青海湖入湖口水温演变初步研究

受全球气候变暖的影响,青藏高原湖泊、河流的温度显著升高,水温变化与水生生物的繁育息息相关,但目前对于青海湖裸鲤洄游产卵的重要场所——河流入湖口的水温研究较少,水温变化对于裸鲤产卵的影响也尚不明确。因此本研究基于刚察气象站观测数据、中国区域地面气象要素驱动数据集(CMFD)、欧洲中期天气预报中心第五代陆面再分析数据集(ERA5-Land)、第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的多模式数据,尝试利用Fresh water Lake Model(简称FLake模式)模拟青海湖最大支流布哈河入湖口处水温并评估其适用性,探讨了再分析数据和CMIP6多模式数据驱动模拟历史(1981—2014年)水温的集合的优越性,预估了未来时期(2024—2100年)三种情景下的水温演变及成因,结果表明:(1)CMFD和ERA5-Land模拟水温的集合优于单个模式的模拟水温且在短期和长期模拟结果精度都较好,CMIP6多模式长期的模拟水温集合优于单个模式的模拟水温,可以较好的再现再分析数据模拟水温的集合。(2)未来布哈河入湖口的水温随着排放强度的增加显著升高,与水温呈正相关的气象因子从大到小依次为气温、比湿、向下长波辐射和向下短波辐射,呈负相关的气象因子是风速;除远期高排放情景(SSP585)的向下短波辐射,其他情景的气象因子与水温的关系均通过了95%的显著性检验。(3)近期(2024—2040年),三种情景的水温较历史时期均有少许升高,水温间的差异不大,青海湖裸鲤产卵的窗口期略微缩短,水温升高会对裸鲤的产卵造成轻微影响;中期(2041—2060年),三种情景的水温进一步升高,水温间的差异逐渐显现,裸鲤的产卵窗口期明显缩短,水温升高对裸鲤的产卵有一定的危害;远期(2081—2100年),三种情景的水温差异更显著,SSP126和SSP245情景的升高速率减慢;SSP585情景的水温升高速率依旧加快,水温持续升高导致裸鲤的产卵窗口期显著缩短,一定程度限制了青海湖裸鲤的产卵活动。

基于分析模型的青海湖近40年湖冰演变特征研究

青藏高原湖泊分布广泛,且多为季节性冻结湖泊。在全球变暖的背景下,青藏高原湖冰厚度及其物候发生着显著变化,深刻影响着区域气候演变。然而目前对于高寒区湖冰厚度及其物候在气候学尺度上的演变特征认识还不甚清楚。因此,本文利用青海湖下社水文站野外湖冰观测数据、MODIS湖冰覆盖率数据集、刚察气象站观测数据与CMFD数据,结合湖冰准稳态分析模型,研究了近40年(1979-2017年)青海湖湖冰厚度及其物候的演变特征。结果表明:模拟的多年冰厚平均值为0.31 m,与下社水文站实测值接近;模型对湖冰融化结束时间的刻画较准确,误差仅为0.07天,开始结冰时间和结冰期长度的误差分别为5.60天和5.67天。1979-2017年模拟的最大冰厚减小趋势与观测结果较为一致,即每年冰厚减少0.003 m。模拟的1979-2017年青海湖开始结冰时间延后(0.23 d·a^(-1)),融化结束时间提前(0.32 d·a^(-1)),结冰期长度缩短(1.02 d·a^(-1)),其中20世纪80年代结冰期缩短尤为明显(2.2 d·a^(-1))。1979-2017年青海湖结冰期内(12月至次年4月)向下长波辐射和气温(二者均呈现上升趋势)与平均冰厚以及最大冰厚之间存在显著的负相关关系,向下短波辐射(呈现下降趋势)与最大冰厚以及平均冰厚之间存在显著的正相关关系。去趋势敏感性试验表明:向下长波辐射、气温、向下短波辐射、比湿是青海湖1979-2017年内平均冰厚和最大冰厚变率的主要驱动因子,对平均冰厚变率分别贡献了42.08%,40.93%,-36.99%和17.45%,对最大冰厚变率分别贡献了44.48%,44.68%,-34.77%和19.92%。所有气象驱动因子对二者贡献了83.40%和87.01%,可以看出青海湖最大冰厚变率相较平均冰厚变率更容易受到气象条件的影响。本文研究结果对冰冻圈湖冰的长期演变趋势提供了认识,为其他青藏高原湖泊冷季研究提供了参考依据。

青海湖水位演变及其影响因子分析

青海湖不仅是我国最大的湖泊,也是国家生态安全战略格局的重要组成部分。在全球变暖的背景下,青海湖水位急剧变化,其对周边的交通设施、居民安全和畜牧业发展等影响较大,因此需要对气候变化下的青海湖水位演变特征及其水量平衡进行研究。本文基于布哈河口水文站、下社水文站的水文数据,刚察气象站、CMFD气象数据以及水量平衡方程,首先分析了青海湖1956-2020年的年际水位演变特征和年内水位变化特征,以及水量平衡分量——入湖径流(R_(s))、湖面降水(P)和湖面蒸发(E)对水位变化的影响;其次揭示了相同月份计算的水位值变化与R_(s)、P和E的变化是同步的;最后进一步通过岭回归方法定量计算了R_(s)、P和E对基于12月份计算的青海湖水位变化的贡献率。研究结果表明:青海湖年均水位在1956-2004年以0.8 m·(10a)^(-1)的速率下降,其中在1979-2004年间下降的主要原因是E大于(P+R_(s));2004-2020年以1.9 m·(10a)^(-1)的速率上升,其中在2004-2018年间上升的主要原因是P和R_(s)的增加;青海湖水位有明显的年内变化,5月水位开始上涨,9月达到最高,其与R_(s)、P和E的月变化一致;当年的P、R_(s)、E变化对9-12月相同月份年均水位变化的影响大于去年,当年的P、R_(s)、E对12月年均水位变化的贡献率分别为10%、70%和20%。

从气候学角度理解“21.7”河南特大暴雨的形成机理

2021年7月19—22日,河南省遭遇历史罕见特大暴雨,破纪录降水引发了严重的洪涝灾害。目前,“21.7”河南特大暴雨的研究大多针对降水个例,引发极端降水的气候学机制仍不明确。本文基于谱聚类方法,利用中国气象局多年历史站点降水资料和NCEP/NCAR再分析数据研究了1960—2021年华北地区夏季区域性极端降水事件的主控环流天气型,系统揭示了“21.7”河南特大暴雨的发生过程。结果表明,“21.7”河南特大暴雨发生在罕见天气型下,即西太平洋上空增强的远距离台风配合异常偏西北的西太平洋副热带高压与异常偏东北的南亚高压。该天气型虽然仅贡献了华北地区夏季区域性极端降水事件的5.97%,却易导致更强的极端降水事件。台风和副高之间的盛行东南风将水汽从西太平洋输送到河南,对流层高低层强烈的风切变引发的垂直上升运动导致了“21.7”河南暴雨的发生。河南及周边地区对流层低层更加强烈的上升运动与非绝热加热之间的正反馈效应使得“21.7”河南暴雨相对同一天气型下的其他特大暴雨事件的极端性更强。本研究为理解和准确预测类似“21.7”河南暴雨的破纪录区域性极端降水提供了全新的气候学视角。