青藏高原地表非绝热加热遥感参数化及其时空演变规律

Thermodynamic activity from Tibet plateau affects global climate, Asian monsoon and drought/flood in China. It is shown through surface sensible heat flux(SSHF) of limited weather stations in the previous researches. Due to limited stations and incomplete presentation of SSHF, thermodynamic source intensity shows obvious uncertainty. The adiabatic heating(SSHF + effective radiance) could reflect thermodynamic source intensity due to covering more than 90% of thermodynamic source. In the research, satellite products (such as surface temperature,atmospheric profiles, cloud cover, albedo, emissivity and LAI) are revised using experiment data. Estimated model of transfer coefficient is built using DEM and LAI, estimated method of surface temperature is revised using LAI. Moreover, the parameterized scheme of SSHF in WRF/SSiB is optimized. Effective radiance scheme is optimized using CRTM model. Based on two parameterized schemes and satellite products, the parameters including SSHF, effective radiance and adiabatic heating are retrieved. Monthly series of adiabatic heating in recent 32 yr is built, its time and space Variability and the relations with climate change, vegetation degradation, cloud and water vapor are analyzed. The results lay foundations for exploring thermodynamic activity over Tibet plateau and its effects on atmospheric circulation.

青藏高原热力作用对全球气候、亚洲季风和中国旱涝等有很大影响。以往基于有限气象站资料估算的感热表征热源强度。由于观测资料和感热代表性等有限，使得高原热源强度定量化存在不确定性。非绝热加热(感热+有效辐射)约占地面总热源的90%以上，可以反映高原的热源强度。本研究应用高原上的观测和试验资料订正2000-2014年的卫星产品(地表和空气温湿度、云量、反照率、比辐射率和LAI等)；结合DEM、LAI建立总体输送系数估算模型，结合LAI修订表层土壤温度估算算法，进而优化WRF/SSiB感热通量参数化方案；结合CRTM辐射传输模式等模拟和优化有效辐射方案； 基于二参数化方案和卫星产品反演1km分辨率的感热、有效辐射及地表非绝热加热，建立非绝热加热15年逐月序列；研究近15年来高原非绝热加热的时空变化规律，分析其与气候变化、植被退化、云特征、大气水汽含量等的关系。为探讨高原热力作用成因及其影响奠定基础。

夏季的青藏高原作为北半球大陆的强大热源，其热力作用改变了全球大气环流、强化了亚洲季风并对中国降水产生影响，是东亚地区年际、季节和短期气候预测的主要参考依据。然而，高原陆面及大气的非绝热加热项不能定量客观地反映高原的热力作用。故本项目从高原陆面过程出发，对高原地表的非绝热加热进行定量估算，从而定量地表征高原地表非绝热加热的强度及其变化规律。同时对非绝热加热相关参数的参数化优化、动力和热力粗糙度、地-气温差、感热通量等进行了遥感估算，基于CERES的有效辐射分析了非绝热加热参数的时空变化规律和气候分区，并探讨了其变化的可能原因。.在复杂下垫面地气温差遥感反演中，考虑到地表特征和大气条件对地表温度的影响，利用Aqua/Terra卫星上的EOS/MODIS的热红外数据，其他MODIS产品和气象站地面和空气温度，分析了地气温差（dTsa）和红外大气窗区，水汽通道、大气温度通道和CO2通道亮温之间的关系。建立了一个估算dTsa的模型，结合高原及周边96个气象台站数据，概率神经网络方法和反映地表特征的9个参数，并将高原地表植被划分为71种类型，进而得到dTsa的分布。.青藏高原南北部热力格局呈现年代际异常，春、夏季青藏高原北部（33°N以北）较南部地区增强的升温导致了北部地区对流层低层的对流和辐合加强，使得其对流层中上层的温度升高，南亚高压加强和北伸。南亚高压向北延伸和南风异常导致高原北部对流层中上层的暖平流向北移动，使得大气斜压性北移，从而有利于涡旋扰动的北移。这些热力学和动力学过程的耦合作用加强了中纬度地区的环流系统向北移动。.高原东部的热力和西部的积雪对比对欧亚波列具有双模态调节作用，自1997年以来的季风北边缘带年代际偏南对应欧亚波列第1、2模态的年代际正异常和第3模态的年代际负异常、高原东部年代际春季积雪增加、夏季热力减弱以及西部年代际春季积雪减少趋势相一致。高原积雪覆盖度与欧亚波列前两个模态在4-6年、9-12年尺度上有较好的对应关系，对季风北边缘带有多尺度调节作用。