NEX-GDDP和CMIP5对青藏高原地区近地面气象场历史和未来模拟的评估与偏差校正

青藏高原是全球变化研究的热点区域,气候模式模拟是研究该区域气候变化的重要数据来源。本文使用基于中国地面台站的插值格点数据集(CN05.1),对国际气候耦合模式第5次比较计划(CMIP5)及其高分辨率统计降尺度数据集(NEX-GDDP)中15个模式1966-2005年间的逐日最高/最低气温、降水和平均风速在青藏高原区域的模拟能力进行了评估。使用多领域间影响模型比较计划(ISI-MIP)的偏差校正方法对上述数据进行了训练和验证,并对未来时期模式数据进行了校正。研究表明:(1)训练时期(1986-2005年),NEX-GDDP高估了日最高气温(1.04℃)和日最低气温(0.23℃),低估了日降水量(-0.11 mm),CMIP5低估了日平均风速(-0.11 m·s^-1)。年/季平均值/总量和极端值存在较大偏差。(2)校正后,验证时期(1966-1985年)各变量逐日数据的相关系数提高(除气温外),均方根误差下降,平均偏差幅度减小。各变量的年/季平均值/总量和极端值的偏差大幅减小。(3)对于未来时期(2006-2095年),校正过程保留了原有数据年/季平均值/总量和极端值的变化趋势,调整了各要素平均值/总量和极端值的基准值和空间分布特征,以更准确地衔接历史时期的规律,可为该地区未来气候变化及其影响研究提供重要参考。     

CMIP6全球气候模式对青藏高原中东部地表感热通量模拟能力评估

利用青藏高原（以下简称高原）气象台站常规观测资料、国家青藏高原科学数据中心的青藏高原地气相互作用过程高分辨率（逐小时）综合观测数据集（2005～2016）、国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）的历史模拟试验数据和卫星辐射资料,定量评估了12个全球气候模式对1979～2014年高原中东部地表感热通量的模拟能力,并对其模拟偏差进行了成因分析。结果表明,CMIP6模式可较好地重现高原地表感热通量的年循环和季节平均的空间分布型,但数值较计算感热通量偏低,主要表现为对感热通量大值区严重低估。区域平均而言,12个模式模拟的春季高原中东部感热通量的时间演变序列整体较计算感热通量偏低,其中偏差最大的模式为MIROC6,其多年均值仅为计算值的1/3左右。进一步分析发现多模式模拟的春季高原10 m高度处风速和地气温差分别偏强和偏弱,说明CMIP6模拟的春季高原感热通量偏低可主要归因于地气温差的模拟冷偏差。地气温差的模拟冷偏差在高原中东部地区普遍存在,且地表温度和空气温度均存在明显冷偏差,尤其地表温度偏差更大,这很大程度上可能与CMIP6多模式模拟的春季高原降水偏强有关。     

青藏高原与周边地区近四十年区域夏季地表气温变化趋势的异同及归因分析

欧亚大陆夏季地表气温在近四十年有显著的升温趋势,本文基于ERA5再分析数据研究了1979～2019年间欧亚大陆不同区域的夏季地表气温的变化特征,并利用气候反馈响应分析方法揭示了各区域变暖原因的异同。作为全球海拔最高的大地形,青藏高原在过去四十年经历了显著的增温过程。青藏高原周边相对低海拔的地区（如北非—南欧地区、蒙古地区、东北亚地区）同样表现出明显的变暖特征,而高原南侧的南亚地区的地表气温却变化不明显。青藏高原夏季积雪融化引起的地表反照率减小使得更多短波辐射到达地表,放大高原地表增暖。北非—南欧地区增暖则主要源于大气气溶胶含量减少造成的入射短波辐射增加。同时,大气温度升高导致的向下长波辐射增强对北非—南欧地区以及蒙古地区的增暖都有显著贡献。此外,东北亚地区云的减少是造成其地表增暖最主要的过程,而南亚地区则是水汽增加和感热通量减少造成的增温与云和气溶胶增加造成的降温相抵消,因而温度变化幅度不大。     

青藏高原和落基山脉对ENSO影响的比较研究

本文利用耦合气候模式研究了“有/无”青藏高原和落基山脉对厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）的影响,并从温度变率方程的角度详细分析了ENSO变化的成因,结果表明:移除青藏高原或落基山脉均会造成ENSO变率增强;ENSO变率在无青藏高原试验中增强的幅度比在无落基山脉试验中更大。ENSO变率在地形敏感性试验中的变化与热带太平洋平均气候态的改变密切相关。移除青藏高原后热带太平洋信风减弱,大气对流中心东移,混合层变浅,温跃层变平,呈现出El Ni?o型海温分布,这些平均态的变化使海表风应力敏感性,Ekman抽吸敏感性以及温跃层敏感性幅度增强,最终导致ENSO振幅增大60%。然而,在移除落基山脉的情景下,热带太平洋信风变化更加复杂,大气对流中心稍有东移,混合层加深,温跃层变平,呈现出类La Ni?a型海温分布。这些变化增强了风应力敏感性和温跃层敏感性,最终导致ENSO振幅仅增大15%左右。本文研究表明,在地质时间尺度上青藏高原和落基山脉的抬升均抑制了ENSO变率。     

影响夏季青藏高原横切变线演变的动力和热力作用分析

青藏高原横切变线（简称切变线）是引发青藏高原夏季暴雨的主要天气系统之一。本文基于欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,简称ECMWF）提供的ERA-5再分析资料,选取14个生成于6~8月、生命史为38小时且引发高原暴雨的切变线个例进行合成分析,探究动力和热力作用对夏季切变线生成和强度演变的影响。结果表明:（1）500 hPa切变线生成于伊朗高压和西太平洋副热带高压两高之间的鞍形场中,处于580 dagpm闭合低值中心和272 K高温中心内,比湿大值区的北侧;200 hPa南亚高压北部边缘、西风急流入口区南侧。（2）切变线强度表现出明显的日变化特征,在当地时间（LT=UTC+6h）23时最强,13时最弱。（3）涡度收支诊断表明,青藏高原上空高低层散度变化对切变线强度变化具有指示意义,500 hPa涡度最大值（最小值）出现时间滞后于辐合作用最大值（最小值）3小时。（4）切变线演变过程中,切变线发展时位涡随之增大。位涡收支诊断表明,青藏高原上空的水汽和非绝热加热对切变线的生成和发展演变起到重要作用。当边界层感热加热增强时,低层辐合增强,上升运动增强,在充足的水汽配合下,凝结潜热释放使非绝热加热中心抬高至大气中层,从而有利于切变线生成及发展。     

青藏高原西部一次高原涡生成的数值模拟研究

使用ERA5、ERA-Interim和FNL 3种常用再分析/分析资料驱动WRF模式对2006年8月14日青藏高原西部的一次高原涡活动进行数值模拟,在评估不同再分析资料驱动WRF模式对高原涡的模拟能力基础上,利用涡度收支、视热源和视水汽汇方程,诊断分析高原涡生成过程中的热力和动力结构特征。结果表明,使用ERA5和ERA-Interim资料驱动WRF模式可模拟再现出此次高原涡的生成过程,其中ERA5对高原涡低层闭合性气旋环流和螺旋云带结构特征的模拟再现能力最好,模拟的高原涡及其降水强度最强;使用FNL资料驱动WRF模式无法模拟再现出高原涡生成过程及其降水分布特征。此次高原涡生成过程中气旋性正涡度的发展、热量和水汽的收支与其低层的垂直输送密切相关;高原涡生成前地表感热加热作用明显;生成阶段积云对流发展最为旺盛,降水最为显著,热量和水汽的垂直输送及相应的大气凝结潜热加热明显,对高原涡的发展有促进作用。     

青海共和盆地高热机制数值模拟分析

共和盆地位于青藏高原东北缘,处于秦岭—祁连—昆仑造山带的交汇部位。盆地的平均热流值明显高于中国大陆地区热流平均值,也明显高于周边构造单元,表现为高热异常区域。笔者等结合区域地质、地球物理探测资料及近年来新获的热学参数测试数据,对共和盆地开展了热演化数值模拟,分析了共和盆地的高热异常机制。结果显示,如果将新生界地层作为一个整体考虑,实测的热导率参数不足以形成共和盆地的高热,必然有深部热源,如中—下地壳熔融体的影响。而结合地温曲线,对新生界地层进行分层数值计算分析,显示盆地高热异常形成的主要控制因素是浅表层松散的新生界沉积层的极低热导率,同时岩石圈以下的深部过程影响为共和盆地高热异常提供一定程度的区域热异常背景。     

岩矿高光谱遥感及其在青藏高原的应用前景

高光谱成像作为目前遥感领域最先进的技术,在地质应用中取得了巨大成功。岩石和矿物由于电子过程和分子振动可以产生特征的光谱吸收,因此可以利用高光谱技术进行岩矿填图,快速且准确地获取区域内岩石和矿物的分布情况,进而圈定有潜力的找矿靶区。岩矿高光谱通过对岩矿信息的提取可获得矿物类别和矿物丰度分布甚至矿物化学成分的填图结果,识别方法包括光谱匹配、模式识别和人工智能方法 3大类。GF-5卫星上搭载的高光谱成像仪覆盖度宽、光谱分辨率和信噪比高,满足矿物精细识别和大比例尺、大面积岩性填图的要求,应用前景广阔。青藏高原地区矿产资源丰富、岩体裸露但地势偏远,有利于高光谱遥感蚀变矿物填图,开展区域找矿工作。同时,高光谱遥感凭借其空间尺度优势,可以方便快捷地获取区域整体信息,结合地球化学的时间信息,可为青藏高原关键地质科学问题的解决提供新的视角。提升岩矿高光谱遥感的定量化和智能化水平,将传统地质学方法获得的地下深部资料与遥感手段获取的地表数据结合,是促进地质遥感和地球系统科学发展的重要途径。     

巴伦支-喀拉海海温和青藏高原冬季地表气温的年代际联系

基于1961—2017年中国气象局地表气温数据、JRA-55大气再分析数据以及美国国家海洋和大气管理局延伸重建的海温资料,研究了青藏高原冬季地表气温的年代际变化特征及其与海温的可能联系。结果表明：巴伦支-喀拉海冬季海温年代际变化可以激发出向东传播的Rossby波,在西伯利亚对流层高层产生异常的气旋或反气旋性环流,通过影响副极地以及副热带西风急流强度,在青藏高原的南侧产生异常的反气旋或气旋性环流,从而使得青藏高原上空的垂直运动发生变化,导致青藏高原冬季地表气温异常。     

青藏高原南部及邻区深部碳释放规模与成因

不同构造背景下的深部碳释放通量与机制研究对于深刻理解长时间尺度的气候变化具有重要意义,以往的相关研究多集中在洋中脊、大洋俯冲带和大陆裂谷等地质单元,缺少对大陆碰撞带深部碳释放规模与机理的关注,从而制约了对大陆碰撞带深部碳循环过程及其气候环境效应的进一步认识。青藏高原起源于印度和欧亚大陆的碰撞,是研究大陆碰撞带深部碳循环的理想地区。为此,在近年来青藏高原温室气体释放野外观测与研究的基础上,本文估算了高原南部及邻区火山-地热区的CO₂释放规模并探讨了其释放模式。气体He-C同位素地球化学与温泉水热活动特征等显示,青藏高原南部及邻区的深部碳释放主要受深部岩浆房、断裂和浅部水热系统等因素的控制。依据深部流体源区和上升运移控制因素的差异,可以将青藏高原南部及邻区的深部碳释放划分为三大类：(1)以壳内水热系统脱碳为主的藏南地区;(2)深大断裂控制的以水热系统脱碳为主的川西地区;(3)深部岩浆房和浅部水热系统共同控制的滇西南地区。青藏高原南部土壤微渗漏CO₂释放通量介于18.7～52.3Mt/yr之间,温泉溶解无机碳释放通量约为0.13Mt/yr;高原邻区...