冰雪对珠峰北坡绒布河谷局地环流影响的数值试验

利用RAMS中尺度模式对珠峰北坡绒布河谷地区的局地环流进行了数值模拟,包括控制试验和敏感试验。观测结果表明,珠峰北坡绒布河谷地区午后盛行来自珠峰方向的偏南风,这与其他山区的山谷风日变化存在显著差异。与观测结果比较,模拟结果(控制试验)能够较好地再现绒布河谷中的偏南主导气流。模拟结果(敏感试验)还显示,在去除高大山体的冰雪下垫面后,绒布河谷地区下午仍可存在偏南气流,但偏南风出现时间明显滞后,此时该气流来自珠峰南坡的强劲偏南谷风气流。因此,我们认为珠峰北坡的冰雪表面对绒布河谷地区盛行的偏南气流存在很大影响,但热力驱动的山谷风环流也是维持该地区强烈下泄流的主要原因。

珠穆朗玛峰北坡绒布河谷地面风特征的初步分析

2006年5-6月,“2006珠峰野外观测实验”在青藏高原珠穆朗玛峰（简称珠峰）北坡绒布河谷中进行,沿河谷设立了3个站点,对河谷中的大气环流状况、热力和辐射状况等进行了观测。利用绒布河谷中平均地面风场资料,研究了该河谷中地面风场的日变化结构特征。结果表明,珠峰北坡绒布河谷中地面风场存在明显的日变化,自上午12：00（北京时间）左右至午夜该河谷地区为来自珠峰方向的偏南风控制,该风场日变化与普通山区的山谷风环流日变化存在很大差别。从3个站点风场日变化来看,偏南风首先在河谷南部开始,然后沿河谷向北发展。沿河谷轴线方向不同地点风场日变化有较大差异：偏南风出现时间随距珠峰的距离依次滞后,距珠峰最近的站点观测到的偏南风最大且持续时间最长,而距离珠峰最远的站点偏南风最弱且持续时间最短,甚至出现长时间的偏北风。研究表明,由于珠峰北坡地区地形复杂,地形高度落差大,地表状况分布不均,因此绒布河谷中的主导风是山谷风、坡风以及冰川风等多种局地风系统耦合的结果。

珠峰北坡绒布河谷大气物质交换的观测研究

利用2006年6月中国科学院HEST大气科学实验珠峰北坡观测期间获得的风廓线雷达资料，对沿河谷横截面方向的大气体积（质量）通量进行了估算，分别计算了6月（6月1～3013）、强风（6月9～21日）和弱风期间（6月22--30目）3个时期的平均体积通量。研究表明，大气体积通量13变化随高度分布在不同期间存在一定的差异：在6月平均和强风期间，河谷截面内总体积通量均为正值，即大气物质由南向北流出河谷；在弱风期间，总体积通量在早上有较小的负值，其他时间为正值。山谷中盛行的复合下泄流体积通量相当大，平均13总量可达6．3×10^11m^3；强、弱风期间的体积通量相差很大，就13总体积交换量而言，后者为前者的53％。

珠穆朗玛峰北坡局地环流日变化的观测研究

青藏高原地-气间的物质／能量交换是高原与全球大气系统相联系的重要纽带。陡峭的地形和强烈的地表差异在高原山区形成特殊的局地大气环流系统，在地气交换中起着重要作用。为研究珠峰北坡的局地环流系统，于2006年5～6月问在珠峰北坡绒布河谷实施强化观测实验HEST2006，对该地区的局地环流以及辐射和热力状况进行观测，分析了该地区局地环流的日变化过程，包括：（1）地面风场的分布和变化；（2）风场垂直结构；（3）垂直运动及可能的驱动机制。研究表明，该地区局地大气环流是由地形与地表状态调整的大气辐射加热和冷却所驱动，包含多种不同的山地环流成分，与典型山谷风环流不同，具有很强的特殊性，对地气间的交换有重要影响。

WRF模式中边界层参数化方案在藏东南复杂下垫面适用性研究

藏东南地区是青藏高原山地复杂下垫面的典型代表,其边界层大气过程异常复杂,给数值模拟和预报带来较大困难。大气边界层参数化方案的选取关系到能否正确模拟和预报局地大气过程。本研究采用中尺度模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)对藏东南林芝地区对流和稳定边界层大气过程进行模拟,与2013年夏季"藏东南地区复杂下垫面地气交换观测实验"资料对比,研究ACM2,Boulac,M YJ,QNSE和YSU5种边界层参数化方案在青藏高原复杂下垫面的适用性。结果表明:对于水汽混合比垂直结构的模拟,Boulac和MYJ方案分别在模拟对流边界层和稳定边界层时能力最优。ACM 2方案最适宜藏东南复杂下垫面条件下的位温和风速垂直分布的模拟。各边界层参数化方案模拟对流边界层高度均较实际观测偏低,其中,QNSE方案模拟的边界层高度最接近观测。同一种边界层参数化方案对于夜间稳定边界层和正午对流边界层的模拟能力也不相同。该地区边界层风场受地形影响显著,风速较小,模拟的近地层风场较观测偏弱,MYJ和QNSE方案对近地层风场的模拟效果较好。

HEST2007珠峰北坡风廓线观测研究

为了研究青藏高原南部喜马拉雅山区局地大气环流系统,继2006年HEST2006大气科学实验之后,2007年中国科学院大气物理研究所和中国科学院青藏高原研究所在珠穆朗玛峰北坡实施HEST2007综合观测。本文使用该观测实验中LAP-3000风廓线仪获得的绒布河谷内三维风场观测资料,并结合地面辐射资料,分析研究了该地区观测期间局地大气环流的日变化和逐日变化过程。研究表明,该地区局地环流系统,特别是沿河谷的轴向风,与其上空西风环流间存在非常紧密的联系,这种联系似乎与不同天气条件下喜马拉雅山区的大气辐射状况有关,即高层西风环流较强的阶段,地面辐射较强,激发出的局地环流也较强,反之亦然。

珠峰绒布河谷大气边界层结构的数值模拟

利用中尺度气象模式RAMS对2006年6月12～16日珠峰绒布河谷地区大气边界层结构进行了模拟，并将模拟的风温时空分布与风廓线仪LAP3000的观测资料进行了对比分析。结果表明，绒布河谷地区的局地环流具有明显的日变化（午后至夜间盛行山风，可持续12h，且风速较大；在山风盛行期间，山风的影响高度可达400700m左右），其中下垫面不均匀性导致的温度差异是引起局地环流的主要因素；RAMS模式较好地反映了绒布河谷地区局地环流的时空变化特征。

珠穆朗玛峰北坡山谷太阳辐射和大气的特征与分析

2006年5月27日～6月30日HEST2006大气科学实验对珠峰北坡山谷的辐射（总辐射、净辐射）和温、湿度、风等进行了综合观测。沿珠峰北坡山谷布设了3个观测站，3个测站的辐射、温度、风都表现出明显的日变化规律，它们在08：00或09：00（地方时，下同）达到极大值。3个测站总辐射和净辐射的日变化都比较一致。从日变化最大值出现的时间来看，各站的辐射通量早于气温，气温早于风速。3个测站中任意2站之间辐射（总辐射、净辐射）最大值之比与温度和风速最大值之比均比较接近。因辐射状况、地形结构、大气温度等不同，远离珠峰区域的风一天之内多次改变风向，靠近珠峰区域则24h都为南风。珠峰北坡山谷不同区域风向风速变化存在明显时差，南风强于北风，且持续时间长。研究表明，辐射能量对于珠峰北坡大气运动具有重要的驱动作用，是控制和改变其大气运动方式最基本、最重要的因子。净辐射在不同区域风向转变或风速变化过程中起着决定性的作用。

南亚夏季风对珠穆朗玛峰北坡地面风场的影响

喜马拉雅山区毗邻南亚季风区，其陡峭的地形和复杂的地表状态在强烈太阳辐射条件下形成了特殊的局地环流系统。为了正确理解该环流系统与南亚天气气候过程的可能关联，本文利用HEST2006珠穆朗玛峰绒布河谷强化实验期间获得的2006年5～6月的地面观测资料和实时的大气环流资料，对该地区地面风场与南亚夏季风的关系进行了研究。研究表明，南亚夏季风间歇期，喜马拉雅山区以晴空天气为主，太阳辐射强烈，绒布河谷地区地面盛行沿河谷方向的偏南下行气流；南亚夏季风强盛期，喜马拉雅山区多为云雨天气，太阳辐射减弱，地面风场强度明显减弱。结果表明，喜马拉雅山地区山谷内部的地面环流系统几乎不受其高层大气环流的影响，而与太阳辐射通量及南亚夏季风指数关系密切。因此，我们认为南亚夏季风对喜马拉雅山区地面环流的影响，主要是通过改变该地区的大气热力和辐射状况完成的。

珠峰北坡绒布河谷局地环流的模拟分析

对珠峰北坡绒布河谷地区大气观测实验发现,绒布河谷中地面气流存在明显的日变化,但有别于其它地区的山谷风系统:在凌晨至正午前后基本为<2 m.s-1的小风,而午后至午夜则盛行来自珠峰方向的偏南下山风。由于珠峰北坡地区地形复杂,绒布河谷中地面气流的日变化可能是山谷风、坡风与冰川风等环流系统共同作用的结果。为了分析绒布河谷中风场日变化的主要驱动因子,本文利用一个中尺度气象模式对绒布河谷中典型风场进行了模拟,并借助观测资料对模拟结果进行了检验,进而对风场的时空分布特征及其变化原因进行了探讨。

北大西洋臭氧极小值和北太平洋极大值及其相互关系

利用1979-2002年TOMS卫星观测资料，采用臭氧总量纬向偏差和区域强迫的分析方法，研究北大西洋东北部大气臭氧低值与北太平洋西北部臭氧高值的季节变化过程和相互关系。研究表明，（1）北大西洋东北部存在一个大气臭氧极小值，年平均臭氧总量比纬向平均值低20DU以上，冬季低50DU以上；北太平洋西北部存在一个大气臭氧极大值，年平均臭氧总量比纬向平均值高35DU以上，冬季高70DU以上。（2）上述两个地区大气臭氧的季节变化具有很强的区域特征，区域大气动力学输送和化学过程对上述两个地区大气臭氧季节变化的强迫分别为50．3％和42．6％。（3）上述两个地区大气臭氧纬向偏差的季节变化间存在很好的反相关，相关系数达到-0．98，说明其臭氧区域强迫之间存在良好的关系。

珠峰北坡绒布河谷地面风场变化的比较研究

利用2007年6月强化观测实验期间获得的大气观测资料和同时期的NCEP/NCAR大尺度再分析资料,结合2006年同期的分析结果,进一步研究了珠峰北坡绒布河谷地区的地面风场状况及其对南亚夏季风的响应,并与2006年的结果进行了比较。结果表明,2007年6月绒布河谷地区的风场也存在强弱变化,其逐日变化也与南亚夏季风指数有一定关系:在绒布河谷弱风期间,南亚夏季风强盛,在孟加拉湾和阿拉伯海地区形成的强烈涡旋可以把暖湿气流向西北方向输送,从而在河谷地区形成温度和湿度高值;在局地强风期间,南亚夏季风季风指数变化较大,此时绒布河谷地区的风场变化对季风的响应很小,可能主要为大气热力驱动。比较2006年和2007年的观测结果表明,南亚夏季风可以通过改变局地辐射和热力状况的改变而影响珠峰北坡绒布河谷地区地面环流的变化,但其影响程度随季风的强弱可能有所不同。

城市化进程对近地层大气风温结构的影响

利用北京325 m气象塔不同阶段(第一阶段:1991—1995年;第二阶段:2004—2008年)风温梯度观测,北京地区气候站长期观测(1971—2008年,20站)和城市社会经济发展指标(1978—2008年),从城市化进程不同阶段对比的角度,分析研究北京近地层大气风温结构变化特征。结果表明,北京城市化进程已经导致该地区近地层大气特征发生明显变化。主要表现为:地面和近地层温度增加,热岛强度增强;地面风速和近地层低层风速明显减小;近地层低层(63 m以下)风向变得更为紊乱;近地层温度垂直递减率增加;近地层大气风温结构特征的变化表明:2004—2008年325 m气象塔,在63 m以下基本反映的是城市冠层流场特征,即气象塔周边地区城市冠层厚度约为63 m。

喜马拉雅山地区地气间物质交换及其与南亚夏季风的联系

喜马拉雅山是青藏高原的重要组成部分,是大型山地的代表。该地区陡峭的地形和复杂的地表状态在强烈太阳辐射条件下形成了特殊的局地环流系统。该特殊局地环流系统所导致的地气交换过程可能不同于平坦地形和其他山区。喜马拉雅山毗邻南亚季风区,该地区的地气交换过程也可能受到南亚季风活动的影响。为正确认识喜马拉雅山地区的地气交换过程,利用2006年夏季喜马拉雅山北侧绒布河谷地区获得大气观测资料,结合同期的大气环流资料,对绒布河谷地区地气间的物质交换进行研究。结果表明:1)该地区的地气间物质交换以午后至次日凌晨强烈的向下输送为主;观测期间平均向下输送强度为7.9×106m3.s-1,相当于每天将整个封闭河谷内大气置换约38次;2)该地区地气间的物质输送与南亚夏季风存在密切关系,南亚夏季风活动弱(季风中断期)则物质交换量大(9.7×106m3.s-1),季风活动强(季风活跃期)则物质交换量小(6.6×106m3.s-1);3)南亚夏季风可能主要通过改变局地大气辐射状况进而影响该地区地气间的物质交换过程。

Vertical Air Mass Exchange Driven by the Local Circulation on the Northern Slope of Mount Everest

To better understand vertical air mass exchange driven by local circulation in the Himalayas, the volume flux of air mass is estimated in the Rongbuk Valley on the northern slope of Mount Everest, based on a volume closure method and wind-profiler measurements during the HEST2006 campaign in June 2006. Vertical air mass exchange was found to be dominated by a strong downward mass transfer from the late morning to late night. The average vertical air volume flux was 0.09 m s-1, which could be equivalent to a daily ventilation of 30 times the enclosed valley volume. This vertical air mass exchange process was greatly affected by the evolution of the South Asian summer monsoon （SASM）, with a strong downward transfer during the SASM break stage, and a weak transfer during the SASM active stage.

The Local Atmosphere and the Turbulent Heat Transfer in the Eastern Himalayas

To understand the local atmosphere and heat transfer and to facilitate the boundary-layer parameterization of numerical simulation and prediction, an observational campaign was conducted in the Eastern Himalayas in June 2010. The local atmospheric properties and near-surface turbulent heat transfers were analyzed. The local atmosphere in this region is warmer, more humid and less windy, with weaker solar ra- diation and surface radiate heating than in the Middle Himalayas. The near-surface turbulent heat transfer in the Eastern Himalayas is weaker than that in the Middle Himalayas. The total heat transfer is mainly contributed by the latent heat transfer with a Bowen ratio of 0.36, which is essentially different from that in the Middle Himalayas and the other Tibetan regions.

Validation and Application of Reanalysis Temperature Data over the Tibetan Plateau

The Tibetan Plateau has substantial impacts on the weather and climate of the Northern Hemisphere, due in large part to the thermal effects of the plateau surface. Surface temperature over the Tibetan Plateau is the most important parameter in determining these thermal effects. We present a method for verifying widely used reanalysis temperature products from NCEP-R2, ERA-Interim, and JRA-25 over the Tibetan Plateau, with the aim of obtaining a reliable picture of surface temperature and its changes over the plateau. Reanalysis data are validated against the topography elevation, satellite observations, and radiosonde data. ERA-Interim provides the most reliable estimates of Tibetan Plateau surface temperature among these three reanalyses. We therefore use this dataset to study the climatology and trends of surface temperature over the Tibetan Plateau. ERA-Interim data indicate a dramatic warming over the Tibetan Plateau from 1979 to 2010, with warming rates of 0.33℃ per decade in annual mean temperature, 0.22℃ per decade in summer and 0.4℃ per decade in winter mean temperatures. Comparison with the results of previous studies suggests that surface warming over the Tibetan Plateau has accelerated during the past 30 years. This warming is distributed heterogeneously across the Tibetan Plateau, possibly due to topographic effects.

Observed Impact of the South Asian Summer Monsoon on the Local Meteorology in the Himalayas

The South Asian summer monsoon（SASM） is the most important climate system in Asia.Using observational data from the HEST2006（Himalayan Exchange between the Surface and Troposphere 2006） campaign and large-scale grid data,this paper analyzed the SASM impact on local meteorological parameters including radiation,temperature,humidity,and wind in the Himalayas.The SASM experienced one active and one break period during the HEST2006 campaign.The local meteorological parameters exhibit great differences between the active period and the break period of the SASM.The radiation fluxes are greater in the break period than in the active period.The air temperature and specific humidity are lower,but soil temperature and wind speed are higher in the break period than in the active period.Further analysis indicates that the SASM greatly affects the meteorological features of the Himalayan region.

Atmospheric Moisture Distribution and Transport over the Tibetan Plateau and the Impacts of the South Asian Summer Monsoon

In this study, by using the ECMWF ERA-Interim reanalysis data from 1979 to 2010, the spatial distribution and transport of total atmospheric moisture over the Tibetan Plateau（TP） are analyzed, together with the associated impacts of the South Asian summer monsoon（SASM）. Acting as a moisture sink in summer, the TP has a net moisture flux of 2.59× 107kg s 1during 1979–2010, with moisture supplies mainly from the southern boundary along the latitude belts over the Bay of Bengal and the Arabian Sea. The total atmospheric moisture over the TP exhibits significant diferences in both spatial distribution and transport between the monsoon active and break periods and between strong and weak monsoon years. Large positive（negative） moisture anomalies occur over the southwest edge of the TP and the Arabian Sea, mainly due to transport of easterly（westerly） anomalies during the monsoon active（break） period. For the whole TP region, the total moisture supply is more strengthened than the climatological mean during the monsoon active period, which is mainly contributed by the transport of moisture from the south edge of the TP. During the monsoon break period, however, the total moisture supply to the TP is slightly weakened. In addition, the TP moisture sink is also strengthened（weakened） in the strong（weak） monsoon years, mainly attributed by the moisture transport in the west-east directions. Our results suggest that the SASM has exerted great impacts on the total atmospheric moisture and its transport over the TP through adjusting the moisture spatial distribution.

The Tibetan Ozone Low and Its Long-Term Variation During 1979-2010

A Tibetan ozone low was found in the 1990s after the Antarctic ozone hole. Whether this ozone low has been recovering from the beginning of the 2000s following the global ozone recovery is an intriguing topic. With the most recent merged TOMS/SBUV （Total Ozone Mapping Spectrometer/Solar Backscatter Ultra Violet） ozone data, the Tibetan ozone low and its long-term variation during 1979-2010 are analyzed using a statistical regression model that includes the seasonal cycle, solar cycle, quasi-biennial oscillation （QBO）, ENSO signal, and trends. The results show that the Tibetan ozone low maintains and may become more severe on average during 1979-2010, compared with its mean state in the periods before 2000, possibly caused by the stronger downward trend of total ozone concentration over the Tibet. Compared with the ozone variation over the non-Tibetan region along the same latitudes, the Tibetan ozone has a larger downward trend during 1979-2010, with a maximum value of-0.40±0.10 DU yr^-1 in January, which suggests the strengthening of the Tibetan ozone low in contrast to the recovery of global ozone. Regression analyses show that the QBO signal plays an important role in determining the total ozone variation over the Tibet. In addition, the long-term ozone variation over the Tibetan region is largely affected by the thermal-dynamical proxies such as the lower stratospheric temperature, with its contribution reaching around 10% of the total ozone change, which is greatly different from that over the non-Tibetan region.