料时段、时间长度以及西南涡识别方法等不同造成的。因此,建立一套基于客观算法识别的西南涡基础研究资料是展开未来高质量研究的基石,对理解、预测西南涡活动具有极其重要的意义,并有利于进一步提升西南地区天气、气候、环境预测水平。

基于CMIP6多模式集合对长江上游地区暴雨的预估研究

为更好地应对长江上游地区未来气候变化导致的暴雨事件,本文利用1990-2014年长江上游地区687个气象观测站日降水资料及第六次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase6,CMIP6)中的24个全球气候模式的模拟结果,研究了该地区2021-2099年的年平均暴雨量、暴雨天数和暴雨强度在不同共享社会经济路径(Shared Socioeconomic Pathways,SSPs)情景下的时空变化特征及其不确定性。研究结果表明:(1)相对参考时段(1995-2014年),长江上游地区预估总时段(2021-2099年)及21世纪末期(2080-2099年)的年平均暴雨量、暴雨天数和暴雨强度在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下都以增多增强为主,在SSP5-8.5情景下的增幅最大,且模式间预估方向的一致性及预估值的确定性都随排放的增加而增加。预估总时段的暴雨量、暴雨天数和暴雨强度在SSP1-2.6和SSP2-4.5情景下的分布相似,但与SSP5-8.5情景下的分布有所不同。21世纪末期暴雨量及天数在三种情景下的分布相似,暴雨强度变化的分布在SSP5-8.5情景下不同于SSP1-2.6及SSP2-4.5情景;(2)相对参考时段,三种情景下长江上游的暴雨量在预估总时段分别以3.5 mm·(10a)^(-1),5.4 mm·(10a)^(-1),14.7 mm·(10a)^(-1)的速率增加,暴雨天数分别以0.045 d·(10a)^(-1),0.07 d·(10a)^(-1),0.18 d·(10a)^(-1)的速率增加,暴雨强度则分别以0.37 mm·d^(-1)·(10a)^(-1),0.78 mm·d^(-1)·(10a)^(-1),1.94 mm·d^(-1)·(10a)^(-1)的速率增强,都通过99%信度检验及同号率检验,预估值确定性较高的时期都出现在21世纪末期SSP5-8.5情景下;(3)三种情景下,预估总时段的暴雨量、暴雨天数和暴雨强度在空间上都主要呈增加趋势,其中藏东南地区的暴雨量及暴雨天数的增速最大。暴雨强度增速最大的地区在SSP1-2.6情景下出现在四川北部,而SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下出现在云南北部;(4)三种情景下21世纪前期(2021-2040年)暴雨量、暴雨天数和暴雨强度相对参考时段的变化幅度不明显,中期(2041-2060年)及后期暴雨量、暴雨天数和暴雨强度在SSP2-4.5及SSP5-8.5情景下显著增多增强,尤其在21世纪后期SSP5-8.5情景下的增幅最大,模式间预估方向一致性最高。

黄河源区玛曲土壤冻融过程中地表水热交换特征分析

土壤冻融过程显著影响地表含水量和能量收支变化。利用玛曲2017年8月至2018年7月的土壤温度/湿度、涡动观测资料以及公用陆面模式(Community Land Model,CLM)最新版本CLM5.0的模拟资料,其中冻结过程阶段的辐射和能量通量使用模式模拟的数据,通过分析土壤冻融过程中土壤温湿度、地表能量平衡各分量的时间演变特征,探讨冻融过程中地表水热交换的特征。数据分析表明:(1)土壤冻融过程包括冻结过程、完全冻结、消融过程及完全消融四个阶段,各阶段中的土壤温度/湿度、辐射和能量通量存在明显的日变化,在冻结过程和消融过程阶段,土壤湿度随土壤温度变化显示出明显的日冻融循环。(2)冻融过程通过影响表层土壤水分影响地表辐射收支和能量分配。冻融过程中土壤中的水相变为冰,改变下垫面性质影响地表辐射收支。土壤中的液态水通过相变影响地表潜热通量,完全消融(冻结)阶段,地气之间能量交换以潜热(感热)通量为主。相比于以潜热通量为主的冻结过程阶段,消融过程阶段净辐射通量逐渐增大,地气之间能量交换主要受感热通量影响。土壤中水分的昼融夜冻导致频繁的潜热通量释放影响地表热通量。土壤热通量在冻结过程(G_(0)=-9.1 W·m^(-2))和消融过程阶段(G_(0)=3.4 W·m^(-2))绝对值大于完全消融阶段(G_(0)=1.2 W·m^(-2)),土壤日冻融循环加强地表热通量交换。(3)能量闭合率为感热、潜热通量之和与净辐射通量、土壤热通量之差的比值。冻结过程、完全冻结、消融过程和完全消融阶段平均能量闭合率为1.44、1.56、0.99和0.81,消融过程和完全消融过程能量闭合率更趋近于1。土壤中存在日冻融循环时,冻结过程阶段土壤中的水冻结释放热量,高估土壤热通量从而高估能量闭合率,消融过程阶段土壤中的冰融化吸收热量,低估土壤热通量从而低估能量闭合率,影响地表能量收支平衡。