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期刊信息/Journal information
高原气象
高原气象

吕世华

双月刊

1000-0534

gybjb@lzb.ac.cn gyqx@lzb.ac.cn

0931-4967002

730000

甘肃省兰州市东岗西路322号

高原气象/Journal Plateau MeteorologyCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是全国性大气科学学术期刊之一， 努力反映高原气象学及其相关学科领域具有创造性和高水平的新成果， 新观点、 新动向。推动高原气象学及相关学科的发展， 促进国内外学术交流， 传播高原气象学和全球气候变化相关的科学知识， 为国民经济发展和西部大开发战略服务。重点报导青藏高原以其强烈的隆升， 独特的自然环境、 丰富的自然资源和对周边地区气候与环境的深刻影响， 及邻近地区的天气气候及大气物理、 化学等的观测事实， 大气环流理论， 预报预测方法， 高原大地形的动力和热力影响等， 也报导相关学科的研究成果， 本刊设学术论文、 短论、 研究简报、 学术讨论、 经验交流和综合评述等栏目。
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收录年代

    土壤冻融过程中的水热参数化方案研究进展

    侯雅李伟平左金清
    1-15页
    查看更多>>摘要：冻土是陆地冰冻圈的重要组成部分,其冻融循环变化能够影响土壤结构、土壤水热传输以及土壤生物化学等过程,并通过陆-气相互作用影响局地甚至全球天气气候.因此,研究土壤冻融过程对冻土区人类生产生活和了解区域外天气气候变化具有重要的科学意义.本文回顾了土壤中的砾石、有机质对土壤冻融过程的影响及物理机制,总结了土壤冻融过程中水热参数化的相关研究成果,包括土壤导热率和水力学参数的计算、水热耦合方案以及冻融锋面计算方案等.相对于普通的矿物质土粒而言,砾石具有高导热率和低热容,有机质具有低导热率和高热容,他们对热量在土壤中的传输及土壤温度垂直分布有不同的影响.另外,砾石和有机质的存在改变了土壤孔隙度、土壤基质毛细作用与吸附作用,进而影响水分在土壤中的传输过程和垂直分布.已有研究表明:(1)当前大部分数值模式中土壤导热率采用Johansen方案及其派生方案进行计算,其中Balland-Arp方案考虑了砾石和有机质对土壤导热率的影响,该方案更好地刻画了土壤冻融过程中土壤导热率变化的连续性;综合考虑热-水-变形相互作用的导热率参数化方案可以较好地刻画土壤冻融过程中的水热耦合和土体冻胀的作用,对相变过程中土壤导热率变化特征的模拟更符合实际观测.(2)过冷水参数化方案刻画了土壤液态水在0 ℃以下存在的事实;相变温度方案描述了土壤相变温度低于0 ℃且不固定的事实;导水阻抗方案考虑了土壤冻结对土壤水分下渗的阻抗作用,改善了对冻土区水文过程的模拟效果.(3)土壤冻融过程伴随着水分的相变和能量的转化,水热耦合方案的发展能够较好地刻画土壤中热力-水文过程的协同变化特征,细化了对冻融过程中水分和能量相互作用的复杂物理机制的描述.(4)等温框架的数值模式通过模拟每层土壤中间深度的冻融过程代表该模式分层的整体特征,导致对冻融深度的严重高估或低估,尤其是对厚度较大的模式深层土壤,冻融锋面计算方案的提出和应用减小了这种模拟偏差.目前土壤冻融参数化方案的不足之处包括:绝大多数数值模式没有考虑土壤盐分导致土壤水的冰点降低这一事实;虽然大部分数值模式考虑了土壤有机质对土壤水、热传输的影响,但是模式中对土壤有机质含量及垂直分布的考虑与植被根系的生长状态脱节;模式模拟的土壤深度不足并且下边界通量为零的假定不符合实际情况.发展土壤溶质传输参数化方案以模拟盐分的分布、刻画植被根系生长过程和土壤有机质的分布特征、考虑深层土壤对浅层的热力学影响并完善数值模式中的下边界条件,这些是未来陆面模式改进土壤冻融过程模拟的可能方向.

    土壤冻融过程参数化方案土壤导热率土壤水文参数冻融锋水热耦合

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    一种偏差校正方法在青藏高原夏季CMIP6降水数据订正中的应用评估

    刘雨萌赵林李照国王少影...
    16-31页
    查看更多>>摘要：利用第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中的18个模式,基于欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料(ERA5)再分析数据对青藏高原夏季降水数据进行了偏差校正,并从平均降水和极端降水两方面评估了校正前后的CMIP6数据以及单个模式在1979-2014年的表现.研究结果表明,该校正方法高度依赖于用于偏差校正的ERA5再分析数据在研究区域的质量,尽管偏差校正后的青藏高原夏季平均降水的误差和误差率上有所改善,但在年际时间变化特征方面却不如偏差校正前的数据.大多数CMIP6模式能够较好地模拟1979-2014年青藏高原上由西北至东南逐渐递增的平均降水空间变化特征.偏差校正前的降水数据在高原上会出现显著的高估,误差率为60.4％,经过偏差校正后的数据相对观测数据误差降低,误差率为-13.9％,并且偏差校正后的数据与ERA5的平均误差仅为0.003 mm·d-1,与ERA5的空间相关性高达0.999.空间趋势方面,观测数据表明青藏高原大部分地区夏季降水在1979-2014年呈现轻微增加的趋势,只有东缘出现明显降低的趋势.偏差校正前后的数据都能够大致刻画出这一空间分布特征,然而,未经偏差校正的大多数单个CMIP6模式与ERA5的空间相关系数未超过0.5.与由独立观测降水数据的年际变化特征相比,偏差校正前的数据高估了高原上的降水量,而偏差校正后的数据相比观测结果则偏低.通过确定95％分位阈值选取了极端降水个例,其集合平均极端降水空间分布与年平均降水类似,也呈西北向东南递增的趋势.部分CMIP6模式较好地模拟了这一特征,如 MRI-ESM2-0(The Meteorological Research Institute Earth System Model version 2.0)和 ACCESS-CM2(Australian Community Climate and Earth System Simulator Climate Model Version 2),与观测结果的空间相关系数分别为0.851和0.821.但偏差校正后的数据在空间相关性方面下降,由偏差校正前的0.861降为0.730,未能准确刻画高原极端降水阶梯式递增的特点.偏差校正后的极端降水数据误差分布与偏差校正前相似,偏低区域主要集中在高原南部腹地和东部.进一步的极端降水贡献率分析结果表明,观测结果与 CMIP6降水数据均显示1979-2014年期间极端降水贡献率变化趋势不明显.单个CMIP6 模式中,EC-Earth3-Veg(European Community Earth-Vegetation model version 3)和EC-Earth3(Eu-ropean Community Earth Model version 3)及 CanESM5(The Canadian Earth System Model version 5)在多个统计评估指标上排名靠前,展示出较好的模拟能力;IPSL-CM6A-LR(Institut Pierre-Simon Laplace Cli-mate Model 6A Low Resolution)在平均降水误差和极端降水的误差指标上表现出色.

    青藏高原第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)偏差校正降水

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    CLM5.0对青藏高原冻融过程土壤温湿度的模拟及评估

    张哲浩赖欣张戈姚思源...
    32-45页
    查看更多>>摘要：利用1979-2018年中国区域地面气象要素驱动数据集(0.1°×0.1°)作为大气强迫资料,驱动CLM5.0(Community Land Model version 5.0)模拟了青藏高原地区1979-2018年的土壤温湿度变化.将土壤冻融过程划分为冻结期和非冻结期,通过两个阶段的CLM5.0模拟与站点观测资料、同化资料(GLDAS-Noah)、卫星遥感资料(MODIS 土壤温度资料和ESA CCI-COMBINED 土壤湿度资料)的对比验证,探讨CLM5.0模拟土壤温湿度在青藏高原的适用性.结果表明:(1)CLM5.0可较准确地描述站点土壤温湿度的动态变化,CLM5.0模拟的土壤温湿度与观测资料具有一致的变化特征且数值上较为接近.CLM5.0模拟的准确性高于GLDAS-Noah.CLM5.0对站点土壤温度的描述更为准确.(2)CLM5.0能够较准确地描述高原冻融过程中的土壤温湿度特征,CLM5.0模拟土壤温湿度与MODIS和ESACCI-COMBINED遥感资料在高原总体呈显著正相关,相关系数大多在0.9以上.CLM5.0对土壤温度的模拟能力相对较好,对非冻结期土壤湿度的模拟能力优于冻结期.CLM5.0整体高估了土壤温度,平均偏差大多在0～4 ℃之间.土壤湿度的平均偏差大多在-0.1～0.1m3·m-3之间,非冻结期的平均偏差相对较小.(3)CLM5.0模拟、GLDAS-Noah、MODIS和ESACCI-COMBINED遥感资料的土壤温湿度均具有相似的空间分布,其中土壤温度空间分布特征相似度更高.CLM5.0具有较高的空间分辨率和更为精细的土壤分层,对土壤温湿度细节的刻画更为完善.(4)CLM5.0模拟资料在高原整体呈增温变干趋势,MO-DIS和ESA CCI-COMBINED遥感资料整体呈增温增湿趋势.CLM5.0模拟的土壤温度变化趋势相对准确,土壤湿度的变化趋势则存在较大偏差.

    青藏高原CLM5.0模拟冻融过程土壤温湿度

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    青藏高原晴天光合有效辐射光谱观测研究

    盛敏措加旺姆王萌萌周毅...
    46-55页
    查看更多>>摘要：光合有效辐射(Photosynthetically Active Radiation,PAR)光谱是可见光中植物敏感波段,可被植物吸收用于光合作用.地面PAR光谱的特征直接影响植物的生长发育、形态、生理代谢、产量和适应能力等.为了进一步认识PAR在西藏高海拔地区分布特征,本文利用了国际高精度太阳光谱仪在2021-2022年期间对青藏高原珠峰、日喀则、拉萨和林芝地区晴天PAR光谱特征进行了实地观测.观测发现,青藏高原冬至和夏至期间PAR变化幅度较大,珠峰PAR单色辐射照度峰值夏至[1251 mW·(m2·nm)-1]-冬至[1935 mW·(m2·nm)-1]浮动差异高达684 mW·(m2·nm)-1,冬至珠峰PAR光谱积分值(309.86 W·m-2)比AM0标准光谱PAR积分值(530.67W·m-2)低41.61％,比AM1.5标准光谱PAR积分值(429.83 W·m-2)低28％;夏至西藏珠峰、日喀则、拉萨当日正午时刻PAR光谱均超过AM1.5标准光谱,且接近AM0标准光谱.西藏日喀则春分和秋分晴天当地正午PAR光谱峰值分别为1699 mW·(m2·nm)-1和1696 mW·(m2·nm)-1,峰值基本相同,春分和秋分在西藏高原同一个观测点,由于其当地正午太阳高度角相同(如:日喀则均为59.84弧度),在其他影响光谱的因子相同的情况下PAR光谱特征基本相同.对比青藏高原与低海拔北京、安徽六安和河南濮阳地区的观测结果发现:冬至附近晴天(2021年11月20 日),高海拔珠峰地区PAR光谱积分值(309.86W·m-2)比低海拔安徽六安地区PAR积分值(264.4 W·m-2)高17.19％;夏至附近晴天(2021年6月3日),高海拔珠峰地区PAR光谱积分值(487.41 W·m-2)比低海拔北京地区PAR光谱积分值(394.15 W·m-2)高23.66％;秋分附近晴天(2021年9月19 日),低海拔北京PAR光谱积分值(315.23 W·m-2)仅占高海拔珠峰地区PAR光谱积分值(442.49 W·m-2)的71.24％;春分附近晴天(2021年3月19日),高海拔日喀则地区PAR光谱积分值(413.34 W·m-2)比低海拔河南濮阳地区PAR光谱积分值(261.82 W·m-2)高64.75％.结果表明PAR光谱积分值与海拔正相关,海拔越高,积分值越大.此外,通过全年晴天PAR光谱的观测结果发现光谱辐射照度在时间上存在一定的时序变化特征.具体表现为冬至光谱辐射照度最低,随后光谱辐射照度逐日升高,次年经过春分在夏至达到最高值,夏至后光谱辐射照度逐日降低,经过秋分在冬至再次达到最低值,且春分与秋分光谱辐射照度特征基本相同.

    西藏高原晴天光合有效辐射观测

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    植物多样性对青藏高原东北部高寒草甸土壤有机碳的影响

    马骏杰陈银萍牟晓明李玉强...
    56-66页
    查看更多>>摘要：植物多样性显著影响生态系统的结构和功能,对土壤有机碳固存起至关重要作用.以往植物多样性对土壤有机碳的影响多在人工控制植物多样性条件下进行,表明高植物多样性显著促进土壤有机碳积累.而在自然草地生态系统中,植物多样性对土壤有机碳影响的研究相对薄弱.本研究选取了青藏高原东北部15个典型高寒草甸作为研究样地,通过测定植物地上及地下生物量、土壤pH值、土壤微生物量碳氮、土壤有机碳、颗粒有机碳及矿物结合态有机碳、全氮及全磷等,旨在探究自然条件下植物多样性对土壤有机碳固存的影响,为土壤碳储量的变化及草地的科学管理提供理论依据.结果表明,植物多样性显著提高了植物盖度和地上生物量(P＜0.01),而对不同土层(0～20 cm和20～40cm)地下生物量无显著影响;在0～20 cm和20～40cm土层中,植物多样性的增加显著提高了土壤微生物量碳和有机碳含量(P＜0.05),而对不同土层微生物量氮无影响;通过对土壤有机碳分组发现植物多样性和土壤矿物结合态有机碳含量呈显著正相关(P＜0.01),而和土壤颗粒有机碳含量无相关性.综上,在青藏高原高寒草甸,自然条件下较高的植物多样性对土壤有机碳含量有显著促进效果,这种促进效果主要表现在矿物结合态有机碳含量的增加.本研究为草地生态系统植物多样性与土壤碳库间的相互关系提供新见解及理论基础.

    植物多样性生物量土壤有机碳颗粒有机碳矿物结合态有机碳

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    中国北方干旱多发带极端春夏连旱的主要影响因子特征

    陆晓娟李忆平王劲松
    67-82页
    查看更多>>摘要：在全球变暖背景下,天气气候事件表现出的极端性愈加明显,由此造成的各种气象灾害对社会和经济的危害程度进一步加大.在中国北方干旱多发带(Northern Drought-prone Belt,NDPB),极端干旱事件发生的次数更为频繁、强度更为剧烈、范围更为广阔.本文利用气象干旱综合指数、站点的降水和近地面气温、再分析资料以及海表温度、积雪范围、海冰密集度资料,通过统计分析和合成分析方法揭示了NDPB极端春夏连旱事件的主要影响因子特征.研究表明,主要环流因子表现为:3月自巴芬湾东传的波列,5月从哈德逊湾南部到贝加尔湖以东"正-负-正-负-正-负"的位势高度异常,6月60°N附近东传的波列、丝路波列以及偏东偏弱的西太平洋副热带高压;主要的外强迫因子表现为:拉尼娜向厄尔尼诺的位相转变及印度洋海盆和北大西洋中部偏暖的海温异常,欧亚大陆中高纬和北美大陆40°N-60°N之间明显偏小、青藏高原前期偏大后期偏小的积雪范围异常,以及巴芬湾和戴维斯海峡附近偏少而格陵兰海附近偏多、从巴伦支海到喀拉海呈现"正-负-正"分布的海冰密集度异常.

    极端春夏连旱事件影响因子中国北方干旱多发带

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    基于走航观测评估大气再分析中的南大洋大气河

    项旭韩博张功刘长炜...
    83-94页
    查看更多>>摘要：大气河直接影响南极海-陆-冰-气相互作用,但对其开展的探空观测尚不多,造成数值模式和再分析数据的结论存在不确定性.本研究使用了中国第37次南极科考获得的走航探空数据,针对一次南大洋大气河事件评估了 4种大气再分析数据——ERA5,CFSv2,JRA-55和MERRA-2.评估结果表明:虽然所有大气再分析数据对南大洋水汽通量(IVT)的描述都与观测比较接近——包括在大气河期间,但这部分是因为再分析数据高估了大气整层(地表至300 hPa)湿度场的同时低估了大气整层风速.进一步分析发现,大气湿度和风速在垂直方向的协变项被多数再分析数据显著低估甚至给出了与观测相反的结果;而协变项的偏差对IVT影响与整层大气湿度和风速相当.ERA5在协变项的表现显著优于其他再分析数据.与此同时,ERA5也给出了大气河期间与观测最为一致的逆湿和低空急流结构.因此,仅就本次观测而言ERA5对南大洋大气河的描述能力是最佳的.

    南大洋大气河无线电探空大气再分析

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    利用探空观测评估北半球卫星及再分析对流层臭氧数据

    杨景怡田文寿雒佳丽段佳康...
    95-109页
    查看更多>>摘要：对流层臭氧是一种污染气体,也是重要的温室气体,它可以影响人类健康、严重危害生态环境.本研究利用 WOUDC(The World Ozone and Ultraviolet Radiation Data Centre)发布的臭氧探空观测数据,评估了 2007-2018 年北半球地区 GOME-2A(Global Ozone Monitoring Experiment 2 aboard METOP-A)、OMI(Ozone Monitoring Instrument)卫星的对流层臭氧柱含量产品以及 TCR-2(Updated Tropospheric Chemistry Reanalysis)再分析对流层臭氧产品.分析结果表明,在赤道美洲地区、亚热带地区、欧洲西部和加拿大地区,GOME-2A与探空观测之间的相关系数最高可达0.56,相对偏差百分比绝对值不超过15％;在加拿大地区、美国东部地区和欧洲西部地区,OMI与探空观测之间的相关系数为0.65～0.72,标准化的均方根误差为0.47～0.56;就整个北半球区域而言,TCR-2对流层臭氧柱含量与探空观测之间的相关系数为0.41～0.95,标准化的均方根误差为0.18～0.48,优于其他两种卫星资料.此外,进一步探讨对流层臭氧柱含量趋势结果发现,TCR-2对流层臭氧柱含量变化趋势与探空观测结果较为一致.利用评估后的数据进一步分析发现,在赤道美洲地区、欧洲西部地区和中国地区对流层臭氧柱含量增加,而近年来在北极地区、加拿大地区和美国东部地区对流层臭氧柱含量减少.

    对流层臭氧对流层臭氧柱含量资料评估北半球

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    多源降水数据在夏河县果宁村山洪模拟中的精度评估

    黄武斌伏晶郭润霞张君霞...
    110-121页
    查看更多>>摘要：2023年9月6日 22:00(北京时,下同)至7日 04:00甘肃夏河县发生强对流天气,局部地区出现短时强降雨,引发夏河县果宁村山洪灾害,造成人员伤亡.本研究基于气象站观测降水对比分析了雷达估测降水(Radar Quantitative Precipitation Estimation,Radar-QPE)、FY4B 估测降水(Feng Yun 4B Quantitative Precipitation Estimation,FY4B-QPE)以及 CMPA(CMA Multi-source Precipitation Analysis)降水产品特性,并利用这些降水数据驱动水动力水文模型,评估不同降水数据在本次山洪模拟中的效果.结果表明:(1)12h累积降水量中,CMPA在大值区域位置和局地降水量级差异性方面表现出较高的准确性;Radar-QPE在累积降水量级上与AWS(Automatic Weather Station)较为接近,但空间分布上存在显著差异;FY4B-QPE累积降水量级高估了 33.8％.(2)在逐小时分布上,CMPA在时间演变、空间分布以及降水量级上与AWS最为接近;Radar-QPE峰值偏小,且峰值时间有所滞后,降水主要为负偏差;FY4B-QPE峰值及峰值时间与实际情况一致,但在降水的开始和结束时间存在偏差,降水量的偏差主要为正偏差.(3)水文模拟研究中,CMPA、Radar-QPE和FY4B-QPE均高估了水位,但水位峰值出现时间与AWS较为一致,CMPA在均方根误差(RMSE)、纳什效率系数(NSE)和相对偏差(Bias)方面表现最优,Radar-QPE次之,FY4B-QPE表现相对较差.虽然现有站点观测降水无法完全满足对中小尺度山洪的研究和预警需求,但CMPA数据的高精度在一定程度上能有效补充传统气象观测站点的不足,同时,Radar-QPE和FY4B-QPE的算法和精度需要进一步改进和提升.

    多源降水山洪CMPARadar-QPEFY4B-QPE

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    基于瓦片分区的雷达动态定量降水估测方法研究

    李佳慧马建立陈明轩史朝...
    122-133页
    查看更多>>摘要：雷达定量降水估测(QPE)考虑雨滴谱的时空变异性,是提高QPE的有效途径.雷达采用Z-R关系开展降水估测时,雨滴谱的差异,主要表现为Z-R关系式不同;利用瓦片分区方法,将降水估测区域进行瓦片分区,每个瓦片内利用雷达和自动站数据动态拟合Z-R关系式开展QPE.文中利用六次天气过程对瓦片分区降水估测方法进行评估,从QPE各项评价指标看,误差较传统的固定Z-R关系法和全域动态Z-R关系法,有很好的提升,降水估测结果与强降水中心基本一致,各项误差指标均最小;结果表明瓦片分区降水估测方法是提升雷达QPE的有效方式.

    降水估测雷达组网分区拟合

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