Statistics of cloud heights over the Tibetan Plateau and its surrounding region derived from CloudSat data

Cloud-radiation interaction has a large impact on the Earth＇s weather and climate change, and clouds with different heights cause different radiative forcing. Thus, the information on the statistics of cloud height and its variation in space and time is very important to global climate change studies. In this paper, cloud top height （CTH）, cloud base height （CBH） and cloud thickness over regions of the Tibetan Plateau, south slope of the plateau and South Asian Monsoon are analyzed based on CloudSat data during the period from June 2006 to December 2007. The results show that frequency of CTH and CBH in unit area over the studied regions have certain temporal-spatial continuity. The CTH and CBH of different cloud types have different variation scopes, and their seasonal variations are distinct. Cloud thickness is large （small） in summer （winter）, and the percentages of different cloud types also have certain regularity.

Age and height of last highest lake levels on theTibetan Plateau and their enveironmentalsignificance

The fluctuation of lake levels in Tibetan area may be well reflected by the landformevidences, especially the last highest lake levels. This, in a certain degree, is more suitable fordetermning the climatic humidity and aridity in macro scale compared with many other indicatorswhich are also sensitive to the sedimentary environmental change. According to the analyses of thelakes such as Tianshuihai Lake, Bangdag Co, Lungmu Co, Bangong Co, Serfing Co, Chabyer Caka,Qahan salt lake, Qinghai lake, the lake group in north-east Qiangtang and the lake group in southTibet. the authors thought that the lakes on the Tibetan Plateau generally appeared the high lakelevel during 40-25 ka BP. The plenty of water quantity may represent a special warm-humid stage inTibet area compared with the sub-warm-humid stage reflected by marine oxygen isotope records.Thus, there may existed different driving factors to climatic changes between the high latitUde areasand middle-low latitude mountains.

Main Detrainment Height of Deep Convection Systems over the Tibetan Plateau and Its Southern Slope

Deep convection systems (DCSs) can rapidly lift water vapor and other pollutants from the lower troposphere to the upper troposphere and lower stratosphere. The main detrainment height determines the level to which the air parcel is lifted. We analyzed the main detrainment height over the Tibetan Plateau and its southern slope based on the CloudSat Cloud Profiling Radar 2B_GEOPROF dataset and the Aura Microwave Limb Sounder Level 2 cloud ice product onboard the Atrain constellation of Earth-observing satellites. It was found that the DCSs over the Tibetan Plateau and its southern slope have a higher main detrainment height (about 10-16 km) than other regions in the same latitude. The mean main detrainment heights are 12.9 and 13.3 km over the Tibetan Plateau and its southern slope, respectively. The cloud ice water path decreases by 16.8% after excluding the influences of DCSs, and the height with the maximum increase in cloud ice water content is located at 178 hPa (about 13 km). The main detrainment height and outflow horizontal range are higher and larger over the central and eastern Tibetan Plateau, the west of the southern slope, and the southeastern edge of the Tibetan Plateau than that over the northwestern Tibetan Plateau. The main detrainment height and outflow horizontal range are lower and broader at nighttime than during daytime.

Unveiling Cloud Vertical Structures over the Interior Tibetan Plateau through Anomaly Detection in Synergetic Lidar and Radar Observations

Cloud vertical structure(CVS)strongly affects atmospheric circulation and radiative transfer.Yet,long-term,groundbased observations are scarce over the Tibetan Plateau(TP)despite its vital role in global climate.This study utilizes ground-based lidar and Ka-band cloud profiling radar(KaCR)measurements at Yangbajain(YBJ),TP,from October 2021 to September 2022 to characterize cloud properties.A satisfactorily performing novel anomaly detection algorithm(LevelShiftAD)is proposed for lidar and KaCR profiles to identify cloud boundaries.Cloud base heights(CBH)retrieved from KaCR and lidar observations show good consistency,with a correlation coefficient of 0.78 and a mean difference of-0.06 km.Cloud top heights(CTH)derived from KaCR match the FengYun-4A and Himawari-8 products well.Thus,KaCR measurements serve as the primary dataset for investigating CVSs over the TP.Different diurnal cycles occur in summer and winter.The diurnal cycle is characterized by a pronounced increase in cloud occurrence frequency in the afternoon with an early-morning decrease in winter,while cloud amounts remain high all day,with scattered nocturnal increases in summer.Summer features more frequent clouds with larger geometrical thicknesses,a higher multi-layer ratio,and greater inter-cloud spacing.Around 26%of the cloud bases occur below 0.5 km.Winter exhibits a bimodal distribution of cloud base heights with peaks at 0-0.5 km and 2-2.5 km.Single-layer and geometrically thin clouds prevail at YBJ.This study enriches long-term measurements of CVSs over the TP,and the robust anomaly detection method helps quantify cloud macro-physical properties via synergistic lidar and radar observations.

Evaluation of the Trend Uncertainty in Summer Ozone Valley over the Tibetan Plateau in Three Reanalysis Datasets

Trend uncertainty in the ozone valley over the Tibetan Plateau（OVTP）and the South Asian high（SAH）during1979–2009 in ERA-Interim（interim reanalysis data from the ECMWF）,JRA-55（55-yr reanalysis data from the Japan Meteorological Agency）,and NCEP-CFSR（Climate Forecast System Reanalysis）datasets was evaluated.The results showed that the NCEP-CFSR OVTP became strong in the summers of 1979–2009,whereas it became weak according to ERA-Interim and JRA-55.Satellite data merged with TOMS（Total Ozone Mapping Spectrometer）and OMI（Ozone Monitoring Instrument）agreed with the OVTP trend of NCEP-CFSR.The OVTP strengthening in NCEP-CFSR may have been caused by SAH intensification,a rising tropopause,and increasing ozone over non-TP（non-Tibetan Plateau）areas（27°–37°N,〈75°E and〉105°E）.Analogously,the OVTP weakening in ERA-Interim and JRA-55 may have been affected by weakening SAH,descending tropopause,and decreasing non-TP ozone.

Community-level trait responses and intra-specific trait variability play important roles in driving community productivity in an alpine meadow on the Tibetan Plateau

Aims Human activities have dramatically increased nutrient inputs to ecosys-tems,impacting plant community diversity,composition and function-ing.Extensive research has shown that a decrease in species diversity and an increase in productivity are a common phenomenon following fertilization in grasslands ecosystem.The magnitude of the response of species diversity and above-ground net primary productivity(ANPP)to fertilization mainly depends on species traits(mean trait values)and traits variability(plasticity).Our aim of this study was to examine(i)changes of species diversity(species richness and Shannon-Wiener index)and ANPP following fertilization;(ii)which species traits or community-weighted mean(CWM)traits can determine ANPP,as expected from the‘biomass ratio hypothesis’;and(iii)the relative role of intra-specific and inter-specific trait variability in this process following fertilization.Methods We measured ANPP and four key plant functional traits:specific leaf area(SLA),leaf dry matter content(LDMC),mature plant height(MPH)and leaf nitrogen concentration(LNC)for 25 component species along a fertilization gradient in an alpine meadow on the Tibetan Plateau.In addition,trait variation of species was assessed using coefficients of variation(CV),and we calculated the ratio of the CVintra to the CVinter.Important Findings Our results showed that:(i)fertilization significantly reduced species richness and Shannon-Weiner diversity index,but sig-nificantly increased ANPP;(ii)there was a significant positive correlation between ANPP and CWM-SLA and CWM-MPH,yet there was no significant relationship between ANPP and CWM-LNC or CWM-LDMC;(iii)intra-specific variability in SLA and MPH was found to be much greater than inter-specific variability,especially at the higher fertilization levels.We con-cluded that CWM-SLA and CWM-MPH can be used to assess the impacts of species changes on ecosystem functioning,and dominant species can maximize resource use through intra-spe-cific variability in SLA and MPH to compensate for the loss of species following fertilization,therefore maintaining high com-munity productivity.

青藏高原地区积雪与雪线高度时空变化研究

积雪对气候变化具有高度敏感性,研究积雪变化对区域水循环及生态环境演变具有重要意义。基于遥感数据和河流水系分布情况,将青藏高原划分为12个子流域,分析了青藏高原及其子流域的积雪深度、积雪覆盖率、雪线高度的时空变化特征。结果表明:①1979—2020年青藏高原积雪深度呈明显降低趋势,空间上积雪深度由中心区域向四周递增,阿姆河流域多年平均积雪深度最大,印度河流域的次之。②2000-2015年青藏高原多年平均积雪覆盖率为29.66%,呈平缓的下降趋势,印度河流域的积雪覆盖率最大,高达39.83%,塔里木河的次之。③青藏高原雪线高度的变化范围为[4700,5000]m,夏季的雪线高度整体偏高,在8月达到最大值;各子流域雪线高度由大到小的排序依次为雅鲁藏布江流域、印度河流域、河西流域、恒河流域、长江流域、怒江流域、阿姆河流域、塔里木河流域、柴达木河流域、内河流域、黄河流域、澜沧江流域。研究结果对寒区水资源管理和生态环境可持续发展具有重要意义。

高高原受限空间内小尺度油池火燃烧特性试验研究

为研究我国高高原地区的受限空间内液体燃料小尺度油池火燃烧特性,在高高原康定机场自主搭建受限空间内油池火的试验平台。共选取3类典型液体燃料(航空煤油、航空汽油、正庚烷)进行燃烧试验,测量火焰高度、火焰温度和烟气成分等变化规律,研究了高高原受限空间内小尺度油池火行为。研究发现:在高高原地区,正庚烷稳定燃烧阶段的平均火焰高度可以通过模型L/D=k+0.254Q^(2/5)/D表示,其中,火焰高度与压力之间的关系式为L/D~p^(-2/9)。3种燃料的火焰最高温度均超过600℃,而羽流轴线温升与火焰高度呈现-5/3的指数关系。产烟速率则表现出对环境压力的依赖性,其关系可表示为:v~p^(-1/3)。

基于地基C波段垂直雷达的青藏高原大气边界层湍流特征研究

基于2014年7—8月那曲地区不同来源的边界层高度资料(包括C波段调频连续波垂直探测雷达(BLH_(CR))、L波段探空(BLH_(SD))、梯度塔观测及欧洲中心再分析数据集(BLH_(ERA5))),分析了边界层高度(BLH)、不同感热通量(SH)和稳定度(z/L或BLH_(CR)/L)条件下近地层和混合层湍流统计特征及湍流谱。主要结果如下:(1)BLH_(CR)、BLH_(SD)与BLH_(ERA5)互相之间有很好的相关,均方根偏差约为0.6 km。那曲地区BLH_(CR)的日变化较为明显,日较差中值为0.7—0.8 km。在北京时16时BLH_(CR)达最大,样本中值约为1.2 km。(2)随着感热通量增大,近地层垂直速度标准差(σ_(w))、温度标准差(σT)、温度与垂直速度相关系数(R_(wT))逐渐增大,σT增大速率呈线性,σ_(w)和R_(wT)的增大速率在感热通量超过一定阈值后逐渐减小。当-z/L<0.3时,σT和R_(wT)随-z/L增大迅速增大;-z/L≥0.3时增速明显趋缓。(3)混合层内湍流垂直速度方差(σ_(w)^(2))最大值出现在(0.25—0.3)×BLH_(CR)高度,平均值为1.2—1.3 m^(2)/s^(2)。强不稳定时混合层内σ_(w)^(2)略小于弱不稳定;σ_(w)^(2)平均值随感热通量增大而增大。归一化湍流垂直速度方差(σ_(w)^(2)/w_*2)随z/BLH_(CR)增大先迅速增大后逐渐减小,极大值出现在0.35×BLH_(CR)附近。(4)随着不稳定层结的增强,近地层和混合层的归一化垂直速度谱均谱峰左移,谱峰对应的归一化功率谱密度变大。强不稳定时湍流尺度变大、能量增强。

改良外侧胫骨平台骨折塌陷关节面复位术治疗胫骨平台骨折的效果

目的:探讨研究改良外侧胫骨平台骨折塌陷关节面复位术治疗胫骨平台骨折的疗效。方法:将2020年3月1日-2023年3月1日于本院收治的胫骨平台骨折患者中抽出120例作为观察对象,根据治疗方法差异性分为2组,各60例,对照组采用常规治疗,观察组采用改良外侧胫骨平台骨折塌陷关节面复位术,比较2组患者治疗效果。结果:手术后即刻及末次随访时,观察组关节面塌陷高度均较对照组低,组间差异有统计学意义(P<0.05);术后8、16周,观察组膝关节评分量表、膝关节日常功能评价表评分均较对照组高,膝关节伸直及伸屈最大角度均较对照组大,组间差异有统计学意义(P<0.05);观察组并发症发生率为5.00%,低于对照组的20.00%,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:针对胫骨平台骨折患者采用改良外侧胫骨平台骨折塌陷关节面复位术,不仅可以降低其关节面塌陷高度,还能加快患者膝关节功能恢复进度,提高关节活动度,降低并发症发生率,整体手术效果显著,值得推广。

利用CloudSat资料分析青藏高原、高原南坡及南亚季风区云高度的统计特征量

云与辐射的相互作用对全球的天气和气候变化过程有着重要的影响,不同高度的云有着不同的辐射强迫,获得云体高度及其在时空上的变化对研究全球气候的变化有着重要意义。本文利用云卫星上的云廓线雷达(CloudSat/CPR)2006年6月—2007年12月期间的资料,对比分析了青藏高原、高原南坡和南亚季风区域不同云类的云顶、云底高度和云厚统计量。结果表明,在所研究区域单位面积上的云顶和云底高度变化具有一定的时空连续性,不同云类的云顶和云底高度存在不同的变化范围,且随着季节的改变均有明显的变化;同时各区域不同云类的云体厚度在夏季较大,冬季较小;各区域不同云类所占的比例(云量)也具有一定的季节变化规律。

三套位势高度再分析资料在青藏高原地区的对比分析

利用ERA40、NCEP/NCAR和JRA25再分析资料以及青藏高原(下称高原)地区的探空资料和1979年高原地区第一次气象科学试验资料,较详细地比较了高原地区位势高度的分布和变化特征。结果表明,三套再分析资料在高原地区具有一定的相似性,但仍存在明显的差别。相比较而言,再分析资料与探空资料位势高度值呈显著正相关关系,JRA25再分析资料的相关系数最大,其标准差最小;但是在高原中部和南部地区,ERA40再分析资料偏差略小于NCEP/NCAR和JRA25再分析资料。再分析资料与第一次高原气象科学试验资料之间具有显著的空间相关性,其相关系数随高度的升高而增加,在400hPa达到最大值,同一标准等压面上再分析资料与试验资料的空间相关性之间存在着差别。

青藏高原大气边界层湍流特征量分析

采用１９７９年青藏高原气象科学实验资料，研究高原陆面上总体湍流输送系数ＣＤ和ＣＨ的特征及边界层高度受高原地形的影响。结果表明，用廓线法计算的高原上局地的ＣＤ和ＣＨ值比同样粗糙度长度条件下平原地区的值大得多，而且日较差也大于平原地区。主要是青藏高原地处内陆，气温强烈的日变化引起大气层结日变化加大所致；其次，地形复杂增强了机械湍流运动。这里的边界层高度也比平原地区通常出现的值要大得多。

近30年青藏高原臭氧总量亏损的可能原因及其与对流层顶高度的联系

基于总臭氧测绘光谱计TOMS和太阳向后紫外线散射仪SBUV结合得到的30年(1979-2008年)全球月平均臭氧总量资料,首先分析了近30年青藏高原(下称高原)上空臭氧总量的下降趋势,然后讨论了高原动力抬升作用对臭氧总量的影响,最后探讨了高原臭氧总量亏损与高原对流层顶高度的联系。结果表明,高原臭氧总量及其下降趋势均存在着明显的季节差异,与同纬度非高原区相比,高原地区各月的臭氧总量均偏低,特别是在3-9月臭氧亏损严重;近30年高原地区臭氧总量在各季节均呈现出下降趋势,除了秋季外,其下降幅度均超过同纬度其他地区;春、夏季高原动力抬升有利于对流层低浓度的臭氧含量向平流层输送,从而导致高原臭氧总量的减少。近30年春、夏季高原臭氧总量亏损与夏季高原第二对流层顶高度的抬升存在着密切关系。

青藏高原中部地区不稳定大气边界层高度的确定与分析

利用1998年第2次青藏高原大气科学实验(TibetPlateauExperiment,TIPEX)当雄大气边界层加强观测站的湍流观测资料,计算了青藏高原中部地区不稳定大气边界层的高度;结合低空探空获取的温度随高度的探测资料,对比分析了高原边界层演变规律,以及实验站干季、雨季不同时期的高原边界层发展规律异同;讨论了高原边界层厚度受高原地形的影响。得到高原边界层演变规律及高原边界层发展迅速,持续时间长等特点。

青藏高原对流层顶高度与臭氧总量及上升运动的耦合关系

根据1979—2008年青藏高原地区14个探空站对流层顶气压资料以及同期各标准等压面上的温度资料,分析了不同季节高原上空两类对流层顶高度与高空各层温度之间的关系;在此基础上,结合同期的NCEP/NCAR月平均再分析资料以及NASA提供的TOMS/SBUV月平均臭氧总量资料,分别讨论了高原上升运动以及高原臭氧总量与对流层顶高度的耦合关系。结果表明:高原第一(二)对流层顶高度全年处在300～200hPa(100hPa附近)高度,在季节变化、年际变化以及长期变化趋势上,两类对流层顶高度与各自对应高度层上的温度存在着密切的反相变化关系,当对流层顶高度偏高(低)时,相应高度上的温度偏低(高)。上升运动有助于两类对流层顶高度的抬升,尤其是当高空200(100)hPa附近有上升运动时,有利于第一(二)对流层顶高度抬升。各季节高原臭氧总量与第二对流层顶高度均呈显著的负相关关系,当臭氧含量减少(增加)时,该对流层顶高度将偏高(偏低),近年来伴随着高原臭氧总量的减少,高原第二对流层顶高度出现了明显的抬升。

青藏高原两类对流层顶高度的季节变化特征

根据青藏高原地区14个探空站近30 a（1979—2008年）的对流层顶逐日观测资料,分析了该地区上空热带对流层顶（第二对流层顶）和极地对流层顶（第一对流层顶）出现的频率及高度的季节变化特征。结果表明：（1）高原全年均可观测到第二对流层顶,其中在暖季（6—10月）第二对流层顶占绝对主导地位,而在其余月份则以复合对流层顶为主;（2）两类对流层顶高度在季节变化上存在着明显的差异,第一对流层顶高度在春秋（夏冬）季偏高（低）,第二对流层顶高度在春夏（秋冬）季偏高（低）,即第一（二）对流层顶高度的年变化曲线呈双（单）峰型;（3）两类对流层顶高度均存在明显的年际变化,第一（二）对流层顶高度除秋季存在准3.6 a（6 a）的周期变化外,其余季节均具有4.5~6 a（2~4 a）的振荡周期;（4）近30 a来高原第一（二）对流层顶主要表现出下降（上升）的趋势,尤其是第二对流层顶高度在冬、春季存在着明显的上升趋势。

利用COSMIC掩星资料研究青藏高原地区大气边界层高度

以往关于青藏高原边界层的研究都是基于个别站点的常规观测,对青藏高原边界层的整体性认识受限。GPS掩星资料具有测量精度高和垂直分辨率高的特性,其廓线中含有大量有价值的边界层信息。利用2007—2013年COSMIC掩星资料,通过计算大气折射率最小梯度来确定边界层高度,并用无线电探空资料对结果进行了检验。在此基础上,对青藏高原地区边界层高度的特征及其形成机制展开了研究,比较了COSMIC掩星确定的边界层高度和ERA-Int的差别,讨论了最小梯度法用于边界层研究的不确定性。结果表明:青藏高原上COSMIC掩星和无线电探空数据检测的边界层高度相关系数为0.786,平均值偏差为0.049 km,均方根误差为0.363 km,COSMIC掩星数据检测的边界层高度和无线电探空的结果非常接近。青藏高原上边界层高度呈现西高东低的分布特征,高原中西部边界层高度主要为1.8—2.3 km,而高原东部边界层为1.4—1.8 km,最大值在高原西南部。青藏高原地区边界层有明显的季节差异,冬季高原上大部分地区边界层高度超过2.0km;春季大部分地区高度降低,但在受印度季风影响的高原南部有明显的抬升,最大值可超过3.0km;夏季高原上边界层高度开始升高,大部分地区超过1.8 km;秋季又开始回落。青藏高原以北塔克拉玛干沙漠和高原以南印度季风活动区是两个高值区,北部的沙漠地区边界层高度在夏季最高,南部印度季风活动区在季风爆发前(4月)达到全年最大值。青藏高原中西部地区有水平风辐合以及广泛的上升运动,为边界层的发展提供了动力条件,而东部的下沉运动对边界层的发展有抑制作用。青藏高原边界层各个季节的空间分布与地表感热通量分布一致。COSMIC掩星资料确定的边界层高度和ERA-Int相比,空间分布基本一致但ERA-Int边界层高度明显偏低。当有系统性强逆温存在的时候,或者云中液态水或冰水含量较大时,用最小梯度法检测的边界层高度不确定性增加。

若尔盖高原湿地甲烷排放的时空异质性

集中于北美落基山高山湿地甲烷排放的零星报道远不能解析全球高山湿地甲烷源强。因此,世界范围内其他区域高山湿地甲烷排放的研究对于合理估计全球高山湿地甲烷源强,意义重大。采用静态箱-气相色谱法,基于3种典型湿地类型的甲烷排放数据,认为若尔盖高原湿地生长季甲烷的平均排放量为4.69mgCH4m-2h-1。同时根据2a数据,初步分析了甲烷通量及其对环境因素和生物因素的响应特征,结果表明:(1)甲烷排放昼夜变化具有双峰模式(主峰出现在15:00,次峰出现在06:00),可由土壤温度以及植物气孔开启来解释。(2)若尔盖湿地甲烷排放季节动态较为典型,即在7月份或8月份出现排放高峰,冬季甲烷排放较少。生长季,对3类群落类型,表面温度与甲烷排放显著相关(r2=0.55,P<0.05,n=30),地表水位和植物群落高度与甲烷排放相关性更为显著(r2=0.32,0.61,P<0.01,n=30)。分析认为该季节节律是由温度以及植物生长状况直接影响的,而水位则是使该节律发生波动的原因(高原气候)。(3)群落尺度下,物候学上相当重要的两个时期,甲烷排放通量均有较高的空间变异(植物生长高峰变异系数为38%,积雪融化高峰为61%)。通过逐步回归线性分析,发现植物生长高峰期,地表水位和群落高度是影响甲烷排放空间差异的主要因素(r2=0.43,0.59,P<0.01,n=30)。(4)景观尺度下,生长季,景观尺度下甲烷排放有较大的空间变异,湖滨湿地甲烷平排放量最高为11.95mgCH4m-2h-1,其次为宽谷湿地,其排放量为2.12mgCH4m-2h-1,河岸湿地表现为甲烷吸收,其吸收量为0.007mgCH4m-2h-1。地表水位、植物地上生物量以及植物高度能够很好地解释甲烷排放的景观差异。

藏北那曲地区大气边界层特征分析

利用"全球协调加强观测计划(CEOP)亚澳季风之青藏高原试验"(CAMP/Tibet)2002年8月预试验期间(PIOP)藏北高原观测站(BJ站和安尼站)的无线电探空仪的探空资料,分析了藏北那曲地区的大气边界层位温、比湿、风速的日变化特征及稳定边界层和对流边界层特征。结果表明,藏北那曲地区边界层日变化大,对流混合层高度最高可达1800m,下雨天形成对流边界层的时间晚于阴天和晴天的时间。