1993-2022年罗斯海夏季感热和潜热通量的年际变化

大气下垫面感热和潜热通量是海-冰-气耦合系统中重要的环境变量。基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的第五代再分析资料(ERA5),本文研究了1993-2022年南大洋罗斯海夏季月份感热和潜热通量的年际变化。1月气候态分布显示,感热和潜热通量绝对值在空间上表现为陆架高海盆低。感热和潜热通量异常场的经验正交函数分析表明,前三模态累积方差贡献率超过75%,第一模态空间型主要强调区域一致变化,且第一模态时间系数存在约2.9年和4.4年的变化周期。陆架区感热和潜热通量的年际变化具有非常高的相关性。另一方面,感热通量与风速和海-气温差具有较高相关性,潜热通量与风速和海-气比湿差具有较高相关性,这些相关系数具有明显的空间分布。研究量化了南大洋罗斯海夏季感热和潜热通量年际变化,初步探讨了感热和潜热通量年际变化影响因素,可为南大洋罗斯海海-冰-气相互作用研究提供参考。

中国西南地区地表感热和潜热通量时空变化特征

基于1979—2017年ERA再分析资料地表潜热和感热通量数据,采用经验正交函数(EOF)和功率谱方法对中国西南地区地表感热和潜热通量时空变化特征进行分析。结果表明:(1)中国西南地区,春季感热通量比夏季大;而潜热通量则是夏季大、春季小。春夏季感热通量在2000年以后有明显减弱;而春夏季的潜热通量从2000年以后显著增强。(2)春季感热通量主要存在3种模态空间型,表现为东西反向、全区一致和“-+”偶极子分布;夏季感热通量主要存在2种模态空间型,表现为空间分布一致型。相应的时间系数表征了夏季感热通量显著的年代际变化特征。春季潜热通量存在3种模态空间型,主要表现为全区一致、东西反向和由中心向外递减分布;夏季潜热通量主要存在2种模态空间型,主要表现为全区一致型和由西北向东南呈梯形逐步增强的趋势。相应的时间系数表征了潜热通量显著的年际和年代际变化特征。(3)春夏季感热通量主要有3 a左右的年际变化和10 a以上的年代际变化特征,且年代际变化信号强于年际变化信号。春夏季潜热通量主要存在10 a以上的年代际变化特征。

祁连山老虎沟12号冰川近地层微气象特征分析

利用2009年9月1日-2010年8月31日祁连山老虎沟12号冰川海拔4 550m气象观测资料,分析并讨论了气温、降水、比湿、气压、风速、风向、总辐射、感热和潜热通量的变化特征。结果表明,在冰川下垫面影响下,气温的逐时变化呈现出升温比降温要快,但季节变化则相反,气温变化的位相比风速要超前;降水主要集中在5～9月,占全年降水的68.1%;冬季平均风速最大,夏季最小,春季高于秋季,春、秋季冰川风的强度要大于谷风,夏季则相反,冬季冰川风占绝对主导地位,且冰川风对地气间的能量交换有重要影响;全年感热通量日平均值大部分都为正值,而潜热通量基本都为负值,在气温较高、风速较大的情况下二者均有明显的增加;夏季感热和潜热通量的绝对值都比冬季要大。

南海区域海气热通量的变化特征分析

应用由卫星SSM/I(Special Sensor Microwave/Imager)和AVHRR(Advanced Very High Resolution Radiometer)遥感资料,使用先进的海气通量计算方法(TAGA COARE3.0),计算出南海1987年7月至2004年12月共200个月的海气界面的感热和潜热通量(0.25°×0.25°),其结果与实测结果比较发现,由卫星反演的海气热通量与实测结果非常一致。与GSSTF2的结果相比,其时空分布变化特征基本一致。由此说明,利用卫星遥感获得的热通量可以用来进行中国近海海气相互作用的研究以及作为我国气候预测研究的重要依据。由多年南海海气热通量的分析表明,南海区域热通量的变化具有显著的年变化和年际变化特征,其周期分别是0.5a、1a、准3a和6～11a。其中准3a和6～11a周期与中国旱涝的周期一致。因此,可以认为南海区域热通量的年际变化对中国的旱涝分布将起着不可低估的作用。

中国近海海气界面热通量的反演

应用卫星SSM／I（Special Sensor Microwave／Imager）和AVHRR（Advanced VeryHighResolution Radiometer）遥感资料，使用先进的海气通量计算方法（COARE3．0），计算了中国近海海气界面的感热和潜热通量．计算结果与南海西沙（2002年5月）和文昌（2000年10-11月）实测结果进行比较发现，应用遥感资料获得的海气界面热通量与实测结果非常一致．遥感获得的感热通量和潜热通量与西沙实测结果的均方根误差分别为2．9和29．9w／m^2，与文昌实测结果的均方根误差：2000年10月分别为4．42和43．05W／m^2，2000年11月分别为4．19和40．8W／m^2，与GSSTF2的结果相比，其时空分布变化特征基本一致．根据中国近海遥感资料（1988-2000年）的感热通量的分析，其均方根误差在10．1～12．4W／m^2之间，多年平均均方根误差为11．7W／m^2．潜热通量的均方根误差在34．8～49．7W／m^2之间，多年平均均方根误差为43．2W／m^2．由此可以说明，利用遥感获得的热通量可以用来进行中国近海海气相互作用的研究以及作为我国气候预测研究的重要依据.

对2005年12月4日日本海极地低压的个例分析

利用GOES(Geostationary Operational Environmental Satellite)-9红外卫星云图和NCEP(National Centers for Environmental Prediction)发行的FNL(Final Analyses)客观分析资料以及潜热通量资料,对2005年12月4日发生在日本海上空的1个极地低压的时空特征进行了研究。首先根据卫星云图特征,对该极地低压的演变过程进行了分析,可以划分为初始、发展、成熟和衰亡4个阶段。极地低压发展前,大气的斜压性较强,高空伴随有很强的冷平流。在卫星云图上,成熟时的极地低压伴随有螺旋云系,并有明显的眼区,眼区为无风区,且眼区中心附近有很强的上升气流。该极地低压具有暖心结构,眼区周围的气压梯度很大,大风区位于低压中心的西侧。在极地低压发展和成熟阶段,其中心附近的潜热通量可达到220Wm2。

不同人为干扰地表条件下湍流通量特征的研究

利用1993至1994年日本国家农业环境研究所与中国科学院沙漠研究所合作在内蒙古奈曼地区实测的8种下垫面(沙丘、草地、4种放牧强度的草原、玉米田、大豆田)的净辐射、土壤热通量、2个高度的温度、相对湿度和风速等微气象资料,分别采用Bowen比法和空气动力学方法计算了不同下垫面的感热通量和潜热通量,并将两种方法的计算结果作了比较．结果表明:采用空气动力学方法计算的感热通量与Bowen比法的计算结果相比有偏大趋势,且随稳定度参数Richardson数Ri的减小,两者的差增大．在植被较多的下垫面,两种方法计算的感热通量相关性较好．对于潜热通量,植被覆盖率越大的下垫面,空气动力学方法的计算结果偏小越多．

欧亚大陆土壤焓异常持续性的时空变化特征

土壤焓作为一种综合考虑地表状况(如土壤湿度、土壤温度等)的特殊陆面因子,可以直接从能量角度反映陆地下垫面的热力状况,故探讨土壤焓异常持续性的相关特征,有助于加深理解地表热力异常对气候的影响。本研究基于陆面过程模式CLM4.0模拟的土壤温度、土壤液态水和土壤固态水及土壤物质类型(IGBP地表属性),分别计算了欧亚大陆冬季和夏季土壤干物质焓、土壤液态水焓和土壤固态水焓及土壤焓(前三者之和);由于土壤温度和土壤固、液态水含量的差异,浅层土壤焓及其三个组元表现出明显的区域性和季节性特征;欧亚大陆冬季土壤焓异常持续性总体较夏季强,尤其是中高纬地区;另外,土壤干物质焓、液态水焓的纬度和季节性差异也体现在对近地面大气的热力强迫上,具体表现为土壤干物质焓、液态水焓分别与感热、潜热密切相关。本研究通过较为细致地分析土壤焓异常持续性的时空变化特征,为进一步开展下垫面热力异常(以土壤焓表征)的气候效应提供了重要的信息参考。

积雪在El Nino影响东亚夏季气候异常中的作用

本文利用1948—2010年Global Land Data Assimilation System(GLDAS)NOAH陆面模式资料、GPCC月平均降水资料和NCAR/NCEP全球月平均再分析资料,采用滤波、距平合成和线性相关等方法,分析了El Nino成熟位相冬季欧亚大陆积雪异常的分布特征,研究了关键区积雪融化对后期春、夏季土壤湿度、土壤温度以及大气环流与降水的影响,揭示了El Nino事件通过关键区积雪储存其强迫信号并影响东亚夏季气候异常的机制和过程.主要结论如下:El Nino成熟阶段冬季伊朗高原、巴尔喀什湖东北部和青藏高原南麓区域是雪深异常的三个关键区,这些区域的雪深、雪融和土壤湿度有明显的正相关;这三个关键区雪深异常通过春季融雪将冬季El Nino信号传递给春、夏季局地土壤湿度,通过减少感热通量和增加潜热通量对大气环流产生影响;春末夏初伊朗高原土壤湿度异常对东亚夏季气候异常的影响最大,其引起的降水异常与El Nino次年夏季降水异常分布基本一致,春夏季青藏高原南麓和巴尔喀什湖附近土壤湿度也都明显增加,均会对中国华北降水增加有显著正贡献.总之,在利用El Nino事件研究和预测东亚夏季气候异常时,还应考虑关键区雪深异常对El Nino信号的存储和调制作用.

峨眉山地区近地层微气象特征研究

基于2019年12月至2020年11月峨眉山站梯度塔资料、辐射观测资料和地表通量资料,采用涡动相关法对峨眉山地区近地层的地表通量和蒸散发量的变化进行分析,并估算了零平面位移、空气动力粗糙度、空气热力粗糙度、动量通量输送系数和感热通量输送系数等重要的空气动力学和热力学参数。研究表明:近地面风速呈现高层高、低层低的特征,且高层日变化较低层明显;垂直风廓线在冠层内与冠层上存在明显不同的相关关系及拐点现象,拐点以下风速随高度的增速明显比拐点以上的小;零平面位移d年平均值为10.45 m;空气动力学粗糙度Z_(0m)和空气热力学粗糙度Z_(0h)年均值分别为1.65 m和9.95 m;动量通量输送系数C_(D)和感热通量输送系数C_(H)的年平均值分别为1.58×10^(-2)和3.79×10^(-3);近地层降水发生次数和降水量多寡有明显的季节变化,7月降水日和降水量都较多,近地层降水日变化明显,表现出川西盆地典型的夜雨特征;感热通量和潜热通量白天的主导地位随季节变化,夏季潜热通量占主导地位,冬季感热输送占主导地位;各天的蒸散发主要发生在08:00(北京时,下同)-17:00,在11:00-14:00达到最大值,且季节差异明显。