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利用地面观测评估ERA5云底高度产品

大气科学 2024年第2期48卷 735-744页

作者：李丹刘玉芝邵天彬罗润谭子渊兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室兰州730000

云底高度对天气预报和飞行保障有着重要作用,但目前十分缺乏高时空分辨率的云底高度资料。本文利用中国东部地区云底高度的地面观测对ERA5再分析资料的云底高度进行评估,基于地面观测和ERA云底高度的小时平均偏差对ERA进行了初步订正和... 详细信息

云底高度对天气预报和飞行保障有着重要作用,但目前十分缺乏高时空分辨率的云底高度资料。本文利用中国东部地区云底高度的地面观测对ERA5再分析资料的云底高度进行评估,基于地面观测和ERA云底高度的小时平均偏差对ERA进行了初步订正和验证,综合分析了中国地区的云底高度分布特征。分析发现,ERA5再分析数据中的云底高度比观测值整体偏低,其中高估了低云的云底高度,低估了中、高云云底高度,且中、高云云底高度的偏差较大。另外,在有降水的条件下,ERA5数据中低云云底高度的准确性比无降水条件下的相对较高,但中、高云云底高度的准确性却更低。综合地面观测和ERA5数据云底高度的日变化和月变化分析发现,在我国东部地区,白天的云底高度整体低于夜间,峰值出现在夜间22:00(北京时间,下同),谷值出现在上午09:00,秋季和冬季的ERA5云底高度月变化与地面观测资料较为一致。基于日变化分析获得的小时平均偏差对ERA5数据的云底高度进行订正和验证,分析发现,2010~2019年间,中国地区的云底高度呈现自西北向东南逐渐降低的分布特征;中国南部、东北地区和青藏高原区域的云底高度相对较低,其中,青藏高原夏季和秋季的云底高度较低,春季和冬季较高,而沙漠地区在四个季节的云底高度都较高。

关键词：云底高度分布特征地面观测 ERA5 再分析数据

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柴达木盆地尘卷风的时空分布特征

高原气象 2024年第2期43卷 510-519页

作者：王梦圆黄倩廖慧仁张永鹏郭坤兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室甘肃兰州730000

沙尘气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分,其通过辐射效应和对云的形成及降水过程影响全球天气和气候变化,而尘卷风对全球沙尘气溶胶排放的贡献不容忽视。青藏高原北部的柴达木沙漠为高原尘卷风的发生提供了沙源。为研究柴达木盆地尘卷风... 详细信息

沙尘气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分,其通过辐射效应和对云的形成及降水过程影响全球天气和气候变化,而尘卷风对全球沙尘气溶胶排放的贡献不容忽视。青藏高原北部的柴达木沙漠为高原尘卷风的发生提供了沙源。为研究柴达木盆地尘卷风的发生条件及其时空特征,本文利用1991-2020年ERA5再分析资料评估了尘卷风发生的热力学阈值,分析青藏高原尘卷风发生时数(PDDP_(hours))和柴达木盆地尘卷风起沙量的时空分布特征,探究了1991-2020年近地面温度递减率(LR)、对流比(w*/u*)和PDDP_(hours)的变化趋势。利用2016-2020年德令哈国家基本气象站的地面降水数据、德令哈空气质量监测站的细颗粒物PM_(2.5)和PM_(10)数据以及Aura卫星臭氧监测仪的紫外吸收性气溶胶指数(UVAI)数据,分析柴达木盆地夏季尘卷风对PM_(2.5)和PM_(10)的可能贡献。结果表明,w*/u*和LR是影响尘卷风形成的关键因素,不同热力条件下PDDP_(hours)均具有单峰日变化特征,在12:00-16:00(北京时)达到峰值。结合柴达木盆地PDDP_(hours)累计贡献的日变化特征,确定尘卷风发生的热力学阈值是w*/u*>5和LR>10 K·m^(-1)。分析表明,青藏高原夏季北部的柴达木盆地和西南部PDDP_(hours)较大。柴达木盆地夏季尘卷风的起沙量最大,起沙范围也较大,平均起沙量可达1.28×10^(5)t,占全年平均起沙量的69.8%。1991-2020年柴达木盆地LR呈现明显的减小趋势,w*/u*呈增加趋势,导致PDDP_(hours)有明显的减小趋势。虽然夏季德令哈降水明显较其他季节多,但夏季UVAI较大,说明夏季除沙尘暴外尘卷风可能对该地区PM_(2.5)和PM_(10)有重要贡献。

关键词：尘卷风热力学阈值发生时数起沙量柴达木盆地

利用轨迹追踪法研究雅鲁藏布江大峡谷区域水汽输送减少的成因

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高原气象 2024年第1期43卷 114-126页

作者：张登旭阎虹如苗云飞张敏兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室甘肃兰州730000

雅鲁藏布江大峡谷区域作为高原的主要水汽输送入口,自1979年至今水汽通量辐合及降水量呈持续减少趋势,这对高原水储量具有重要影响。为了探究该区域水汽输送减少的原因,本文利用ERA5逐小时再分析资料驱动LAGRANTO模型,选取典型干旱年份... 详细信息

雅鲁藏布江大峡谷区域作为高原的主要水汽输送入口,自1979年至今水汽通量辐合及降水量呈持续减少趋势,这对高原水储量具有重要影响。为了探究该区域水汽输送减少的原因,本文利用ERA5逐小时再分析资料驱动LAGRANTO模型,选取典型干旱年份和湿润年份的夏季(6-8月),后向追踪该区域的水汽输送轨迹,对沿轨迹输送的水汽通量变化进行对比分析。研究发现,源自洋面的水汽主要来自高原南部的孟加拉湾,高原西南侧的阿拉伯海,赤道以南的印度洋以及南中国海四个区域,水汽输送主要受南亚和印度夏季风控制,并受索马里跨赤道急流影响。通过对比分析干、湿年份的水汽输送轨迹的特征,发现干湿年轨迹路径除南海源地外基本不变,轨迹上水汽通量随轨迹高度抬升而减少,且湿润年的损耗始终低于干旱年,其中孟加拉湾源地的轨迹得到洋面的水汽补充,在湿润年水汽通量有较强的增长。干湿年份的蒸发、降水、环流场形势的对比也佐证了这一发现。最终湿润年到达雅鲁藏布江峡谷边界的水汽通量大于干旱年,尤其是经由雅鲁藏布江峡谷区域南边界进入的水汽通量显著增大,这表明,除源地水汽贡献和大尺度季风环流影响外,水汽输送途中的降水损耗相关过程对雅鲁藏布江峡谷区域水汽收支具有决定性作用。

关键词：青藏高原水汽输送轨迹 LAGRANTO模式后向追踪

基于WRF模拟的中国西北河谷城市夏季的大气边界层特征

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兰州大学学报（自然科学版） 2024年第5期60卷 569-576,585页

作者：王鹏波刘永乐魏永鹏潘峰兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室兰州730000

为提高河谷地形气象场的模拟效果,利用第5代再分析资料(ERA5)和全球再分析资料(FNL)作为初始场,以天水市为研究对象,驱动中尺度天气预报模式比较对西北河谷城市边界层模拟的适用性,分析西北河谷城市夏季的大气边界层特征.结果表明, ERA... 详细信息

为提高河谷地形气象场的模拟效果,利用第5代再分析资料(ERA5)和全球再分析资料(FNL)作为初始场,以天水市为研究对象,驱动中尺度天气预报模式比较对西北河谷城市边界层模拟的适用性,分析西北河谷城市夏季的大气边界层特征.结果表明, ERA5模拟的天水市主城区近地面温度、近地面风速、风向以及相对湿度与观测值的相关性更好,尤其是近地面风速和风向,分别比FNL模拟的结果提升25.4%和70.0%.天水市主城区的气象场空间分布呈明显的城市热岛效应和山谷风环流,相对开阔的麦积区城市热岛效应更强;白天发生的降水会弱化谷风环流和热岛效应,河谷内及周边风速均较小.天水市主城区夏季近地面温度与风速呈正相关,与相对湿度呈负相关,大气边界层高度呈现明显的日变化,大气层结稳定.

关键词：第5代再分析资料河谷城市大气边界层中尺度天气预报模式

基于时空优化模型的PM_(2.5)遥感估测研究

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中国环境科学 2024年第7期44卷 3625-3636页

作者：张娜陈文倩白雪松曹肖奕青岛理工大学信息与控制学院山东青岛266520 兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室甘肃兰州730000

为了获得连续的PM_(2.5)浓度时空分布并提高估算精度,提出了一种新的基于时空因子优化的PM_(2.5)估测模型(SFRF).SFRF模型是时空因子通过卷积特征融合到随机森林算法(RF)体系中,通过集成高分辨率(1km)卫星反演的气溶胶光学厚度(AOD)产... 详细信息

为了获得连续的PM_(2.5)浓度时空分布并提高估算精度,提出了一种新的基于时空因子优化的PM_(2.5)估测模型(SFRF).SFRF模型是时空因子通过卷积特征融合到随机森林算法(RF)体系中,通过集成高分辨率(1km)卫星反演的气溶胶光学厚度(AOD)产品以及气象数据、夜间灯光数据和植被数据构建SFRF模型来进行对2019年的山东省地区PM_(2.5)浓度的准确预测,生成山东省高空间分辨率(1km)的PM_(2.5)浓度.采用十折交叉验证法,评估了SFRF模型的性能,并与BPNN、SVM、XGBoost、RF、PCA-RF模型进行对比.结果表明:SFRF模型验证的决定系数和均方根误差(RMSE)值分别为0.85和8.10µg/m^(3),优于其他模型.SFRF模型可以在日、季、年尺度上以较高的空间分辨率来估测山东省PM_(2.5)浓度.

关键词： PM_(2.5) 时空优化模型 AOD 山东省地区

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青藏高原沙尘的外源贡献

中国沙漠 2024年第2期44卷 57-65页

作者：曹佳慧陈思宇张潮连露露赵丹杜世康兰州大学大气科学学院/半干旱气候变化教育部重点实验室甘肃兰州730000

青藏高原沙尘的来源是高原环境与气候领域的重要问题。以往研究发现,高原沙尘来自局地释放和外源沙漠输送,但外源沙漠对于高原的沙尘季节贡献还存在定量分析和源区感热分析的不足。采用WRF-Chem模式(Weather Research and Forecasting c... 详细信息

青藏高原沙尘的来源是高原环境与气候领域的重要问题。以往研究发现,高原沙尘来自局地释放和外源沙漠输送,但外源沙漠对于高原的沙尘季节贡献还存在定量分析和源区感热分析的不足。采用WRF-Chem模式(Weather Research and Forecasting coupled with Chemistry)对青藏高原以及周边地区的沙尘季节分布与传输进行研究。结果表明:高原外部沙尘源区的沙尘柱浓度与感热呈现一致的季节变化趋势。东亚沙源(古尔班通古特沙漠、塔克拉玛干沙漠、戈壁沙漠)与南亚沙源(塔尔沙漠)释放的沙尘占青藏高原沙尘气溶胶总量的80%以上。塔克拉玛干沙漠对于青藏高原沙尘的贡献最大,在4个季节中均可达到40%以上。塔尔沙漠在春夏季对高原沙尘的贡献较为显著(25%左右)。

关键词：青藏高原沙尘传输 WRF-Chem 外源贡献

戈壁沙漠沙尘向青藏高原传输路径和传输机制:以2020年4月一次沙尘事件为例

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中国沙漠 2024年第3期44卷 158-171页

作者：陈俊言贯雅雯张越陈渔毕鸿儒娄高僮郭馨阳王洋陈思宇兰州大学大气科学学院/半干旱气候变化教育部重点实验室甘肃兰州730000

戈壁沙漠是沙尘天气频发区域,也是东亚沙尘暴的关键源地。青藏高原毗邻东亚和南亚两大沙源区,是全球气候变化的敏感地区。然而戈壁沙漠沙尘向青藏高原传输路径以及传输机制尚不清晰。基于区域空气质量模式WRF-Chem、FNL再分析资料并结合... 详细信息

戈壁沙漠是沙尘天气频发区域,也是东亚沙尘暴的关键源地。青藏高原毗邻东亚和南亚两大沙源区,是全球气候变化的敏感地区。然而戈壁沙漠沙尘向青藏高原传输路径以及传输机制尚不清晰。基于区域空气质量模式WRF-Chem、FNL再分析资料并结合HYSPLIT后向轨迹模型,以2020年4月戈壁沙漠一次强沙尘事件为例,探讨了戈壁沙漠沙尘向青藏高原传输路径以及传输机制。结果表明:在此次沙尘事件期间,青藏高原东坡和北坡是戈壁沙漠沙尘传输至青藏高原的重要通道。受环流形势和高大地形的影响,青藏高原北坡沙尘传输效率大于东坡,而东坡沙尘垂直运动较北坡旺盛。500 hPa乌拉尔山以东的气旋系统和蒙古气旋共同控制中高纬度带,影响沙尘输送过程。随着中高纬气旋系统的东移,500 hPa新疆脊被破坏,青藏高原上空短波槽开始建立。短波槽前低层辐合的环流场有利于700 hPa闭合低压的维持,促使青藏高原北坡的偏北大风产生,有利于北坡沙尘向青藏高原输送。200 hPa高空急流动量下传引起河西走廊近地东风盛行,有利于戈壁沙漠沙尘从东坡向青藏高原输送。此环流形势构成了戈壁沙漠沙尘向青藏高原传输的有利风场。该研究成果进一步完善了戈壁沙漠沙尘的传输路径,为研究沙尘影响青藏高原及其周边地区的天气气候变化提供了科学支撑。

关键词：沙尘气溶胶远距离输送戈壁沙漠青藏高原 WRF-Chem HYSPLIT

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黄土高原表层土壤湿度与降水关系的分析

高原气象 2024年第3期43卷 549-560页

作者：廖慧仁黄倩王梦圆王瑞张君霞张永鹏郭坤兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室甘肃兰州730000 兰州中心气象台甘肃兰州730020

使用黄土高原气象台站的土壤湿度和降水观测资料以及GLDAS和CMFD再分析资料,分析黄土高原地区土壤湿度与降水量的时空分布及变化特征,通过回归分析、格兰杰因果检验和奇异值分解(Singular value decomposition,SVD),研究土壤湿度与降水... 详细信息

使用黄土高原气象台站的土壤湿度和降水观测资料以及GLDAS和CMFD再分析资料,分析黄土高原地区土壤湿度与降水量的时空分布及变化特征,通过回归分析、格兰杰因果检验和奇异值分解(Singular value decomposition,SVD),研究土壤湿度与降水之间的关系,分析初始土壤湿度影响随后降水的时间尺度与空间范围。结果显示:黄土高原的土壤湿度与随后1~2个月降水回归分析的解释方差相对较高,较大值在夏秋季节(7-10月),黄土高原不同区域(Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区)的土壤湿度与随后21天降水相关的时间较全区域的多,时间较集中,说明黄土高原土壤湿度分布不均匀,不同区域差别较大,较大的滞后降水时间尺度适用于较大空间范围的分析。格兰杰因果检验表明黄土高原全区域秋季(10月、11月)的初始土壤湿度对随后1个月或2个月的降水有显著影响,在Ⅲ区8月土壤湿度对10月的降水也有显著影响,这与回归分析的结果一致。再分析资料的SVD分解的结果显示,1979-2014年7月黄土高原中部、北部和东部土壤较湿润时,8月西部和北部边缘的降水偏多;9月东部的土壤偏湿润,则10月黄土高原西部以及南北部的一些地区降水偏多。土壤湿度与降水的显著相关区域重叠部分较少,说明黄土高原土壤湿度对降水的影响存在一定程度的时空不对称性。

关键词：黄土高原土壤湿度降水相关分析奇异值分解(SVD)

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沙尘天气识别和预报方法研究综述

中国沙漠 2024年第1期44卷 11-21页

作者：陈思宇杜世康毕鸿儒赵丹张越陈渔娄高僮陈俊言兰州大学大气科学学院甘肃兰州730000 兰州大学半干旱气候变化教育部重点实验室甘肃兰州730000 兰州大学资源环境学院甘肃兰州730000

沙尘天气是极端天气现象,会使空气浑浊、能见度骤降,给人类社会各个方面带来恶劣影响;沙尘气溶胶还通过改变大气辐射收支及云微物理特性对天气气候产生重要影响。围绕沙尘天气的相关研究一直是灾害天气预报领域中重要的研究方向,准确识... 详细信息

沙尘天气是极端天气现象,会使空气浑浊、能见度骤降,给人类社会各个方面带来恶劣影响;沙尘气溶胶还通过改变大气辐射收支及云微物理特性对天气气候产生重要影响。围绕沙尘天气的相关研究一直是灾害天气预报领域中重要的研究方向,准确识别和预报沙尘天气在生态环境保护、气候变化等方面均具重要意义。回顾了近年来关于沙尘天气识别与预报方法相关的研究成果,对重要的方法进行了详细介绍,同时分析比较了不同方法的优缺点。最后,对沙尘天气识别与预报相关的研究成果进行了总结,并展望了有价值的研究方向。

关键词：沙尘天气沙尘天气识别沙尘天气预报数值模拟机器学习