青藏高原地区气象干旱研究进展与展望

青藏高原是承受自然灾害脆弱性较高的地区。该区域经常遭受雪灾、干旱、大风、雷电、冰雹和洪涝等气象灾害的危害,其中,干旱是该区域除雪灾外影响最为严重的气象灾害。随着气候变化和人类活动的加剧,青藏高原由气象灾害造成的损失不断加剧。为此,着眼于青藏高原的区域特点,对其气象干旱研究现状进行了梳理与分析,系统总结了青藏高原气象干旱的主要研究成果,揭示了青藏高原气象干旱时空分布的基本特征：干旱的高发区在高原的北部、东北部、西南部和东南部,高发时段为1980年代和2000年代;归纳了青藏高原气象干旱监测和预测的主要技术方法：基于干旱指数开展的干旱监测评估和基于干旱影响因子利用气候模式进行的干旱预测;给出了青藏高原干旱灾害风险的发生规律：青藏高原东北部偏南地区是农牧业干旱灾害的高风险区,东北部、西南部和东南部是较高风险区;高寒草原比高寒草甸面临的干旱灾害风险高。基于数值模式和未来情景,预估21世纪青藏高原气温升高、降水增加;但由于降水增加表现出明显的时空分布不均匀性,未来发生季节性和区域性气象干旱的可能性仍然很大;同时,提出了青藏高原气象干旱研究在资料、技术方法和模式应用等方面存在的问题,并结合国际前沿...     

PDSI及sc_PDSI干旱指数在中国西南地区适用性分析

西南地区是中国干旱灾害频发地区,且在全球变暖背景下,干旱发生的频率和程度都有所增加,对农业生产和水资源安全造成威胁。帕默尔干旱强度指数（PDSI,Palmer Drought Severity Index）及在其基础上发展而来的自适应帕默尔干旱强度指数（sc_PDSI,self-calibrating Palmer Drought Severity Index）作为较成熟的干旱监测指标已得到广泛应用。本文利用土壤可含水量（AWC,Available Water Holding Capacity）地理空间模型中土种与AWC的对应关系,反演出西南地区更高分辨率的AWC分布,并采用中国西南70站温度月均值、月累积降水数据,分别计算了PDSI指数及sc_PDSI指数,进而比较分析两种指数的时间变化特征及统计分布性质,探讨二者在西南地区对干旱监测的适用性。结果表明：（1）PDSI与sc_PDSI均反映了西南地区在1965—2010年变干的趋势,但PDSI时间序列振动幅度更大;（2）PDSI的频率分布出现“翘尾”现象,监测到的极端干旱/湿润事件的发生频率高于严重干旱/湿润事件,而sc_PDSI的频率分布则更接近于正态分布;（3）两种指数对2009/2010年西南地区干旱事件的监测结果表明,sc_PDSI对干旱落区和干旱级别的监测均一定程度上优于PDSI,与土壤湿度结果更为接近,而PDSI更易对旱情估计过重;（4）虽然整体上sc_PDSI对PDSI具有一定的调整作用及一定的优越性,但在个别区域（如热带季风气候）并没有体现出调整效果,应用时应当考虑区域因素。     

甘肃中西部近年沙尘天气气候特征及典型个例诊断分析

从极涡位置、土壤湿度、地温等探讨了甘肃中西部地区沙尘日差别的原因,指出冷空气是产生沙尘天气的首要因素,高温少雨、土壤干层厚是发生沙尘天气的有利气候背景,并用合成分析法得出西北路径型和偏西路径型两种类型沙尘天气的平均流场;"20010408"强沙尘暴过程实况资料对条件对称不稳定度(CSI)和锋面次级环流进行诊断分析,结果表明:强沙尘暴发生前存在深厚的条件对称不稳定,锋面次级环流和沙尘暴有较好的时空对应关系.     

BCC_CSM气候模式对中国区域气候变化模拟能力的检验

为了科学评价BCC_CSM气候模式的模拟效果,并为改进和完善此模式提供科学依据,以NCEP/NCAR 1948—2005年逐月再分析资料作为检验模式对应的实况场,利用距平标准化均方根误差、相关系数等方法对国家气候中心发展的BCC_CSM气候模式模拟中国气候变化的能力进行了检验,检验要素包括:对流层高、中、低层各季节的温度场、风场、相对湿度场和加热场等。结果表明,除春季外,其他3个季节实况场与模拟场的距平标准化均方根误差都较小;全年相关性都比较好,全国绝大部分地区均通过了α=0.05显著性水平检验;不同气象要素场的距平标准化均方根误差与相关系数呈现出季节性和区域性特征;模式模拟出了中国不同区域各个气象要素的年变化;与IPCC AR4中的13种模式相比较,BCC_CSM气候模式对中国区域地面温度场的模拟效果较好。     

青藏高原东部边缘一次大暴雨发生机制研究

2007年8月25～26日青藏高原东部边缘发生1次成灾十分严重的大暴雨过程。利用NCEP(1°×1°)资料对暴雨的影响系统、水汽输送进行了分析,并用位涡理论对此次暴雨的发生机制进行了研究。结果表明:副热带高压边缘强盛的水汽输送,暴雨区上空强烈的水汽辐合是暴雨发生的重要原因,暴雨发生前的强烈不稳定为暴雨的发生提供了热力条件;此次暴雨过程中,西北冷低压槽在青海东部和甘肃中部影响较弱,它在气压场上表现不是很明显,仅在暴雨区附近形成弱风切变;而325K等熵面位涡对此次暴雨的发生系统具有明显的指示意义,高值位涡的冷空气沿着陡峭的等熵面下滑到底层,由于位涡守恒,从而促使低层垂直涡度急剧增大,从而导致了此次暴雨的发生。     

2008年1月甘肃省连阴雪特征及成因分析

利用2008年1月甘肃省连阴雪实况资料及同期欧洲中期天气预报中心(ECWMF)逐日客观分析场资料、 1951\_2000年NCEP/NCAR500 hPa高度再分析资料, 分析了甘肃省持续20天之久的低温连阴雪天气的特征, 以及这次过程形成和发展的天气气候原因, 并针对过程中强降雪发生时段进行了完全矢量散度诊断及数值模拟分析。结果表明： 2008年1月甘肃省的低温连阴雪天气具有降雪异常偏多、 气温异常偏低、 持续时间长等特点, 属60年不遇。大气环流的异常及稳定维持为连阴雪天气的发生提供了气候背景, 具体表现在阻塞形势建立并长时间异常维持, 西太平洋副热带高压的异常加强西伸、 维持。阻高崩溃及副热带高压减弱东退, 促使这次连阴雪过程减弱、 结束。诊断分析和MM5数值模拟结果表明, 高低空形势场以及中尺度的动力、 湿度因素的有效配合为较强降雪的出现提供了必要条件。在甘肃南部到中部出现较强降雪时, 青藏高原南支槽前有一支明显的偏南风向北输送, 并在高原东南侧形成辐合, 同时在高原中部也有明显的高原切变线发展东移。强降雪对应区域上空有明显的低层辐合、 高层辐散, 而且垂直上升运动发展旺盛。     

影响中国西北及青藏高原沙尘天气变化的因子分析

利用1948—2006年的NCEP(2.5°×2.5°)月平均再分析资料,分析了影响西北及青藏高原沙尘天气变化的动力、热力因子。结果表明:①200 hPa副热带西风急流是影响沙尘天气的动力因子,高层天气系统的季节性变化,导致了其位置及强弱的季节性变化,从而导致了高原南部扬沙、沙尘暴季节性南北移动;急流的动力结构使局地环流得以形成,局地环流的下沉支流使得高空动量下传,使地面风速增大,从而使扬沙和沙尘暴发生。②浮尘和扬沙、沙尘暴天气成因有所不同,地表温度等热力因素对浮尘天气有直接影响;而急流等动力因子则影响浮尘天气的频率,对发生范围影响较小;动力因子是扬沙、沙尘暴发生的直接原因;500 hPa锋生函数大值带的季节性南北移动也是扬沙、沙尘暴南北季节性变化的重要原因。③500 hPa水汽输送带的边缘是扬沙和沙尘暴容易发生的区域。④地表湿度是沙尘天气发生的一个因子,当地表较干时,沙尘天气发生频率增加,而当地表湿度增大时,沙尘天气发生的频率减小。     

"4.29"中国西北强沙尘暴数值模拟及螺旋度分析

利用实况观测资料对2009年4月28～30日中国西北出现的区域性强沙尘暴过程进行了天气分析,并用GRAPES-SDM沙尘模式对此次过程进行了数值模拟,然后利用螺旋度理论研究了沙尘暴的动力场结构.结果表明,500 hPa高空槽及高空锋区、地面冷锋及热低压等是形成此次强沙尘暴的主要天气系统.此次沙尘暴过程中在新疆北部和高原...     

地表能量平衡方程在新疆地表温度模拟中的应用

地表温度是影响地表能量收支平衡和气候变化的重要因子,也是评价陆面模式性能的主要指标。新疆下垫面包括沙漠、绿洲、冰川、积雪等多种类型,其地表温度变化对生态环境和天气气候变化有重要影响。为了找到影响第三代陆面模式NCAR CLM4.5模拟新疆地表温度效果的主要因子,促进该模式发展,在对ERA-5再分析资料评估基础上,以其作为实况资料,首先对CLM4.5长时段模拟新疆地表温度的效果开展评估,然后利用地表能量平衡方程得到的地表温度变化影响因子分离方法,揭示出引起新疆地表温度模拟偏差的主要因子。结果表明：ERA-5地表温度的空间分布特征、量级和时间变化与观测结果一致,可用来研究该区域地表温度变化。CLM4.5对新疆地表温度模拟冷偏差值较大,但相关性显著,且误差与气候背景和下垫面条件有关。CLM4.5模拟的潜热值偏大是地表温度模拟值偏低的主要原因,CLM4.5模拟的潜热值在新疆大部分区域比ERA-5的多90%以上。CLM4.5对新疆0—10 cm土壤湿度模拟值偏大,蒸散过强,导致潜热通量偏大,因此改进土壤湿度计算方案是提高该陆面模式对新疆地表温度模拟水平的有效途径。     

2014年春季甘肃一次特强沙尘暴过程的中尺度模拟及触发机制分析

利用实况观测资料以及NCEP 6 h再分析资料,基于位涡理论和WRF模式,对2014年4月23～24日甘肃最强的一次沙尘暴过程进行数值模拟及发生机制分析.结果表明:沙尘暴过程出现伴有各气象要素“突变”现象,即风速加大、能见度陡降、PM10浓度陡增、地面气温和气压大幅度下降,模式模拟结果与实况一致,能够准确反映出各要素的强烈变化;此次沙尘暴过程在高空强风带和强锋区及地面冷高压、热低压以及两者过渡地带产生的地面强冷锋共同作用下发生,而河西地形的“狭管效应”对此次沙尘暴起加强作用;高值位涡沿着陡峭的310 K等熵面下滑时垂直涡度不断增大,致使垂直正涡度柱造成强烈上升运动,并与下沉运动相互作用,最终导致此次特强沙尘暴的发生.