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2022年长江流域重大干旱发展过程中西太平洋副热带高压的多维度异常特征

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科学通报 2024年第15期69卷 2081-2092页

作者：段欣妤张强张良马鹏里方锋杨金虎朱飙中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室兰州730020 甘肃省气象局兰州730020 兰州区域气候中心兰州730020

2022年长江流域发生了罕见的夏秋冬连旱.此次干旱是伏秋季降水异常偏少和气温异常偏高叠加形成的复合型干旱,与冬季干旱连在一起的超长事件;其中8月全流域的高温干旱异常特征最为显著.以往关于西太平洋副热带高压(简称西太副高)的异常... 详细信息

2022年长江流域发生了罕见的夏秋冬连旱.此次干旱是伏秋季降水异常偏少和气温异常偏高叠加形成的复合型干旱,与冬季干旱连在一起的超长事件;其中8月全流域的高温干旱异常特征最为显著.以往关于西太平洋副热带高压(简称西太副高)的异常变化对长江流域高温热浪和干旱的影响的相关研究主要侧重于纬向异常这种单一维度的异常,而较少关注其经向、厚度、面积、持续时间的多个维度异常;且单一维度的异常不足以刻画其作为主控环流因子对极端高温干旱事件的影响.为了揭示西太副高的多维度异常特征对此次长江流域重大干旱的影响,本文重点分析了干旱发展过程中西太副高的多个维度异常特征.结果表明,在整个干旱发展过程中,8月西太副高在500 hPa上纬向偏西异常最为显著,无明显的经向异常.覆盖长江流域的面积为历年同期最大.在垂直方向上自低层往高层不断西伸;400~200 h Pa上西太副高与南亚高压位置相互联通,以高压坝的形式覆盖长江流域,西太副高的厚度异常深厚.通过与历史同期8月不同程度干旱年份进行对比分析,结果发现,只有当西太副高的空间异常持续维持,才能造成流域严重的高温干旱.

关键词： 2022年长江流域重大干旱西太平洋副热带高压多维度异常特征

干旱条件下马铃薯叶片光合特征对叶室温度的响应

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中国农业气象 2024年第3期45卷 308-317页

作者：杨阳赵鸿杜昊霖王鹤龄中国气象局兰州干旱气象研究所/甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室/中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室兰州730020

通过Li-6400便携式光合仪设置叶室温度分别为22、25、28、31和34℃,模拟叶片局部温度,测定马铃薯块茎膨大期充分供水(土壤含水量保持80%田间持水量,对照处理)和干旱(土壤含水量在65%田间持水量时开始持续干旱)条件下叶片光合特征的光响... 详细信息

通过Li-6400便携式光合仪设置叶室温度分别为22、25、28、31和34℃,模拟叶片局部温度,测定马铃薯块茎膨大期充分供水(土壤含水量保持80%田间持水量,对照处理)和干旱(土壤含水量在65%田间持水量时开始持续干旱)条件下叶片光合特征的光响应曲线,研究干旱条件下马铃薯叶片光合特征对叶室温度的响应特征。结果表明:充足灌溉条件下马铃薯在25℃时具有较大的光合潜能,且对弱光的利用最强,22℃条件下马铃薯叶片对光环境适应最强,28℃条件下马铃薯叶片活性最好,而干旱胁迫处理明显降低了马铃薯的最大光合能力、弱光的利用能力和叶片活性。随着温度升高,充足灌溉条件下马铃薯叶片净光合速率和气孔导度先升后降,在25℃达到最大,此时蒸腾速率最小,水分利用效率较高,说明此温度条件下马铃薯表现出较强的水、气调节能力,对环境的适应能力最强,25℃下马铃薯光合作用较为适宜,其次是22℃,而干旱胁迫马铃薯叶片在22℃条件下净光合速率最大、蒸腾速率最小、气孔导度较大、水分利用效率最高,此温度条件为干旱胁迫下马铃薯适应能力最适温度。温度高于31℃对马铃薯光合作用不利。

关键词：马铃薯光合作用干旱胁迫温度效应半干旱区

中国西北地表能量分配影响因子及特征空间法适用性

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中国沙漠 2022年第6期42卷 1-13页

作者：王丽娟郭铌沙莎胡蝶中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室/中国气象局干旱气候变化与减灾重点实验室甘肃兰州730020

利用2009年地面实测资料,分析中国西北地区不同气候区潜热、感热及其与净辐射之比随土壤体积含水量、土壤温度及入射辐射的变化特征,并结合2000—2018年中分辨率成像光谱仪(MODIS)产品讨论特征空间法在中国西北地区的适用性。结果表明:... 详细信息

利用2009年地面实测资料,分析中国西北地区不同气候区潜热、感热及其与净辐射之比随土壤体积含水量、土壤温度及入射辐射的变化特征,并结合2000—2018年中分辨率成像光谱仪(MODIS)产品讨论特征空间法在中国西北地区的适用性。结果表明:在以玛曲站为代表的高寒湿润区,入射能量始终是潜热的主导因素,用于潜热估算的斜率φ可直接取1.26,潜热估算精度依赖于净辐射的反演结果。在以兰州大学半干旱气候与环境监测站(SACOL,榆中站)和长武站为代表的半干旱、半湿润区,当入射能量充足时,土壤水分成为潜热的主导因子,这时候使用特征空间法估算的斜率φ值与实测值相关性显著,φ的估算精度将直接影响潜热估算结果。所以,特征空间法适用于以水分为潜热主导因子的地区和时段,且要满足植被指数与地表温度呈负相关。另外需要注意的是在选择特征空间法研究区时必须保证植被指数与地表温度的散点呈规则的“三角形”。

关键词：地表能量通量特征空间法土壤体积含水量 Priestley-Taylor

中国西部地区暴雨过程高、低空急流耦合影响机制的个例研究

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大气科学 2023年第6期47卷 1907-1924页

作者：段海霞姚秀萍刘新伟周甘霖赵采玲中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室/中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室兰州730020 中国气象局气象干部培训学院北京100081 兰州大学兰州730000

高、低空急流对中国暴雨有重要影响,但是其对中国西部地区暴雨影响的深入研究缺乏,其耦合过程及机制的研究更少。本文利用常规观测、加密自动气象站降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,借助数值模拟,研究高、低空急流耦合效应对2018年7月8... 详细信息

高、低空急流对中国暴雨有重要影响,但是其对中国西部地区暴雨影响的深入研究缺乏,其耦合过程及机制的研究更少。本文利用常规观测、加密自动气象站降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,借助数值模拟,研究高、低空急流耦合效应对2018年7月8~11日中国西部一次特大暴雨过程的影响及其发生机制。结果表明:(1)此次暴雨过程是在中高纬东移冷涡低槽与副高西伸北抬的有利背景下产生的,高、低空急流耦合有利于暴雨的发展。(2)高、低空急流耦合主要通过次级环流和动量下传得以实现:高空急流加强高层辐散下沉,同时低空急流加强低层辐合上升,促使高、低空急流之间形成次级环流,其下沉支引导高层高值位涡向下层传播,形成动量下传,与中层高值位涡区相衔接,高、低空急流在中层耦合。(3)高、低空急流的耦合,加强了中层不稳定能量的聚集,促使低空急流加强发展;进而增强了辐合强度,促使上升运动加强,从而增强了降水强度。通过增减高、低空风速的敏感性试验发现,高低层风速的增减能够改变中低层最大位涡的增减,其基本对应了强降水时段,且位涡值越大降水强度越强。(4)高、低空急流强度共同对降水强度有重要影响:数值模式敏感试验表明,当同时增加高低空急流强度,降水强度将增强,而仅增加高空或低空急流,降水强度变化不大,但减弱高空或低空急流强度,降水强度均会减弱。

关键词：西部暴雨高、低空急流耦合数值模拟动量下传次级环流

河西走廊罕见强沙尘天气传输及其过程持续特征

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干旱区地理 2022年第5期45卷 1415-1425页

作者：杨晓玲李岩瑛陈静郭丽梅陈英赵慧华甘肃省武威市气象局甘肃武威733099 中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室/中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室甘肃兰州730020

2021年3月15—19日河西走廊出现了近10 a范围最广、持续时间最长的罕见强沙尘天气过程。利用MICAPS常规气象观测资料以及物理量场资料,从天气气候成因、环流形势演变、物理量诊断等方面分析了此次强沙尘天气的传输及过程持续特征。结果... 详细信息

2021年3月15—19日河西走廊出现了近10 a范围最广、持续时间最长的罕见强沙尘天气过程。利用MICAPS常规气象观测资料以及物理量场资料,从天气气候成因、环流形势演变、物理量诊断等方面分析了此次强沙尘天气的传输及过程持续特征。结果表明:(1)2021年3月14日受强烈发展的蒙古低压槽影响,蒙古国南部及内蒙古中西部爆发了强沙尘暴,前期蒙古国及中国北方异常增暖是导致沙尘暴爆发的诱因之一。(2)受高空贝加尔湖深厚低压槽后西北气流引导冷空气东移南下、高空急流动量下传、配合地面冷锋过境共同影响,蒙古国中西部高低空的沙尘粒子被输送到河西走廊,造成河西走廊15日凌晨到上午出现局地强沙尘暴和扬沙天气。(3)强沙尘暴出现后,700 hPa、850 hPa及近地面内蒙古、华北、宁夏及陕西一带盛行偏东气流将蒙古国及内蒙古的沙尘输送到了河西走廊,造成河西走廊15日下午至19日出现浮尘天气。(4)沙尘天气维持期间,地面冷高压移速缓慢,河西走廊位于地面冷高压后部,地面风速和湿度较小,不利于沙尘的沉降和水平扩散;河西走廊上空盛行下气沉流、逆温层深厚、大气干燥及层结稳定,不利于低层沙尘的垂直扩散和沉降,对沙尘的持续维持起到促进作用。

关键词：沙尘传输持续逆温河西走廊

半干旱区马铃薯叶片光合生理参数的土壤水分阈值效应

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生态学杂志 2023年第11期42卷 2622-2629页

作者：杨阳赵鸿唐国瑛黄小燕王鹤龄中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室中国气象局干旱变化与减灾重点开放实验室兰州730020

以半干旱区马铃薯为试验材料,利用人工补水及自然控水的方法,测定分析马铃薯叶片在不同水分条件下光合生理参数的光响应过程及对土壤水分响应规律的阈值效应,水分梯度设置土壤含水量为田间持水量55%、65%和75%为干旱胁迫处理,土壤含水... 详细信息

以半干旱区马铃薯为试验材料,利用人工补水及自然控水的方法,测定分析马铃薯叶片在不同水分条件下光合生理参数的光响应过程及对土壤水分响应规律的阈值效应,水分梯度设置土壤含水量为田间持水量55%、65%和75%为干旱胁迫处理,土壤含水量为田间持水量80%为对照,土壤含水量为田间持水量85%为渍水处理。结果表明:马铃薯叶片净光合速率(P_(n))、水分利用效率(WUE)及光响应参数具有明显的水分临界效应。表观量子效率(AQY)、最大净光合效率(P_(nmax))、光饱和点(LSP)随土壤含水量的增大呈先增加后降低的变化趋势,光补偿点(LCP)、暗呼吸速率(Rd)则先降低后增加。在渍水或干旱胁迫下,马铃薯叶片在弱光下的吸收、转换光的能力降低,在强光和弱光利用方面受到抑制,并且通过减少呼吸消耗维持干物质积累。P_(n)、WUE随土壤水分的增加呈先升高后降低趋势,但水分临界值不相同,土壤相对含水量(W_(r))为56.7%时为马铃薯叶片气孔限制的临界点,W_(r)为96.3%时为Pn的水分饱和点,W_(r)为70.1%时为WUE的高效点,马铃薯在渍水条件下叶片的光合能力高于干旱胁迫处理。通过数学模型确定半干旱区马铃薯的水分阈值,当Wr在70.1%~96.3%时为高产高效水,此时马铃薯的光合生产力和水分利用效率较高。因此,Wr在70.1%~96.3%时是半干旱区马铃薯较适宜生长的土壤水分条件,半干旱地区渍水条件下马铃薯的光合能力明显高于干旱胁迫处理。

关键词：半干旱区土壤水分水分利用效率阈值效应光合特性

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河西走廊春季沙尘暴大气边界层垂直结构特征

气象 2022年第9期48卷 1171-1185页

作者：李岩瑛张春燕张爱萍杨吉萍陈英聂鑫甘肃省武威市气象局武威733000 中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室/中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室兰州730020 甘肃省民勤县气象局民勤733399

沙尘暴是河西走廊春季最严重的灾害天气之一,弄清沙尘暴的大气边界层特征,是提高其预报预警水平和减轻危害的重要手段。应用河西走廊敦煌、酒泉、张掖、民勤等4个站2006—2016年春季逐日08时(北京时,下同)和20时高分辨率探空资料和地面... 详细信息

沙尘暴是河西走廊春季最严重的灾害天气之一,弄清沙尘暴的大气边界层特征,是提高其预报预警水平和减轻危害的重要手段。应用河西走廊敦煌、酒泉、张掖、民勤等4个站2006—2016年春季逐日08时(北京时,下同)和20时高分辨率探空资料和地面风沙观测资料,探讨该地区不同站点从地面到高空5 km高度范围内沙尘强度、沙尘暴日变化和持续时间,以及不同环流形势下的大气边界层垂直结构变化特征。结果表明:沙尘暴08时逆温强度在1.6℃·(100 m)^(-1)以上,相对湿度13 m·s^(-1)。受海拔高度、地形和下垫面土壤性质影响,低层风场具有明显的日变化,山谷风效应显著;敦煌和民勤气温高,空气干燥,风速大且沙尘多;张掖受走廊狭管效应影响,风速较大。沙尘暴中敦煌低层以东南风到西南风为主,高层及其他站以偏西风到西北风为主。沙尘暴发生时边界层内气象条件日变化总体而言:上午干暖,下午冷湿风速较大,最大风速为17.6 m·s^(-1),出现在0.9 km高度;近地面夜间和上午为南风,下午为西风,夜间风速较小且空气干燥。沙尘暴持续时间长时,早晚气温低,持续时间5 h以下的08时大气干层较厚,达2.85 km;而5 h以上的20时大气干层较厚,达1.05 km。相对湿度≤30%时大气干层上午和夜间较厚,下午浅薄,温度露点差最小阈值为16~17℃,最大高度在2.85~3.00 km。不同沙尘暴环流形势下:脊型早上干冷风速大,0.75 km高度处风速最大达14.6 m·s^(-1);西风槽型下午湿冷风速大,0.9 km高度处风速最大达15.7 m·s^(-1);而西风气流型近地层冷干,风速小,但早上1.2~3.5 km高度和晚上2.4 km以上高层风速较大。

关键词：垂直结构特征大气边界层日变化和持续时间环流形势河西走廊春季沙尘暴

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西北地区气候暖湿化的研究进展与展望

科学通报 2023年第14期68卷 1814-1828页

作者：张强杨金虎王朋岭于海鹏岳平刘晓云林婧婧段欣妤朱飙闫昕旸中国气象局兰州干旱气象研究所中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室兰州730020 甘肃省气象局兰州730020 兰州区域气候中心兰州730020 国家气候中心北京100081 中国科学院西北生态环境资源研究院中国科学院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室兰州730000

西北地区地理位置特殊,气候变化独特,形成机理复杂,对社会和自然环境的影响突出.尤其,自21世纪初有研究提出西北气候从暖干向暖湿转型的科学认识后,其气候变化问题引起了社会各界的普遍关注,也兴起了对西北气候变化趋势、驱动机制及影... 详细信息

西北地区地理位置特殊,气候变化独特,形成机理复杂,对社会和自然环境的影响突出.尤其,自21世纪初有研究提出西北气候从暖干向暖湿转型的科学认识后,其气候变化问题引起了社会各界的普遍关注,也兴起了对西北气候变化趋势、驱动机制及影响的广泛研究,多年来已积累了大量的研究成果.然而,由于以往不同研究所用资料的类型、序列长度和时空分辨率不同,所关注的时段和区域不同,认识问题的视角和维度不同,使得存在一些分歧认识或者相悖结论.鉴于此,本研究通过系统梳理西北地区气候变化研究的历史经纬,归纳已有的研究成果,综合考虑不同视角和维度,划分了西北地区增暖与干湿变化科学认识的6个阶段;概括了西北暖湿化的驱动机制;评估了暖湿化对生态、农业及水资源等的影响;预估了未来暖湿变化趋势及其存在的可能风险;提出未来研究需要从大气、水文及生态等多学科相互作用角度探讨气候暖湿化的驱动机制、暖湿化背景下极端天气气候事件的变化特征、地表水分循环对暖湿化的响应特征、暖湿化与水文和生态的耦合机制、暖湿化对水安全、生态安全及粮食安全带来的机遇和风险,以及“双碳”(碳达峰、碳中和)目标下西北地区未来气候变化趋势等重点科学问题上取得突破.

关键词：暖湿化形成机理气候变化影响西北地区

青藏高原蒸散年际变化及其对西风和季风环流的响应

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地球物理学报 2022年第8期65卷 2813-2827页

作者：杨泽粟张宇张强岳平曾剑齐玉磊成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室成都610225 中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室兰州730020

在评估4种蒸散格点资料(GLDAS,GLEAM,MERRA-2,CRET)在青藏高原适用性的基础上,以精度最高的CRET(R^(2)为0.83,RMSE为14.76 mm)及同期气象环境数据,在年际尺度上分析了青藏高原蒸散变化特征及其受大尺度西风和季风环流的影响.结果表明,... 详细信息

在评估4种蒸散格点资料(GLDAS,GLEAM,MERRA-2,CRET)在青藏高原适用性的基础上,以精度最高的CRET(R^(2)为0.83,RMSE为14.76 mm)及同期气象环境数据,在年际尺度上分析了青藏高原蒸散变化特征及其受大尺度西风和季风环流的影响.结果表明,青藏高原年平均蒸散为414.2±18.32 mm,具有明显的年际变率和变化趋势,且区域(西风区、季风区和过渡区)间差异明显.蒸散年际变化与西风和季风环流强弱的年际变化密切相关,且季风和西风对蒸散的影响存在显著的区域差异.西风和季风通过调节局地气候环境因子影响蒸散:土壤湿度、归一化植被指数(NDVI)和风速三个局地气候环境要素是青藏高原蒸散主要调控因子,蒸散与土壤湿度和NDVI呈显著正相关,与风速在高原西部呈显著负相关、在高原东部呈显著正相关;研究WYI(Webster-Yang Index)和WI(Westerly Index)与影响蒸散的主导气候环境因子的关系发现,WYI与土壤湿度和NDVI呈显著正相关,且WYI与NDVI的相关系数在高原中部和南部较大,使得WYI对蒸散影响在中部分过渡区和南部季风区较大,WI也与土壤湿度和NDVI呈显著正相关,但WI与NDVI的相关系数在中部和北部较大,WI对蒸散影响在中部过渡区和北部西风区较大,同时,WI与风速在大部分高原显著相关,WI在高原东部通过风速对蒸散变化具有正贡献,使得季风区东部蒸散年际变化也受WI影响,最终使得WI对蒸散的影响在除季风区西部以外的区域较大.该研究结果可加深认识青藏高原水循环变化及其机理,为区域水资源和生态系统管理提供科学依据.

关键词：蒸散年际变化土壤湿度 NDVI 风速西风指数季风指数