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Surface air temperature changes over the Tibetan Plateau:Historical evaluation and future projection based on CMIP6 models

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Geoscience Frontiers 2022年第6期13卷 138-152页

作者： Rui Chen Haoying Li Xuejia wang Xiaohua Gou Meixue Yang guoning wan Alfred Wegener Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research Potsdam 14473Germany Geography Department Humboldt University of BerlinBerlin 10099Germany IRI THESys Humboldt University of BerlinBerlin 10099Germany Key Laboratory of Western China’s Environmental Systems(Ministry of Education) College of Earth and Environmental SciencesLanzhou UniversityLanzhou 730000China Gansu Liancheng Forest Ecosystem Field Observation and Research Station Lanzhou UniversityLanzhou 730333China State Key Laboratory of Cryospheric Science Northwest Institute of Eco-Environment and ResourcesChinese Academy of SciencesLanzhou 730000China

With its amplification simultaneously emerging in cryospheric regions,especially in the Tibetan Plateau,global warming is undoubtedly occurring.In this study,we utilized 28 global climate models to assess model performance regarding surface air temperature over the Tibetan Plateau from 1961 to 2014,reported spatiotemporal variability in surface air temperature in the future under four scenarios(SSP1-2.6,SSP2-4.5,SSP3-7.0,and SSP5-8.5),and further quantified the timing of warming levels(1.5,2,and 3℃)in the region.The results show that the multimodel ensemble means depicted the spatiotemporal patterns of surface air temperature for the past decades well,although with differences across individual models.The projected surface air temperature,by 2099,would warm by 1.9,3.2,5.2,and 6.3℃relative to the reference period(1981–2010),with increasing rates of 0.11,0.31,0.53,and 0.70℃/decade under the SSP1-2.6,SSP2-4.5,SSP3-7.0,and SSP5-8.5 scenarios for the period 2015–2099,respectively.Compared with the preindustrial periods(1850–1900),the mean annual surface air temperature over the Tibetan Plateau has hit the 1.5℃threshold and will break 2℃in the next decade,but there is still a chance to limit the temperature below 3℃in this century.Our study provides a new understanding of climate warming in high mountain areas and implies the urgent need to achieve carbon neutrality.

关键词： Surface air temperature CMIP6 Historical evaluation Future projection Tibetan Plateau

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Ground temperature variation and its response to climate change on the northern Tibetan Plateau

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Research in Cold and Arid Regions 2021年第4期13卷 299-313页

作者： guoning wan MeiXue Yang XueJia wang Yulong Snow Mountain National Field Observation and Research Station for Cryosphere and Sustainable Development State Key Laboratory of Cryospheric ScienceNorthwest Institute of Eco-Environment and ResourcesChinese Academy of SciencesLanzhouGansu 730000China

Ground temperature plays a significant role in the interaction between the land surface and atmosphere on the Tibetan Plateau(TP).Under the background of temperature warming,the TP has witnessed an accelerated warming trend in frozen ground temperature,an increasing active layer thickness,and the melting of underground ice.Based on high-resolution ground temperature data observed from 1997 to 2012 on the northern TP,the trend of ground temperature at each observation site and its response to climate change were analyzed.The results showed that while the ground temperature at different soil depths showed a strong warming trend over the observation period,the warming in winter is more significant than that in summer.The warming rate of daily minimum ground temperature was greater than that of daily maximum ground temperature at the TTH and MS3608 sites.During the study period,thawing occurred earlier,whereas freezing happened later,resulting in shortened freezing season and a thinner frozen layer at the BJ site.And a zero-curtain effect develops when the soil begins to thaw or freeze in spring and autumn.From 1997 to 2012,the average summer air temperature and precipitation in summer and winter from six meteorological stations along the Qinghai-Tibet highway also demonstrated an increasing trend,with a more significant temperature increase in winter than in summer.The ground temperature showed an obvious response to air temperature warming,but the trend varied significantly with soil depths due to soil heterogeneity.

关键词： ground temperature soil freezing-thawing processes the Tibetan Plateau climate change

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Review on simulation of land-surface processes on the Tibetan Plateau

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Research in Cold and Arid Regions 2019年第2期11卷 93-115页

作者： Rui Chen MeiXue Yang XueJia wang guoning wan State Key Laboratory of Cryospheric Science Northwest Institute of Eco-Environment and Resources Chinese Academy of Sciences University of Chinese Academy of Sciences

The Tibetan Plateau(TP) has powerful dynamics and thermal effects, which makes the interaction between its land and atmosphere significantly affect climate and environment in the regional or global area. By retrospecting the latest research progress in the simulation of land-surface processes(LSPs) over the past 20 years, this study discusses both the simulation ability of land-surface models(LSMs) and the modification of parameterization schemes from two perspectives, the models' applicability and improved parameterization schemes. Our review suggests that different LSMs can well capture the spatiotemporal variations of the physical quantities of LSPs; but none of them can be fully applied to the plateau, meaning that all need to be revised according to the characteristics specific to the TP. Avoiding the unstable iterative computation and determining the freeze-thaw critical temperature according to the thermodynamic equilibrium equation, the unreasonable freeze-thaw parameterization scheme can be improved. Due to the complex underlying surface of the TP, no parameterization scheme of roughness length can well simulate the various characteristics of the turbulent flux over the TP at different temporal scales. The uniform soil thermodynamic and hydraulic parameterization scheme is unreasonable when it is applied to the plateau, as a result of the strong soil heterogeneity. There is little research on the snow-cover process so far,and the improved scheme has no advantage over the original one due to the lack of some related physical processes. The constant interaction among subprocesses of LSPs makes the improvement of a multiparameterization scheme yield better simulation results. According to the review of existing research, adding high-quality observation stations, developing a parameterization scheme suitable for the special LSPs of the TP, and adjusting the model structures can be helpful to the simulation of LSPs on the TP.

关键词： Tibetan Plateau land - atmosphere interaction land-surface models model applicability parameterized modification

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Variations in Soil Temperature at BJ Site on the Central Tibetan Plateau

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Journal of Mountain Science 2012年第2期9卷 274-285页

作者： wan guoning YANG Meixue wanG Xuejia State Key Laboratory of Cryospheric Sciences Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research InstituteChinese Academy of SciencesLanzhou 730000China Graduate University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China

The temporal and spatial variation in soil temperature play a significant role in energy and water cycle between land surface and atmosphere on the Tibetan Plateau.Based on the observed soil temperature data(hourly data from 1 January 2001 to 31 December 2005)obtained by GAME-Tibet,the diurnal,seasonal and interannual variations in soil temperature at BJ site(31.37°N,91.90°E;4509 m a.s.l.)near Naqu in the central Tibetan Plateau were analyzed.Results showed that the average diurnal variation in soil temperature at 4 and 20 cm depth can be described as sinusoidal curve,which is consistent with the variation of solar radiation. However,the average diurnal variation in soil temperature under 60 cm was very weak.The average diurnal amplitude in soil temperature decreased by the exponential decay function with the increase of soil depth(R2=0.92,p<0.01).It is demonstrated that the average diurnal maximum soil temperature decreased by the exponential decay function with the increase of soil depth(R2=0.78,p<0.01).In contrast, the average diurnal minimum soil temperature increased by the exponential grow function with increasing of soil depth(R2=0.86,p<0.01).There were a linear negative correlation between the average annual maximum Ts and soil depth(R2=0.96, p<0.01),a logarithmic function relationship between the average annual minimum soil temperature and soil depth(R2=0.92,p<0.01).The average seasonal amplitude in soil temperature followed the exponential decay function with the increase of soil depth(R2=0.98,p<0.01).The mean annual soil temperature in each layer indicated a warming trend prominently.During the study period,the mean annual soil temperature at 4,20,40,60,80,100,130, 160,200 and 250 cm depth increased by 0.034,0.041, 0.061,0.056,0.062,0.050,0.057,0.051,0.047 and 0.042°C/a,respectively.

关键词：青藏高原中部土壤温度网站北京土壤深度衰减函数日平均温度上升

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黄河上游水源涵养区近60年关键气候要素的时空变化

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高原气象 2023年第6期42卷 1372-1385页

作者：张子涵王学佳杨梅学刘兰娅李继春万国宁中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 兰州大学资源环境学院西部环境教育部重点实验室甘肃兰州730000 兰州大学甘肃连城森林生态系统野外科学观测研究站甘肃兰州730333 兰州交通大学测绘与地理信息学院甘肃兰州730000

黄河上游水源涵养区是黄河流域生态保护与社会经济高质量发展的重要区段,气候变化对其水资源时空分配的影响会加剧自然灾害的发生,进而影响到我国区域生态乃至人类的生存环境。本文基于1961-2016年CN05.1格点气温、降水、风速数据以及19... 详细信息

黄河上游水源涵养区是黄河流域生态保护与社会经济高质量发展的重要区段,气候变化对其水资源时空分配的影响会加剧自然灾害的发生,进而影响到我国区域生态乃至人类的生存环境。本文基于1961-2016年CN05.1格点气温、降水、风速数据以及1981-2020年GLEAM V3.5a实际蒸发数据分析了黄河上游水源涵养区过去近60年的关键气候要素变化。结果表明:(1)研究区气温显著上升,气温变化趋势达0.34°C·(10a)^(-1),冬季升温幅度最大,其中黑河区域玛曲县及周边地区的升温最为剧烈。(2)区域降水量整体呈现上升趋势,降水变化趋势为9.3 mm·(10a)^(-1),春夏季增速相对较快,冬季最慢,增长趋势由西北向东南逐渐减小,西部少雨干旱地区增长显著,东南部多雨湿润地区则有较为明显的减小趋势。(3)风速在20世纪70年代初经历异常上升后便持续下降,风速变化趋势为−0.11 m·s^(-1)·(10a)^(-1),在空间上大部分地区都减少,尤其是北部大通河区域。(4)实际蒸发量显著上升,增长趋势达11.89 mm·(10a)^(-1),春、冬季相对增幅较大,增速呈现由东向西逐渐增加的趋势,其中扎陵湖鄂陵湖区域以及大通河区域西部的增加最为显著,只有中部以及东南部零星几个地方减少。(5)从降水与实际蒸发来看,降水量增速略高于同期(1981-2016年)实际蒸发,因此黄河上游水源涵养区随着气候变暖存在暖湿化趋势。

关键词：黄河上游水源涵养区气候变化空间变化趋势

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基于水热变化的青藏高原土壤冻融过程研究进展

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地理科学进展 2020年第11期39卷 1944-1958页

作者：陈瑞杨梅学万国宁王学佳中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室兰州730000 阿尔弗雷德魏格纳研究所亥姆霍兹极地与海洋研究中心德国波兹坦14473 柏林洪堡大学地理系德国柏林10099

青藏高原近地层土壤冻融过程是高原地表最显著的陆面特征之一,也是判断冻土发育、存在以及反映气候变化的重要指标。近地层土壤昼夜、季节性的冻结、融化会导致青藏高原陆—气间能水平衡的变化甚至异常,从而显著影响高原地表水文过程、... 详细信息

青藏高原近地层土壤冻融过程是高原地表最显著的陆面特征之一,也是判断冻土发育、存在以及反映气候变化的重要指标。近地层土壤昼夜、季节性的冻结、融化会导致青藏高原陆—气间能水平衡的变化甚至异常,从而显著影响高原地表水文过程、生态环境、碳氮循环以及高原及其周边区域的天气和气候系统。论文从观测、模拟以及对气候的影响3个角度来探讨1990年以来青藏高原土壤冻融过程的最新研究进展。结果表明:①在一个完整的年冻融循环过程中,近地表各层土壤大体都经历了夏季融化期、春秋季融化—冻结期、冬季冻结期4个阶段。受局地因素的影响,不同站点的冻结或消融起止时间、速率、类型均有差异。②多年冻土区和季节冻土区的日冻融循环过程差异较大,主要体现在日冻融循环持续时间上。③不同陆面模式都可以很好地抓住冻融过程中物理量的时空变化,但都需要针对高原陆面过程的特点进行参数化改进。④规避不稳定的迭代计算并根据热力学平衡方程确定冻融临界温度可以改进不合理的冻融参数化方案。基于已有研究回顾,发现增加高质量的观测站,利用卫星遥感等多种手段来反演高原土壤冻融过程以及加强陆面模式与区域气候模式和全球气候模式的耦合,并立足于高原冻融过程的特点发展相适应的参数化方案以及模拟结构的调整,能够有助于高原冻融过程的模拟。

关键词：土壤冻融过程陆面模式模式适应性参数化方案改进青藏高原

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新型卫星降水产品在黄河源区的适用性分析——以SWAT模型为例

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高原气象 2021年第2期40卷 403-410页

作者：刘兆晨杨梅学万国宁程立真中国科学院西北生态环境资源研究院/冰冻圈科学国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

以黄河源区水文循环过程为主要研究对象,应用TRMM卫星和GPM卫星的日降水产品(TMPA3B42和IMERG-Final)驱动流域分布式水文模型SWAT,将结果进行比较分析,评估了新型卫星降水在黄河源区的适用性及其模拟潜力。研究表明:(1)对于大尺度流域而... 详细信息

以黄河源区水文循环过程为主要研究对象,应用TRMM卫星和GPM卫星的日降水产品(TMPA3B42和IMERG-Final)驱动流域分布式水文模型SWAT,将结果进行比较分析,评估了新型卫星降水在黄河源区的适用性及其模拟潜力。研究表明:(1)对于大尺度流域而言,同时对多个子流域进行参数的敏感性分析及率定的结果不适用于每一个站点。因此,本文采用对每个水文站点所对应的子流域依次进行敏感性分析与验证的方式进行订正,最终得到验证期内3个站点径流模拟结果的纳什效率系数均在0.50以上,决定系数都在0.60以上。(2)从模拟结果来看,IMERG-Final产品的模拟结果要优于TMPA3B42产品。两种卫星降水产品均能模拟出黄河源区月径流变化的主要趋势,但均表现为对于径流峰值的模拟偏高。新型卫星产品(GPM)较前任TRMM卫星产品的精度确实有提高,且具备一定的模拟潜力,但对于高海拔地区的模拟能力有待提高,需要进一步订正。

关键词：黄河源区 GPM卫星 TRMM卫星 SWAT模型卫星降水数据

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TRMM 3B43降水数据在黄河源区的适用性评价

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冰川冻土 2016年第3期38卷 620-633页

作者：李琼杨梅学万国宁王学佳中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

应用1998-2013年气象台站实测的降水数据以及2013年6-9月使用雨量桶收集的数据对TRMM 3B43 V7降水数据在黄河源区的精度从不同时间尺度、不同台站、以及不同海拔、坡度和坡向进行评价.检验发现,TRMM 3B43数据对年和四季降水出现了不同... 详细信息

应用1998-2013年气象台站实测的降水数据以及2013年6-9月使用雨量桶收集的数据对TRMM 3B43 V7降水数据在黄河源区的精度从不同时间尺度、不同台站、以及不同海拔、坡度和坡向进行评价.检验发现,TRMM 3B43数据对年和四季降水出现了不同程度的高估或低估,对于年降水、秋冬季降水表现为高估,而对春夏季降水表现为低估.同时,TRMM 3B43数据在位于半湿润区的气象站点的降水数据质量优于半干旱区的气象站点的数据质量.除此以外,对TRMM降水在不同海拔、坡度和坡向的精度评估发现,随着海拔的升高,TRMM降水的相对偏差呈现出增加-减少-增加的变化趋势;随着坡度的升高,TRMM降水的相对偏差呈增加趋势;TRMM降水在东北坡、东坡和东南坡的偏差相对较小,而在西坡、南坡、北坡、西南坡的偏差相对较大.

关键词： TRMM 3B43 黄河源降水精度评价

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TRMM 3B42降水产品在洮河中上游的精度评估分析

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高原气象 2020年第1期39卷 185-195页

作者：程立真杨梅学王学佳万国宁刘兆晨中国科学院西北生态环境资源研究院/冰冻圈科学国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

基于洮河中上游2006-2016年气象站实测降水数据,在不同时间尺度上评估了TRMM 3B42 V7卫星产品在该区域的精度。结果表明:(1)研究区超过60%的降雨事件能被TRMM卫星探测到,综合评价指标ETS平均达到0. 31,体现了TRMM卫星在洮河中上游具备... 详细信息

基于洮河中上游2006-2016年气象站实测降水数据,在不同时间尺度上评估了TRMM 3B42 V7卫星产品在该区域的精度。结果表明:(1)研究区超过60%的降雨事件能被TRMM卫星探测到,综合评价指标ETS平均达到0. 31,体现了TRMM卫星在洮河中上游具备较好的降雨事件探测能力;TRMM产品在中雨和暴雨的尺度上探测能力表现最好。(2)TRMM数据和实测数据在日尺度的相关系数平均为0. 64,在降水量对比中,两者相差较小,精度较好;月尺度的精度比日尺度高,相关系数平均为0. 94;在月份差异上,温暖湿润的季节效果优于寒冷干燥的季节。(3)在年均和夏秋季节降水空间分布上,TRMM数据与站点实测降水的对应较好,两者均表现出洮河中上游降水西南多、东北少的趋势,且TRMM轻微高估了实测降水。以上结果表明了TRMM 3B42 V7降水产品在洮河中上游精度较高,对站点稀缺区具有重要的应用价值。

关键词：洸河中上游 TRMM 3B42 V7 降水时间变化精度分析

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Biofilm response and removal via the coupling of visible-light-driven photocatalysis and biodegradation in an environment of sulfamethoxazole and Cr(Ⅵ)

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Journal of Environmental Sciences 2022年第12期34卷 50-61页

作者： Liushu Pan Zhouwan Qilin Feng Jue wang Jianhua Xiong Shuangfei wang Hongxiang Zhu guoning Chen School of Resources Environment and MaterialsGuangxi UniversityNanning 530004China Guangxi Bossco Environmental Protection Technology Co. Ltd.Nanning 530007China Guangxi Key Laboratory of Clean Pulp&Papermaking and Pollution Control Nanning 530004China

The widespread contamination of water systems with antibiotics and heavy metals has gained much attention.Intimately coupled visible-light-responsive photocatalysis and biodegradation(ICPB)provides a novel approach for removing such mixed pollutants.In ICPB,the photocatalysis products are biodegraded by a protected biofilm,leading to the mineralization of refractory organics.In the present study,the ICPB approach exhibited excellent photocatalytic activity and biodegradation,providing up to~1.27 times the degradation rate of sulfamethoxazole(SMX)and 1.16 times the Cr(Ⅵ)reduction rate of visiblelight-induced photocatalysis.Three-dimensional fluorescence analysis demonstrated the synergistic ICPB effects of photocatalysis and biodegradation for removing SMX and reducing Cr(Ⅵ).In addition,the toxicity of the SMX intermediates and Cr(Ⅵ)in the ICPB process significantly decreased.The use of MoS_(2)/CoS_(2)photocatalyst accelerated the separation of electrons and holes,with·O_(2)^(–)and h+attacking SMX and ereducing Cr(Ⅵ),providing an effective means for enhancing the removal and mineralization of these mixed pollutants via the ICPB technique.The microbial community results demonstrate that bacteria that are conducive to pollutant removal are were enriched by the acclimation and ICPB operation processes,thus significantly improving the performance of the ICPB system.

关键词： Photocatalysis Biodegradation Sulfamethoxazole degradation Cr(Ⅵ)reduction Microbial community

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