青藏高原多圈层地气相互作用过程研究进展和回顾

青藏高原高大的地形条件,使得其具有十分显著的动力作用和热力作用,这导致高原地表与大气之间的相互作用和大气边界层发展过程对高原及周边地区的天气过程和气候变化的影响至关重要。自20世纪60年代,特别是1979年以来,人们先后开展了"第一次青藏高原气象科学试验(QXPMEX)"、"第二次青藏高原大气科学试验(TIPEX-Ⅱ)"、"全球能量水循环亚洲季风青藏高原试验研究(GAME/Tibet)"、"全球协调加强观测计划亚澳季风之青藏高原试验(CAMP/Tibet)"、"青藏高原观测研究平台"(TORP)及"第三次青藏高原大气科学试验(TIPEX-Ⅲ)"等观测研究项目,地气相互作用过程以及大气边界层过程的观测分析、数值模拟及卫星遥感应用研究都是其中最重要的研究内容。本文以地气相互作用研究为主线,回顾了40年来历次重大青藏高原大气科学试验,系统归纳总结了陆面过程和大气边界层过程观测试验,分别从地气相互作用过程观测研究、大气边界层过程观测研究、地面和大气热源观测与估算研究、地表蒸散发遥感估算研究以及地气相互作用过程数值模拟研究等方向,对相关研究成果进行了简要的归纳梳理,并且针对野外观测、资料分析以及模式发展方面存在的不足进行了讨论,同时对青藏高原地气相互作用研究在这几个方面未来的发展进行了展望。

青藏高原热源对我国旱区气候异常影响研究进展

青藏高原热源作用加强了我国旱区气候背景的形成和维持,同时也对我国旱区的气候异常产生重要影响。深入认识高原热源变化与我国旱区气候异常之间的联系,对于维系旱区生态安全、防范重大气象灾害、促进区域可持续发展具有重要意义。本文回顾和梳理了当前关于高原热源对我国旱区气候异常影响的相关研究,包括高原热源的气候特征、高原热源对我国旱区气候异常的影响以及高原热源前期信号对我国旱区气候的预测作用。已有研究表明,高原热源的时空分布特征具有显著的季节性、区域性以及时间阶段性差异,通过调控高原北侧经圈环流、南亚高压、西风急流、纬向行星波等环流系统可对我国旱区气候异常产生影响;同时,高原积雪、冻土等通过陆面过程改变地表能量平衡和土壤水热传输影响高原热源,可作为前期信号运用于旱区夏季降水预测。最后,在总结已有研究进展和成果的基础上,对今后高原热源对我国旱区气候异常影响的研究方向做了展望,即在全球变暖背景下高原热源的时空变化规律仍存在很大不确定性,高原热源影响我国旱区气候异常的途径目前尚不全面,二者之间的内在影响机制仍有待进一步研究。

青藏高原多年冻土区地表能量收支过程及其对活动层影响的初步分析

基于2005—2016年青藏高原多年冻土区唐古拉和西大滩站的气象、涡动通量以及活动层资料,利用涡动相关法、气象梯度法和SHAW模型等方法探究了气候变化背景下高原多年冻土区地表能量通量变化规律及其对活动层的影响。结果表明:2005—2016年唐古拉和西大滩气温、地气温差有所升高,年降水量、10 cm土壤含水量及风速有所下降。2005年以来唐古拉和西大滩净辐射(Rn)与感热(H)呈增加趋势,潜热(LE)呈减小趋势,地表土壤热通量(G)变化较小。唐古拉和西大滩地表能量通量季节变化明显,但受海拔、纬度、坡向、土壤冻融过程、降水、下垫面状况等因素的影响,地表能量通量存在区域差异。研究时段内,唐古拉和西大滩地表冻结指数与土壤热通量呈负相关;融化指数、活动层厚度与土壤热通量呈正相关,融化期间土壤热通量积累量与融化深度的变化呈线性增加关系。

那曲地区不同季节陆面过程与大气边界层演变耦合关系的对比分析

陆面过程与大气边界层之间耦合关系是理解青藏高原热力效应的关键环节和难点之一。本文基于那曲高寒气候环境观测研究站2019年5月、7月和10月地面及探空观测数据分析了青藏高原那曲地区地表能量收支及大气温湿垂直廓线的日变化和季节差异,探讨了该地区干湿季大气边界层高度的演变规律。结果表明,在5月观测期间内受日间净辐射强度变化的影响,对流边界层在晴天较高,为2842 m;阴天较低,为1481 m,强对流天气也可能使其在低层转变成稳定边界层。同时,位于近地层大气的感热和潜热交换为大气边界层的维持和发展提供了能量支持,位温和比湿垂直廓线能够正确反映出那曲地区大气边界层高度的季节性差异,对流边界层高度在5月最高、10月次之、7月最低,而稳定边界层在7月最高、5月次之、10月最低。

Cooling effect of ballast revetment on the roadbed of Qinghai-Tibetan Railway

The data obtained through the roadbed surface thermal regime experiment (ROBSTREX), which was carried out at Beiluhe test section of Qinghai-Tibetan Railway from October to December in 2002, were used to estimate the cooling effect of ballast revetment on the roadbed. The results show that both riprap rock ballast revetment and crushed stone ballast revetment can reduce the temperature of the roadbed. But the cooling effect of riprap rock ballast revetment is better than that of crushed stone ballast revetment when the temperature of roadbed is higher. The cooling effect of crushed stone ballast revetment is better than that of riprap rock ballast revetment when the temperature of the roadbed is lower, especially at deeper roadbed layers. In the frozen season, the heat release from the roadbed also shows that the cooling effect of ballast revetment on the roadbed is obvious, and the cooling effect of crushed stone-ballast revetment on the roadbed is much evident than that of riprap rock ballast revetment.