黄土高原表层土壤湿度与降水关系的分析

使用黄土高原气象台站的土壤湿度和降水观测资料以及GLDAS和CMFD再分析资料,分析黄土高原地区土壤湿度与降水量的时空分布及变化特征,通过回归分析、格兰杰因果检验和奇异值分解(Singular value decomposition,SVD),研究土壤湿度与降水之间的关系,分析初始土壤湿度影响随后降水的时间尺度与空间范围。结果显示:黄土高原的土壤湿度与随后1~2个月降水回归分析的解释方差相对较高,较大值在夏秋季节(7-10月),黄土高原不同区域(Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区)的土壤湿度与随后21天降水相关的时间较全区域的多,时间较集中,说明黄土高原土壤湿度分布不均匀,不同区域差别较大,较大的滞后降水时间尺度适用于较大空间范围的分析。格兰杰因果检验表明黄土高原全区域秋季(10月、11月)的初始土壤湿度对随后1个月或2个月的降水有显著影响,在Ⅲ区8月土壤湿度对10月的降水也有显著影响,这与回归分析的结果一致。再分析资料的SVD分解的结果显示,1979-2014年7月黄土高原中部、北部和东部土壤较湿润时,8月西部和北部边缘的降水偏多;9月东部的土壤偏湿润,则10月黄土高原西部以及南北部的一些地区降水偏多。土壤湿度与降水的显著相关区域重叠部分较少,说明黄土高原土壤湿度对降水的影响存在一定程度的时空不对称性。

柴达木盆地尘卷风的时空分布特征

沙尘气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分,其通过辐射效应和对云的形成及降水过程影响全球天气和气候变化,而尘卷风对全球沙尘气溶胶排放的贡献不容忽视。青藏高原北部的柴达木沙漠为高原尘卷风的发生提供了沙源。为研究柴达木盆地尘卷风的发生条件及其时空特征,本文利用1991-2020年ERA5再分析资料评估了尘卷风发生的热力学阈值,分析青藏高原尘卷风发生时数(PDDP_(hours))和柴达木盆地尘卷风起沙量的时空分布特征,探究了1991-2020年近地面温度递减率(LR)、对流比(w*/u*)和PDDP_(hours)的变化趋势。利用2016-2020年德令哈国家基本气象站的地面降水数据、德令哈空气质量监测站的细颗粒物PM_(2.5)和PM_(10)数据以及Aura卫星臭氧监测仪的紫外吸收性气溶胶指数(UVAI)数据,分析柴达木盆地夏季尘卷风对PM_(2.5)和PM_(10)的可能贡献。结果表明,w*/u*和LR是影响尘卷风形成的关键因素,不同热力条件下PDDP_(hours)均具有单峰日变化特征,在12:00-16:00(北京时)达到峰值。结合柴达木盆地PDDP_(hours)累计贡献的日变化特征,确定尘卷风发生的热力学阈值是w*/u*>5和LR>10 K·m^(-1)。分析表明,青藏高原夏季北部的柴达木盆地和西南部PDDP_(hours)较大。柴达木盆地夏季尘卷风的起沙量最大,起沙范围也较大,平均起沙量可达1.28×10^(5)t,占全年平均起沙量的69.8%。1991-2020年柴达木盆地LR呈现明显的减小趋势,w*/u*呈增加趋势,导致PDDP_(hours)有明显的减小趋势。虽然夏季德令哈降水明显较其他季节多,但夏季UVAI较大,说明夏季除沙尘暴外尘卷风可能对该地区PM_(2.5)和PM_(10)有重要贡献。