青藏高原东北边坡冰雹天气的时空变化分析

利用1961-2010年青藏高原东北边坡地区60个台站的冰雹资料,研究青藏高原东北边坡地区冰雹的时空分布及冰雹的年代际演变规律。研究表明：① 一般情况下,冰雹出现在每年的4-11月,6月出现频率最高;日变化主要集中在12：00-20：00（北京时间,下同）,其中14：00-18：00最盛,并且不同月、不同年代际的日变化存在较明显的差异,而不同月的峰值时间可以作为冰雹预报的一个参考指标。② 冰雹的地理分布从西南向东北递减,西北和东南分布较少,中部地区较多,并且冰雹次数与海拔高度呈显著正相关。③ 从年代际距平空间分布来看,20世纪80年代高原边缘地区的冰雹次数达到峰值,但近十几年却显著减少,这一特征与气温变化趋势较为一致,表明它们之间的相关性。④ 从年际变化来看,从20世纪60年代开始持续增加,90年代开始又呈现持续减少的趋势,特别是近10 a来减少趋势明显增强。     

三维冰雹云模式对巴彦淖尔市一次冰雹天气过程的数值模拟研究

为了深入研究巴彦淖尔市冰雹云形成的宏微观条件,利用三维冰雹云模式对该地区的一次冰雹天气进行了数值模拟,并探讨了三维冰雹云模式的适用性。结果表明:模式能够模拟出冰雹云发生、发展、成熟、消散的过程,最大上升气流以及降雹量的特征,表明此次冰雹云具有连续发展的态势。模式中固态水成物粒子对降水的形成有重要作用,模拟出的最大冰雹直径为4.362mm。分析冰雹云的流场结构、总水成物场的分布与演变发现,较强的辐合上升气流为冰雹云的发展提供了动力条件,有利的总水成物分布为冰雹云提供了水汽条件。针对冰雹粒子的微物理过程,此次巴彦淖尔市冰雹粒子以霰粒子的自动转化(CNgh)增长为主,冰雹碰并雪增长(CLsh)为辅,适量的冰晶及丰富的过冷水的存在,对此次冰雹云的形成和增长极为有利。三维冰雹云模式的应用,能够判断是否有冰雹发生,以及冰雹的起止时间,为巴彦淖尔市冰雹的预报提供了帮助。     

2001-2011年青藏高原东北边坡地带云水资源分析

利用青藏高原东北边坡地带(32°～37° N,99°～104° E)22个地面气象站2001年6月至2011年5月每日8次地面观测资料,以及2001-2011年NCAR/NCEP月平均再分析资料,通过统计分析和NOAA HYSPLIT_4（混合单粒子拉格朗日积分）水汽轨迹模型,主要分析了青藏高原东北部边坡地带近10 a云量、云状的发展特征及其与水汽的关系。结果表明：① 近10 a,高原东北边坡地带多年平均总云量与低云量的变化具有较好的一致性;全年云量春夏季增加尤为明显。② 全年发生雨雪天气时,卷云出现概率最高,其次为高层云,积云最低;高原东北边坡地带对流云出现概率明显比非对流云出现的概率高。③ 水汽是决定高原降水分布和对流云变化的主要依据之一,水汽主要来源于700 hPa,且水汽通量可以较好地反映低云量的多寡。      

阿拉善盟一次区域性大风沙尘暴天气过程成因分析

沙尘暴是发生在干旱、半干旱荒漠化地区的主要灾害性天气之一,对其形成过程及成因探讨能为沙尘暴监测和预警提供参考.以2019年5月1 1日阿拉善盟一次区域性大风沙尘暴天气为例,在气象实时监测数据基础上,从地面气象要素变化、环流特征、动力条件和热力条件等方面对此次沙尘暴天气过程成因进行了探讨和分析.结果 表明:1)阿拉善盟大...     

青藏高原东北部冰雹和雷雨预警的风暴单体识别特征对比分析

利用2006年6月至2011年8月青藏高原东北部CINRAD/CD雷达探测资料,对局地对流发生前的风暴单体特征进行分析和比较,在有利的探空条件下筛选出具有预警意义的较强风暴单体(降雹单体和雷雨单体)。通常雷雨单体强中心高度偏低,且低于0 ℃层高度(H0),降雹单体30～45 dBz回波高度偏高(＞H045 dBz高度(H45)大于18 dBz回波顶高度(H18)的1/2。当降雹单体出现垂直积分液态水含量(VIL)的跃增量≥ 6 kg•m^-2、VIL峰值≥15 kg•m^-2、VIL密度＞2.2 g•m^-3时,即可发布冰雹天气预警。当降雹单体H45-H0≥0.5 km、0 ℃层以上VIL≥3.8 kg•m^-2时,即可发布有降水产生的冰雹天气预警。此风暴单体预警特征指标,经2011年9月的逐日雷达体扫资料验证结果表明,应用该指标能正确识别出风暴单体类型和及时发布强对流天气预警信息。TS技术评分高于60%,对青藏高原东北部的强对流天气预警起到了重要参考作用。     

青海东北部一次典型冰雹过程的观测分析

青海东北部是青海省主要的农作物生产区、也是冰雹高发区和灾害影响的高风险区,冰雹预报预警和人工防雹作业是降低冰雹灾害的重要手段,掌握冰雹发生时各监测资料的变化特征是提高冰雹预报能力、尽早开展人工防雹作业的前提。2021年6月29日青海东北部出现了一次大范围的冰雹天气过程,利用多普勒天气雷达、雨滴谱资料,结合高空和地面常规气象资料,对此次冰雹天气过程进行了分析。结果表明：青海东北部地区高空有冷平流输送,地面增温明显,导致层结不稳定,是产生此次冰雹的天气背景。平安地区降雹阶段平均雨滴谱和速度谱均呈多峰分布,人工观测的平安冰雹最大直径和雨滴谱仪观测的相差不大,说明雨滴谱仪能很好的观测到冰雹粒子,并且能确定最大冰雹出现的时间。雹云发展大致经历了发生、跃增、降雹和消亡等阶段,降雹前低层雷达反射率因子出现明显的“V”字型入流缺口;雹云成熟阶段具有明显的有界弱回波区结构,中低层有明显的偏南气流入流,且此时径向速度图上雹云有明显的“0线”,“0线”垂直向上,穿过悬垂回波和有界弱回波区域上部,指向冰雹云顶。此次冰雹个例的分析,对青海东北部冰雹预报具有重要的指导意义,冰雹发生前各要素变化特征是后期科学指导防...     

边界层参数化方案对一次西北地区沙尘天气过程影响的数值模拟研究

使用耦合化学模块的高分辨率中尺度数值模式WRF-Chem3.4,结合近地层观测资料评估YSU、MYJ、QNSE、MYNN2.5和BouLac共5种边界层参数化方案对2007年3月27日西北地区一次沙尘天气过程模拟效果的影响,结果显示5种边界层参数化方案均可模拟出此次沙尘天气的发展演变过程,其中YSU和BouLac方案模...     

一次强沙尘暴天气的数值模拟研究

用NCEP(1°×1°)资料和GRAPES_SDM沙尘暴模式,对发生在中国北方的"20060409-11"强沙尘暴天气过程进行了数值模拟,并利用位涡理论对此次沙尘暴过程的发生机制进行了研究。结果表明:⑴强斜压槽触发了此次强沙尘暴天气,稳定的高原高压脊对低压槽的阻滞作用是沙尘暴能够维持较长时间的原因;⑵GRAPES_SDM成功模拟出此次强沙尘暴过程天气系统和发生区域,表明它是研究沙尘暴天气的有利工具;⑶此次沙尘暴过程发生的机制是:高层位涡梯度增大,使位涡锋生增强,导致高空急流产生;高空急流通过地面沙尘区域时,导致了地面风速增强而产生沙尘暴。     

甘肃临夏地区一次扬沙与强寒潮天气诊断分析

利用基本气象资料和欧洲中心数值预报产品资料,对发生在2006年4月10～11日临夏地区的一次扬沙和强寒潮天气过程进行了分析.结果表明:临夏地区扬沙伴有强寒潮天气发生,在大气环流调整过程中,冷空气活动是造成扬沙和强寒潮灾害的主要动力,高空急流是大风的动量来源,蒙古气旋和冷锋是触发这次扬沙、强寒潮天气的重要天气系统.高、低空冷、暖平流的空间配置使降温更为剧烈.同时,涡度和散度对扬沙和寒潮的落区有很好的指示作用.在受灾区,对流层和近地面层为不稳定层结,从而引起强烈垂直上升运动,导致低层强烈辐合,出现了10～11日的灾害性天气过程.     

基于WRF模式的新疆巴音布鲁克盆地强降雨天气数值模拟效果分析

为了验证中尺度数值模式WRF中参数化方案对新疆中天山地带巴音布鲁克盆地天气模拟的适用性,以寻找对该区域天气模拟WRF模式中最优参数化方案组合。利用WRF模式对新疆中天山地带巴音布鲁克盆地2场强降水过程进行数值模拟,选取2种不同的边界层参数化方案(YSU,MYJ),2种不同的云动力参数化方案(GrellFreitas,Grell-3),3种不同的云微物理参数化方案(Lin,WSM6,Thompson),3种不同的长短辐射参数化组合方案(New Goddard/New Goddard,Dudhia/RRTM,GFDL/GFDL),组成36种参数化方案组合。模式模拟采用双层嵌套的方式,其中内层嵌套区域为4 km精度,对中天山地带巴音布鲁克盆地进行数值模拟。同时,借助气象部门的自动站观测资料,与小时降雨量、空气温度、10 m风速、表面大气压强等边界层结构特征进行了比较分析,评估不同参数化方案的模拟差异。得出最优参数化方案组合:陆面参数化方案为YSU方案,云动力方案为Grell-Freitas方案,云微物理方案为WSM6,长波辐射和短波辐射参数化方案为Duhia/RRTM。各边界层参数化方案组合均能够模拟出降雨趋势变化特征,但最优参数化方案组合模拟结果与实际观测结果仍然存在一些差异。     

青藏高原总云量的气候变化及其稳定性

利用青藏高原80个测站1961-2000年1～12月总云量资料,分析40 a来青藏高原总云量的气候变化规律及其稳定性.结果表明:青藏高原的总云量从东南向西北减少,云量的稳定性夏季高于冬季,东部高于西部.因此,江河上源区域、藏东高原、川西高原、甘南高原和祁连山区是青藏高原总云量多而稳定的地区;青藏高原南部和西部总云量月变化振幅大,夏季云量最多,高原东部祁连山区和中部江河上源区3～9月云量多而起伏变化小,6月出现峰值;总云量具有显著持续性的空间范围较大,但持续时间短,持续时间为7～8月和5～6月;总云量的年际变化总体呈显著下降趋势, 江河上源区和祁连山区的总云量变化缓慢,20世纪90年代云量有上升的趋势.在季节上表现为冬、春、夏西北上升东南下降,秋季西北下降东南上升的变化趋势.     

应用神经网络RBF估算青海省东南沙区土壤蒸发

蒸发是地表能量平衡和水分平衡的重要组成部分。2006-2009年在青海东南部沙区半固定沙丘,利用微型蒸发器(MLS)对土壤蒸发进行了测定,结合气象观测数据,利用RBF神经网络技术,建立了沙区半固定沙丘土壤蒸发模型,并应用多元回归技术进行了验证。结果表明：已经构建的RBF神经网络计算土壤蒸发与实测值吻合较好,均方差是0.14 mm,其绝对误差和均方差均小于多元线性回归计算值。模型在确定沙区土壤蒸发中具有实用可靠的优势。     

21世纪青藏高原气候时空变化评估

在对比分析IPCC第4次评估报告所采用的23个气候模式输出、ERA40再分析气温资料和GPCP降水资料的基础上,运用选取的11个模式输出资料,以集合平均的方法,结合动力降尺度数据,分析中等排放情景下21世纪青藏高原气温和降水变化的时空分布。11个模式集合结果表明：相对于2008年而言,21世纪中期青藏高原年均气温和降水...     

青藏高原低云量的年际变化及其稳定性

利用青藏高原80个测站1961-2000年1～12月低云量资料,分析了青藏高原低云量的年际变化规律.结果表明:青藏高原的低云量从东南向西北减少,云量的稳定性夏季高于冬季,南部高于北部.江河上游区域、藏东谷地、川西高原、甘南高原和祁连山区是青藏高原低云量多,且比较稳定的地区;青藏高原西部低云量月变化振幅大,尤以西南部为最,夏季云量最多;高原东南部江河上游区和藏东谷地3～9月低云量多,且起伏变化小,6月和9月出现峰值;高原东南部低云量稳定性较好;低云量的年际变化总体呈下降趋势, 江河上游区和高原东南部的低云量变化缓慢,高原西北部有显著上升趋势;变化趋势在季节上表现为冬、春、夏、秋西北上升西南下降,春、秋季中东部持平,夏、冬略降.     

青藏高原东部雨季降水量分布模型的建立

采用高分辨率的3"数字高程模型资料和青藏高原东部102个常规气象观测站5～9月份的降水资料,根据降水随高度分布将站点分为3类,采用多元逐步回归的方法,建立了青藏高原40年(1961-2000年)雨季逐年降水量和经度、纬度、海拔高度、坡度、坡向、开放度等地理、地形因子之间的关系模型,估算了青藏高原地区降水量的空间分布.结果表明:建立的关于青藏高原降水量与诸因子之间方程的相关性显著,相对误差在20%,平均相对误差在4.4%之内,估算模型的相关系数均通过置信度为0.95 的检验;并且地理地形因子对40年平均和逐年降水量分布特征的影响较为稳定,其归一化的模拟系数基本控制在±1之间,这对定量分析和评价站点稀少、地形复杂的高原降水有重要意义.     

Effects of warming and clipping on plant and soil properties of an alpine meadow in the Qinghai-Tibetan Plateau,China

Climate warming and livestock grazing are known to have great influences on alpine ecosystems like those of the Qinghai-Tibetan Plateau(QTP) in China. However, it is lacking of studies on the effects of warming and grazing on plant and soil properties in these alpine ecosystems. In this study, we reported the related research from manipulative experiment in 2010–2012 in the QTP. The aim of this study was to investigate the individual and combined effects of warming and clipping on plant and soil properties in the alpine meadow ecosystem. Infrared radiators were used to simulate climate warming starting in July 2010, while clipping was performed once in October 2011 to simulate the local livestock grazing. The experiment was designed as a randomized block consisting of five replications and four treatments: control(CK), warming(W), clipping(C) and warming+clipping combination(WC). The plant and soil properties were investigated in the growing season of the alpine meadow in 2012. The results showed that W and WC treatments significantly decreased relative humidity at 20-cm height above ground as well as significantly increases air temperature at the same height, surface temperature, and soil temperature at the depth of 0–30 cm. However, the C treatment did not significantly decrease soil moisture and soil temperature at the depth of 0–60 cm. Relative to CK, vegetation height and species number increased significantly in W and WC treatment, respectively, while vegetation aboveground biomass decreased significantly in C treatment in the early growing season. However, vegetation cover, species diversity, belowground biomass and soil properties at the depth of 0–30 cm did not differ significantly in W, C and WC treatments. Soil moisture increased at the depth of 40–100 cm in W and WC treatments, while belowground biomass, soil activated carbon, organic carbon and total nitrogen increased in the 30–50 cm soil layer in W, C and WC treatments. Although the initial responses of plant and soil properties to experimental warming and clipping were slow and weak, the drought induced by the downward shift of soil moisture in the upper soil layers may induce plant belowground biomass to transfer to the deeper soil layers. This movement would modify the distributions of soil activated carbon, organic carbon and total nitrogen. However, long-term data collection is needed to further explain this interesting phenomenon.     

Hydrogen isotopic composition of plant leaf wax in response to soil moisture in an arid ecosystem of the northeast Qinghai-Tibetan Plateau,China

The hydrogen isotopic composition of plant leaf wax(δDwax) is used as an important tool for paleohydrologic reconstruction. However, the understanding of the relative importance of environmental and biological factors in determining δDwax values still remains incomplete. To identify the effects of soil moisture and plant physiology on δDwax values in an arid ecosystem, and to explore the implication of these values for paleoclimatic reconstruction, we measured δD values of soil water(δDwater) and δDwax values in surface soils along two distance transects extending from the lakeshore to wetland to dryland around Lake Qinghai and Lake Gahai on the northeast Qinghai-Tibetan Plateau. The results showed that the δDwater values were negatively correlated with soil water content(SWC)(R2=0.9166), and ranged from –67‰ to –46‰ with changes in SWC from 6.2% to 42.1% in the arid areas of the Gangcha(GCh) and Gahai(GH) transects. This indicated that evaporative D-enrichment in soil water was sensitive to soil moisture in an arid ecosystem. Although the shift from grasses to shrubs with increasing aridity occurred in the arid area of the GH transect, the δDwax values in surface soils from the arid areas of the two transects still showed a negative correlation with SWC(R2=0.6835), which may be due to the controls of primary evaporative D-enrichment in the soil water and additional transpirational D-enrichment in the leaf water on the δDwaxvalues. Our preliminary research suggested that δDwax values can potentially be applied as a paleo-humidity indicator on the northeast Qinghai-Tibetan Plateau.     

1976-2009年青藏高原内陆湖泊变化的时空格局与过程

为了揭示近几十年来气候变化条件下青藏高原内陆现代湖泊的时空变化规律,在1976年、1990年、2000年和 2009年4个时段青藏高原内陆湖泊变化制图结果的基础上,重点分析流域内湖泊变化的时间过程和流域间湖泊变化的空间模式,并从气候要素变化、流域水源补给等方面探讨影响内陆湖泊变化的主要因素。结果表明：流域内湖泊总面积1970-1990年萎缩、1990-2009年扩张,1976-2009年呈现扩张的变化趋势,年均降水量和年均气温的变化趋势较好地解释了湖泊由萎缩到扩张的变化状况。从湖泊变化的空间格局来看,不同地域、不同流域的湖泊面积变化模式及其剧烈程度与流域内的水源补给方式有关,以雪冰融水补给的流域内湖泊总面积变化的剧烈程度远不及以冻融水补给为主的流域。因此,区域气候的变化是近几十年来高原内陆湖泊整体显著萎缩或扩张的主要原因,而流域水源补给的方式诠释了湖泊变化的区域差异。     

Changes in aggregate-associated organic carbon and nitrogen after 27 years of fertilization in a dryland alfalfa grassland on the Loess Plateau of China

Changes in the distribution of soil aggregate sizes and concentrations of aggregate-associated organic carbon(OC) and nitrogen(N) in response to the fertilization of grasslands are not well understood. Understanding these changes is essential to the sustainable development of artificial grasslands. For understanding these changes, we collected soil samples at 0–20 and 20–40 cm depths from a semi-arid artificial alfalfa grassland after 27 years of applications of phosphorus(P) and nitrogen+phosphorus+manure(NPM) fertilizers on the Loess Plateau of China. The distribution of aggregate sizes and the concentrations and stocks of OC and N in total soils were determined. The results showed that NPM treatment significantly increased the proportions of 2.0 mm and 2.0–0.25 mm size fractions, the mean geometric diameter(MGD) and the mean weight diameter(MWD) in the 0–20 cm layer. Phosphorous fertilizer significantly increased the proportion of 2.0 mm size fractions, the MGD and the MWD in the 0–20 cm layer. Long-term application of fertilization(P and NPM) resulted in the accumulation of OC and N in soil aggregates. The largest changes in aggregate-associated OC and N in the 0–20 cm layer were found at the NPM treatment, whereas the largest changes in the 20–40 cm layer were found at the P treatment. The results suggest that long-term fertilization in the grassland leads to the accumulation of OC and N in the coarse size fractions and the redistribution of OC and N from fine size fractions to coarse size fractions.