基于Noah-MP陆面模式的青藏高原地表感热和潜热通量分布及变化特征

利用中国区域高分辨率数据集作为大气强迫场,驱动修改了热力学粗糙度参数化方案后的NoahMP陆面模式进行了2000-2018年青藏高原地区陆面过程模拟。用野外观测资料校验模拟结果后,分析了地表感热通量(SH)、潜热通量(LH)的分布及变化特征。结果表明,模式能较合理模拟高原地表感热和潜热通量。高原的中、西部为地表感热和潜热通量的年际变率较大区域。模拟的高原中、西部地区感热通量强于东部地区,且绝大部分区域的感热通量是有增强趋势的。对于整个高原,感热通量从2002年前后呈较明显的增强趋势。总体上,四个季节的平均感热都有较明显的增强,特别是在2010年以后。潜热通量在高原东部地区强于中、西部地区。潜热通量的年际变率相对于感热通量的变率要小。中部地区潜热呈减弱趋势,西部和东部都有弱的增强。对于整个高原,潜热通量在2000-2018年呈弱的增强趋势。其中,2000-2003年潜热通量是增强的,2003-2015年呈减弱趋势,主要因素为在夏季潜热通量的减弱。

青藏高原西南部塔若错湖泊沉积物记录的近300年来气候环境变化

以青藏高原西南部塔若错的34cm浅湖芯为研究对象,对其沉积物样品进行总有机碳、无机碳、总氮、微量元素、正构烷烃含量及碳氮比等多项指标的分析测定。采用过剩210 Pb和137 Cs计年法对该湖芯进行了定年和沉积速率研究,获得了近300年的连续湖泊沉积环境序列。在明确了各指标气候环境指示意义的前提下,综合对比分析湖芯中各项气候环境指标,并结合定年结果重建了塔若错湖区近300年来的气候环境变化。结果表明:塔若错湖区气候环境变化可分为3个明显阶段:早期为1705～1778年,该地区气候环境温暖湿润,湖区植被广泛发育;中期为1778～1860年,湖区处于小冰期末次阶段,气候环境寒冷而湿润,植被发育受阻;后期为1860年至今,为小冰期结束后偏暖干化时期。其中,后期又可分为3个亚阶段:1860～1924年,湖区气候环境稍暖且干旱,植被稍有发育;1924～1969年,湖区气候环境呈现偏冷干特点,植被发育暂缓;1969年至今,湖区气候回暖,环境干旱化有所缓解,植被开始逐渐发育。在气候冷暖变化上,该湖芯记录与古里雅冰芯记录和青海湖湖泊沉积记录都有较好的可对比性,只是在起讫年代上存在一些差异。

1981-2010年青藏高原地区气温变化与高程及纬度的关系

基于青藏高原地区高质量、均一化的气象站点观测资料,研究1981—2010年青藏高原地区气温变化趋势特征。结果表明:1981—2010年青藏高原地区整体呈升温趋势,平均升温率为0.40℃/10a,冬春季升温率大于夏秋季节,以三江源区、西藏中西部和青海北部升温趋势最为显著。青藏高原地区年和冬、春、秋三季的升温率随海拔高度的升高而增大,海拔每升高1000 m,站点年平均气温倾向率增加0.1℃/10a,冬季更为显著。青藏高原地区夏季气温倾向率的空间分布具有显著的经向差异,纬度每增加10°,气温倾向率增加0.33℃/10a。

青藏高原及其周边地区降水的水汽来源变化研究进展

近几十年来,随着全球气候变暖,青藏高原降水整体呈现增加趋势,气候暖湿化趋势明显;与此同时,位于青藏高原东南缘的中国西南地区整体上呈现暖干化趋势,干旱事件频发。探讨青藏高原及其周边地区降水的水汽来源变化、揭示降水趋势性变化的原因已经成为当前研究热点。本文评述了近年来青藏高原降水的水汽来源研究,重点关注青藏高原变湿、西南地区变干的水汽来源变化原因以及青藏高原南北水汽来源差异,讨论了尚未解决的科学问题,展望了未来研究方向。现有研究表明,青藏高原以西的西风带控制区蒸散发贡献的水汽整体呈现减少趋势,青藏高原以南和以东的季风控制区蒸散发贡献的水汽整体呈现增加趋势,上述水汽源区贡献变化导致了青藏高原及其周边不同区域降水趋势性变化的差异。展望未来,水汽来源分析的模型和数据需要进一步验证及减少不确定性,青藏高原下垫面和蒸散发变化对周边地区降水的影响机制研究有待加强,全球变化与青藏高原降水水汽来源变化的关系尚需深入分析。

青藏高原纳木错湖近150年来气候变化的湖泊沉积记录

高海拔地区的纳木错湖是研究过去气候环境变化的理想场所。本文结合附近气象站点实测数据与纳木错浅湖芯的研究结果,筛选出适用的气候环境代用指标,并对当地过去近150年来的气候变化记录进行重建。其结果显示,19世纪50年代至20世纪,以偏暖湿为主;20世纪初至20世纪50年代,该阶段气候总体上呈现出冷干特点,并从20世纪20年代左右逐渐向暖湿气候过渡;20世纪中叶至2005年,这期间气候有一定波动,但整体上以气温上升为主要趋势,在降水略减的情况下湖泊并未出现萎缩,表明气温升高可能导致冰川消融加快从而对入湖径流有一定补给作用。

青藏高原典型下垫面地表能量通量的模型估算与验证

青藏高原地区地表能量通量的估算与验证对高原及其周边地区能量和水循环研究具有重要意义,地表能量平衡系统SEBS(Surface Energy Balance System)模型为研究高原非均匀地表区域地表能量通量提供了一种行之有效的方法。基于中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站(简称那曲站)、中国科学院纳木错多圈层综合观测研究站(简称纳木错站)和中国科学院珠穆朗玛大气与环境综合观测研究站(简称珠峰站) 2008年辐射资料、大气边界层塔站观测资料,结合MODIS卫星数据,利用SEBS模型估算地表能量通量,并用站点地表能量通量观测资料进行验证。结果表明,模型估算的感热通量和土壤热通量与站点实测值具有较好的一致性,且感热通量和土壤热通量的估算精度明显优于潜热通量;感热通量的估算精度最高,那曲站、纳木错站和珠峰站的均方根误差分别为54. 98,37. 37和27. 10 W·m^(-2);而模型估算的潜热通量验证结果偏差较大和站点实测数据存在"能量不闭合"问题相关。鉴于在地表能量通量观测中广泛存在"能量不闭合"的问题,利用波文比校正方法校正站点实测潜热通量。研究表明波文比校正方法可以明显改善地表通量观测数据"能量不闭合"的问题,那曲站、纳木错站和珠峰站的能量闭合率分别提高了19. 4%,21. 4%和19. 1%;与原始站点实测潜热通量相比,校正后的潜热通量与SEBS模型估算结果一致性较好,3个站点潜热通量的均方根误差分别减少了6. 78,33. 48和29. 30 W·m^(-2)。

青藏高原地表辐射通量的气候特征分析

基于对"全球能量水循环亚洲季风青藏高原试验研究"(GAME/Tibet)和"全球协调加强观测计划(CEOP)之亚澳季风青藏高原试验"(CAMP/Tibet)设在藏北高原的安多站、BJ站、D105站和NPAM站以及中国科学院珠峰站和中国科学院纳木错站10～20年晴天日间的辐射观测资料求年均值,分析了高原草甸(草高为5 cm的高原草甸,10 cm的高原草甸和高原稀疏草甸,15 cm的高原草甸)、戈壁和临湖高原草甸这些典型下垫面观测站多年观测的短波向下辐射、短波向上辐射、长波向上辐射、长波向下辐射、净辐射通量和地表反照率的年际变化,得出了青藏高原地表辐射通量的气候特征,发现高原上大部分站点观测到的短波向下辐射有不同程度的减小的年变化趋势,基本所有站点观测的长波向上辐射有不同程度的逐年增加趋势,且高原上基本所有站点观测的长波向下辐射有不同程度的增加趋势,高原地区大部分站点的净辐射通量的年变化趋势基本与短波向下辐射的年变化相一致,青藏高原大部分站点的地表反照率在不同程度上逐年减小。

运用相对组成探针技术研究青藏高原POPs大气传输与来源

为探讨青藏高原大气POPs(持久性有机污染物)空间分布趋势、来源和传输特征,应用POPs相对组成探针技术对16个大气被动采样观测点的数据进行分析,将青藏高原空间尺度上的采样点聚为不同的组,以探讨污染物来源及大气传输过程.结果表明:青藏高原大气中的HCB(六氯苯)主要来自于本地燃烧,其中人类活动较为频繁的城镇(波密、格尔木、玉树、拉萨、工布江达、拉孜、那曲)具有较高的HCB相对组成(25%～74%).青藏高原南缘(包括珠峰、然乌、萨嘎)以南亚正在使用的农药——HCHs(六六六)和α-Endo(硫丹)为特征(二者的相对组成之和超过了40%),凸显了南亚污染排放经长距离传输对青藏高原的影响.剔除HCB影响后,青藏高原中部、东南部河谷地区(鲁朗、拉孜、拉萨、日喀则、工布江达、昌都)及那曲、狮泉河因具有较高的o,p'-DDT相对组成而聚为一组,平均值为40%,表明这些采样点可能受到本地污染排放的影响.

单颗粒黑碳光度计在青藏高原雪冰样品分析中的应用

大气中的黑碳主要由化石燃料以及生物质燃料不完全燃烧产生,经由传输以及沉降等过程,可到达并沉积于偏远地区的雪冰表面。相对于洁净的雪表,较暗的黑碳可吸收更多的太阳辐射,导致雪表反照率降低,加速冰雪消融,进而对区域气候环境产生重要影响。青藏高原的环境脆弱而敏感,是全球气候变化的驱动机与放大器。根据青藏高原山地冰川雪冰样品矿物杂质多、浓度变化大的特点,优化了雪冰单颗粒黑碳光度计(Single Particle Soot Photometer,SP2)分析方法,制定了规范详细的实验步骤,评估了样品储存和分样、进样方式、样品稀释等过程对测量结果的影响,并用该方法对研究区域的季节积雪及雪坑样品进行检测。结果表明:青藏高原雪冰中黑碳浓度在0.21~47.96ng·mL^(-1)之间,平均值6.69ng·mL^(-1)。测样过程中连续测定胶体石墨标样,校正后的回收率在75%以上。因此,优化的SP2方法能够获得青藏高原雪冰中准确可靠的黑碳含量信息,对利用雪冰介质重建黑碳的历史变化过程,进而准确评估其对气候环境的影响程度,具有重要意义。

青藏高原南部空姆错湖芯中陆源正构烷烃氢同位素比值的气候意义

在青藏高原南部空姆错钻取了一根浅湖芯,对其中时间跨度约为50年的剖面按7年间隔对其中陆源正构烷烃(C_(25),C_(27),C_(29),C_(31))进行了提取分析。通过将这些生物标志物的氢同位素比值与附近浪卡子气象站和拉萨气象站的气象参数记录进行比较,发现这些生物标志物的δD值与生长季节时段的平均气温显著相关,而与生长季节时段的降雨量和相对湿度的相关性差,说明陆源沉积正构烷烃的氢同位素比值主要记录了气温信号,可以被用于古温度重建。

基于地理探测器分析青藏高原降水δ^(18)O空间分异特征

地理探测器是研究地理现象的空间分异性,并且定量分析其驱动因子的一种统计方法。利用地理探测器方法对青藏高原24个站点的降水δ^(18)O年均值进行了分析,该方法可在一定程度上反映青藏高原降水δ^(18)O年均值的空间分异性,得出纬度、海拔、经度和降水量对青藏高原降水δ^(18)O年均值空间分异的解释力分别为0.82、0.71、0.57和0.49,温度对青藏高原降水δ^(18)O年均值空间分异的解释力不显著;因子之间的共同作用增强了降水δ^(18)O年均值在空间上的分异性。讨论了青藏高原站点降水δ^(18)O年均值与纬度、经度、海拔、年降水量和年均温之间的关系,并对降水δ^(18)O主控因子的季节变化进行分析,得出纬度对青藏高原降水δ^(18)O年均值、夏季均值和冬季均值空间分异的解释力均为最强。

青藏高原雪冰样品中低含量水溶金属离子分析方法对比研究

从采自青藏高原阿汝和古里雅冰川的两支冰芯中选取31个样品,分别用三种仪器对比分析K^+、Na^+、Ca^2+、Mg^2+四种水溶金属离子,寻求最佳分析方案。分析结果对比发现,电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法在K+测量中存在困难,而离子色谱(IC)法和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法均能够满足要求,且分析结果具有高度的一致性,四种离子的相关系数(R2)均在0.97以上,且并未出现ICP-MS法比IC法测量值明显偏高的现象。因此,除IC法外,ICP-MS法也是检测青藏高原雪冰样品中水溶金属离子的有效手段,其测定速度更快,且可以同时进行微、痕量元素检测,适用于大批量冰芯样品的快速分析。

青藏高原环境变化科学评估:过去、现在与未来

基于环境代用指标、观测数据和相关统计资料,从气候、水体、生态系统、陆表环境、人类活动影响和灾害风险6个方面,采用温度、降水、冰川、积雪、湖泊等26项指标内容,归纳了冷/暖、干/湿等60项指标特征,揭示了青藏高原过去2000年和现代环境变化的基本事实,重点评估了环境变化和人类活动影响,同时预估了未来100年环境的不同情景.本文所用资料全部来自公开发表的科学文献和省部级及以上的统计数据,是首次青藏高原环境变化科学评估的简要版本,体现了《青藏高原环境变化科学评估报告》的基本框架、指标体系和主要结论,反映了当今科学界对青藏高原环境变化的科学认知水平.

青藏高原21世纪气候和环境变化预估研究进展

本文回顾了21世纪青藏高原区域多种气候和环境要素变化预估研究的进展，包括气温、降水、极端天气气候事件、冻土、积雪、冰川、径流和植被等，预估结果主要来自于SRES和RCP情景下气候模式的预估以及物理统计模型的预估．结果表明，未来青藏高原地面气温将升高，21世纪后期增温更显著．总体来说21世纪高原降水以增加为主，极端天气气候事件增加．高原未来冻土面积缩小，冻土活动层厚度增加，积雪日数和积雪深度减少，冰川将以退缩为主．径流的未来变化较复杂，不同流域之间的差异较大，径流在不同流域表现为增加和减少并存．青藏高原植被对气候变化的响应敏感而脆弱，21世纪中后期青藏高原的生长季长度增加，常绿林，森林出现在高原东部和南部，灌丛植被类型将会扩展并入侵高寒草原．根据已有的研究结果，本文对这些气候与环境要素在21世纪中期（2030—2050年）和后期（2080～2100年）的变化进行了综合集成，给出了它们在21世纪中期和后期的可能变化范围．

基于CA-Markov模型的滇池流域土地利用变化动态模拟研究

以滇池流域为例,基于1990和1999年TM遥感影像解译数据,分析流域土地利用类型的动态变化程度,并基于马尔可夫模型定量分析土地利用转化的方向。采用GIS中多标准评价(MCE)方法,结合元胞自动机–马尔可夫(CA-Markov)模型,对2008年土地利用变化进行模拟和预测,预测结果与实际解译结果的Kappa系数达0.7338,表明预测结果可信。在此基础上,运用CA-Markov模型对2017和2026年的土地利用空间格局变化进行模拟,结果表明,该流域土地利用变化快,生态恢复和重建的压力很大。2008—2026年,耕地、林地、水域和未利用地面积将有所减少,草地和建设用地面积将迅速增加;与1990—2008年相比,草地、水域和未利用地的变化趋势相反,而耕地、林地和建设用地变化趋势相同。建设用地在原有基础上往外扩展,水域变化则较小。林地资源虽然有所减少,但仍然是流域主要的用地类型。建设用地扩张明显增加了滇池非点源污染的负荷。土地利用不合理是造成目前滇池水质退化的主要原因之一,并将加剧未来流域的水环境和水生态压力。因此,保有足够的人均耕地,降低施肥强度,提高土地利用水平,保留足够量的生态用地,节约集约利用建设用地,是降低该区域非点源污染潜力的重要措施。研究结果可为流域土地利用合理规划管理、生态恢复和经济发展政策的制定提供科学支持。

大气污染物跨境传输及其对青藏高原环境影响

青藏高原拥有独特的多圈层环境系统与生态类型,对我国乃至亚洲具有重要的生态安全屏障作用.在青藏高原开展污染物跨境传输的科学考察研究,既是地表多圈层相互作用研究的重要组成部分,也是支撑国家生态环境安全的战略需求.针对第二次青藏高原综合科学考察研究的'南亚通道'关键区,结合长期站点监测和短期强化观测,本文全面综述了青藏高原大气污染物时空分布、传输过程和机理,以及污染物对气候和生态系统影响方面的新认识.从历史趋势上看,青藏高原黑碳和汞等记录,自20世纪50年代以来呈现快速上升,反映了亚洲区域大气污染物排放的快速增多.从传输过程上看,跨越喜马拉雅山的高空环流以及局地的山谷风是大气污染物跨境传输的重要途径.大气气溶胶-雪冰辐射反馈效应对青藏高原的气候变化带来一定的影响,外源污染物对青藏高原生态系统的负面影响业已凸显.未来研究中,亟待精确量化跨境污染物的输送量和影响范围,预测未来情景下污染物排放与环境健康风险的变化趋势.

2011年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

本文基于实时和历史观测资料,利用气候统计和气候机理诊断方法,对2011年气候异常及成因进行总结分析。结果表明,全球海洋外源强迫和大气内部动力过程共同作用下的大气环流系统组合异常,是造成2011年中国大部地区降水异常偏少,温度明显偏高,呈现暖干型气候特征的主要原因。具体表现为,拉尼娜事件在2011年夏季短暂中断后,9月再次进入拉尼娜状态;西太平洋副热带高压在5月之前异常偏弱、偏东,致使长江中下游出现严重春旱,之后副热带高压有所加强,尤其在6月异常偏强,使长江中下游地区梅雨量偏多、旱涝急转;秋季副热带高压脊线偏北、中高纬度冷空气活动阶段性活跃,致使华西、黄淮地区秋雨异常偏多;热带印度洋海温演变经历负偶极型海温模态后,夏季转为全区一致型暖海温;2010/2011年东亚冬季风偏强,2011年南海夏季风爆发偏早、结束偏晚,东亚夏季风正常偏弱;西北太平洋和南海热带气旋生成数量处于偏少的年代际时段,2011年热带气旋生成数量偏少。

青藏高原西部降水中δ^(18)O变化特征及其气候意义

根据青藏高原西部阿里地区狮泉河和改则二站点降水中δ18O实测值和相关气象资料,研究发现,在一定程度上,温度能够影响狮泉河和改则二站点降水中δ18O变化.在夏季,特别是同一降水过程中,两个站点降水中δ18O变化趋势非常一致,且在季风活跃期,降水中δ18O都出现多次明显的低值,这与西南季风水汽输送密切相关,而在季风间歇期,降水中δ18O仍然表现相对高值,水汽主要来源于局地水汽的再循环;在非季风时段,降水中δ18O与温度的正相关性都更为显著,该研究区域降水的水汽主要受局地环流和西风环流控制.另外,该研究区域的蒸发条件也同样影响降水中δ18O变化.通过该区域及其毗邻地区降水中δ18O空间分布特征的研究,揭示了5月底或6月初始至8月底或9月初是青藏高原不同水汽来源的一个重要的时间分界线,而在空间上,位于青藏高原北部的西昆仑山与唐古拉山是一条重要的气候分界线.

偏远地区铅和汞的现代过程与历史记录研究综述

人类活动释放的重金属(尤其是铅和汞)通过大气等介质的长距离传输,导致了全球环境的污染和损害,因而一直是环境科学研究的热点。为了认识重金属的污染程度、全球传输以及生物地球化学循环过程,急需在偏远的背景地区开展深入研究。本文概述了目前通过冰芯和湖泊沉积恢复重金属污染历史的研究成果,以及与背景地区大气重金属现代过程相关的研究进展,分析了存在的科学问题,探讨了青藏高原在开展该方面的研究、特别是综合集成研究上的独厚区域优势。而高原野外台站的建立(如纳木错多圈层综合观测研究站)也为此类研究的实施提供了可靠的后勤保障。

藏北高原安多地区高山草甸土的母质成因及其成土模式

基于对藏北高原安多地区高山草甸土的粒度组成及理化性质的研究,探讨了该地区高山草甸土的母质成因及成土模式。分析结果表明,安多地区高山草甸土的粒度分布以20μm为界线呈双峰态分布。主峰峰值粒径在90μm左右,较细峰呈宽阔细尾分布,峰值粒径在3～6μm之间。高山草甸土的各粒级组成(<2μm、2～20μm、20～300μm、300～2 000μm)沿剖面变化很小。高山草甸土主要由极细砂组成(50～125μm),平均粒径集中在60～90μm,明显比黄土高原黄土、川西黄土、成都粘土的粗。高山草甸土粒度分布特征与土壤底部的薄层粗骨性残留古风化层相比存在显著差别,而与该区域河谷沉积、风尘沉积具有相似的特征。总之,各实验数据指示,安多地区高山草甸土具有土层厚、质地均匀、无砾石和层理不发育的特点,与基岩原地风化形成的高山草甸土存在明显差别,其成土母质来源于风尘沉积。该区高山草甸土成土过程符合风尘"加积型"土壤发育模式,而风尘沉积在高山草甸土的形成和发育过程中发挥了重要的作用。