全球植被分布对气候影响的数值试验

利用一个新的陆－气双向耦合模式R42_AVIM, 通过有无植被覆盖的对比试验分析, 探讨了全球植被分布对气候和大气环流产生的潜在影响。得出: 陆面植被覆盖使得地表特征参数发生行星尺度的明显改变, 在叶面积指数大的热带和中高纬度森林带尤其显著。在现实植被分布下, 陆地表面反照率减小, 地表净辐射收支和地表潜热通量增加, 而地表感热通量减小。植被叶面积指数比较大的区域地表温度降低, 并且这种温度的改变一直延伸到对流层中上层, 在热带表现为斜压结构, 而在中高纬表现为相当正压结构。植被的存在使热带和中高纬度森林带的蒸发和相应的高层凝结潜热加热增强, 从而增强了经圈环流的上升支, 使得冬季在热带和南半球中纬度降水增多, 夏季在热带和北半球中高纬地区降水明显增多; 而经圈环流下沉支的增强致使副热带降水减少且更干旱。同时, 植被的存在使大陆潜热释放增强, 气温下降, 减小了海陆温度对比, 亚洲夏季风也有所减弱。     

黄河源区草地退化对局地气候环境影响的数值模拟

土地覆盖变化会影响到近地层各气象要素发生不同程度的变化.利用中尺度数值模式MM5,设计了一个控制试验和一个敏感性试验.通过对2003年7月一个月的积分,模拟了黄河源区草原退化对局地气候环境的影响.结果表明,黄河源区草原退化导致该地区2 m高度气温及地表温度明显升高;空气湿度及土壤湿度不同程度减小;草原退化后降水的减小影响到径流减小;草原退化后还引起退化区感热通量增加,潜热通量减小,有效通量(感热通量+潜热通量)减小.与草地农牧化相比,草原退化对气候环境的影响程度更强.     

黄土高原植被改变对夏季当地气候影响的数值模拟

利用2003年6、7月份的资料及中尺度模式MM5V3.5,对当年夏季黄土高原地区的温度场和湿度场进行了模拟分析,结果表明:黄土高原地区植被覆盖改善,将使得当地夏季平均气温、地面温度降低,气温减小的最大值出现在植被改变的中心区域,最大值为0.6℃,其周边地区温度也是普遍降低的,而地面温度变化大于气温。这种变化主要发生在白天,夜间气温和地温的变化相对较小,夜间,平均地温甚至略有升高。在植被改善的地区,夏季平均气温和平均地温日较差均减小。植被覆盖改善后,空气湿度在白天和夜间均明显增加,白天增加量大于夜间,而影响范围则小于夜间。     

渭北旱腰带近60年气候变化及其对农作物的影响

利用渭北旱腰带地区24个国家气象站1961—2020年逐月气温、地表温度、降水、相对湿度等气象观测资料,采用气候倾向率和相关分析等方法研究近60 a以来渭北旱腰带地区的气候变化特征,并探讨区域气候变化对渭北地区主要农作物（小麦、玉米和苹果）的影响。结果表明：（1）近60 a平均地表温度和气温分别为134 ℃和111 ℃,且呈显著上升趋势（通过了001的显著性检验）;四季的地表温度和气温均缓慢上升,且冬季、春季、秋季的地表温度和气温上升显著（通过了001的显著性检验）。（2）年降水量呈缓慢增多趋势,年平均相对湿度缓慢减小;冬季和夏季降水量缓慢增多而春季和秋季明显减少,以春季最显著;春季、冬季和秋季平均相对湿度呈减小趋势,以春季最显著（通过了001的显著性检验）,夏季缓慢增大。（3）渭北旱腰带地区可以利用气候变暖带来的热量资源提高复种指数,在农业选种育种方面应培育晚播早熟小麦品种与晚熟玉米品种,苹果主产区可以向黄土高原迁移。     

近40 a石河子地区气候暖湿化特征分析

分析了40 a气温、降水及干旱指数的变化特征,结果表明:(1)近40 a石河子地区平均温度以0.3℃/10 a趋势上升,和全疆变化一致;该地区年、冬季、夏季气温总体呈上升趋势,20世纪60~70年代年、冬季、夏季气温呈降低的趋势,80~90年代气温呈增加趋势,80年代冬季升温比夏季升温明显,而90年代夏季升温比冬季明显。(2)降水总体趋势上升,降水增长率为12.5 mm/10 a,90年代平均降水比30 a均值偏多20.8%。(3)年平均干旱指数总体呈下降趋势,但趋势不明显,其减少率为-0.3/10 a。(4)石河子地区的温度、降水及干旱指数用M ann-kendall方法检验分别在不同年份发生了不同程度的突变。结果指出,石河子地区气候正在趋于暖、湿化,这对于本区绿洲的发展具有有利的一面。     

中国北部积雪区冬季地表温度和2m气温再分析数据评估

利用2011-2016年冬季中国东北内蒙古及北疆地区251个站点逐日0 cm地表温度和2 m气温数据,对ERA5、MERRA2、JRA55、CRA-interim和CFSR五套再分析数据的地表温度和气温进行评估,并使用MOD10C1对有无积雪覆盖时地表温度的偏差进行了分析。结果表明,再分析气温的精度较高,各再分析气温的整体偏差分布在-1～1℃,北疆地区适用性稍差;再分析地表温度精度明显降低,除ERA5整体偏差为-0. 34℃外,再分析地表温度表现为明显低估;再分析地表温度的偏差与土地利用类型有关,林地地区的地表温度冷偏差最大,草地地区偏差最小;再分析地表温度在有雪时低估更为严重,林地和耕地地区表现明显;相对于地表温度偏差本身,积雪的影响不大,陆面模式对于积雪区冬季林地地区的模拟亟待提高。     

中国地区黑碳气溶胶直接辐射效应的数值模拟研究

利用意大利国际理论物理研究中心（ICTP）提供的2000年各月气溶胶资料（包括人类活动和生物质燃烧所产生的气溶胶）,使用并行版本区域气候模式RegCM3,研究了黑碳气溶胶对中国区域气候的影响。结果表明,引入黑碳气溶胶后,冬、夏季中国大部分地区大气顶出现了正辐射强迫,其分布与垂直负荷分布基本相似。在仅考虑黑碳气溶胶的直接辐射效应时,中国大部分地区冬、夏季地面气温呈下降趋势,降温的高值区均位于中国东南部,冬季最大降温幅度约为0．9℃,夏季最大降幅约为2．4℃,夏季降温幅度明显大于冬季。相对于温度变化,黑碳气溶胶引起的降水变化较为复杂,无论是冬季还是夏季,降水量减小的区域均大于增加区。冬季降水量最大减幅约为20mm,夏季降水量最大减幅超过100mm,夏季降水量减幅明显大于冬季。冬、夏季仅西北和华南部分地区降水量有所增加。冬季中国大部分地区痕量降水和弱降水日数呈增加趋势;夏季黄河以北中国北方地区痕量降水和弱降水日数也是以增加为主。     

近30年来中国干旱生态区增暖放大现象及其与植被覆盖的联系

利用归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）将中国划分为不同的生态区,在此基础上分析夏季植被状况与不同生态区增暖之间的联系。研究表明,就多年平均而言,中国植被覆盖呈现自东向西逐渐减少的空间分布。1982年以来,植被稀疏的干旱生态区是夏季增暖最明显的区域,平均气温和平均最高气温增速大都位于0.6~1.0℃/10 a,而平均最低气温的升高达到0.8~1.4℃/10 a,明显高于中国其他区域。进一步分析发现,夏季气温的变化与其所处地区的植被疏密程度之间存在很好的负相关关系,即快速增暖主要发生在植被稀疏区,且这种负相关关系在夏季平均最低气温上最为显著。不同植被覆盖区中气温的长期变化趋势,受NDVI变化带来的地表反照率和云量变化的影响,但各生态区不尽相同,主要表现在:植被稀疏的干旱生态区,植被减少,引起地表反照率增加,感热输送增加而潜热输送减小,加速了该地区整体的增温速率;而在植被茂密地区,植被增加造成地表反照率减少,同时由于蒸发冷却,其整体增暖幅度缓于植被稀疏区。所以,植被活动对全球变暖背景下的区域气候变化具有重要作用,尤其表现在干旱生态区的陆面过程上,地表辐射平衡和能量收支的显著改变放大了干旱生态区的增暖速率。     

人类活动对中国区域气候及水循环的影响数值试验

使用区域气候模式RegCM3,进行了人类活动(植被分布和CO2含量的变化)对中国区域气候及水循环影响的数值模拟试验.模拟结果表明:在植被退化和CO2浓度增加的共同影响下,春、夏季气温增加明显,特别是北部地区,秋、冬季我国气温降低明显,说明气温的年较差变大,极端气温事件发生的几率也随之变大;我国降水大体上呈现南方降水增多、北方降水减少的趋势,华北、内蒙古地区减少最多,而降水增加区域则集中在长江以南地区,这样的变化趋势将使得降水异常事件发生更加频繁.     

典型喀斯特区植被变化及其与气象因子的关系——以广西百色市为例

利用2000—2017年广西典型喀斯特区MODIS NDVI卫星遥感影像,研究近20 a来喀斯特地区植被及不同等级石漠化区植被时空变化状况,分析降水及气温与喀斯特地区植被变化的相关性,探讨植被变化与气象因子的关系。结果表明:(1)研究区植被及各石漠化等级区植被年内NDVI变化特征均表现出"夏秋高,冬春低"的趋势,随着石漠化等级加重,植被NDVI均值降低。植被NDVI峰值多出现在8月上旬至9月上旬,谷值出现在1月和2月上旬。但以灌草为主的轻、中、重石漠化区植被NDVI峰值出现时间较早,以乔木为主的潜在石漠化区植被NDVI峰值出现时间较迟。(2)2000—2017年百色全喀斯特地区及各等级石漠化区植被NDVI均呈改善趋势,且重度石漠化区植被改善趋势最明显,轻度石漠化区次之。研究区植被多为稳定变化和改善趋势,改善、变化不大和退化面积比例分别为38.27%、57.86%、4.87%。(3)平均气温和降水量与研究区植被NDVI相关性均较高,且平均气温与植被NDVI的相关性总体好于降水量。年尺度气温和降水量对植被NDVI影响均较明显,季度尺度上,秋季和春季气温降水对植被NDVI影响较大,冬季影响最小。目前气候变暖引起的增温幅度有利于研究区植被生长,春夏季降水减少、秋季降水增多的气候变化趋势更利于研究区植被改善。     

四川地区云和空中水资源分布与演变

利用1971～2000年台站云降水资料和NCEP再分析资料,分析了四川地区云和空中水资源的分布与演变。研究发现:四川地区平均总云量为7.2成,低云量4.7成,全年阴天日数193.5天,降水日数154.0天,小到中雨日147.1天;全年大气可降水量为181.7kg.m-2。云有明显的季节变化特征,总云量夏季最高,春季次之,冬季最低,低云量夏季最高,秋季次之,冬季最低。大气可降水量夏季最大,秋季次之,冬季最少。云和小到中雨日的空间分布具有明显的地域性,且夏季分布与全年分布显著不同。在高原上,总云和低云、降水日、小到中雨日呈相反的变化趋势,总云在平均状态附近波动略有减少,而低云、降水日、小到中雨日在平均状态附近波动略有增加;在盆地内,云和降水日的演变趋势相同,总云量、低云量、降水日、小到中雨日都在线性减少。30年来四川地区大气可降水量线性变化则略有增多。     

Simulation of Effects of Grassland Degradation on Regional Climate over Sanjiangyuan Region in Qinghai-Tibet Plateau

Regional climate model （RegCM3） was applied to explore the possible effects of land use changes （e.g., grassland degradation in this study） on local and regional climate over the Sanjiangyuan region in the Qinghai-Tibet Plateau. Two multiyear （1991-1999） numerical simulation experiments were conducted： one was a control experiment with current land use and the other was a desertification experiment with potential grassland degradation. Preliminary analysis indicated that RegCM3 is appropriate for simulating land- climate interactions, as the patterns of the simulated surface air temperature, the summer precipitation, and the geopotential height fields are consistent with the observed values. The desertification over the Sanjiangyuan region will cause different climate effects in different regions depending on the surrounding environment and climate characteristics. The area with obvious change in surface air temperature inducing by grassland degradation over the Sanjiangyuan region is located in the Qinghai-Tibet Plateau. A winter surface air temperature drop and the other seasons＇ surface air temperature increase will be observed over the Qinghai-Tibet Plateau based on two numerical simulation experiments. Surface air temperature changes in spring are the largest （0.46℃）, and in winter are the smallest （smaller than 0.03℃）, indicating an increasing mean annual surface air temperature over the Qinghai-Tibet Plateau. Surface air temperature changes will be smaller and more complex over the surrounding region, with minor winter changes for the regions just outside the plateau and notable summer changes over the north of the Yangtze River. The reinforced summer heat source in the plateau will lead to an intensification of heat low, causing the West Pacific subtropical high to retreat eastward. This will be followed by a decrease of precipitation in summer. The plateau＇s climate tends to become warm and dry due to the grassland degradation over the Sanjiangyuan region.     

青藏高原区域气候变化及其差异性研究

利用1961—2007年青藏高原66个气象台站气温和降水量资料,通过典型气候分区,系统研究了近47年来青藏高原气温、降水量等气候因子时空演变规律,揭示了青藏高原不同区域气候变化的差异性。研究表明:近47年来,青藏高原的气候呈现出显著增暖趋势,年平均气温以0.37℃/10a的速率上升,气候变暖在夜间要较日间明显。冬季较其他季节明显,2月气温由冷向暖的转变最为显著,8月最不显著,且在某些区域有变冷迹象;高原边缘地区气候变暖要明显于高原腹地,青海北部区特别是柴达木盆地是青藏高原气候变化的敏感区。降水量总体表现出增多态势,气候倾向率达9.1mm/10a,但区域性差异较为明显,藏东南川西区是青藏高原降水量增多最显著的地区;12月至次年5月即冬春季整个青藏高原降水量随着气候变暖而增多,7月和9月黄河上游区1987年后干旱化趋势明显。     

青藏高原夏季风对长江中下游气候的影响及与南亚高压的联系

应用1951～2011年NCEP/NCAR第一套逐月再分析资料和国家气候中心提供的全国160站逐月的降水和气温资料.通过相关分析得出该指数与长江中下游的夏季降水（温度）存在正（负）相关（均通过了95％的显著性检验）.高原夏季风存在明显的年际和年代际变化,1979年是其突变点.高原夏季风与副热带高压以及南亚高压的特征参数之间存在较好的相关性.高原夏季风偏强（弱）时,南亚高压出现青藏高原（伊朗高原）模态,强度减弱（增强）且东伸（西退）,副高增强（减弱）且西伸（东退）.南亚高压的各个特征参数都存在共同2～4年周期振荡,且高原夏季风与南亚高压主中心的经度（纬度）在3～5年（3～4年以及5～6年）上的显著关系最好.     

青藏高原冬、春植被归一化指数变化特征及其与高原夏季降水的联系

青藏高原气候独特,影响高原夏季降水的原因是十分复杂的和多方面的。文中利用1982—2001年的卫星遥感植被归一化指数(NDVI)资料和青藏高原55个实测台站降水资料,应用经验正交分解(EOF)、奇异值分解(SVD)等方法分析了青藏高原冬、春植被变化特征及其与高原夏季降水的联系,得到以下几点初步认识:青藏高原冬、春季植被分布基本呈现东南地区植被覆盖较好,逐渐向西北地区减少的特征。其中高原东南部地区和高原南侧边界地区NDVI值最大,而西北地区和北侧边界地区NDVI较小。EOF分析表明,20年来冬、春季高原植被的变化趋势是总体呈阶段性增加,其中尤以高原北部、西北部(昆仑山、阿尔金山和祁连山沿线)和南部的雅鲁藏布江流域植被增加明显。由SVD方法得到的高原前期NDVI与后期降水的相关性是较稳定的。青藏高原多数区域冬、春植被与夏季降水存在较好的正相关,且这种滞后相关存在明显的区域差异。高原南部和北部区域的NDVI在冬春两季都与夏季降水有明显的正相关,即冬春季植被对夏季降水的影响较显著。而冬季高原中东部玉树地区附近区域的NDVI与夏季降水也存在较明显的负相关,即冬季中东部区域的植被变化对夏季降水的影响也较显著。由此可见,高原前期NDVI的变化特征,可以作为高原降水长期预报综合考虑的一个重要参考因子。     

高桥公式在拉萨地区的适用性及其修正

选用1993—1999年拉萨站资料,通过比较多种计算方法得到的潜在蒸散量、高桥浩一郎在1979年提出的基于温度和降水量计算蒸发量的公式所得到的蒸发量以及中日季风试验资料的观测值可知:受温度、水分及相对湿度的影响,潜在蒸散量在5月达到最大值,而蒸发量的最大值则出现在7月。由于青藏高原存在冻土及融冰化雪的特殊现象,水分来源并不完全依靠于降水,所以由高桥浩一郎公式的计算值与观测值之间存在较大差距,温度越高,差值越大;鉴于温度与该差值呈正比关系,可将温度划分为小于0℃,0~5℃,5~10℃,10~15℃,大于15℃共5个等级,在不改变高桥浩一郎公式原有系数的基础上,同时考虑不同的系数对降水量进行修正,修正后的结果明显好于修正前,与观测值更接近。     

1979~2015年青藏高原低涡降水特征分析

为了研究青藏高原低涡降水长期特征,利用1979~2015年高原低涡数据集、依照高原低涡降水范围,匹配高原各站逐日降水信息,对高原低涡降水特征进行统计分析。结果表明,青藏高原低涡降水量呈上升趋势,大值中心位于西藏那曲地区,呈向东南凸出递减分布,并以夏季低涡降水为主,全年和夏季高原低涡降水量与总降水量均存在明显的正相关关系。安多站高原低涡降水呈下降趋势,但对年降水的平均贡献率高达三成;那曲站与托托河站高原低涡降水在总体上却呈上升趋势,递增率分别为0.2 mm/a和0.7 mm/a,其中那曲低涡频数与低涡降水强度的正相关系数达0.66,而托托河低涡降水占总降水的百分比却呈下降趋势。高原低涡日降水量等级主要以小雨为主,但中雨却是低涡降水量的主要贡献者。趋势分析发现高原低涡降水递增中心位于青海北部,递增率达到0.9 mm/a,次中心在西藏西南部雅鲁藏布江沿线地区;同时,高原低涡引发小雨降水基本呈全区一致增加趋势,中心位于西藏东北部和青海西南部地区;中雨降水上升趋势主要集中在西藏西南部、青海地区以及四川西部,其中青海南部存在较为明显上升中心区,下降趋势主要分布在西藏北部和东部。     

基于探空资料的58a新疆高空大气比湿气候特征分析

利用1961—2018年新疆12个探空气象站逐日观测资料，分析了新疆对流层850、700和500 hPa比湿的气候特征，结果表明：新疆大气比湿呈自西向东、自南向北递减分布，随高度增加而减小分布特征，新疆比湿远小于东亚季风区；新疆夏季比湿最大，其次为秋季、春季，冬季最小，850hPa和500hPa新疆各站之间比湿差异较大，而700hPa各站比湿差异较小；对流层850、700和500 hPa比湿均表现为线性上升趋势，并有1967-1986年偏干、1987-2005年偏湿的特征，1987年为突变点；对流层850、700和500 hPa比湿与降水均呈显著正相关关系；夏季暴雨天气对流层中低层比湿最大，发生暴雨时比湿约为气候平均1—2倍，夏季暴雨的动力和不稳定条件更关键，新疆暴雨天气时的比湿比东亚季风区显著偏小；冬季暴雪天气比湿是一年中最小的，春秋季强降水比湿介于夏、冬季之间，但可达气候平均的2—3倍，春秋季需要更多的水汽产生强降水。     

５９型探空仪与Ｌ波段探空仪数据对比分析

本文将长治市划分为南、北、东三部分,并各选取一个代表站,作为研究对象,资料年代为1961年-2005年。将其45年来各气象要素的分析与全球、全国气候变化对比,得出以下变化事实：近40年长治年降水量呈明显下降趋势（-22．53mm／10a）,秋季降水量呈下降趋势（-11．85mm,10a）,冬季降水量呈略微上升趋势。年平均气温呈上升趋势（0．20℃／10a）,特别是20世纪90年代增温显著,尤以冬季增温明显（0．525℃／10a）,夏季气温有略微下降趋势。进入21世纪降水趋于增多,而气温仍趋于增高。统计气温资料表明,20世纪60年代为偏冷期,90年代是最暖的10年,而1998年和1999年是最暖的年份。     

基于IPCC A1B情景的中国未来气候变化预估:多模式集合结果及其不确定性

利用耦合模式比较计划(CMIP3)提供的20世纪气候模拟试验(20C3M)及A1B情景预估试验,讨论了全球增暖情景下21世纪中期中国气候的可能变化。结果表明,A1B情景下,中国夏季降水变化在-0.1～1.1mm/d,冬季降水变化在-0.2～0.2mm/d。模式对降水变化的预估存在较大不确定性。无论冬夏,预估的全国表面气温都将升高,升温幅度在1.2～2.8℃;随纬度升高,增暖幅度相应增大。模式对表面气温变化的预估能力强于对降水变化的预估能力。在A1B情景下,东亚夏季风增强,而冬季风则略为减弱,东亚夏季风雨带到达最北后南撤的时间较之20C3M滞后约一个月。