青藏高原UT/LS的大气成分分布对比分析

为更好地了解高原上空大气成分的分布,利用NCEP/NCAR再分析资料、美国NOAA提供的外逸长波辐射资料和美国Aura卫星携带的MLS微波临边探测仪测得的最新资料对青藏高原上空及其周边区域上对流层至下平流层的水汽及一氧化碳和臭氧的分布特征进行对比分析。结果表明,高原上空水汽的含量在上对流层-下平流层明显大于其东西两侧,水汽的极大值出现在7、8月。水汽分布总体呈现南多北少,但不同季节有一些差别。一氧化碳分布的大值中心随高度的升高而西移,南亚高压动力作用随之增强,深对流作用减弱。在高原西南侧低层低浓度的臭氧向上输送,东北侧高层高浓度的臭氧向下输送,使臭氧呈现东北侧高,西南侧低的分布特征。三者在不同高度上存在不同的相关性,且均通过显著性检验。

基于CFSv2的四川省延伸期三类天气过程预报研究

为建立四川省延伸期高温、降水和强降温过程的预报模型,利用第二代气候预报系统(climate forecast system version 2,CFSv2)预报的延伸期逐日环流场和四川省台站逐日降水、最高温度和最低温度,采用动力应用法,通过把预报环流场按预报时效逐日分组,以各组预报环流场与站点要素同期变化显著相关区域的环流场作为预报因子,逐日建立各站点的多因子线性预报方程。将站点预报插值为格点预报,得到四川省延伸期逐日降水、高温和强降温格点预报。3次预报试验和回报结果表明:该方法能够提前11~30天报出大型天气的主要发生时段、落区和强度。该方法对高温和强降温过程的预报效果比降水预报好,随着预报提前时间增加,3种要素预报效果逐渐降低。研究结果对延伸期精细化气象服务具有重要参考价值。

夏季青藏高原不同层次土壤湿度时空变化特征

基于1950—2009年GLDAS Noah 2.0逐月平均土壤湿度资料,分析了夏季青藏高原各层土壤湿度的时空变化特征。结果表明:(1)夏季青藏高原各层土壤湿度整体上呈自南向北递减的空间分布,但在高原中部地区中层、深层土壤湿度均有一个极值中心。(2)夏季高原中东部地区表层、浅层、中层、深层土壤湿度之间的差值(深层与中层除外)均表现为"上湿下干"的垂直分布,而中部偏西地区各层土壤湿度差值则表现为"下湿上干"的垂直分布。(3)夏季高原各层土壤湿度第一模态均呈现西南—东北反向型分布,且随着深度的增加,零线向东北移。(4)夏季高原主体各层土壤湿度的年际变化特征明显,除深层(呈现不显著增加趋势)外整体均呈现显著下降趋势,前期土壤湿度较高,后期较低。从空间趋势分布来看,除深层土壤湿度在高原中部有增大趋势外,各层土壤湿度变化趋势在高原上均以减小为主。(5)去趋势后,除深层外其他各层土壤湿度最大年际变化幅度在高原中部随着土层的增加而减小,而高原中东部则随土层的增加而增大。

近50年攀西地区烤烟水分盈亏变化特征分析

基于攀枝花和凉山州15个烤烟种植县气象站1961—2017年烤烟生长发育阶段逐日气象资料,采用联合国粮食及农业组织(FAO)推荐的单作物系数法计算烤烟生育期需水量,其中作物系数(K c)采用根据四川当地土壤和气候条件订正后值,同时计算烤烟移栽—成熟期及不同生育期有效降水量和缺水率,并探讨4个因子的时空分布特征及变化趋势。结果表明,近50年以来,从移栽—成熟期来看,需水量攀西西南部农区最多,变化趋势除北部、东部局部及盐源部分区域呈减少趋势,其余呈增加趋势;参考蒸散量攀西农区呈现由南至北逐渐降低的分布特点,其中攀西农区北部、东部及盐源部分区域呈下降趋势,其余区域呈上升趋势;有效降水量空间分布与参考蒸散量趋势相反,变化趋势农区除甘洛、雷波、西昌及宁南县部分区域为正值,其余大部是负值;缺水率攀西农区大体呈现从南到北逐渐降低的特点,变化趋势攀西农区北部局部及雷波、宁南县部分区域为负值,其余大部是正值。从各生育阶段来看,需水量开始成熟—成熟期最多,蹲苗—旺长期最少;参考蒸散量开始成熟—成熟期最大,旺长—开始成熟期最小;有效降水量开始成熟—成熟期最大,移栽—蹲苗期最小;缺水率移栽—蹲苗期缺水率最大,蹲苗—旺长期缺水率最小,各生育阶段的4个因子变化趋势总体正常。该研究可为种植结构调整、灌溉定量及时间优化、水资源合理利用对策提供科学参考。

四川盆区冬小麦灌浆结实期阴雨寡照空间分布特征

利用1980-2017年四川盆区113个气象站点资料和盆区24个冬小麦(Triticum aestivum L.)农业气象观测站生育期资料,将四川盆区小麦种植区分为5个片区,在分析冬小麦产量构成要素与灌浆结实期气象因子之间相关性的基础上,确定冬小麦灌浆结实期间的平均气温、最高气温、最低气温、日照时间、连阴雨时间为指标因子,根据主成分分析法,构建低温阴雨寡照致灾综合指数(F).选取代表站点,划分等级阈值,确定小麦灌浆结实期连阴雨灾情为轻、中、重3个等级,且各个致灾等级的阈值分别为0.45<F<0.70、0.70≤F<0.87、F≥0.87.通过计算各站点不同等级连阴雨发生的频率,统计分析冬小麦灌浆结实期阴雨寡照轻、中、重度灾害发生频率的空间分布特征.结果表明,四川盆区大部分地区发生连阴雨的概率在30%左右,东南地区的概率较高,西北地区的概率相对较低.

CLM4.5模式对青藏高原土壤湿度的数值模拟及评估

本文利用1981~2016年的CRUNCEP资料(0.5°×0.5°)作为大气驱动数据,驱动CLM4.5(Community Land Model version 4.5)模式模拟了青藏高原地区1981~2016年的土壤湿度时空变化。将模拟数据与台站观测资料、再分析资料(ERA-Interim和GLDAS-CLM)和微波遥感FY-3B/MWRI土壤湿度资料对比验证,表明了CLM4.5模拟资料可以合理再现青藏高原地区土壤湿度的空间分布和长期变化趋势。而且基于多种卫星遥感资料建立的较高分辨率(0.1°×0.1°)的青藏高原地表数据更加细致地刻画了土壤湿度的空间变化。对比结果表明:CLM4.5模拟土壤湿度与各个台站观测的时空变化一致,各层土壤湿度的模拟和观测均显著相关,且对浅层的模拟优于深层,但模拟结果比台站观测系统性偏大。模拟与再分析资料和微波遥感资料土壤湿度的空间分布具有一致性,均表现为从青藏高原的西北部向东南部逐渐增加的分布特点,三江源湿地和高原东南部为土壤湿度的高值区,柴达木盆地和新疆塔里木盆地的沙漠地区为低值区,土壤湿度由浅层向深层增加。土壤湿度的长期变化趋势基本表现为"变干-变湿"相间的带状分布,不同层次的土壤湿度变化趋势基本一致。模拟资料也合理地再现了夏季土壤湿度逐月的变化:高原西南地区的土壤湿度明显大范围增加,北部的柴达木盆地的干旱范围也明显的向北收缩,高原南部外围土壤湿度也明显增加,CLM4.5模拟土壤湿度比再分析资料和微波遥感资料更加细致地描述了夏季逐月土壤湿度空间分布及其变化特征。

青藏高原春季土壤湿度异常与我国夏季降水的联系

利用197-2014年GLDAS-CLM(Global Land Data Assimilation System-the Community Land Model)地表参量数据集、中国区域逐日观测资料格点化数据集(CN05.1)和ERA-nterim大气环流再分析数据,研究青藏高原5月(春季)土壤湿度的异常变化特征与6月高原地表热通量的相关关系以及土壤湿度异常与我国夏季(7月)降水的联系和可能机理。结果表明:(1)1979-2014年5月青藏高原0~10 cm区域平均土壤湿度异常偏高年有2000,2001,2004,2005,2006和2013年;异常偏低年有1994,1995,1996,1998和1999年。高原整体土壤湿度2000年前较2000年后干燥。从空间分布来看,藏北高原、三江源地区以及藏南谷地土壤湿度偏高年较偏低年有明显增加,且结果通过了90%的置信度检验。(2)高原5月土壤湿度的异常变化与中国夏季的降水分布存在明显的相关关系,当青藏高原土壤较为湿润(干燥)时,从高纬至低纬地区,相关区呈现"正负正负"("负正负正")带状分布特点。(3)5月高原土壤异常湿润时,6月高原东部感热通量和西部的潜热通量异常增加,其共同作用会加强其大气低层辐合环流和大气高层辐散环流,使整个东亚中高纬地区850 hPa以上受强反气旋环流控制;高原东北部500 hPa及以上为反气旋环流,南部和西部为气旋性环流,环流场配置会使南亚高压加强东移,加强西太平洋副热带高压。(4)7月西太平洋副热带高压北侧黄淮地区伴有垂直上升运动,暖湿气流与东北冷涡西侧南下的干冷气流汇合,高层辐散配合低层辐合有利于黄淮地区降水。西北东部和华北区域由反气旋性环流控制,伴有较强的下沉运动,空气干冷,无充足的水汽输送,不利降水产生。

基于风场季节变率的高原季风指数算法的改进及对比

关于青藏高原季风,现有研究分别从近地层的热低压、气旋式环流切变以及风场的涡度和散度等角度定义了高原季风指数,但现有指数均更多地关注高原空间场的对比,而没有考虑风场的冬、夏转换特征。因此,在之前的工作中,基于风场季节变率指数,从高原近地层冬、夏风场对比的角度定义了一种新的高原季风指数,这里对该指数进行改进和简化,以便于其的进一步推广。为了验证改进的效果,使用ERA-interim再分析数据计算高原季风指数,并比较了不同高原季风指数年变化和年际变化的差异及其与夏季降水相关的差异。结果表明:(1)改进后的高原季风指数物理含义清楚,弥补了原指数计算复杂的不足。(2)物理基础的差异使得新指数在8月达到峰值,不同于其他指数在6月达到峰值。整体而言,不同高原季风指数和高原降水的年变化特征均有较高的一致性。(3)新指数能够较好地表征高原季风与高原夏季降水东、西反相的相关系数分布特征,且不同于其他指数在高原一致的相关系数分布特征,对于高原地区降水,尤其是高原东南部人口相对密集地区的降水预测具有较好的指示意义。

青藏高原那曲地区云降水微观特征雨滴谱分析

为探究青藏高原那曲地区夏季云降水的分布特征,利用2014年6月1日-7月31日那曲地区PS-32型地面激光雨滴谱仪所测得的96次降水资料,并依据降水云的性质进行统计分类,运用M-P拟合和Gamma拟合的方法对3类降水云的雨滴谱分布及其微观特征物理量的演变进行分析和检验,得出结果:(1)那曲地区降水以对流云为主;(2)3类云降水的平均雨滴谱谱宽有着明显差异,M-P拟合最适合用于层状云降水分布,Gamma拟合适用于积雨云和积层混合云雨滴谱的分布;(3)3类云降水的雨强贡献均来自大雨滴谱(即直径>1 mm的雨滴)的贡献,其中层状云降水和积层混合云降水的雨强贡献主要来自直径为1~2 mm的雨滴,积雨云降水主的雨强贡献来自直径>2 mm的雨滴。此外,在对流云降水过程中存在雨滴数密度和雨强增大之前,常伴随特大直径降水粒子先出现的现象。

高原季风与高原低涡的关系分析

本文基于高原季风指数和高原涡数据集,利用小波分析等统计方法对高原季风和高原低涡的气候特征进行了统计分析,并探究了两者之间的关系,主要结果有:(1)高原季风夏强冬弱,高原季风的准4年、准6年周期振荡的特征十分明显。(2)30年来高原低涡平均每年生成64.2个,其中有51.2个是暖性高原低涡。高原低涡的强度季节内呈正态分布,高原低涡的生成频数的季节内变化有明显的周期振荡特征。(3)高原季风的周期振荡特征在季节尺度和年际尺度上与高原低涡气候特征有一定的相关性,准4年与准6年周期振荡特征十分明显。通过相关概率统计:高原季风的建立时间与强度都与高原低涡的气候特征有一定的正负相关。

青藏高原土壤湿度对一次对流降水影响的昼夜对比分析

为了研究青藏高原土壤湿度与降水的反馈机制,使用WRF模式对2014年8月6-9日青藏高原对流降水过程进行模拟和敏感性实验.结果表明,控制实验能较好地模拟本次降水.土壤湿度增加会使白天降水量减少,夜间降水量增加.土壤湿度增大使白天地表温度增温更慢,地表温度降低,地表感热通量减少,使对流层内不稳定能量减少,使垂直气流和辐合辐散强度降低,对流强度减弱,产生负反馈,使白天降水量减少;而夜间地表温度降温更慢,地表温度更高,使对流层内不稳定能量增加,使垂直气流和辐合辐散强度增加,对流强度增加,产生正反馈,使夜间降水量增加.且土壤湿度增加越多,白天负反馈越强,降水减少越多;夜间正反馈越强,降水增加越多.

高原热低压强度指数高值年的夏季降雨个例研究

谢清霞等在"夏季高原低压的年际和年代际变化特征及其与我国降水的关系"一文中定义了夏季高原低压的强度指数,并得出2006年是高原热低压强度指数在1976年由低到高突变后的典型高值年,所以本文选择2006年夏季一次强降水对高原低压强度与长江中下游夏季降水的正相关关系进行检验与分析。利用2006年6月22日00时到24日00时的NCAR/NCEP每日4个时次的1°×1°气象再分析资料和1966—2007年我国596个测站的月降水测站资料,采用WRF模式进行降水过程的数值模拟,将模拟的72h累积降水与测站实况进行对比:雨带的走势和降水的落区还是被模式基本模拟出,整体雨带呈现为西南—东北走向;对比实况分散的降水中心,模拟的中心直接呈带状,比实况范围偏大,强度偏强。从总体来看:模拟出的结果都与实况大致吻合,因此模拟结果基本是可用的。影响这几次降雨过程的主要系统之一是低涡,暴雨的移动路径和降雨强度都与低涡的时间、空间变化特征有较好的对应关系。低空急流源源不断地向暴雨区输送水汽,提供充足的暖湿气流,形成了高温高湿的环境,非常有利于对流不稳定层结。对于涡旋的发生与发展,高层大气的辐散和在低层的辐合,起到对其促进和加强的作用。降雨的变化与假相当位温高值区的移动变化相吻合,所以,不管是降雨的发生,还是维持,能量形势都对其非常有利。

1961—2017年攀西烤烟生育期农业气候资源变化特征

研究当地主要农作物生育期的农业气候资源变化特征,对于区域农业可持续发展具有重要意义。本研究基于四川攀西地区1961—2017年15个烤烟种植县气象站点数据,采用平均温度、平均温度日较差、缺水率和总辐射4个气候因子,分析攀西烤烟种植区全生育期及不同生育阶段光、温、水等农业气候资源时空分布状况。结果表明:1961—2017年,攀西烤烟全生育期平均温度呈现由南至北逐渐降低的分布特点,大部分区域呈升高趋势,且显著升温的区域占播种总面积的54.5%;攀西东部大部及中部部分区域平均温度日较差呈上升趋势,且显著增大的区域占总面积的76.4%;攀西农区烤烟缺水率从南到北逐渐降低,总体呈上升趋势;攀西农区总辐射量呈现从西南到东北逐步减小趋势,其中,西南部气候倾向率为正值。研究期间,攀西烤烟平均温度在旺长-开始成熟期最高,总体均呈升高趋势;平均温度日较差在移栽-蹲苗期最大;移栽-蹲苗期的缺水率最大;开始成熟-成熟期的总辐射量最大,蹲苗-旺长期略有增长。

基于陆面数据同化系统改进中国区域土壤湿度的模拟研究

利用中国区域地面气象要素驱动数据集(China Meteorological Forcing Dataset,CMFD),驱动中国科学院大气物理研究所陆面数据同化系统(LDAS-IAP/CAS-1.0),得到了2003—2010年中国区域土壤湿度数据集,同时不考虑同化卫星遥感亮温数据,直接驱动CLM3.0模拟了2003—2010年中国区域土壤湿度时空变化。将二者土壤湿度模拟结果、地面土壤湿度观测值、美国国家环境预报中心(NCEP)气候再分析数据(CFSR)、基于主动和被动微波传感器的全球土壤湿度数据(SM-MW)进行对比分析发现,考虑同化卫星遥感亮温后与不考虑同化模拟的土壤湿度空间分布有明显差异。将模拟、同化土壤湿度值与观测值对比发现,同化后的青海、甘肃、宁夏和陕西地区土壤湿度较模拟结果有一定的改善。相对于CFSR再分析数据和SM-MW遥感反演数据,模拟和同化土壤湿度值在35°N以南对土壤湿度空间分布的细节刻画更为细致。同化卫星遥感亮温数据后,从2003—2010年土壤湿度四季和年平均空间分布看出,土壤湿度空间分布从西北向东南增加。东北、江淮地区及青藏高原为土壤湿度高值区,新疆和内蒙古为土壤湿度低值区。从变化趋势来看,内蒙古、青藏高原和新疆南部年平均土壤湿度呈增加趋势,其他地区以减小趋势为主。

2015年汛期我国南方季节内东西反相旱涝型及环流特征

本文利用站点数据、再分析数据,采用经验正交函数分解(EOF)、合成分析等统计方法,探讨了2015年汛期(4—9月)内我国南方逐候降水的空间模态及其对应的环流特征。结果表明:2015年汛期,南方地区汛期总体表现为东西反向降水型,体现了强El Nino发展年的一般特征,但进一步分析发现汛期内候尺度东西反向降水型具有多样性特征。对候尺度降水资料EOF展开后的第一模态(EOF1)和第三模态(EOF3)为两类东西反相型降水,在对流层高、中、低层都有明显的差异。EOF1东多西少(A1)型是由低层菲律宾反气旋主导的降水型,副热带高压偏强西伸显著,南亚高压偏强偏东,我国南方东部的大部分地区降水偏多。而EOF3的东多西少(A2)型是由热带气旋活动主导的降水型,南海北部为气旋式环流;副热带高压偏强,相对于A1型偏东;南亚高压较常年同期偏强、偏东,东南沿海降水偏多。EOF1的东少西多(B1)型明显受到南下冷空气活动的影响,副热带高压偏强,位置相对偏东,印缅槽增强,有利于南方西部降水偏多。而EOF3的东少西多(B2)型是菲律宾反气旋位置异常主导的结果,副热带高压明显偏强偏西,引导水汽到南方西部地区。2015年汛期内东西反相旱涝型与菲律宾反气旋活动及位置、热带气旋活动及位置、冷空气活动路径有密切的关系,受到多种环流配置的影响。

基于GIS的旺苍县红心猕猴桃生态适宜性区划

【目的】利用旺苍县及其周边24个站点1971-2017年气候资料,以及旺苍地区土壤资料、地形资料,根据红心猻猴桃生长发育对气候、土壤、地形等环境因子要求,建立区划指标体系,旨在填补当地研究空白,为旺苍红心猻猴桃产业发展布局提供参考。【方法】基于国家基础地理信息中心提供的1:250000DEM数据,利用GIS技术,建立小网格推算模型,对红心猻猴桃各区划指标进行网格推算及空间分析,按照不适宜、次适宜、适宜3个等级,对旺苍县红心猻猴桃种植适宜性进行区划。【结果】红心猻猴桃种植最适宜区域面积为208.53 km^2,主要分布在旺苍县东北部檬子乡、英萃镇、正源乡斜线上,东西向槽谷地区的东侧,以及南部农建乡、化龙乡等地区;红心猻猴桃种植次适宜区域面积为597.15 km^2,主要集中在旺苍县南部,适宜区周围。【结论】本文综合考虑了气候、土壤、地形3种生态因素,充分结合旺苍县本地实际,采用指标分级法,得出了详细、直观的结果,能够为当地政府、决策部门和企业规划管理红心猻猴桃产业发展提供有价值的参考。

WARMS 2.0中边界层参数化方案对一次台风外围降水模拟预报的影响

为分析高分辨率数值预报模式下不同边界层参数化方案对降水过程的模拟结果及边界层参数化方案中局地混合与非局地混合作用对模拟结果产生的不同影响,利用华东区域中尺度数值预报系统WARMS 2.0,使用不同边界层参数化方案对一次台风外围强降水过程进行模拟,得出主要结论:非局地混合YSU方案对强降水中心位置的模拟能力最好,且对台风雨带结构的模拟更准确明显,但模拟降水的强度偏大;局地混合MYJ方案容易产生小量级虚假降水;未使用边界层参数化方案时的模拟能力最弱,降水范围小、强度弱,与实况相比差异较大。在对强降水过程进行模拟时,非局地混合方案在垂直方向上的湍流作用更强,模拟的强降水范围和强度均大于局地混合方案。由降水检验来看,非局地混合YSU方案的预报技巧优于其他方案,易模拟出较大量级降水,而局地混合MYJ方案更容易预报出较小量级的降水。

北京地区一次持续重污染过程的气象成因分析

为揭示北京一次持续重污染过程的气象成因,利用北京地区常规及特种气象资料、风云二号C卫星数据及PM_(2.5)观测资料,分析了高低空环流形势、局地气象要素的动力和热力结构对其的影响。结果表明:过程期间,高空以西北或偏西气流为主,地面受高压后部弱气压场和低压辐合区控制;地面呈现小风或静风的状态;850 h Pa以下相对湿度维持在80%以上;存在多层逆温且维持时间长;不利于污染物扩散的气象条件是PM_(2.5)前期积累的主因,而局地环流所形成的风场辐合线北抬是PM_(2.5)浓度在后期短时内爆发性增长的关键因素。