黄河源区草地退化对局地气候环境影响的数值模拟

土地覆盖变化会影响到近地层各气象要素发生不同程度的变化。利用中尺度数值模式MM5,设计了一个控制试验和一个敏感性试验。通过对2003年7月一个月的积分,模拟了黄河源区草原退化对局地气候环境的影响。结果表明,黄河源区草原退化导致该地区2 m高度气温及地表温度明显升高;空气湿度及土壤湿度不同程度减小;草原退化后降水的减小影响到径流减小;草原退化后还引起退化区感热通量增加,潜热通量减小,有效通量(感热通量+潜热通量)减小。与草地农牧化相比,草原退化对气候环境的影响程度更强。

黄河源区草地农牧化对气候环境影响的数值模拟

利用中尺度数值模式MM5,设计了一个控制试验和一个敏感性试验。模拟分析黄河源区草地农牧化对局地气候环境的影响,得到一些初步结论:在全球增暖的大背景下源区草地农牧化引起源区平均气温和地表温度升高,平均日较差增大;源区农牧区降水以增加为主,周围地区以减少为主;源区空气湿度、土壤湿度明显减小;地表径流增加,地下径流减小,增加的降水大部分随地表径流流失;农牧区感热通量增加,潜热通量减小,有效通量增加。源区植被改变对气候环境的影响状况不同于其他地区。

使用MODIS陆地产品LST和NDVI监测中国中、西部干旱

利用中分辨率成像光谱仪AQUA-MODIS卫星资料反演的地表温度LST和归一化差值植被指数NDVI,在中国中、西部地区应用植被温度混合状态指数VTCI方法,遥感监测干旱的空间分布状况。同时结合该地区有代表性的气象站逐月降水资料与VTCI指数进行相关分析,来验证此方法的适用性。结果表明,VTCI指数不仅与当月的降水量,也与其前期2至6个月的累积降水量有较好的线性相关性,显示VTCI方法不仅是较为有效的近实时大范围干旱监测方法,对于干旱的缓慢发展过程也有一定指示作用。

西北干旱区感热异常对中国夏季降水影响的模拟

利用最新版的RegCM3模式通过增加西北干旱区地面向大气的感热输送,模拟了西北干旱区春、夏季感热异常对中国夏季降水的影响。结果表明:西北地区地面向大气的感热输送增加后,西北干旱区低层空气温度升高,空气密度减小使得空气有上升运动距平,减弱了空气的下沉运动,从而在新疆地区降水增加。西北地区下沉气流减弱使得高空气压更强,形成反气旋气流距平,导致高原地区上升气流减弱,在青藏高原降水减少。高原地区上升气流减弱导致在长江中下游和东北北部分别有负的气压距平中心,使得这里有气旋式距平环流,降水增加;而在华南、西南、华北南部和东北南部降水减少。

青藏高原中部冻土环境下土壤水分监测

利用2006-2007年冬季青藏高原中部那曲布交(BJ)站测量的土壤水势、未冻水含量以及土壤温度资料,分析了冻土环境下土壤水势、未冻水含量和土壤温度三者的关系.结果表明:青藏高原中部冻土环境下,土壤水势随着土壤温度及未冻水含量的变化而变化,土壤质地是决定土壤水势的一个重要因素;未冻水含量与土壤温度保持着动态平衡,随着土壤温度的降低,未冻水含量减小,土壤水势也随之减小;20cm处砂质壤土的未冻水含量与土壤温度呈指数函数关系,土壤水势与未冻水含量可用二次曲线拟合,土壤水势与土壤温度呈指数函数关系;Clausius-Clapeyron方程对于计算青藏高原中部非饱和冻土水势存在局限性.

西北干旱区夏半年深厚的混合层与干旱气候形成

为了更好地理解西北干旱区大气混合层(ML)厚度的变化特征及其对当地干旱气候形成的影响,我们利用张掖和民勤站夏季及相关月的实测探空资料及T-logP图解法,首先计算了该两地逐日ML厚度,然后分析并讨论了它的时空间变化特征、与干湿天气气候的关系,以及夏半年的深厚ML对加剧当地干旱气候的影响。结果表明:(1)河西中东部ML厚度的年变化及地区差异明显。冬季最浅薄,夏半年深厚(特别是5、6月),4月及10月分别是ML急剧增厚及变薄的过渡期;同时,更靠近西北干旱区中心的河西西部及北部的ML更深厚。(2)夏季干(湿)天气通过加强(减弱)地气间的感热交换和干对流,而明显影响当地的ML厚度。平均而言,以高温日最深厚,干日次之,小雨日再次之,而中强雨日最浅薄。干年夏季的ML厚度平均比湿年的对应值增厚300 m左右。夏季典型干日的ML厚度比雨日厚3000 m,典型干日的ML厚度昼亱变化不大。(3)反过来夏半年深厚的ML也通过增加雨滴蒸发损耗,减少了干旱区的降水,加剧了当地干旱的程度,因此夏半年深厚的ML也是形成干旱气候背景的成因之一。

中蒙干旱半干旱区降水的时空变化特征(Ⅰ):年降水特征及5～9月降水的REOF分析

此系姐妹篇文章的上篇,利用中蒙地区106站1954—2005年间的实测降水资料,使用EOF及REOF等统计方法,整体地分析了中蒙干旱半干旱区降水的时空变化特征。结果表明:(1)中蒙干旱区的降水分布很不均匀(我国西北区尤甚),从该区东南侧最湿的陕南向南疆盆地东端极端干旱区过渡,年雨量从922mm锐减到25mm以下,最干的托克逊仅6.9mm;蒙古国以中北部最湿,年雨量达400mm以上,到南部仅100mm左右,再到西南角仅30mm左右。(2)该区降水分布受不同尺度地形影响大,降水的年及年际变化也大。约80%的降水集中在夏半年(5～9月),南疆盆地东端干中心区的年降水相对变率最大,接近0.80,远高于蒙古国和我国其他地区,也高于全球明显增暖前。其干旱程度及降水变率居世界8大干旱区前列。(3)该区降水异常分布的局域特征明显。区内夏半年的降水异常分布常出现河东、南疆、汉中关中、北疆、蒙古国中北部、河西阿拉善,以及柴达木等7个模态。(4)过去50余年来,中蒙地区东北部的降水总体呈线性减少趋势,而西南部则呈增加趋势。

近50年来我国东、西部地面气温和降水变化对比的初步分析

利用1951—2003年我国160个气象站月平均地面气温和降水资料,分析了我国东、西部气温和降水变化趋势的异同,并讨论了其可能原因。结果表明:我国东、西部地区年、季平均气温变化有较好的一致性,降水变化则有一定差异。近50年来,我国东、西部年平均气温均呈升温趋势,降水从1950年代开始减少,至1990年代又增加。东部年平均气温的增暖趋势大于西部,降水受大气环流影响较大。

中国内陆高原地区典型雷暴过程的地闪特征及电荷结构反演

利用2002年夏季在青海省大通县进行的雷暴及闪电综合观测实验中所获取的6站GPS同步闪电电场变化资料,对8月4日一次下部具有大范围正电荷区的典型性雷暴过程的雷电特征进行详细研究。利用点电荷模式对16次负地闪和2次正地闪所包含的共65次回击所中和电荷源进行的非线性最小二乘法拟合研究发现,负地闪所中和的负电荷距离地面的相对高度在3-5 km,而两次正地闪所中和的雷暴云电荷在5-6 km的高度,表明该雷暴云呈三极性电荷结构。负地闪单次回击所中和电荷量平均为1.48 C,而两次正地闪都为单次回击且中和的电荷量分别为1.37 C和2.68 C。

中国内陆高原不同海拔地区雷暴电学特征成因的初步分析

通过分析中国内陆高原西藏那曲、青海大通、甘肃中川和平凉4个不同海拔高度地区雷暴的电学特征发现,不同地区间雷暴电学特征有其共性,但也存在一定的差异。根据过顶雷暴的地面电场演变特征,内陆高原地区雷暴可以分为特殊型和常规型两类。特殊型雷暴在当顶阶段地面电场呈正极性,即雷暴下部存在范围较大的正电荷区(LPCC),且特殊型雷暴所占比例随海拔高度的增加有所增加;常规型雷暴在当顶阶段地面电场为负极性,与低海拔地区常规雷暴引起的地面电场类似。结合4个地区的地面气象要素以及探空资料的分析,发现不同地区对应的部分热动力参量以及大气层结参数存在显著差异。分析表明,地气温差和暖云区厚度对雷暴云LPCC的强弱有显著的指示意义,当地气温差越大、暖云区厚度越薄时,雷暴云LPCC的强度相对较大;反之,雷暴云LPCC的强度及范围都较小。数值模拟结果表明,特殊型雷暴云内最大上升气流区存在的范围以及总比含水量大于常规型雷暴,上升气流的强弱以及WCD的大小在很大程度上决定了云内水成物粒子的浓度。

黄河上游夏季晴天地表辐射和能量平衡及小气候特征

利用2005年7月17日—8月9日玛曲地气相互作用预实验观测资料,从中选取了5个资料完整的连续晴好天气,分析了黄河上游高寒草甸地区夏季小气候、地表辐射和能量平衡连续日变化特征.结果表明:在晴好天气条件下这一地区近地层动量湍流通量受风速切变控制;总辐射峰值与青藏高原北部相比略小,但比干旱半干旱区的敦煌要大;地表反照率平均值为0.17,介于河西金塔绿洲农田与沙漠观测的结果之间;能量平衡中潜热释放比感热输送显著的多;观测中也发现有较大的能量不平衡差额.获得了对这一地区夏季地表辐射、能量、反照率、能量闭合度和小气候特征的一些新认识,为今后在这一地区进一步开展深入研究提供借鉴.

金塔绿洲湍流资料的质量控制研究

利用"绿洲系统能量与水分循环过程观测试验"2005年绿洲、戈壁点的观测资料,分析了三种坐标旋转方案对摩擦速度、感热、潜热以及非定常性检验与湍流积分统计性检验的影响,对两种非定常检验方法进行了比较,并对通量资料进行了总体的质量控制和分级。结果表明:三种坐标旋转方案对摩擦速度、感热、潜热通量以及非定常性检验与湍流积分统计性检验的影响存在着一定的差异,这与坐标旋转方案本身有着密不可分的关系。两种非定常性检验方法存在一定的不一致性,这种不一致性的产生不仅与两种NS检验方法有关,也可能与湍流测定成分随时间、天气条件或测定点相对于气象条件的变化以及与观测仪器本身有关。归一化标准差随稳定度的变化基本满足"1/3次方规律"或"—1/3次方规律",但坐标旋转方案不同,归一化标准差与稳定度的拟合关系不同,其差异在于三种坐标旋转方案对平均垂直速度的处理方法以及平均水平风的选择上。整体分级后各级资料所占百分比要明显低于任一个单独检验的各级资料所占百分比,非理想的观测值多出现在夜间以及日出日落前后。

近几十年黄河源区气候与植被变化及相关分析

通过对黄河源区气温、降水量、NDVI指数变化以及NDVI指数与气温、降水量的相关性进行分析,结果表明:黄河源区气温近50年呈升高趋势;源区近34年年降水量呈减少趋势,20世纪80年代源区降水量较多,比较湿润。近20年黄河源区及源区东北部植被覆盖较差,且不容易保持,达日及源区东南部植被覆盖相对较好,且容易保持;源区植被覆盖与气温、降水量均呈正相关关系,降水量对植被覆盖的影响比气温的影响大。

雷暴云内电场探测仪及初步实验结果

雷暴云内的电场探空是了解雷暴电荷结构的重要手段之一。为了定量了解雷暴云内的电场分布以确定雷暴的电荷结构，本文根据强电场环境中尖端放电原理，制作了尖端放电电流传感器。该电流传感器包括两根长度均为1m的同轴电缆和一个时间常数为0．1s、量程±16μA的精密电流放大电路；两根同轴电缆悬空垂直于地面，相对放大电路对称布置，两个尖端的长度为5～6cm。利用该电流传感器，同时配合温度、相对湿度、GPS等传感器，组成了雷暴云内电场综合探空仪，并于2007年夏天在甘肃平凉地区进行了初步实验。利用雷暴天气条件下的大气平均电场仪与尖端放电电流传感器进行的地面同步观测记录，得出了大气电场尖端放电电流的拟合关系，发现负电晕放电（尖端为阴极）的阈值电场和正电晕放电阈值电场存在一定差异，且负电晕放电的阈值较低。本文认为这一差异源于正、负电晕放电机制的差异。利用气球携带的电场综合探空仪进行了探空实验，得到了一次空中电场的初步探测结果，在此基础上，对探空路径上可能存在的电荷区域进行了分析。

西北干旱区地气温差季节和年际变化特征的分析

利用西北干旱区49个气象站1961—2000年0cm地温和气温月平均资料，采用逐级归并法、小波分析、经验正交函数（EOF）、旋转经验正交函数（REOF）方法，分析了西北干旱区地气温差的时空演变特征、气候突变和周期振荡。结果表明：西北干旱区地气温差可分为12月～2月、3月、4～6月、7～10月和11月5类，11月和12月～2月呈下降趋势，3月、4～6月和7～10月呈上升趋势，12月～2月下降幅度较大，4～6月上升幅度最大；地气温差受大尺度气候异常的影响，第一载荷向量反映了全区一致的性质；北疆区和内蒙区有异常变化存在；3月和11月的突变点为1977年，12月～2月、4～6月和7～10月的突变点为1981年；周期振荡主要以3～6年为主。

利用MERIS和AATSR资料估算黄土高原塬区蒸散发量研究

基于陆面能量平衡原理,通过对搭载在欧洲空间局环境卫星(Environmental Satellite,ENVI-SAT)上中分辨率影像光谱仪(Medium Resolution Imaging Spectrometer,MERIS)2005年6月7,11和27日的遥感观测资料进行大气纠正等预处理后,得到估算瞬时蒸散发量所需要的地表反照率和植被覆盖度等值,并利用分裂窗法和ENVISAT上搭载的先进的沿轨迹扫描辐射计(Advanced Along-TrackScanning Radiometer,AATSR)的观测资料进行了地表温度的反演,进一步估算出黄土高原塬区午间瞬时净辐射、感热通量和土壤热通量。结合与卫星遥感观测资料同期研究区域气象站的太阳辐射、气温、日照时数和风速等气象要素资料,充分考虑到植被冠层和陆地表面对蒸散发量的不同影响,发展了一个可以估算陆面潜热的简化模型,并将瞬时蒸散发量转化为日蒸散发量。对卫星遥感估算的潜热通量,利用黄土高原塬区陆面过程野外观测试验(Loess Plateau land surface process field Experiments,LOPEXs)的地面通量观测资料进行验证,结果表明:二者最大相对差异为10.9%,最小相对差异为4.8%,并对差异误差产生的原因进行了分析和探讨。

应用通量方差法估算戈壁绿洲下垫面湍流通量的研究

利用"绿洲系统能量与水分循环过程观测试验"2005年绿洲、戈壁点的观测资料,分析与讨论了温度、水汽的归一化标准差随稳定度变化的通量方差关系,应用通量方差法对感热、潜热通量进行了计算,并同涡动相关系统的观测结果进行了比较。不稳定条件下,戈壁点温度归一化标准差随稳定度变化的通量方差关系优于下垫面非均匀性更强的绿洲点,绿洲点水汽的归一化标准差随稳定度变化的通量方差关系较温度量表现得更好。对同一站点,归一化温度标准差的通量方差关系并不总是优于水汽的通量方差关系,其取决于该站点的温度以及水汽的源汇分布情况;通量方差法对两个站点的感热、潜热通量均有较好的再现,但戈壁点感热通量的计算效果优于非均匀性更强的绿洲点。应用通量方差法对潜热通量计算时若采用直接观测的感热通量,则潜热通量的计算效果具有一定程度的改善。

青藏高原东部冬季小气候特征及地表辐射特征分析

利用玛曲地气相互作用试验2005年11月25日至2006年1月15日梯度站的观测资料,分析研究了青藏高原东部玛曲地区冬季小气候特征和地表辐射特征。结果表明,冬季玛曲地区存在较明显的局地环流,夜间有辐射逆温和逆湿现象存在。辐射各分量均小于青藏高原北部的观测值,晴天条件下太阳短波向下辐射和地面短波向上辐射均有明显的日变化规律。

河西地区绿洲NDVI的演变特征及与气候因子的关系分析

选取NOAA和NASAPathfinder AVHRR陆面资料中的1982-2000年中国区域的NDVI逐月数据,进行河西地区植被覆盖状况分析,探讨河西绿洲植被的演变规律,分析研究河西地区NDVI的年际变化特征,发现近20年来额济纳绿洲是明显退化的;临泽和民勤是明显的正值,金塔绿洲也为正值,但值较小。从时间段上来说,1982-1984年,NDVI处于相对高值段,各绿洲有所发展;1985-1989年是NDVI的低值段,绿洲退化;1990-1995是NDVI的高值段,绿洲的发展很明显;1996年开始,NDVI有所下降,绿洲有所退化。对1982-2000年河西绿洲的降水、气温、地温、及各内陆河的径流资料与河西绿洲中部临泽、民勤、金塔、额济纳旗四个绿洲的NDVI作了相关分析,研究了河西中部地区绿洲发展和气候变化及水资源的关系,发现河西中部地区绿洲NDVI与前期3、4月份的气温、降水、内陆河径流的关系较好,与5月份地气温差的相关关系较好。

山峰加热效应的数值试验研究

已有的资料分析和理论研究表明,山峰加热效应是形成冬季兰州市白天脱地逆温的主要原因。本文利用中尺度数值模式MM5,从数值试验角度研究了兰州市白天温度场和环流场的结构特征。模拟结果表明:冬季,白天日出后的皋兰山峰相对于周围空气是一个热源,在环流场的配合下,皋兰山峰的暖空气向市区上空输送,与河谷温度较低的冷空气形成了白天的脱地逆温;理想"削山"试验的结果表明,山峰海拔越高的山体,加热效应越明显,山谷城市的大气逆温强度和稳定度随着山峰海拔高度的降低而减小。数值试验结果进一步验证和补充了观测和理论分析的结论。