RegCM3在青藏高原地区的应用研究:积云参数化方案的敏感性

为检验区域气候模式RegCM3在青藏高原地区的模拟能力,选择青藏高原地区的两个气候异常年(1997年少雨年和1998年多雨年)进行模拟,选取夏季(6-8月)分析RegCM3对青藏高原地区气候异常的模拟能力;积云参数化方案敏感性研究分别对1997年和1998年夏季选取不同的积云参数化方案进行对比分析.结果显示:RegCM3能够模拟出青藏高原1997年少雨年和1998年的多雨年气温基本特征,但在地形起伏较大地区模拟的温度偏低,对降水基本特征的模拟欠佳;两种积云参数化方案中,与Grell方案对比,Anthes-Kuo方案中总降水量的数量模拟更接近观测,但就温度和降水模拟的相关性上,Grell方案优于Anthes-Kuo方案.将RegCM3应用于青藏高原地区进行气候模拟时,选择Grell积云参数化方案比Anthes-Kuo方案更为适宜.     

珠峰地区夏季大气边界层结构初步分析

利用中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站2007年7、 8月的部分无线电探空资料和风温廓线仪资料, 分析了珠峰地区夏季大气边界层结构. 结果表明: 珠峰地区夏季边界层高度日变化较大, 气温日变化明显. 下午和傍晚可能因为冰川风的存在, 多为偏南风, 风力相对较大. 珠峰地区风速时空变化较大, 特别是下午, 在上空大约1 800 m到2 300 m处风速多为随高度增大, 再往上又减小, 而且此处多为偏西风和偏东风. 这可能与大尺度的大气环流有关, 受地形和冰川影响相对小得多.     

沈阳降雪含水比变化特征及其大气影响因子

降雪含水比是新增积雪深度与融化后等量液体深度的比值, 是冬季雪深预报中的一个重要参数, 一般使用经验值10进行积雪深度换算. 利用1981-2012年沈阳站降水量、积雪深度、气温和风速等观测资料及1999-2012年NCEP再分析资料(1°×1°), 分析了沈阳站32 a降雪含水比的变化特征和大气影响因子. 结果表明: 沈阳站降雪含水比的平均值为11.4, 主要集中在6~12区间变化, 小于4和大于20的极值发生概率相对较低, 极值都出现在12月份, 11月和3月均值接近10, 而其他月份在12左右. 小雪的降雪含水比均值最大为13.3, 其它为10点多. 500 hPa上温度和550 hPa上的风速是沈阳站降水含水比的高空大气影响因子.     

河西走廊特殊地形与大风的关系探讨

运用河西走廊1951-2010年大风资料,参考相应地区的的地形特征,探讨了地形与大风发生的关系. 结果表明：地形的狭管效应对局地大风风速的突然加强是河西走廊多大风的重要原因,海拔是影响大风日数、最大风速和持续时间的重要因素. 祁连山的阻挡作用是造成山区北侧大风日数偏少、最大风速偏小和持续时间偏短的重要因素;地形与河谷走向是影响大风风向的重要因素.     

西藏东部6-9月降水与中部地-气温差的关系

根据1966-2004年青藏高原中东部17个站点的降水、气温、地温资料,利用EOF分析以及相关分析方法研究了青藏高原中部地-气温差对西藏中东部降水的影响.结果表明:西藏中东部6-9月降水EOF分析第一特征向量场的时间系数与安多的地-气温差的相关系数可以达到0.7以上,而与高原中部地-气温差的平均值的相关系数达到了0.8...     

利用渤海风场推算模式对中尺度风场预报订正试验

在渤海,中尺度模式预报的风速通常比实际风速低得多.利用1990-2001年渤海不同观测站的风场、温度场资料,按季节、风向对海、陆风速统计分析,得到海陆风速的对比值,同时对造成海陆风速差异的原因进行动力、热力等分析.结果表明:海、陆风速在不同的天气系统以及动力和热力方面都存在明显差异.据此渤海风速场推算模式进行了改进,既考虑动力摩擦的作用,也考虑热力差异引起的海陆风增幅作用,改进的渤海风场推算模式有了很大的提高.因此,应用改进后的渤海风速场推算模式,对中尺度数值预报的风速场进行订正,使预报的风速明显提高,更加接近实际情况.     

青藏铁路沿线的大风特征及风压研究

选取青藏高原及周边66个气象站资料, 分析了青藏高原及青藏铁路沿线1971-2000年大风日数的空间分布特征及建站以来大风和风向特征, 计算了百年一遇的最大风速和风压. 分析发现: 青藏高原大风日数主要集中在青藏铁路沿线地区, 年际和年代际变化明显; 铁路沿线极端最大风速和历年平均最大风速都出现在铁路中部的托托河, 风向多为偏西风; 铁路沿线50 a、 100 a一遇的10 min平均最大风速和风压都出现在安多地区. 以新疆达扳城为参考站, 推算出青藏铁路沿线各站的列车停驶临界风速. 为确保列车运营安全, 建议在昆仑山口至错那湖间的高山地段风口和列车转弯处建造防风设施.     

黑河流域气候平均降水的精细化分布及总量计算

利用黑河流域气象观测站降水资料和DEM资料,分析了气候平均年和月降水量与地理地形参数的关系.结果显示,黑河流域气候平均降水量与测站的海拔、纬度、坡度显著相关,据此建立了降水量与地理地形参数的关系模型;拟合分析表明,年降水量拟合值与实测值的相关系数达0.94,二者在大部分地区分布特征基本一致,拟合值稍大;逐月降水量拟合相对误差在上游和中游都很小.基于降水量与地理地形参数的关系模型,利用高分辨率DEM资料,扩展得到了黑河流域上中游100m×100m精细化分布的气候平均年降水量和各月降水量.结果表明,精细化分布的降水量场能够表现出更多与地形和地势有关的细节,这是只利用气象测站资料的分析结果所不能反映的.在黑河流域气候平均降水量空间精细化分布基础上,按照黑河流域上中游面积5.08×104 km2计算,其气候平均年降水总量约为150.6×108 m3,降水主要集中在5-9月.     

青藏高原湖泊蒸发估算方法的比较研究——以纳木错为例

基于青藏高原纳木错湖面2012-2014年日尺度气象观测数据,运用五类水面蒸发模型中的9种经验式估算湖面蒸发量,分别与涡动相关实测值对比分析,优化各公式的参数,进而评价、比较优化后各式的精度和适用性。优化后的Dalton系列估算式精度最高,但要求日尺度数据,且所需参数较多,因而其应用受限;组合模型精度近似Dalton系列公式,适合在气象资料较全时使用;温度-辐射模型和温度-日长模型的精度能达到较高要求,且所需参数少,因而经济简便,是利用常规气象资料估算湖泊蒸发的优良选择;温度模型估算式的精度较差。纳木错季风气候明显,需分季风期和非季风期分别对水面蒸发进行估算,两个时段经验估算式的参数有差异。还分析了纳木错湖面观测点与周边地区四个气象站（当雄、申扎、班戈和那曲）之间常规气象因子的相关关系。其中,太阳总辐射、气温和比湿等存在着较好的线性关系,因而可以在通过线性订正后用于湖泊蒸发估算,不会产生大的误差;但风速的相关性差。     

黑河流域上游降水精细化分布与总量年际变化

利用黑河流域100 m×100 m地理地形资料及气象测站多年降水和风向资料,依据坡度、盛行风向与迎风坡对地形抬升速度影响的数学模式,对主导风向效应指数进行了扩展,构建了新的耦合坡度、坡向和主导风向的局地地形因子.通过回归分析,建立了逐年6-9月降水量与地理和局地地形因子的回归方程,通过GIS空间分析技术扩展得到了黑河流...     

青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响与机制研究进展

青藏高原地区特殊的大气圈、水圈、冰冻圈、生物圈等多圈层相互作用过程及其变化,不仅对青藏高原及其周边地区的气候格局和变化有重要影响,而且对东亚、北半球乃至全球的环流形势和异常产生深远影响。为此,全球变化研究重大科学研究计划于2010年9月启动了"青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响与机制研究"项目,旨在开展青藏高原环境、地表过程、生态系统对全球变化的响应及其对周边地区人类生存环境影响的综合交叉研究,以揭示青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响机制,提出前瞻性的应对气候变化与异常的策略,减少其导致的区域自然灾害的损失。项目实施近3年来,开展了青藏高原首次"星—机—地"综合立体协同观测试验和大规模地气相互作用综合观测试验。在遥感结合地面观测估算青藏高原地表特征参数和能量通量方法,高原地区上对流层和下平流层结构,高原季风与东亚季风和南亚季风之间的内在联系,中国及青藏高原地区太阳辐射和风速的年代际变化趋势,青藏高原春季感热源减弱及其对亚洲夏季风和中国东部降水的影响,以及极高海拔地区土地覆被格局等方面取得了一些突出进展。     

Paleoglaciological reconstructions for the Tibetan Plateau during the last glacial cycle: evaluating numerical ice sheet simulations driven by GCM-ensembles

The Tibetan Plateau is a topographic feature of extraordinary dimension and has an important impact on regional and global climate. However, the glacial history of the Tibetan Plateau is more poorly constrained than that of most other formerly glaciated regions such as in North America and Eurasia. On the basis of some field evidence it has been hypothesized that the Tibetan Plateau was covered by an ice sheet during the Last Glacial Maximum (LGM). Abundant field- and chronological evidence for a predominance of local valley glaciation during the past 300,000 calendar years (that is, 300 ka), coupled to an absence of glacial landforms and sediments in extensive areas of the plateau, now refute this concept. This, furthermore, calls into question previous ice sheet modeling attempts which generally arrive at ice volumes considerably larger than allowed for by field evidence. Surprisingly, the robustness of such numerical ice sheet model results has not been widely queried, despite potentially important climate ramifications. We simulated the growth and decay of ice on the Tibetan Plateau during the last 125 ka in response to a large ensemble of climate forcings (90 members) derived from Global Circulation Models (GCMs), using a similar 3D thermomechanical ice sheet model as employed in previous studies. The numerical results include as extreme end members as an ice-free Tibetan Plateau and a plateau-scale ice sheet comparable, in volume, to the contemporary Greenland ice sheet. We further demonstrate that numerical simulations that acceptably conform to published reconstructions of Quaternary ice extent on the Tibetan Plateau cannot be achieved with the employed stand-alone ice sheet model when merely forced by paleoclimates derived from currently available GCMs. Progress is, however, expected if future investigations employ ice sheet models with higher resolution, bidirectional ice sheet-atmosphere feedbacks, improved treatment of the surface mass balance, and regional climate data and climate reconstructions.     

青藏高原雨季降水的水汽条件研究

利用1961—2017年青藏高原109站降水量资料、NCEP全球逐月再分析资料,讨论了雨季期间高原的水汽输送特征。结果表明：高原雨季降水呈显著的年际变化特征,高原雨季降水主模态为南北反向型和全区一致型。气候态高原雨季的水汽输送路径为来自阿拉伯海的偏西风水汽输送,在孟加拉湾附近分为三支水汽输送气流：一支向北输送,自高原南缘输入;一支在南海附近转为偏南风水汽输送,自东南侧输入高原;一支受高原大地形的阻挡作用,转为偏西风水汽输送。在全区一致型降水偏多年,高原主体呈现北部弱辐合、南部辐散的分布形态;在全区一致型降水偏少年,来自阿拉伯海偏南水汽输送在25° N附近转为偏东水汽输送,在高原南缘形成较强的水汽辐合中心。雨季期间高原各边界的水汽收支情况表现为西、南、东边界以水汽输入为主,北边界为水汽输出,南边界水汽输入量最大,西边界次之。     

基于机器学习模型的青藏高原日降水数据的订正研究

选择了5种机器学习模型,即k最近邻方法（KNN）、多元自回归样条方法（MARS）、支持向量机（SVM）、多项对数线性模型（MLM）和人工神经网络（ANN）,利用海拔、相对湿度、坡向、植被、风速、气温和坡度等因子订正ITPCAS和CMORPH两种常用的青藏高原日降水数据集。五折交叉验证表明,KNN的订正精度最高。在三个验证站点（唐古拉、西大滩和五道梁）的误差分析,以及对青藏高原年降水量的空间分析均表明,KNN对CMORPH的订正效果显著,对ITPCAS在局部区域有一定订正效果,ITPCAS及其订正值的降水空间分布准确度高于CMORPH的订正值。主成分分析法表明降水订正是气象和环境因子综合作用的结果。     

The metamorphic signature of contemporaneous extension and shortening in the central Himalayan orogen: data from the Nyalam transect, southern Tibet

Abstract Geological relationships and geochronological data suggest that in Miocene time the metamorphic core of the central Himalayan orogen was a wedge-shaped body bounded below by the N-dipping Main Central thrust system and above the N-dipping South Tibetan detachment system. We infer that synchronous movement on these fault systems expelled the metamorphic core southward toward the Indian foreland, thereby moderating the extreme topographic gradient at the southern margin of the Tibetan Plateau. Reaction textures, thermobarometric data and thermodynamic modelling of pelitic schists and gneisses from the Nyalam transect in southern Tibet (28°N, 86°E) imply that gravitational collapse of the orogen produced a complex thermal structure in the metamorphic core. Amphibolite facies metamorphism and anatexis at temperatures of 950 K and depths of at least 30 km accompanied the early stages of displacement on the Main Central thrust system. Our findings suggest that the late metamorphic history of these rocks was characterized by high- T decompression associated with roughly 15 km of unroofing by movement on the South Tibetan detachment system. In the middle of the metamorphic core, roughly 7–8 km below the basal detachment of the South Tibetan system, the decompression was essentially isothermal. Near the base of the metamorphic core, roughly 4–6 km above the Main Central thrust, the decompression was accompanied by about 150 K of cooling. We attribute the disparity between the P–T paths of these two structural levels to cooling of the lower part of the metamorphic core as a consequence of continued (and probably accelerated) underthrusting of cooler rocks in the footwall of the Main Central thrust at the same time as movement on the South Tibetan detachment system.     

青藏高原积雪、冻土对中国夏季降水影响研究

利用RegCM3模式,通过计算青藏高原不同积雪、冻土年的气候状况,分析了高原地区不同积雪状况下土壤冻结差异对中国夏季降水的影响及其机理.结果表明:RegCM3模式能够较好的模拟不同积雪状态下高原土壤冻结差异对中国夏季降水的影响.多雪年当高原土壤冻结较厚时,在长江流域和西北地区中部降水偏多,东北地区、华北地区、华南地区、...     

2000-2005年青藏高原积雪时空变化分析

利用MODIS卫星反演的积雪资料以及同期气象资料,分析了2000-2005年青藏高原积雪分布特征、年际变化及其与同期气温和降水的关系,结果表明:青藏高原积雪分布极不均匀,四周山区多雪,腹地少雪;高原积雪期主要集中在10月到翌年5月;2000-2005年高原积雪年际变化差异较大,积雪面积总体上呈现冬春季减少、夏秋季增加的趋势;气温和降水是影响高原积雪变化的基本因子.冬季,高原积雪面积变化对降水更为敏感;春季,气温是影响高原积雪面积变化更主要的因素.     

青藏高原能量与水循环国际合作研究的进展与展望

青藏高原能量与水循环过程对我国、东亚乃至全球的天气和气候系统都有着非常重要的作用.1996年以来,在国家自然科学基金委员会、中国科学院、中国气象局等相关部门和日本政府的大力支持下,我们针对青藏高原能量和水循环过程的重要性,成功地开展了青藏高原尺度和藏北地区中尺度的"全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验研究"(GAME/Tibet)项目和"全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验研究"(CAMP/Tibet)项目近10余年的连续观测,取得了以往高原试验从未有过的大量极其珍贵的综合观测资料.而且在利用试验资料分析、卫星遥感及数值模拟等手段研究青藏高原能量与水循环方面取得大量的阶段性成果.介绍了青藏高原能量与水循环的研究进展及国际合作在项目执行过程中所起到的作用,同时介绍国际合作在吸纳境外研究资源及培养青年科技人才中所起的作用.最后提出了国际合作中存在的问题,并给出了相关的建议.     

青藏高原东南缘弧形旋扭活动构造体系及其动力学特征与机制

在系统总结前人成果资料基础上,结合最新的遥感解译与地表调查资料发现,青藏高原东南缘地壳最新的顺时针旋转运动主要受控于由川滇外弧带和滇西内弧带构成的双弧型川滇弧形旋扭活动构造体系。进一步的综合分析认为,该构造体系的弧形旋扭运动学变形模式的动力学机制及其内部块体变形的差异性与不均匀性,主要是该区边界力的作用方式、先存地质结构和现今的地壳与岩石圈结构、岩石圈物质组成及其物理性质、深部的热状态、重力势能等多种因素共同作用的结果。其中,印度板块与扬子地块之间的右旋剪切和青藏高原内部物质向东南的不均匀挤出共同产生的力偶作用和岩石圈性质与结构,可能是造成该区围绕东喜马拉雅构造结整体发生顺时针旋转运动和旋扭叠加伸展变形最重要的因素。