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青藏高原地-气相互作用过程及其天气、气候效应数值模拟研究综述
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作者 马伟强 马耀明 +8 位作者 马龙腾飞 李茂善 孙方林 宋敏红 韩熠哲 胡伟 刘莲 苏荣明珠 韩存博 《气象学报》 2025年第4期904-920,共17页
在全球气候变化和人类活动影响加剧的背景下,青藏高原作为“亚洲水塔”及“地球第三极”,其地-气相互作用过程对区域和全球气候系统的调节作用愈加显著。数值模拟作为理解高原复杂气候过程的有效工具,在探索青藏高原地-气系统的物理机... 在全球气候变化和人类活动影响加剧的背景下,青藏高原作为“亚洲水塔”及“地球第三极”,其地-气相互作用过程对区域和全球气候系统的调节作用愈加显著。数值模拟作为理解高原复杂气候过程的有效工具,在探索青藏高原地-气系统的物理机制和天气、气候效应方面发挥了不可替代的作用。文中系统综述了青藏高原地区4个主要地-气相互作用过程的数值模拟研究进展,包括陆地-表层大气过程(边界层过程)、云降水物理过程、区域水分循环过程和平流层过程,重点探讨了这些过程在不同时间和空间尺度上的表现及其对区域天气系统、季风环流和全球气候的影响。最后,展望了未来的研究方向,提出需要通过提高数值模式的精度、优化参数化方案以及结合多源观测数据,以进一步揭示青藏高原在全球气候系统中扮演的独特角色,并为应对气候变化挑战提供科学依据。 展开更多
关键词 青藏高原 地-气相互作用 数值模拟 天气效应 气候效应
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青藏高原典型下垫面通量印痕特征分析 被引量:1
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作者 王紫昕 仲雷 +1 位作者 马耀明 傅云飞 《高原气象》 CSCD 北大核心 2023年第5期1160-1171,共12页
下垫面的非均匀性影响地气通量观测的准确性和代表性,青藏高原复杂下垫面通量印痕分布的研究对地气相互作用的观测、模拟及其天气气候影响均具有重要意义。印痕分析是研究通量观测信息空间代表性的重要方法,通量印痕模型FFP(Flux Footpr... 下垫面的非均匀性影响地气通量观测的准确性和代表性,青藏高原复杂下垫面通量印痕分布的研究对地气相互作用的观测、模拟及其天气气候影响均具有重要意义。印痕分析是研究通量观测信息空间代表性的重要方法,通量印痕模型FFP(Flux Footprint Prediction)为计算通量印痕提供了一种行之有效的方法。基于西藏珠穆朗玛大气过程与环境变化国家野外科学观测研究站、阿里荒漠环境综合观测研究站、西藏纳木错高寒湖泊与环境国家野外科学观测研究站、慕士塔格西风带环境综合观测研究站和藏东南高山环境综合观测研究站5个台站2013年观测数据,利用FFP模型对通量印痕进行了模型参数敏感性分析,探讨了不同站点通量印痕分布的时空特点、具体影响因素,进而对观测台站架设提供指导。研究结果表明,通量印痕的主要影响因素为观测高度、风速、风向,下垫面类型为常绿针叶林的林芝站对观测高度、行星边界层高度较其他台站敏感。在青藏高原,使用三维超声风速仪观测数据得到的通量印痕的空间尺度为250~500 m。5个台站中珠峰站白天稳定层结时次最少,占白天数据点的15.69%,阿里站夜间不稳定层结时次最少,占夜间数据点的13.32%。在青藏高原5个台站夜间通量印痕比白天通量印痕范围更广、面积更大;夏季由于季风的影响,通量印痕轴线更趋向一致;纳木错站湖陆风是影响通量印痕的主要因素,珠峰站冰川风是影响通量印痕的主要因素,林芝站在5个站点中年平均风速最小,通量印痕最小,在5个站点中观测代表性最佳。为提高观测数据代表性,可考虑在珠峰站、纳木错站降低观测仪器高度。 展开更多
关键词 青藏高原 通量印痕 FFP模型
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青藏高原地-气相互作用过程关键特征参数的卫星遥感应用研究进展
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作者 仲雷 戚雨婷 马耀明 《气象学报》 2025年第4期921-937,共17页
青藏高原是世界上平均海拔最高、面积最大的高原,被誉为“亚洲水塔”和“世界第三极”,其地-气相互作用过程对高原及周边地区的天气和气候具有重要影响。然而,由于青藏高原观测站点分布相对稀疏且不均匀,定量获取其地-气相互作用过程特... 青藏高原是世界上平均海拔最高、面积最大的高原,被誉为“亚洲水塔”和“世界第三极”,其地-气相互作用过程对高原及周边地区的天气和气候具有重要影响。然而,由于青藏高原观测站点分布相对稀疏且不均匀,定量获取其地-气相互作用过程特征参数面临极大挑战。卫星遥感能够大面积获取时、空连续的地-气相互作用过程关键变量,但受青藏高原复杂地形地貌和云层的影响,基于卫星遥感定量刻画陆地-大气能量和水分交换的时、空变化特征仍存在较大的不确定性。随着卫星遥感观测技术的突破,青藏高原地-气相互作用过程关键特征参数的卫星遥感应用研究取得了可喜进展。文中系统地总结了过去50 a青藏高原地-气相互作用过程关键特征参数的卫星遥感研究进展,分别从地-气相互作用过程特征参数的卫星遥感反演和地-气水热通量的卫星遥感估算等方面进行了归纳梳理。此外,文中还从物理模型优化、多源数据融合以及卫星遥感与数值模式的结合等方面对未来的研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 青藏高原 地-气相互作用过程 关键特征参数 卫星遥感应用
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雅砻江流域1961-2018年极端气候时空演变研究 被引量:9
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作者 杨晨 董晓华 +3 位作者 董立俊 秦兴隔 王雅琳 马耀明 《中国农村水利水电》 北大核心 2023年第2期46-56,65,共12页
近年来我国极端气候事件频发,研究极端气候的变化规律,能够预防自然灾害对人类生活造成的伤害以及水资源分布的失衡。雅砻江拥有我国重要的水电能源,基于雅砻江流域1961-2018年日降雨、日气温数据计算得到26个极端气候指数,利用线性拟合... 近年来我国极端气候事件频发,研究极端气候的变化规律,能够预防自然灾害对人类生活造成的伤害以及水资源分布的失衡。雅砻江拥有我国重要的水电能源,基于雅砻江流域1961-2018年日降雨、日气温数据计算得到26个极端气候指数,利用线性拟合、Sen’s斜率估计、Mann-Kendall突变检验以及Pettitt检验法分析极端气候指数的趋势和突变;使用反距离权重空间插值法(IDW)进行空间插值,分析极端气候指数的空间分布特征。结果表明:雅砻江流域极端高温、低温以及平均温差指数在空间上都是南高北低;流域北部气温偏寒,结冰和霜冻日数偏长,而南部气温偏暖,夏天日数和生长期长度偏长。极端降水指数除持续干期,其他指数在空间上也是南高北低,且在东南部达到最大值。在全球气候变暖的趋势下最高和最低气温极值温度上升,高温增长速率小于低温增长速率,从而温差逐渐缩小;结冰和霜冻日数减少,夏天日数、生长期长度和暖日持续日数增加,使得流域冬季变短夏季变长,适合动植物生长的温度持续时间增长。极端降水指数除了持续干期,其余指数均呈现上升趋势,年降水量增加幅度最大,强降水量增加幅度次之。说明1961-2018年雅砻江流域极端气温趋于变暖,年内偏暖日数增多,极端降水整体增加,降水量和降水强度增大,降水持续时间加长,还需对雅砻江流域极端降水的增多加以防范。研究雅砻江流域极端气候的时空变化规律,为该流域水资源开发和管理以及灾害预警提供了科学依据。 展开更多
关键词 极端气候指数 变化趋势 时空分布 雅砻江流域
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基于CE-318观测的甘肃省气溶胶光学特性分析 被引量:1
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作者 黄芳芳 马伟强 +6 位作者 王遂缠 张鸿 孔小怡 卢品睿 王旭东 刘昊 闫一丹 《高原气象》 CSCD 北大核心 2024年第1期241-253,共13页
对于大气气溶胶地基观测资料的定量分析是了解气溶胶光学特性和大气污染特征的基本途径,可为探讨污染治理方向提供一定的依据。近年来,利用地基观测资料分析甘肃省不同区域气溶胶光学特性的研究较少。为了解甘肃省不同下垫面的大气气溶... 对于大气气溶胶地基观测资料的定量分析是了解气溶胶光学特性和大气污染特征的基本途径,可为探讨污染治理方向提供一定的依据。近年来,利用地基观测资料分析甘肃省不同区域气溶胶光学特性的研究较少。为了解甘肃省不同下垫面的大气气溶胶光学特性,本文基于2018年4月至2020年9月CE-318型太阳光度计观测资料,通过ASTPwin软件反演获得了甘肃省四个站点的气溶胶光学厚度AOD,计算了Angstrom波长指数α,分析了甘肃省不同区域不同季节AOD和α的分布和变化特征以及气溶胶光学厚度和波长指数的关系。结果表明:(1)观测时段内,所有站点各波段AOD的变化趋于一致,且AOD值随波长增大而减小。兰州和皋兰山AOD值冬季最高,春、秋季次之,夏季最低,兰州冬、春季AOD值分别比年均值超出14.98%和4.68%,皋兰山冬季AOD值比年均值超出3.88%。敦煌和民勤AOD值均为春季最高,比各自的年均值高出24.49%和26.30%。敦煌AOD季节分布为:春季>夏季>冬季>秋季,而民勤则表现为从春到冬季逐渐减小的趋势。(2)兰州和皋兰山春夏季主控粒子为粗模态,秋冬季则为细颗粒物主导。敦煌和民勤大气气溶胶常年由粗模态粒子主控。2019年冬季,兰州市区AOD值比其城郊的皋兰山高出68.0%;敦煌和民勤2019年春季沙尘气溶胶污染较为严重,敦煌AOD值比民勤超出42.42%。(3)四个站点AOD和α的频率分布均呈单峰曲线,不同季节AOD高频次分布范围存在差异性,但都处于1.0以下。α的高频次范围分布较为复杂,兰州春季、皋兰山春夏季、敦煌四季、民勤春夏秋季,α分布区间均小于1.0,而兰州夏秋冬季、皋兰山秋冬季、民勤冬季α主要分布于1.1以上。(4)不同季节AOD和α的关系存在差异,表现为不同季节,大气出现严重或者局部污染时,气溶胶的主控粒子粒径大小不同。春季大气出现局部或者严重污染、夏季大气局部污染时,四个站点气溶胶主要是大粒径粒子,其中沙尘气溶胶的贡献较大。夏季大气处于严重污染时,皋兰山气溶胶主要是细模态粒子,兰州、敦煌、民勤气溶胶依然由粗模态主控,但是兰州小粒径粒子导致的污染比重高于其余两站,其中85%以上属于城市工业-气溶胶污染。秋季大气处于严重污染状况时,兰州和皋兰山均由细模态粒子主导,其中城市工业-气溶胶占比明显增加,而敦煌和民勤依然由粗模态粒子主导,其中沙尘气溶胶占比偏重。冬季大气严重污染时,兰州依然由细模态粒子主导,而其他三站由粗模态粒子占据主导地位,冬季大气局部污染时,敦煌和民勤粗模态粒子与细模态粒子同时出现,皋兰山以细模态粒子为主。分析可知,总体上甘肃偏北地区气溶胶污染以沙尘气溶胶为主,而偏南地区气溶胶污染表现为粗模态与细模态粒子交替出现,这为下一步结合卫星遥感资料研究甘肃不同区域的气溶胶特性及大气污染特征提供了一些参考。 展开更多
关键词 CE-318太阳光度计 气溶胶光学厚度(AOD) 地基观测 甘肃省
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基于REOF的淮河流域降雨侵蚀力时空变化 被引量:8
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作者 魏冲 董晓华 +4 位作者 龚成麒 马耀明 喻丹 薄会娟 赵文义 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期135-144,共10页
淮河流域作为中国重要的粮食生产基地,研究其降雨侵蚀力的时空变化特征,对流域水土流失防治、土壤资源保护及农业可持续发展具有重要意义。该研究基于淮河流域内的40个气象站点1960—2018年的日降雨数据,采用Xie方法计算各站点降雨侵蚀... 淮河流域作为中国重要的粮食生产基地,研究其降雨侵蚀力的时空变化特征,对流域水土流失防治、土壤资源保护及农业可持续发展具有重要意义。该研究基于淮河流域内的40个气象站点1960—2018年的日降雨数据,采用Xie方法计算各站点降雨侵蚀力及降雨侵蚀力密度;使用旋转经验正交函数(Rotating Empirical Orthogonal Function,REOF)对淮河流域依据降雨侵蚀力的分布特性进行分区,采用线性倾向率、改进的Mann-Kendall检验和R/S分析法来分析流域内降雨侵蚀力的时空变化特征;并为不同分区提供合理的农业水土流失防治措施。结果表明:1)淮河流域多年年均降雨侵蚀力及降雨侵蚀力密度分别为4264 MJ·mm/(hm^(2)·h)和4.63 MJ/(hm^(2)·h),且降雨侵蚀力未来将呈增长趋势;整体上,流域内年降雨侵蚀力从东南部向西北部递减,年降雨侵蚀力密度从北部向南部递减。2)基于淮河流域40个站点的年降雨侵蚀力序列,使用REOF展开的10个空间特征向量的累计贡献率达74.34%,可着重突出空间分布特征。并依据这10个模态分布将淮河流域的降雨侵蚀力场划分为降雨特征不同的10个地理区。3)降雨侵蚀力较高的分区为第2、3、4、5和6区,主要集中于流域南部和东部;5—9月的降雨侵蚀力约占全年总和的80%~91%,降雨侵蚀力密度较高。3)在降雨侵蚀力较高的5—9月期间,流域内各区域的农业活动过程中需加强水土流失防治措施,尤其是第6区所在的区域。研究结果可为淮河流域内不同区域的耕地水土保持工作提供参考,并进一步保障流域内农业可持续发展。 展开更多
关键词 降雨 侵蚀 旋转经验正交函数 农业用地 趋势分析 淮河流域
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珠穆朗玛峰地区地表辐射的变化特征
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作者 马龙腾飞 马伟强 +4 位作者 马耀明 席振华 何佳男 马卫垚 石乐乐 《高原气象》 2025年第4期849-859,共11页
本研究通过对珠穆朗玛峰(以下简称“珠峰”)国家级自然保护区辐射场的全面观测,揭示了其时空变化规律及其对生态环境和气候的潜在影响。本研究通过建立覆盖高寒灌丛、高寒湿地和高寒荒漠草原等多种生态环境的气象梯度观测网络,应用先进... 本研究通过对珠穆朗玛峰(以下简称“珠峰”)国家级自然保护区辐射场的全面观测,揭示了其时空变化规律及其对生态环境和气候的潜在影响。本研究通过建立覆盖高寒灌丛、高寒湿地和高寒荒漠草原等多种生态环境的气象梯度观测网络,应用先进的辐射观测设备,结合数据质量控制和自动化处理流程,获取了多年连续、高精度的四分量辐射通量实测数据。结果表明:(1)珠峰站和高寒灌丛站的净辐射通量在年际尺度上呈现年均增加0.7 W·m^(-2)的趋势;(2)在多年月平均净辐射通量方面,珠峰站和高寒灌丛站从1月的15 W·m^(-2)逐步增加,于8月达到峰值110 W·m^(-2)后开始回落,至12月降至14 W·m^(-2)。多年月平均向下短波辐射通量从1月的210 W·m^(-2)逐渐升高,至6月达到最大值375 W·m^(-2),随后在7月显著下降至230 W·m^(-2),并在7-10月保持相对稳定,10月开始显著回落,12月降至最小值200 W·m^(-2);(3)多年夏季日平均净辐射通量在珠峰站和高寒灌丛站从07:00(北京时,下同)的0 W·m^(-2)开始增加,于13:00达到峰值530 W·m^(-2),随后逐渐降低,至20:00降为-110 W·m^(-2)。多年夏季日平均向下短波辐射通量则从07:00的0 W·m^(-2)增加,13:00达到860 W·m^(-2)的峰值后下降,21:00降为0 W·m^(-2)。冬季日平均净辐射通量从08:00的-120 W·m^(-2)上升,至14:00达到最大值370 W·m^(-2)后逐渐减少,至20:00再次降为-120 W·m^(-2)。冬季日平均向下短波辐射通量则从08:00的0 W·m^(-2)开始升高,14:00达到最高值840 W·m^(-2)后下降,20:00降为0 W·m^(-2);(4)各站点之间的辐射通量差异显著,尤其在高寒湿地站与其他两站之间对比突出。高寒湿地站的年均净辐射、年均向下短波辐射、多年月平均净辐射、多年月平均向下短波辐射、夏冬季日平均净辐射及向下短波辐射均高于珠峰站和高寒灌丛站。本研究的结果为理解高海拔地区的气候变化提供了新的视角,并为遥感监测技术的发展、全球气候模式的改进以及高原地区环境保护策略的制定提供了关键数据支持。 展开更多
关键词 珠穆朗玛峰地区 地表辐射 地表辐射年变化 地表辐射季节变化 地表辐射日变化
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