宁夏六盘山区汛期不同等级降水变化特征及其贡献度分析

利用1971以来宁夏六盘山区各地汛期(5—9月)逐日降水观测数据,分析了六盘山区汛期降水量的变化特征,以及不同等级降水日数和强度对降水量增量的贡献。结果表明:(1)六盘山区汛期降水量存在由东南向西北递减的特征,六盘山南侧高海拔地区的降雨日数总体多于北侧的低海拔地区,中雨雨量对汛期降水量的贡献最大,小雨雨日对汛期降水日数贡献最大。(2)大部地区小雨雨量和雨日均呈减少趋势;六盘山与固原中雨雨量和雨日呈减少趋势,其他地区均呈增加趋势;大雨雨量和雨日均呈增加趋势;隆德暴雨雨量和雨日呈减少趋势,其他大部地区暴雨雨量和雨日均呈增加趋势。(3)大部地区汛期降水量与降雨日数变化趋势在1980至1990年代发生突变,由增加趋势变为减少趋势。(4)降水强度变化引起的降水量增量均呈增加趋势,降雨日数变化引起的降水量增加的区域主要位于六盘山南侧,大部地区降水强度增量贡献大于降雨日数增量贡献。

基于WRF模式模拟研究天山山脉地形对降水过程的影响

以2016年7月31日20时新疆伊犁河谷地区一次降水过程为研究对象,基于WRF模式模拟开展地形敏感性试验,对比分析天山山脉地形对伊犁河谷地区降水天气的影响。得出以下结论:向西开口的“喇叭口”地形会阻挡西风气流,有利于水汽在河谷内部堆积,导致河谷内降水增加;大地形对低层风速和风向影响较大,修改地形后会改变中低层天气系统的位置和强度;天山山脉的海拔高度会影响其附近区域地表及中高层的气温,进而改变各层温压场配置,影响气块垂直运动,通过热力作用影响降水过程;地形会对高低空急流的强度和位置产生影响,使得气流的辐合辐散及垂直运动发生改变,通过影响不稳定能量的释放影响降水的形成。

气候变化下中国西南地区雷电活动随地形因子的动态变化

我国西南地区多山林,生态环境复杂且脆弱,近年雷电灾害凸显。雷电活动与地形因子息息相关,且随气候变化而变化。基于2005-2017年全球闪电定位网WWLLN资料,结合地表高程数据DEM和历史气象信息,借助Mann-Kendall趋势检验、多元线性回归等方法,分析了西南地区雷电与地形因子的关系,探索气候变化下雷电活动随地形因子的变化趋势。结果表明:(1)2005-2017年西南地区雷电频次呈显著增加趋势。空间上总体呈东南高、西北低的特点。(2) 2005-2017年雷电活动主要集中在海拔为400 m左右、坡度为0°-5°的丘陵、低坡区,并随海拔、坡度升高而减少,但在海拔3500-5100 m、坡度为40°的高山、急坡段出现小峰值。偏东坡闪电频次大于偏西坡的。(3)随着气候变暖,西南地区雷电活动出现抬升、转移现象。受海拔400-500 m最低气温升高(0.11℃·a^(-1))、0°-5°低坡区相对湿度增加(0.09%·a^(-1))的影响,海拔400-500 m、0°-5°低坡区的闪电占比减少,减少率分别为0.20%·a^(-1)和0.38%·a^(-1),减少部分主要抬升到海拔为3500-5100 m、坡度为10°-25°的地形段。受偏东坡相对湿度增加(0.15%·a^(-1))、西坡年降水量增加(9.68 mm·a^(-1))的影响,东坡、东北坡闪电占比减少,减少率为0.08%·a^(-1),减少部分主要转移到西坡。

巴山西段米仓山北坡近地面气温垂直变化特征

巴山是中国中亚热带气候和北亚热带气候的分界线,深入了解区域内复杂地形下近地面气温的垂直变化特征,可为气候变化研究、生态监测、生态环境保护等提供依据及基础数据。利用2013-2019年巴山西段米仓山北坡高差超过1400 m的4个区域自动气象站和周围3个气象站的近地面实测温度,结合2017-2019年汉中探空资料,分析了米仓山北坡近地面气温的垂直变化特征,比较了近地面气温和环境大气气温递减率(γ)的差异,探讨了其垂直气候带。结果表明:(1)近地面气温随海拔升高而下降,在7月和1月分别达到最高和最低。年均γ为0.624±0.136℃·(100m)^(-1),与自由大气γ比较接近。月均γ在12月最小,随月份逐步增加,8月达最大后再减小。γ季节变化明显,暖季γ值较高,冷季较低,春夏秋冬季均γ分别为0.647±0.099℃·(100m)^(-1)、0.732±0.103℃·(100m)^(-1)、0.605±0.113℃·(100m)^(-1)和0.508±0.120℃·(100m)^(-1)。日最高/最低气温与日均气温的月季变化类似,年均γ分别为0.646±0.185℃·(100m)^(-1)和0.606℃±0.166℃·(100m)^(-1);各高度上年均日较差在7~10℃之间波动,与高度不存在明显的线性关系;年较差随高度增加呈线性下降。(2)近年来,区域内γ下降趋势可能已经发生了改变,很大程度上归因于高海拔地区与低海拔地区辐射差异快速缩小,以及气溶胶与前期相反的垂直变化趋势。(3)随高度增加,积温线性下降,递减率约213℃·(100m)^(-1);日平均气温≥0、5和10℃温度阈值的初日推后,终日提早,间隔日数缩短,每升高100 m,其积温持续天数分别减少3.4天、6.1天和7.0天。(4)在0.5~1.0 km、1.0~2.5 km、2.5~4.5 km和4.5 km以上,环境大气温度随高度变化的层次性明晰,反映了青藏高原大地形、秦岭地形、米仓山地形和下垫面对气温垂直变化的综合影响。4个高度区间内γ的差异较大,逆温尤其是冬季边界层上部和对流层中层逆温对它的双重影响明显。近地面各月γ比环境大气γ要大,5月后与0.5~1.0 km高度层γ的位相变化类似。(5)巴山垂直气候带可分为北亚热带、暖温带和中温带,分别处于500~1000 m、1000~1500 m和1500~2500 m。

夏季南亚高压位置与青藏高原降水年际变化的关系研究

通过合成分析、动力诊断和数值模拟,研究了夏季南亚高压位置与青藏高原降水年际变化的关系,并分析了水汽输送和高原非绝热加热的特征及作用。结果表明:南亚高压位置偏东南(西北)时,对应着高原东部水汽辐合(散)显著、水汽输送显著偏强(弱),而高原西南部水汽辐散(合)显著,是造成高原东部降水显著偏多(少)、高原西南部降水显著偏少(多)的重要原因。高原东部大气凝结潜热加热异常有助于南亚高压位置与高原降水关系的维持。南亚高压位置偏东南(西北)时,高原西北部降水显著偏多(少),与该地区地表潜热偏强(弱)、大气低层位势高度偏低(高)有关,但并不显著。

伊朗高原和青藏高原夏季加热对塔里木盆地降水的影响

基于1971-2019年日本气象厅(Japan Meteorological Agency,JMA)提供的JRA-55地表感热、潜热通量、大气环流再分析资料和国家气象信息中心(National Meteorological Information Center,NMC)提供的逐月格点降水数据,分析了夏季伊朗高原和青藏高原热力异常与同期塔里木盆地降水的关系。结果表明:夏季伊朗高原主导加热方式为感热加热,青藏高原主导加热方式为潜热加热。奇异值分解分析发现,夏季两个高原地表热力异常均与塔里木盆地降水关系密切,考虑两个高原共同热力异常要比单一高原热力异常与塔里木盆地夏季降水的关系更紧密。当伊朗高原感热整体偏强,同时青藏高原潜热呈“北强南弱”的异常分布时,导致中亚对流层中高层气温偏低,对应中亚副热带西风急流位置南移,中亚和蒙古高原对流层中层受异常气旋和反气旋控制,塔里木盆地主要受异常偏南风影响,形成降水有利的环流条件;同时阿拉伯海水汽可以通过两步方式输送送至塔里木盆地上空,西北太平洋水汽受我国北方异常反气旋影响,也可向西输送进入塔里木盆地,为该区域降水提供有利的水汽条件。夏季伊朗高原和青藏高原均可单独加热影响塔里木盆地降水,但是对水汽输送的源地和路径存在一定差异,前者主要影响热带印度洋水汽的向北输送,后者可以同时影响热带印度洋水汽的向北输送和西北太平洋水汽的向西输送。

基于Sentinel-2影像的平寨水库水体透明度遥感反演

[目的]研究水体透明度的变化规律及其空间分异驱动因素,为管理湖库及恢复湖库生态系统提供科学依据。[方法]基于2020年5月18日,8月26日,11月14日的Sentinel-2 MSI卫星影像及准同步实测透明度数据构建平寨水库透明度遥感反演模型,利用地理探测器定量分析影响透明度空间分异的驱动因素。[结果]①平寨水库水体透明度与Sentinel-2 MSI的B_(3)波段最为敏感,利用波段组合B_(3)×B_(4)作为最佳敏感因子构建出的透明度反演模型具有较高的精度(R^(2)=0.81,RMSE=0.11 m,MRE=16.91%)。②平寨水库水体透明度呈现出中心库区高而各支流上游低,近水体两岸低的空间分布趋势,且水体透明度11月>8月>5月。[结论]总悬浮物、叶绿素a及总有机碳含量是平寨水库水体透明度空间分异的主要因素。总磷、总氮、水温及风速通过影响水体中的总悬浮物、叶绿素a及总有机碳含量进而影响水体透明度空间分布。

地理经纬双向过渡带和复杂地形下气候的过渡性和特异性--以宜昌市为例

宜昌处在我国地形第二、第三级阶梯的过渡地带,又位于我国南北过渡带秦巴山地南麓的中低纬度过渡带,长江中上游结合部,山地河谷平原并存,地形复杂,垂直高差大。气候资料分析和文献调研表明,宜昌天气气候因特殊地理环境具有过渡性和特异性:(1)年平均气温主要随地形高度递减,年总降水量主要随纬度升高减小。(2)年暴雨日数、连阴雨天数,在中西部随纬度升高而递减,等值线近似纬向排列;东部随地形升高而递增,等值线近似经向排列。(3)山地平原过渡带地形的阻挡滞留、辐合抬升等对极端短时强降水有明显加强作用,这种作用在秦岭与黄淮过渡带、太行山与华北平原过渡带有相似的天气气候效应。(4)宜昌位于江淮梅雨的西界、华西秋雨的东界,具有天气气候“分水岭”特征。(5)宜昌是暴雨雨团、西南涡移动的主要通道之一。

陆气相互作用

陆气关系研究是地球物理科学的水文科学领域的一个重要分支,主要关注陆气相互作用,即陆地表面与大气之间热量、动量、水分交换及其对地表能量收支和水文循环的影响和调节,揭示大气活动对陆地表面特征响应及反馈机制,定量表征气象气候系统响应外部强迫和调整内部变化。陆面热力状况、土壤湿度、积雪、植被覆盖等要素通过潜热/感热通量影响边界层垂直结构和混合过程,进一步对陆地本身、边界层、大气环流、区域乃至全球气候产生重要影响。

青藏高原水汽变化特征及其对中国北方降水影响

文章采用1979—2018年水汽变化特征年的NCEP再分析资料、ERA5再分析资料和中国1979—2018年降水资料,采用MK趋势法、相关分析统计法方法,研究了青藏高原水汽通量和中国北方降水的时空分布特征和年纪变化特征,得出了以下结论:青藏高原的水汽主要集中在高原的东部和南部区域,其他区域水汽全年分布比较均匀,并且相比东南区域水汽比较少;水汽分布特征是夏季水汽最多;高原地区的年平均水汽通量在1979—2018年有显著的变化;总体上表现为增加趋势,有一定的周期性;影响中国北方夏季降水的关键区域是高原西部区域以及西北的小部分区域;高原水汽增加,会导致东北和华北地区降水增多,青海和西藏地区的降水也会增多,但是新疆西北地区降水会减少。

环青海湖地区气候变化及其对荒漠化的影响

对环青海湖地区 1976年以来的气温、降水、蒸发等气候要素的气候变化趋势及突变现象进行了分析和检验。结果表明 :年平均气温及春、夏、秋、冬四季气温均呈上升趋势 ,其中以秋、冬两季最为明显 ;年平均降水量及春、夏、冬季降水自 90年代后出现减少趋势 ,秋季降水始终呈减少趋势 ,且线性变率达 - 7.2 8mm/ 10a;各季及年蒸发量呈增大趋势 ,其中年、夏季蒸发量的线性变率分别为11.7、9.39mm/a。各季及年气温出现过一次明显的增暖现象 ;降水虽然出现过一次明显的增加和减少 ,但增加出现在 80年代 ,而减少则出现在 90年代 ;同样 ,蒸发也出现过一次明显的增大和减小现象 ,只是减少出现在 80年代 ,而增大则出现在 90年代。这种气候趋势和突变现象的发生 ,加剧了环青海湖地区荒漠化的蔓延 ,致使草地退化、河流流量减少、湖泊水位下降 。

春季青藏高原感热异常对长江中下游夏季降水影响的初步研究

探讨了春季青藏高原感热的分布特征 ,对高原地区地 气温差与感热的合成分析表明 ,长江中下游地区旱涝年春季高原近地层热力结构分布呈显著差异 ;统计分析与数值模拟试验也证实了春季高原下垫面感热南北非均匀异常分布 ,对长江中下游地区夏季降水存在着显著影响 ,即春季高原下垫面感热非均匀异常分布特征可能是长江中下游地区夏季旱涝的“强信号”之一。

青藏高原冷暖气候变化趋势的R／S分析及Hurst指数试验研究

利用青藏高原1953—2002年77个气象台站的常规地面观测资料，选择不同类型变化趋势的部分台站。选取年平均气温（T^-）、年平均最低气温（tmin^-）、年平均最高气温（Tmax^-）、年极端最低气温（tmin）、年极端最高气温（Tmax）5项气候要素，运用R／S分析法研究并预测了青藏高原未来冷暖气候变化趋势，研究表明：青藏高原未来冷暖气候变化趋势与过去50年以来的变化有着很好的自相似性。今后青藏高原总体将继续变暖，用分形理论的原理，设计了一种Hurst指数试验。对青藏高原北部和南部的年平均气温、年平均最低气温进行了试验研究。结果表明：依据青藏高原北部和南部的区域平均气候倾向率，未来10年，T^-将升高0．2～0．4℃；tmin^-将升高0．3～0．5℃；tmin将升高0．7～0．8℃；Tmax^-将升高0．3～0．4℃；Tmax将升高0．4～0．6℃。其中年平均气温、年平均最低气温升高趋势的持续性很强，期间没有转折，没有冷暖变化的突变点。

青藏高原隆升对中国构造-地貌形成、气候环境变迁与古人类迁徙的影响

对中国新生代以来构造-地貌形成的认识,必须建立新生代重大环境事件的年代序列,既需要不同地区构造变形、隆升年代学的依据,又需要宏观背景的把握.现今中国大陆构造-地貌格架及相关问题,诸如青藏高原的隆升、西部北西西向盆-山地貌和东部北北东向阶梯状盆-山地貌的形成时代、发育过程等,一直是地学界关注但尚未得到统一认识的一些重要科学问题.20世纪70年代以来通过青藏高原隆升的研究、提供了大量隆升年代学和古高程信息的数据,使得对其开展定量分析成为可能.青藏高原何时形成现今的高原面貌？这是国内外学者长期争议的科学问题.笔者从20世纪80年代对柴达木盆地及其邻区开展了20余年研究,发现柴达木作为一个现今的高原盆地经历了青藏高原隆升的全过程,高原隆升和环境变迁的所有事件,在盆地的沉积、构造上都有比较完整的记录,因此它可以作为青藏高原隆升大阶段划分的最佳参考时空坐标,并依此提出古近纪期间（55～24Ma）青藏高原整体并未隆升;青藏—闽粤高原的初次隆升发生在中新世早—中期（23～17Ma）,上新世晚期—早更新世基本被夷平;形成现今高原面貌的末次快速隆升发生在上新世晚期—早更新世（3.6～0.8 Ma）和中更新世之间.新生代以来由于青藏高原的隆升和中国构造-地貌格架的形成,直接影响了中国和全球气候环境的变迁以及古人类迁徙的路径,因此需要地质学家、古气候和古人类学家共同探索,对中国及亚洲新生代以来古地貌、古气候变迁的历史和中国古人类的发源与迁徙得出科学的结论.本文通过青藏高原分阶段隆升依据的论证,阐明青藏高原隆升与中国构造地貌形成、气候环境变迁的关系,并探讨中国古人类迁徙的可能路径.

青藏高原抬升加热气候效应研究的新进展

对近4年来关于青藏高原加热影响气候的研究进行回顾。首先介绍利用位涡方程和热力适应理论,揭示夏季高原上空低层气旋式及高层反气旋式环流结构稳定维持的动力学机理。结果表明高原加热作用造成的低层正涡源显低层气旋式环流得以稳定维持的重要原因。而边界层摩擦产生的负位涡是平衡正位涡的主要因素。高原加热还在高原上空形成负位涡,它影响着盛夏的大气外流,是青藏高原上空强大而稳定的反气旋环流得以维持的重要因素。在春夏过渡季节青藏高原非绝热加热对大气环流季节变化以及亚洲季风爆发的影响方面,进一步确认了感热加热在过渡季节早期(5月中旬以前)环流演变中的重要作用。青藏高原非绝热加热的时间演变引起了海陆热力差异对比的变化,使副热带高压带首先在盂加拉湾东部断裂,亚洲季风因而在盂加拉湾爆发。结果还表明,用纬向风垂直差异的时空分布能更准确地表示季节变化的区域差异。在青藏高原非绝热加热与北半球环流系统年际变化的联系方面,发现夏季青藏高原的加热强(弱)的年份,高原感热加热气泵(SHAP)高(低)效工作,使高原加热对周边地区低层暖湿空气的抽吸效应和对高层大气向周边地区的排放作用加强(减弱),高原及邻近地区的上升运动、下层辐合和上层辐散均增强(减弱),从而影响着高原和周边地区的环?

新月形沙丘迎风坡形态及沉积物对表面气流的响应

对孤立新月形沙丘迎风坡风速的野外实测和计算表明，沙丘迎风坡表面风速廓线呈非对数关系，近地面剪切风速和输沙强度由坡脚至丘顶总体呈递增趋势，但同时随断面坡度的增减而发生相应的变化；沿断面输沙率的变化导致蚀积强度的改变，表现为沙丘迎风坡坡度变缓的部位沉积大于侵蚀，其它部位侵蚀大于沉积，其中丘顶输沙率和侵蚀强度最大。在沙丘形态上，表现为坡度减缓的部位沉积变凸、其它部位因侵蚀变凹以及坡脚和丘顶的前移。变凸和变凹部位反过来又制约着表面剪切风速的相应变化。粒度分析也表明，沙丘迎风坡表面粒度特征主要取决于表面蚀积状况，同断面形态表现出密切的相关性。

地形因素对降水分布影响的研究

在有限降水资料的基础上,研究影响降水的因素,建立降水量与各因素之间的关系,为流域内的水资源和水环境研究提供了良好的基础。以数字高程模型(DEM,Digital Elevation Model)为出发点,计算出高程、坡度、坡向,直接或间接用DEM和有限的降水资料来推求无资料地区的降水状况。将该方法和系统应用于石羊河流域,用该区域内的20个雨量站的降水资料建立模型,另外6个站点的降水资料做校核,并用模型模拟该区域内均匀分布的230个点的降水量,结果表明所建立的模型取得了理想的模拟效果。

南京近郊主要大气污染物的观测分析研究

2007年10月至2008年9月在南京的一个近郊站点(32°03′N,118°78′E)对可吸入颗粒物(PM10)、臭氧(O3)、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)和氨气(NH3)等6种大气中的主要污染物进行了为期一年的连续监测.本文利用统计方法研究了这些污染物不同时间尺度(小时、日、周、月)的浓度变化特征和相互关系,并利用后向轨迹和聚类分析方法研究了不同季节到达该测站的气团来源及化学特征.结果表明,PM10、O3、SO2、CO、NOX和NH3的年均浓度和标准差分别为0.14±0.08 mg/m3(、18.52±14.05)×10-9(、21.14±15.96)×10-9(、1.08±0.98)×10-6(、24.57±24.65)×10-9(、24.33±15.73)×10-9.O3浓度表现出明显的白天高、夜间低的日变化特征,SO2和PM10一般在早上9、10点钟达到一天中的最大值,NOX呈双峰结构;O3春季浓度高,2008年2月出现峰值,可能与当年冬季持续降雪有关.NOX、NH3浓度呈现秋冬季节低、春季高的特点,而PM10和SO2则相反;O3周末浓度低,工作日浓度高,SO2和O3前体物NOX、CO在周末的浓度高于工作日.研究还发现,O3和NOX、CO都呈现一定的负相关,相关系数分别为-0.36和-0.42.后向轨迹分析显示近距离输送对该测站大气污染物浓度的季节变化贡献显著,远距离输送也起了一定的作用.夏季受东南风影响,来自南方海上的气团较干净,O3、SO2和CO的浓度分别为(11.96±9.22)×10-9(、5.60±4.10)×10-9和(0.45±0.26)×10-6;冬季测站受来自北方的大陆性气团控制,浓度较高,局地源贡献明显,PM10、SO2、CO、NOX和NH3的浓度分别为0.19±0.10 mg/m3,(32.31±21.28)×10-9,(1.00±0.93)×10-6,(31.41±32.29)×10-9和(29.38±17.18)×10-9,均高于其他气团.

青藏高原中西部下垫面对东亚大气环流季节转换影响的数值模拟

在NCAR的CCM3全球模式与RegCM2区域气候模式的基础上,发展了一个CCM3—RegCM2嵌套模式系统,并应用于研究改变青藏高原中西部地区下垫面特征对东亚地区大气环流季节转换的影响。结果表明:当青藏高原中西部地区植被遭到破坏,退化为沙漠时,使得该地区地面反照率增加,感热输送加强,气温升高,并在西风气流的作用下,30°N以北的东亚大部分地区气温增高,东亚大陆沿海的高度增加。同时,中纬度地区纬向气流减弱,经向气流增强,东亚大槽亦被削弱,整个东亚地区的季节转换将提前。

山地城市坡向对地表温度的影响——以重庆市主城区为例

为揭示坡向对山地城市地表温度的影响,以重庆市主城区为例,由Landsat TM影像反演地表温度,提取各坡向上的地表温度,进行方差分析。结果发现,东南和南坡向的地表温度较高,而西北和北坡向的地表温度较低,8坡向分类时,各坡向的平均地表温度的差异具有显著性;用地类型没有坡向偏好,对于同一种用地类型,各坡向的平均地表温度没有显著差异。不同的用地类型上的城市建设强度和生产、生活活动差异是引起地表温度变化的主要因素,而坡向对城市地表温度的影响相比强烈的城市人为活动产生的环境效应而言是微弱的。