东疆黑戈壁陆面过程参数及陆面模式离线模拟

新疆东部黑戈壁气候恶劣、人迹罕至,是具有黑色砾石下垫面的生态脆弱区。利用东疆哈密戈壁陆气相互作用站2018年全年观测资料,给出该戈壁地表动力学与热力学粗糙度、比辐射率和地表反照率等陆面过程特征参数,并将这些参数代入Noah模式对该戈壁热通量、地表温度及土壤温湿度进行模拟。结果表明:(1)东疆黑戈壁下垫面动力学粗糙度为1.13×10^(-3) m,热力学粗糙度为0.32×10^(-3) m,比辐射率为0.905。(2)地表反照率日变化呈早晚高、中午低的“U”型曲线。12月因地面积雪反照率最高,年内极大值出现在12月8日,为0.79,年均反照率为0.29。(3)将改进后的陆面过程参数代入Noah模式,大大提高了模式在戈壁区域的模拟能力。

Noah-MP陆面模式在东疆黑戈壁的适用性

新疆东部黑戈壁作为气候恶劣、人迹罕至及黑色砾石下垫面的生态脆弱区,陆面过程参数化方案不易确定。利用东疆哈密戈壁陆气相互作用站观测数据集,开展Noah-MP陆面模式离线模拟试验,找出适合戈壁区域的最佳参数化方案组合,给出了土壤湿度对戈壁区域陆气热交换的影响。结果表明:(1)针对感热通量(H)、净辐射通量(R0)和土壤地表温度(T0)均表现为第二种组合方案的模拟误差(MB)最小,其中MBH=18.28 W·m^(-2),MBR0=14.92 W·m^(-2),MBT0=-1.19℃,模式效率(NSE)最高NSEH=0.74,NSER0=0.98,NSET0=0.96。针对潜热通量(LE)表现为第一种组合方案模拟效果最佳,其中MB为7.10 W·m^(-2),NSE为-0.57。(2)模式针对土壤湿度的模拟效果均不好,模式预报土壤湿度偏干,第七种组合方案的模式效率指数较高,为0.278。(3)针对土壤10 cm温度,第一种组合方案虽预报效率指数最高,为0.7,但误差较大,达1.23℃,第二种组合方案误差最小,为0.45℃。第二种组合方案在东疆黑戈壁地区的普适性最高。(4)Noah-MP在RMAPS-CA系统中在线耦合后,2 m温度的预报效果整体优于离线Noah模式。

新疆昌吉绿洲地表辐射收支特征

利用新疆昌吉佃坝绿洲区陆气相互作用观测站2020年3—11月的地表辐射观测数据和同期的天气现象观测记录数据,定量分析昌吉绿洲区不同时间尺度和不同天气条件下的地表辐射变化特征。结果表明:(1)辐射分量日均值和日峰值时间有季节性差异,特殊天气现象对辐射通量有影响。(2)地表辐射月曝辐量随季节变化显著。(3)地表反照率月平均日变化季节性明显,晴天时地表反照率呈平滑的“U形”曲线,非晴天时曲线变化皆不规则、不平滑。(4)不同天气下辐射分量有独特日变化特征,轻雾、雨天、大风、扬沙、多云天等典型天气会给辐射分量带来不同程度的衰减,雨天、大风和多云天气衰减最明显。

基于SPI的1961—2020年昌吉地区作物生长季气象干旱时空特征研究

基于昌吉地区1961—2020年的气象资料分析作物生长季标准化降水指数(SPI-7)的年际和年代际变化特征,揭示作物生长季干旱发生频率和强度。结果表明:1961—2020年昌吉地区作物生长季水分呈增加趋势,标准化降水指数以0.08/10 a的速率增加。气象干旱呈干—湿—干的年代际变化趋势,其中在1981年发生突变。干旱强度呈增加趋势,干旱发生面积呈弱减少趋势。东部地区是干旱高发区,但以轻旱为主;西部地区则是中旱、重旱和特旱高发区。昌吉地区的气象干旱存在6、9、16 a的周期震荡,与历史灾情具有很好的吻合性。

东疆黑戈壁太阳紫外辐射变化特征

利用东疆红柳河黑戈壁下垫面陆气相互作用观测站2017年太阳紫外辐射、总辐射和气象站天气现象观测数据,对东疆黑戈壁不同时间尺度和不同天气背景下的太阳A波段紫外辐射(UVA)和B波段(UVB)的变化特征进行了分析。结果表明:紫外辐射UVA和UVB日变化呈正态分布,UVA、UVB最大瞬时辐照度为67.97、2.15 W·m-2,最大曝辐量为2.09、0.05 MJ·m-2,年曝辐量为400.31、8.63 MJ·m-2;季节变化呈现夏季高、冬季低、春季高于秋季的特点;年变化呈现倒"U"型,年变化幅度呈夏季大、冬季小的趋势。紫外辐射占总辐射的比例呈夏高冬低的特点。不同天气下,其比例变化幅度也不相同,晴天大于雨天。太阳紫外辐射的月和年平均量以及紫外辐射年均值占总辐射年均值的比例,东疆黑戈壁地区都明显高于其他地区。

塔克拉玛干沙漠腹地雷电活动特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地的塔中气象站1996—2010年地面观测资料对该地区的雷暴和闪电特征进行了分析。结果表明:塔中地区年平均雷暴日数为9.3 d,年平均闪电日数为2.7 d。塔中地区4月开始出现雷暴和闪电,7月达到最高值,10月至翌年3月之间无雷暴和闪电发生,塔中地区雷暴平均初日为6月1日,平均终日为8月5日。塔中地区雷暴多出现在午后至凌晨,并以30 min以内的短时雷暴为主,雷暴出现的最多方位是W和N。

新疆气象大数据+棉花科创助农平台建设与应用

通过“气象大数据+棉花科创助农平台”的全面建设,实现了多源融合5 km气象实况分析产品、农用天气格点预报、农业气象灾害监测预警等技术,利用手机小程序和微信公众号、抖音账号等信息发布渠道向广大新疆棉农提供了棉花种植的产前、产中、产后系列化动态气象保障服务;组建新疆棉花气象科技服务团队,举办“棉花气象为农服务技术论坛”,为棉花气象助农服务提供良好的合作交流平台;创建全国首家棉花”气象科技小院”,致力于棉花生产全过程精细化、定制化智慧农业气象服务,防灾减灾科普宣传和棉花高产栽培管理等技术培训,推动新疆棉花产业提质增效、高质量发展,打通科技成果转化和技术推广、技术服务的“最后一公里”。

东疆黑戈壁近地大气边界层气象要素季节变化规律

利用东疆红柳河黑戈壁下垫面陆气相互作用观测站2017年近地大气边界层梯度探测资料和红柳河气象站天气现象观测数据,分析该地区典型晴天条件下的近地层风速、温度和比湿的四季廓线特征。结果表明:四季近地层风廓线变化规律明显。典型晴天条件下,在0.5~4 m高度内风速随高度的增加而变大的速度较快,在4~32 m范围内,白天风速随高度增大较缓慢,但夜间出现快速增大;存在明显的夜间逆温,逆温层主要集中在4~32 m,冬季逆温强于夏季,晨间0.5~32 m间的温度差可达4.6℃,且红柳河四季的气温日较差均较大,秋季可达到15.7℃;夜间比湿高于白天,秋、冬季夜间逆湿层出现在10~32 m,其比湿差为0.15 g/kg左右,夏季无逆湿现象。

中天山地区草地地表辐射收支演变规律

地表辐射对研究地表能量平衡及气候形成机制具有重要意义。利用中天山乌拉斯台地区陆气相互作用观测站2018年5月至2019年4月地表辐射数据,分析了中天山草地不同时间尺度和不同天气条件下的地表辐射与反照率变化特征。结果表明:(1)地表辐射月平均日变化除大气长波辐射较弱外,其余分量均呈单峰型,极值大小及时间存在差异,太阳总辐射与净辐射最大日峰值均出现在6月,为920.9与603.3 W/m^(2),大气与地表长波辐射分别出现在7月和8月,为327.5 W/m^(2)与471.7 W/m^(2),而反射短波辐射则出现在2月,为520.6 W/m^(2)。(2)太阳总辐射、反射短波辐射、大气与地表长波辐射年曝辐量分别为6860.62、2101.72、7171.25、10089.69 MJ/m^(2);就季节变化而言,反射短波辐射曝辐量在冬季明显高于其它季节,其它分量则均表现为夏季>春季>秋季>冬季。(3)不同月份地表反照率日变化均呈“U”型曲线,年均值为0.393,最大与最小月均值分别出现在12月与8月,为0.760与0.217。这种变化体现在季节上则为冬季>秋季>春季>夏季。(4)晴天地表辐射各分量日变化均较为光滑,多云、降水天则不如晴天平滑。太阳总辐射和地表长波辐射对降水的响应均为减弱,而大气长波辐射则为增强。反射短波辐射对降水的响应与地表反照率一致,即在雨天和降雪后分别为减弱和增强。

新疆气温季节变化时空分布特征研究

基于1961—2018年新疆105个气象站点的气温资料,运用气候倾向率、Mann-Kendall检验以及ArcGIS 10.7环境下的反距离加权(IDW)插值技术,探究新疆各季度平均气温的变化趋势、突变特征以及精细化时空分布规律。结果表明,新疆各季度多年平均气温空间分布总体表现为南疆高、北疆低,平原和盆(谷)地高、山区低的格局。新疆各季度近58 a平均气温均呈逐年上升趋势,其中春季气温在2011年突变性地增温,夏季气温在2003年突变,秋季气温在1994年突变,冬季气温在1985—1986年突变;各季度均呈先下降后持续上升的趋势,但不同季节、不同地区升温幅度不同,春季、秋季和冬季北疆气温增温速率最快,夏季天山山区增温速率最快,春季、夏季和秋季南疆气温增温速率最慢,冬季天山山区气温增温速率最慢,都通过显著性检验。新疆地区各季度平均气温增温速率由北向南递减,北部增温速率大于东北部,东北部大于中部,中部大于南部,南部大于东部,这表明寒冷地区增温快于温暖地区。

古尔班通古特沙漠大气边界层参数化方案的模拟评估

为准确描述我国最大的固定/半固定沙漠—古尔班通古特沙漠区域的大气边界层结构,利用该沙漠腹地2017年的梯度铁塔和通量观测数据,基于中尺度气象模式WRF(Weather Research and Forecast v3.7.1),分析了5种边界层参数化方案在古尔班通古特沙漠的适用性。结果表明:(1)采用WRF模拟沙漠腹地近地层内的边界层特征时,2 m气温的模拟存在冷偏差,5种边界层参数化方案均能较好地模拟出4个季节2 m气温的日变化特征,其中非局地方案ACM2(Asymmetric Convective Model version 2)对2 m气温效果最好,局地方案BL方案的模拟偏差最大。(2)5种边界层参数化方案均能够模拟出10 m风速的日变化特征,其中局地方案BL(Bougeault-Lacarrere)对10 m风速效果最佳。(3)采用WRF模拟沙漠近地层内的地表通量特征时,感热通量存在高估现象,潜热通量存在低估现象,5种边界层参数化方案均能较好地模拟出四个季节模拟时间段内地表净辐射通量的日变化特征,其中局地方案MYJ(Mellor-Yamada-Janjie)的模拟精度最高。

阿克苏地区雷暴时空变化特征

利用阿克苏地区1960—2010年雷暴资料,采用气候倾向率、保证率等气候诊断方法,探讨了阿克苏地区雷暴的时空分布规律、气候变化趋势等。结果表明,阿克苏地区雷暴空间分布表现为西多东少、北多南少,位于该地区西部的乌什县为雷暴多发中心;全区年平均雷暴日数为18.7～52.0d;阿克苏地区每10a雷暴日数减少2.8d;雷暴主要集中在3—11月,7月达到最大值,11月下旬至翌年2月基本无雷暴;80%的保证率下雷暴初日出现在5月中旬至下旬之间,雷暴终日出现在9月下旬至10月中旬之间;阿克苏地区一日当中雷暴主要发生在午后至前半夜,雷暴高峰值出现在16—19时,雷暴平均持续时间在35～47min,雷暴出现最多的方位是W和N。

古尔班通古特沙漠地表辐射收支特征

古尔班通古特沙漠是中国最大的固定、半固定沙漠。利用2017年该沙漠克拉美丽站辐射资料,分析了古尔班通古特沙漠不同时间尺度和不同天气条件下的地表辐射变化特征。结果表明:(1)不同月份沙漠辐射收支各分量月平均日变化均呈单峰型,但极值大小及出现时间存在差异。各分量曝辐量季节变化明显:太阳总辐射表现为生长期(4—9月)>积雪期(1—3月)>凋零期(10—12月),反射短波辐射表现为积雪期>生长期>凋零期,长波辐射和净辐射均表现为生长期>凋零期>积雪期。(2)地表反照率4—11月的日变化均呈“U”型曲线,年均值为0.367,积雪期、生长期、凋零期的平均值分别为0.7、0.246和0.27,其中1月1日至3月15日的日均值均高于0.7,这是该期间古尔班通古特沙漠存在稳定积雪所致。(3)晴天各分量日变化均为倒“U”型曲线,多云和雨天则不如晴天平滑,雪天短波辐射和净辐射日变化呈倒“V”型,长波辐射无明显日变化。降雨前后地表反照率日均值表现为雨前晴天>雨后晴天>雨天,降雪前后表现为雪后晴天>雪天>雪前晴天。(4)融雪前后各分量变化明显,积雪快速融化时地表反照率和反射短波辐射逐日减小,净辐射则反之,积雪完全融化前地表长波辐射一直较弱,积雪完全融化后逐渐增强。

卫星反演太阳紫外辐射数据产品在东疆黑戈壁区域的适用性验证

论文利用2017年东疆哈密地区红柳河黑戈壁地面高精度紫外辐射实测数据与美国NASA Langely研究中心大气科学数据中心提供的CERESSYN1 degEd4A产品数据,对卫星反演的紫外辐射A、B波段(UVA和UVB)数据在该地区的适用性进行了对比验证。结果表明:①在日尺度上,该地区地面实测紫外辐射UVA和UVB与卫星反演数据之间的相关系数达0.9以上,其中在全天空情况下UVA平均偏差为1.15 W·m-2、UVB平均偏差为0.03W·m-2,晴天条件下UVA和UVB的平均偏差分别为0.93 W·m-2和0.03 W·m-2;②在季节尺度上,实测和卫星反演UVA和UVB的偏差夏季最大,分别为2.04 W·m-2和0.05 W·m-2,春冬两季次之,秋季最小;③红柳河地区在春夏两季受到气溶胶光学厚度(AOD)影响较大,呈现显著负相关;④云量越大,紫外辐射削弱程度越大,在多云条件下地面实测与卫星反演UVA与UVB偏差最大,分别为1.73 W·m-2和0.05 W·m-2。