青藏高原中部聂荣亚寒带半干旱草地近地层湍流特征研究

湍流运动是大气最基本的运动特征,是地气间能量物质交换的主要方式。利用2014年7月18日至8月31日青藏高原中部聂荣观测站的近地层湍流观测资料,分析了该地区近地层湍流统计特征以及近地层通量的日变化特征。结果表明:在不稳定和稳定层结下,风速分量归一化标准差σ_u/u_*,σ_v/u_*,σ_w/u_*与稳定度参数z/L满足相似理论的"1/3"定律,近中性条件下趋于常数,并表现为σ_u/u_*≈σ_v/u_*>σ_w/u_*;在不稳定层结下,温度、水汽密度和CO_2浓度归一化标准差σT/|T*|、σq/|q_*|和σ_C/|C_*|与|z/L|满足"-1/3"定律,在近中性层结下趋于常数,且明显大于青藏高原其他地区。湍流在风速0 m·s^(-1)<U<3 m·s^(-1)的环境中发展最为旺盛,垂直风分量的湍流强度较水平风分量更为集中,三个方向的湍流强度基本表现为I_u≈I_v>I_w。夏季潜热通量大于感热通量,CO_2通量的日变化以吸收为主,最强达到0.46 mg·m^(-2)·s^(-1)。

黄河源区高寒湿地近地面辐射收支特征初步分析

利用2014年6月1日～2015年5月15日黄河源区麻多陆面过程观测试验近地面辐射收支观测资料,分析高寒湿地下垫面辐射收支和反射率的时间变化特征。结果表明:黄河源区高寒湿地向下太阳短波辐射、地面向上短波辐射和地面向上长波辐射有明显日变化特征,大气向下长波辐射的日变化不明显。年平均日总量,地面长波向上辐射(26.784 MJ/m^2)最大,大气长波向下辐射次之(20.390 MJ/m^2),其次是向下太阳短波辐射(17.539 MJ/m^2),地面向上短波辐射(3.888 MJ/m^2)最小。以上各分量均为冬季最小,前2个分量春季最大,后2个分量夏季最大。典型晴天地表反射率日变化和季节变化特征均为"U"形,全年平均地表反射率为0.18。地面长波有效辐射日变化趋势明显,春季、秋季和冬季地面长波有效辐射日平均相差不大,而夏季略小。不同季节日间地表吸热值较大,数值差异也较大,而夜间放热值小且数值差异小,但维持时间较长(12～15 h),总的来说该地区为一个强热源。

中国江淮地区夏季强降水事件的统计分析

选取1980-2015年中国632个气象站的降水资料,从中筛选出江淮地区7次强降水事件,运用经验正交函数分解(EOF分析)和合成、相关方法分析了强降水的空间分布及其对应的环流特征。结果表明:在第一模态场(方差贡献率为22. 4%)中,该地区南北部降水量呈反相关关系,我国东部地区的降水形态从北到南为"-+-"的交替分布形态。在第二模态场(方差贡献率为17. 8%)中,江淮地区东南部与中西部地区的降水量呈现反相关关系,中国东部地区的降水形态从北到南为"-+"的偶极分布形态。500 h Pa平均高度场上,中纬度地区巴尔喀什湖及东北地区为两槽一脊型;第一模态时间系数与500 h Pa高度的相关场上,东北地区西部及内蒙古东部的等高线分布与江淮地区降水有较明显的负相关关系。850 h Pa高度,江淮地区主要为南风;相关场上,东北地区南部到华北地区的v→风场与江淮地区降水之间有较明显的负相关。表明当中纬度地区巴尔喀什湖及东北地区的槽加强时,华北地区北风与江淮地区南风会合,冷暖空气交汇于江淮,降水较多,呈第一模态降水的分布型。

西太平洋副热带高压对中国森林火灾的影响

森林是整个国民经济持续、健康、快速发展的基础,森林火灾对全球生态系统和生态环境影响巨大。我国是一个森林种类丰富,但是人均占有匮乏的国家。对森林火灾的管理和预测是我国森林防护不可缺少的一部分。本文使用NCEP/NCAR再分析数据集Ⅰ的500 hPa高度场逐月资料、由中国林科院提供的2007-2017年全国森林火灾数据和512个基本、基准气象观测站气温与降水逐月资料,分析了西太平洋副热带高压(下称西太副高)对我国森林火灾的影响状况。研究表明:(1)自2007年以来,全国森林火灾发生次数呈下降趋势,平均每年发生火灾940次。火灾高发的3个年份是2007、2008和2009年,火灾较少的3个年份是2016、2015和2012年;森林火灾发生最频繁的3个月份是3月、2月和4月,火灾发生较少的3个月份是9月、8月和7月。(2)我国森林火灾主要分布在东北地区、华东部分省份、华中地区、华南、西南部分省份;2007-2010年火灾发生次数较多,2011-2016年火灾发生次数较少;春季与冬季森林火灾较多,夏季森林火灾较少。(3)森林火灾的发生受气温、降水的影响,和降水呈较为显著的负相关,和气温呈较为显著的正相关。(4)西太副高对我国森林火灾具有一定的指示作用。西太副高面积指数、脊线指数、西脊点指数都与森林火灾次数呈较为显著的负相关。随着副高强度增强、副高位置西伸北进,华南、江淮地区森林火灾风险降低。

青藏高原深层土壤热通量的变化特征分析

青藏高原地表热状况不仅对局地天气和气候变化有重要影响,而且还在次季节到季节尺度上对周边特别是下游地区的短期气候变化产生影响,因此日益受到研究者的关注。土壤热扩散率和土壤热通量是决定土壤热状况的两个重要因素。不同于以往的研究,本文利用青藏高原地区1980—2001年39个气象站0.8 m和3.2 m的土壤温度资料,采用热传导对流法计算了0.8~3.2 m深层土壤热扩散率和土壤热通量,分析了它们的年变化和年际变化特征,并分析了深层土壤热通量和高原季风的相关关系,得到了一些有意义的结论。青藏高原深层土壤温度随深度的增加振幅减小、位相延迟;在1980—2001年间,土壤热扩散率的变化总体呈减小趋势;土壤深层热通量年变化与土壤表层热通量的年变化具有相反的相位;总热通量与对流热通量的变化具有相同的相位;深层土壤热通量月平均值在冬季为负值(定义热流向上为正),夏季土壤热通量都为正值。土壤热通量与高原冬季风指数的变化趋势相反,相关系数为-0.53;而与高原夏季风指数变化趋势一致,相关系数为0.58,都通过了95%的显著性检验。这些结论对于促使我们认识高原陆气相互作用是非常有意义的。

近36年江淮地区浅层地温变化的多尺度分析

选取1981-2016年中国江淮地区28个气象站的0~20 cm地温观测资料,运用经验正交函数分解(EOF)和集合经验模态分解(EEMD)方法,得到江淮地区0~20 cm地温及气温多时间尺度的振荡规律。结果表明:江淮地区全区域有明显的空间一致性,特征向量值在全地区均为负值,时间系数在20世纪90年代中后期由正转负。1981-2016年江淮地区浅层地温和气温均表现为波动上升的趋势,其中0 cm地温的气候倾向率为0.65℃·(10a)-1,增温幅度大于5~20 cm层地温及气温。0 cm、5 cm、10 cm、20 cm四层地温及气温分解后的IMF1和IMF2分量的周期分别为准3年和准7年,且80年代的振幅要小于之后的年份,表明浅层地温及气温在80年代是稳定少变的,进入90年代波动幅度增大。年际变化在江淮地区0~20 cm地温及气温的长期变化中占主导地位。对36年0~20 cm地温的气候平均值进行分解可得,江淮地区各站点浅层地温的延伸期尺度周期基本分布在准12~16天和准26~33天两个周期内。

黄土高原塬区近地面层大涡多点观测研究

文章从涡动相关法原理出发,建立了一套复杂条件下的多点湍流观测分析方法,旨在发展复杂条件下的大气边界层湍流理论.该方法首先检验了近地面层湍流全尺度观测的各态历经性,证明利用四点湍流观测,小于60min尺度的涡旋都易于满足各态历经性.同时,试验对比单点和上下游两点所确定的水平风速湍流二阶结构函数,直接验证了湍流观测的各态历经性.与单点观测相比,四点观测资料确定的水平风速二阶结构函数和湍流谱所描述的湍流结构更加一致,这证明了多点观测的合理性.同时,四点观测提高了近地面层湍流谱和垂直湍流通量的估算精度.将单点和四点资料分析相结合能更全面、更细致地描述湍流的三维结构.因此,在不考虑水平均匀和定常条件下,四点湍流观测法更准确地揭示了白庙塬纵向和垂直风速湍流具有典型湍流谱结构,而且谱隙清晰.谱隙尺度与6h资料确定的湍流谱隙尺度相一致.横向风速受地形影响,其大尺度涡旋谱有较大波动,但谱隙仍然清晰.与纵向和垂直风速湍流谱隙尺度一致,温度谱的谱隙虽然不清晰,但同样具有典型大气边界层湍流谱结构特征.

青藏高原深层土壤热扩散率的时空分布特征

青藏高原是地气相互作用相对活跃的地区,深入了解青藏高原土壤热扩散率的变化,才能正确计算地表能量平衡进而准确认识青藏高原对全球和区域气候变化的影响。根据青藏高原1980—2001年39个观测站点实测的0.8 m和3.2 m土壤温度资料,利用热传导对流法结合最小二乘法拟合求得各站点的土壤热扩散率,并分析了土壤热扩散率的时空变化规律。结果表明,1980—2001年期间青藏高原土壤热扩散率在20世纪90年代以前波动较大,20世纪90年代以后波动较小。青藏高原东部地区的深层土壤热扩散率从春季至夏季增大,夏季至秋季减小,秋季至冬季减小;夏季最大值出现在青、川、甘三省的交界处,土壤热扩散率的值为8×10-6 m^2s^(-1),冬季最大值为5.1×10-7 m^2s^(-1);而除东部以外的青藏高原其他地区的土壤热扩散率,春季至夏季减小,夏季至秋季增加,秋季至冬季减小,该区域土壤热扩散率的变化范围为1.2×10-7 m^2s^(-1)~9.2×10-7 m^2s^(-1)。土壤热扩散率的多年平均最大值出现在青海省和甘肃省西南部以及四川西部的青藏高原东部地区,土壤热扩散率的极值为6.4×10-6 m^2s^(-1)。最小值出现在祁连山地区,土壤热扩散率为1.2×10-7 m^2s^(-1),中部地区为相对高值区。

近30年北极海冰运动特征分析

海冰的分布和运动情况包含了大量的海气耦合的信息。本文采用国际北极海冰浮标计划数据(IABP)获得的1979-2011年74°N-90°N范围内32个站点的海冰流速资料和Myocean再分析资料(ORAP5. 0系列) 1979-2011年海冰流速部分,综合分析了北极海冰时空分布特征及海冰流速大小和方向的统计特征。结果表明:从实测数据与再分析数据比较来看,1999年再分析资料和实测资料有较大偏差,1999年之后再分析资料刻画的趋势和浮标数据趋势近似,因为1999年ORAP5. 0采用了新的物理模型,使所得再分析数据更加精确。从海冰流速季节分布来看,海冰流速在夏季最大,其次是秋季。从海冰流速年际变化来看,在1990年之前,海冰流速逐年变化趋势明显,海冰流速变率更大,而1990年之后海冰流速逐年变化趋势逐渐平缓。从海冰流速大小以及运动方向来看,弗拉姆海峡处海冰流速大于8 cm·s^(-1)的情况出现次数最多。自20世纪90年代以来,海冰流速变化逐渐趋向于一个相对稳定的状态。其原因可能是自20世纪90年代以来,全球变暖"停滞"(Hiatus)现象,比如欧亚大陆中高纬度地区以及北美大西洋地区的温度不仅出现了"增温停滞现象",甚至出现明显的降温现象。MyOcean数据产品项目众多(130种),采用不同的海洋模型得到不同类型的再分析数据,如GLORYS2V3、CGLORS、UR025. 4、ORAP5. 0、M JM 105B等,这些数据涵盖面广,且在许多方面模拟精确度都很高(如ORAP5. 0得到的海冰密集度与实测数据基本一致),所以MyOcean数据产品有效提高了海洋监测和预报的能力。本研究有助于对北极海洋运动、气候变化及海洋生态的认识,对北极渔业和能源开发及航运有重要意义。

夏季青藏高原大气热机效率及热源特征

地-气系统中存在着诸多不同类型的大气热机.对大气热机效率的准确定义、计算和解释是了解地-气系统能量传输与转化的关键.夏季青藏高原大气可以被视作一种正热机,对其热机效率的研究有助于我们更好地理解高原地-气相互作用及其热力、动力过程,为进一步了解青藏高原对中国、东亚乃至全球气候的影响提供了一个新的视角.本文使用MOD08数据及ERA5再分析资料,计算了2000~2020年夏季(取5~9月)青藏高原大气热机效率、青藏高原地面热源和大气热源.结果表明:2000~2020年5~9月青藏高原平均大气热机效率在1.2%~1.5%之间,小于1.6%;5月与9月热机效率高于夏季三个月份(6月、7月、8月);柴达木盆地是青藏高原大气热机效率较高的区域,其次是青藏高原西部地区. 2000~2020年5~9月青藏高原平均地面热源为96.0W m^(-2);平均大气热源为90.7W m^(-2);降水凝结潜热释放是夏季青藏高原大气热源最重要的分量. 5~9月青藏高原大气热机效率与地面热源呈强而显著的正相关;降水凝结潜热作为5~9月大气热源最重要的分量,其反映的降水过程是大气热机内部的重要耗散过程之一,使青藏高原大气热源与大气热机效率呈强大且显著的负相关.