拉萨市近地面大气成分时空变化及相关因子研究

拉萨市位于青藏高原腹地,近年来臭氧(O_(3))污染问题凸显。本文基于2013~2018年拉萨市区6个监测站点的O_(3)、NO、NO_(2)、NO_(x)、CO、SO_(2)、PM_(2.5)、PM_(10)监测数据,采用相关统计方法研究了拉萨市各污染物,尤其是O_(3)的时空分布特征及与前体物之间关系,并探讨了气象条件对其的影响。结果表明:(1)近年来拉萨市区O_(3)浓度呈上升趋势,O_(3)替代PM10,成为拉萨城区首要污染物。O_(3)浓度的年超标天数达55 d,占比为49.4%。(2)O_(3)浓度在2016年之后上升显著,上升率为16.34μg m^(−3)a^(−1),2018年O_(3)浓度最大(91.48μg/m^(3));年较差计算得出,每年生成的O_(3)浓度从2015年开始逐渐升高。(3)O_(3)浓度呈现春高冬低,城区高于郊区的变化特征,且与NO、NO_(2)和NO_(x)的浓度变化存在显著的负相关关系(-0.6),可能O_(3)生成被NO_(x)抑制。(4)O_(3)浓度与气温相关性较好,随着降水量和湿度的增加,抑制O_(3)浓度增加。O_(3)浓度受季节和风向风速影响较大,这可能与长距离传输特征及人类活动(固定源)对高原生态环境影响有关。

基于MODIS的青藏高原季节性积雪去云方法可行性比较研究

青藏高原地处中纬度地区,季节性积雪分布破碎,地面观测站点稀少,中分辨率成像光谱仪（MODIS）可为该地区提供每日积雪监测数据,然而云是光学遥感最大的影响因素,为研究MODIS每日积雪产品去云方法在青藏高原的适用性,根据原理将去云方法归纳总结为五大类,并对每种方法的＂潜在假设＂开展分析讨论.结果显示：基于时间连续性的方法适用性强,去云效果明显,上下午积雪连续的平均概率为72.5%,而2～5 d的连续积雪的概率为5.6%～43%不等,可靠性差;临近像元法可去除零散分布的云,平均正确率达到95.5%,但去除云量较少;基于高程的去云算法在山区适用性好,而在高原腹地由于坡度较小而错判概率较大;采用被动微波遥感数据进行去云则依赖于微波对云的识别率,往往误差较大;采用数学方法拟合积雪边界在积雪破碎、降雪融雪较快的青藏高原地区,物理意义较弱.通过分析研究表明,青藏高原地区MODIS日积雪产品的去云,需综合多种算法的区域适用性,充分考虑青藏高原地形及积雪本身的特征,逐步完善每日积雪去云工作.

西藏高原MODIS每日积雪产品去云算法过程对比验证研究

基于MODIS积雪产品的多种去云方法过程在西藏高原开展对比验证,并以漏测误差L（%）、多测误差M（%）、总体精度O（%）、积雪分类精度S（%）及kappa系数（K_（hat））作为验证精度评价指标;主要研究方法有上下午星结合去云法（方法Ⅰ）、连续三天结合去云法（方法Ⅱ）以及基于数字高程模型的Snowl去云法（方法Ⅲ）.并采用高分辨率Landsat遥感数据对所得结果开展验证对比工作,为了使验证结果更具有代表性,选取了西藏高原典型的5个区域用于其验证范围.结果表明：方法Ⅰ和方法Ⅱ有较好的去云效果,适合于在西藏高原开展利用;方法Ⅲ在西藏高原没有起到特殊的去云作用,该方法的前提假设是在西藏高原需要考虑山地和高原作分析;通过三种方法去云之后在5个区域效果总体上表现为漏测误差和多测误差都有减少,总体精度和积雪分类精度分别在60%～98%及60%～95%之间,kappa系数在0.10～0.56间,一致性精度表现一般.

SR-50A超声雪深仪在西藏高原的适用性研究

为满足应急气象服务需求,2013 2014年在西藏自治区强降雪和雪灾易发及重点积雪区域气象站安装了4套SR-50A超声波雪深观测系统,首次实现了西藏高原雪深自动观测和数据实时传输。利用12:30加密和08:00(北京时)常规人工雪深观测数据对4个站SR-50A雪深观测数据进行了评估和对比分析。结果表明:(1)SR-50A与人工观测的平均雪深偏差范围在±2 cm之内。雪深越大,平均均方根误差越小,观测精度越高。SR-50A传感器更为适合雪深较大地区的积雪监测。(2)SR-50A对西藏高原的雪深具有较好的监测能力,与人工观测雪深具有较好的一致性,4个观测点的线性相关系数在0.81~0.97,呈现极为显著的线性关系。(3)大风、局地太阳光照条件、气温和地表特征等因素通过风吹雪和融雪引起观测场内积雪分布不均匀,加之仪器是固定点观测,人工观测是观测场内3个点的雪深平均值,这些是SR-50A与人工观测雪深差异较大的主要原因。

CMORPH对青藏高原地区夏季降水的模拟精度研究与修正

利用青藏高原77个地面台站的2003年~2009年夏季(6月~9月)的降水资料,对月尺度和年尺度上CMORPH(Climate Prediction Center morphing)多卫星降水数据的精度进行研究,并引入Sokol模型对年尺度上的CMORPH数据进行修正,旨在为基于卫星降水数据的青藏高原地区气候、水文等方面的研究提供科学依据。研究结果表明:1CMORPH数据对青藏高原降水的时间变化趋势和空间变化趋势的模拟精度较低,且存在明显的时空不稳定性。2不同时间尺度的CMORPH数据在青藏高原东南部的模拟精度要高于其他地区,而喜马拉雅山脉北麓以及青藏高原东北部的模拟精度最低。3CMORPH年数据存在明显的高值高估、低值低估的现象,其模拟值与误差之间的相关系数均在0.53以上。4经过Sokol模型修正后,CMORPH年数据均方根误差明显降低,而相关系数均有不同程度的提高,表明该模型能够提高CMORPH数据对青藏高原地区降水的模拟精度。

季风爆发前后青藏高原西部改则地区大气结构的初步分析

通过2008年青藏高原西部改则地区季风前(FM)和季风爆发阶段(MJ)两个加强观测期的无线电探空资料发现:青藏高原西部改则地区对流层顶以第二对流层顶为主。冬季多表现为双对流层顶或复对流层顶。到了夏季,第一对流层顶(极地对流层顶)较少见,基本只有第二对流层顶。季风前第一对流层顶高度为10752m,温度为219K,气压为245.2hPa,第二对流层顶高度16826m,温度为202K,气压93hPa。季风爆发阶段,第一对流层高度为10695m,温度229K,气压256.7hPa;第二对流层顶高度为17360m,温度198K,气压89.4hPa。由两个观测期的月平均温度的升温情况可以判断出第二对流层顶温度夏低冬高,第一对流层顶温度为夏高冬低。从小时的时间尺度上发现,第二对流层顶的高度变化和对流层顶温度、气压、风速的变化均为反位相变化;对流层顶升高时,对流层顶气压、温度、风速、湿度随之降低,反之也成立。第一对流层顶对地表向上的热量输送及云顶有很好的阻挡作用,进而对大气加热有显著影响。从靠近地面的月平均风速均匀混合特征,判断出季风爆发阶段改则地区边界层高度能达到3500m左右。西风急流在高原改则地区有明显季节变化。冬季西风急流最强,几乎没有东风带出现。季风爆发阶段西风急流逐渐离开改则地区并向高原北部移动,在该地区表现为减弱。同时东风带逐渐北移到改则地区,在该地区上空表现为逐渐增强,并位于西风带之上。

基于MODIS的藏北高原植被分类研究

本文以那曲地区和拉萨市区(文中称藏北高原)作为研究对象,对该区域的植被进行分类。通过地面调查数据、遥感数据、中国植被图集扫描图中经几何校正的西藏藏北高原作为实际参考数据,利用R2V软件和Arc info软件的结合,得出西藏藏北高原植被的数字化图。同时通过中国植被图集中西藏藏北高原的数据和MOD IS卫星6、2、1通道合成数据的特点,利用最大似然估计监督类方法对2004年9月13和27日的EOS/MOD IS卫星遥感图像的西藏藏北高原部分植被进行分类。得出西藏藏北高原7个典型植被类型及其面积,可以反映出该区域植被的特征。这对可持续发展该区域的草地资源提供了决策依据。

植被退化对青藏高原冬夏季气候影响的模拟研究

利用区域气候模式RegCM3,模拟分析了青藏高原地区植被退化对自身及周边地区气候产生的影响。结果表明:植被退化后,在退化区域冬夏季地表温度明显升高,最大增值2℃,而外围则温度降低,量值为-0.5℃～-1℃。夏季气温的变化趋势与地表温度类似,但量值较小,冬季退化区气温增加范围较大。夏季退化区湿度和降水增大,增加值分别达到0.6g/kg和35mm/month;退化区外围降水减少,外围西部及北部地区湿度减小,中心值为-0.4 g/kg。在冬季,湿度稍有减小,主要分布在西藏地区和青海、四川的交界处。

青藏高原土壤水分时空变化特征及其与气候变化的关系研究

利用SMAP反演的土壤水分和ERA5再分析格点数据,采用趋势斜率法和相关性分析法,分析了青藏高原春季土壤水分时空变化特征及其与夏季气温和降水量的相关性。结果表明:青藏高原春季土壤水分呈微弱的减少趋势,空间上呈由西向东逐步增大的分布特征,近17 a土壤水分增加区域面积占高原总面积的42.37%,增加区域主要位于西藏阿里、日喀则大部、那曲中部、林芝西北部,以及青海大部;减少区域则位于四川大部、新疆大部、西藏山南和昌都。青藏高原春季土壤水分与夏季降水量和气温间具有较好的相关性,其中夏季气温与土壤水分呈正相关的区域占总面积的8.56%,正相关区域主要集中在高原北部柴达木盆地和日喀则中部区域,负相关区域位于高原大部,主要在西藏藏北、藏南和中部地区,以及四川和青海省大部。降水与土壤水分呈正相关的区域占总面积的41.69%。正相关区域在藏北阿里、那曲北部和林芝大部区域,负相关区域位于日喀则、拉萨、山南中部、昌都、和那曲东南部。

青藏高原土壤湿度时空分布特征研究进展

土壤湿度是陆面过程的重要参量,可以通过影响土壤本身的热力性质和水文过程,导致局部大气环流的改变以及区域性短期气候异常。青藏高原作为全球气候变化的敏感区,其地气间的水分与能量交换对亚洲季风和全球大气循环有着极大的影响,且高原地区的土壤水分数据能够为陆-气相互作用和数值模拟等研究提供重要的观测信息和初始输入数据。文中综述了青藏高原土壤湿度观测和研究对气候变化影响的重要性,高原土壤湿度观测站网建设现状,各种土壤湿度替代资料的适用性和评估研究,以及高原土壤湿度时空分布特征对降水的影响与气候变化响应,并提出了今后青藏高原土壤湿度研究着重解决的问题。

近几年西藏高原大气臭氧总量变化特征

本文根据 TOMS第七版拉萨站点臭氧资料 ,分析了 1 996年 7月 1 7日至 1 999年 1 2月 3 1拉萨地区日臭氧总量的变化特征。分析得出 ,西藏高原日际臭氧总量波动显著 ,特别是冬春季节更为突出 ;秋季到春季为臭氧总量逐渐上升阶段 ,春季到夏秋季节臭氧总量呈逐渐减少趋势 ;夏秋季节日际臭氧总量变幅较其他季节小 ;1 996～ 1 999年年平均臭氧总量分别是 2 52 .5、2 66.5、2 71 .9、和2 63 .0 DU。 1 996年的年平均臭氧总量小于四年均值 1 1 .0 DU之外 。

中国南北极大气科学考察科普知识

今年世界气象日的主体是:“极地气象:认识全球影响”,做为第一个登上南极大陆的藏族气象工作者,本文简要介绍有关极地方面的科普知识。

基于多源资料的高原低涡源地研究

高原低涡是活跃于青藏高原近地面层的中尺度天气系统,是高原最重要的降水天气系统,少部分的低涡移出高原后在下游地区常带来灾害性的强降水天气。“青藏高原低涡切变线年鉴”(简称年鉴)是高原低涡研究的主要参考资料之一,但受到高原西部地区探空观测站点分布不足的影响,年鉴难以监测发源于高原西部的低涡。为了进一步提高对高原低涡源地的科学认识,本研究首先分析了影响高原低涡发生发展的环流在高原东西部地区的差异,结果表明高原西部地区的环流背景更有利于高原低涡形成。再利用2005~2019年暖季(5~9月)风云-2地球静止卫星观测的云迹风和黑体亮温资料对年鉴低涡进行重分析,表明年鉴中大部分的高原低涡可以溯源至高原西部地区。最后分析了在高原西部的3个新探空站(狮泉河、改则和申扎)建立前后年鉴中高原低涡源地的差异,发现增加的探空资料使位于高原西部的低涡源地大幅度增加。综合多源资料的结果,我们认为大多数高原低涡起源于高原西部,年鉴的结论可能源于高原西部的探空站不足的影响。本研究确认了再分析资料在高原低涡研究中的可用性和有效性,强调了卫星观测资料在高原天气系统研究中的重要性和进一步增强高原地区气象观测的迫切性。

藏东南植被生态质量变化及其气候驱动因素研究

为研究藏东南地区植被生态质量变化特征,本文利用MODIS归一化植被指数数据和气象监测资料,分析了藏东南地区2001~2023年植被覆盖度(VFC)、净初级生产力(NPP)以及植被生态质量指数变化特征,并探讨了其变化的气象驱动因素。研究得出:(1)近23年植被覆盖度均呈降低趋势,平均每10年降低9%~18%;(2)净初级生产力巴宜和波密呈增加趋势,分别增加3.85g/m2·(10a)-1、14.23 g/m2·(10a)-1。察隅和米林呈减少趋势,分别减少21.04g/m2·(10a)-1、0.85 g/m2·(10a)-1;(3)植被生态质量指数()除波密呈增加趋势外,其余三站均呈减小趋势,但减幅较小;(4)气候变化是过去23年影响藏东南植被生态质量的主要驱动因素。本研究为精细化了解藏东南森林植被生长状况提供信息,进一步加深对藏东南植被生态质量变化及其驱动因素的认识,为下一步开展森林资源评估工作奠定研究基础,为建设“生态林芝”提供决策依据。

1981—2023年雅鲁藏布江流域大气饱和水汽压差变化及影响因素

饱和水汽压差(vapor pressure deficit,VPD)可反映大气对水分的需求,厘清VPD时空变化特征有助于了解区域大气干湿程度对气候变化的响应。基于近43年(1981—2023年)雅鲁藏布江流域(简称雅江流域)34个气象站点逐月日照时数、平均气温、平均最高气温、平均最低气温、降水量(P_(r))、相对湿度、水汽压和平均风速等资料,采用线性倾向估计、R/S分析、Mann-Kendall法、Morlet小波分析和逐步回归等方法,分析近43年雅江流域VPD时空变化特征及影响因子。结果表明:(1)雅江流域年、季VPD总体上呈东西部低、中部高分布特征;月际变化呈双峰型,第1、2峰值分别在6、10月,1月最小;VPD夏季最大,春季次之,冬季最小。(2)年VPD以0.030 kPa/(10 a)的速率显著增加,主要表现在夏秋季,尤其近23年(2001—2023年)增速明显。年、季VPD在21世纪前10年中后期发生了突变,且未来持续增大的可能性很高。20世纪80和90年代年、季VPD均偏低,以90年代最明显;21世纪前10年因夏、冬两季VPD偏高,年VPD偏高;21世纪10年代年、季VPD均偏高,主要表现在夏、秋两季。VPD在春、夏、秋3季都存在3~4 a显著周期,冬季有2~3 a周期,年VPD无显著周期。(3)四季和年VPD与地理因子的线性关系不显著,但存在极显著的二次曲线关系。(4)年、季平均气温升高是致使VPD增加的主导因子;2004年以后,年平均气温、水汽压对VPD贡献率有所降低,P_(r)的作用明显增大。

气候变化背景下西藏高原地区界限温度时空变化特征

受全球气候变化影响,农牧业生产面临较大风险,研究界限温度时空变化对调整农业种植结构,实现农业可持续发展具有重要意义。利用近40a(1981-2020年)西藏38个气象站点逐日平均气温观测数据,采用线性倾向估计、Person系数、Mann-Kendall、优势分析等方法,分析了气候变暖背景下近40a西藏≥0℃、≥5℃和≥10℃界限温度(初日、终日、持续日数和活动积温)的时空变化特征。结果表明:(1)西藏≥0℃、≥5℃和≥10℃界限温度分布总体上表现为自东南向西北初日推迟、终日提早、持续日数缩短和积温减少的特征,并具有明显的海拔垂直地带性特征。1991-2020年与1981-2010年平均值比较,西藏各站三种积温均增加,以≥10℃积温增幅较大;绝大部分站点初日偏早、终日偏晚、持续日数偏多。(2)近40a西藏≥0℃、≥5℃和≥10℃初日、终日和持续日数的变幅以≥0℃最大,平均每10a初日提早3.2d、终日推迟3.5d、持续日数延长5.4d;积温增幅以≥10℃最大,为86.1℃·d·10a^(-1)。≥0℃、≥5℃持续日数增加是由于初日明显提早造成的,而≥10℃持续日数的增加因终日显著推迟导致。(3)≥0℃界限温度的线性倾向率(LTR),低海拔地区明显大于高海拔地区;≥5℃初日、积温LTR的最大值在低海拔地区,终日、持续日数LTR的最大值在中高海拔地区(3500-4000m);≥10℃初日LTR在中高海拔地区最大,终日、持续日数和积温LTR最大值出现在海拔4000-4500m地区。(4)20世纪80年代≥0℃、≥5℃和≥10℃初日偏晚、终日偏早、持续日数偏短、积温偏低;90年代初日、终日和持续日数正常,积温仍偏低;进入21世纪后,初日偏早、终日偏晚、持续日数增加、积温明显偏高,以21世纪10年代最明显。(5)≥5℃终日突变最早,发生在20世纪90年代初;≥10℃终日突变最晚,在21世纪10年代中期;初日、积温的突变分别出现在20世纪90年代中后期和21世纪初,持续日数突变点发生在20世纪90年代后期至21世纪中前期。

基于Crocus模型的雪深模拟研究

雪深的准确模拟对于寒区的水文过程、气候变化、生态环境具有重要意义。积雪过程模型可以定量模拟物理环境对积雪参数的影响过程,从物理意义上定量模拟区域雪深。但是,目前积雪过程模型模拟存在参数设置复杂、不确定性大等问题。因此,有必要通过参数率定找到最适应区域的参数组合,从而完成模型参数的本地化。本文应用Crocus模型,在西藏自治区的聂拉木站、普兰站和帕里站进行3 a(2019—2021年)逐日雪深模拟,利用UQ-Pyl进行模型参数的敏感性分析及率定,构建以上站点的Crocus模型,并通过相关系数(R)、标准差比(SDC)、纳什效率系数(NSE)、平均差值(BIAS)和均方根误差(RMSE)综合评估Crocus模型在聂拉木站、普兰站和帕里站的适用性。结果表明:聂拉木站、普兰站、帕里站的Crocus模型主要敏感参数分别有20、15、13个;Crocus模型在聂拉木站的雪深模拟效果最佳(R=0.989、SDC=0.990、NSE=0.978、BIAS=0.276 cm、RMSE=4.280 cm),普兰站和帕里站次之;其中,聂拉木站的积雪沉降、积累和融化过程得到了很好的模拟,普兰站在积雪较厚时模拟效果更优,帕里站在每年3—4月时模型高估了雪深,但变化趋势基本一致,3个站点的日雪深模拟结果基本反映了雪深日变化过程。本文对Crocus模型的本地化是对积雪过程模拟研究的有益补充,为理解和揭示西藏自治区的积雪过程可提供科学依据和信息,同时,也为提高区域气候预测水平、水资源有效管理、灾害预防和应对提供有力支撑。

西藏高速公路气象灾害预警服务研究

文章基于2018—2019年西藏自治区气象和交通部门联合开展的西藏高速公路气象灾害风险隐患点普查数据,分析了西藏高速公路气象灾害隐患点的空间分布特征。结果表明,西藏高速公路风险隐患点分布广泛,总体呈东多西少,南多北少的特点;主要的风险隐患点集中在拉萨至林芝路段、泽当至拉萨路段;风险隐患点的路基岩土类型以碎石土为主,风险隐患点与植被覆盖率有一定的关联性;影响西藏高速公路主要气象灾害风险依次为路面结冰、强降雪、强降雨、大风,尤其林芝段大部分路段为高架桥,冬季易结冰,风险较大。据此,文章提出了一套适合西藏高速公路气象灾害预警服务方法,即综合考虑沿线地形、地理信息、灾害风险类型等多种影响因子,结合现有的中尺度预报模式及前端预报产品,获得影响西藏高速公路交通的关键气象要素、区域特征和重点季节,进而划分不同区域不同等级高影响天气风险指标,并根据西藏公路交通具体情况进行订正,形成了逐3 h、6 h或24 h发布的未来7 d西藏高速公路气象灾害预警风险评估服务产品。

青藏高原生态屏障区生态保护和修复气象服务保障对策研究

青藏高原被誉为“世界屋脊”,是“亚洲水塔”和“地球第三极”,是我国乃至全球维持气候稳定的生态源和气候源,是国家重要的生态安全屏障、战略资源基地和高寒生物物种资源宝库,具有极为重要的生态战略地位意义,其生态保护修复在我国生态保护和修复工作中具有特殊重要地位。调查分析青藏高原生态环境及西藏气象部门气象保障生态建设现状,结合气象部门实际,提出相应的对策,旨在建立完善的气象保障生态保护与修复工作的系统,为青藏高原生态保护和修复贡献气象力量。

基于复杂网络模型的沙尘天气空间交互影响研究--以雅鲁藏布江中游为例

利用2017-2020年冬春季(10月-次年4月)雅鲁藏布江中游的15个气象站逐小时最低能见度数据,采用转移熵方法构建区域沙尘传输矩阵,基于复杂网络理论分析沙尘天气的空间传输及交互影响特征。结果表明:(1)雅鲁藏布江中游沙尘天气系统是一个稳健性网络,站点之间的沙尘天气互相影响,说明沙尘可以跨区域输送。(2)申扎、南木林和尼木处于沙尘天气空间关联网络的核心,这三个地区是研究区的主要沙尘分布区;拉萨和墨竹工卡沙尘天气受其他站点影响程度最小。(3)研究区沙尘天气影响时间短。沙尘持续时间以1 h为主,说明以局地起沙为主;3 h持续时间次之,说明各站点之间相互传输;6 h持续时间最少,说明沙尘不能长时间输送。雅鲁藏布江中游沙尘天气既有局地供应,又有区域传输,各站点之间相互影响,形成复杂的空间交互网络。为了减少研究区沙尘灾害的影响,应该立足于全面协调协作进行治理。