青藏高原多源积雪产品分析及在次季节气温预报中的应用

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青藏高原积雪可以通过其反照率效应和融雪水文效应对高原的热力状况产生影响,进而影响亚洲季风气候。近几十年来,青藏高原经历了明显的变暖。因此,青藏高原冰冻圈包括积雪等也经历了显著的变化。青藏高原积雪的准确估计对研究高原积雪的长期变化和高原积雪对次季节预报的影响非常重要。然而,由于青藏高原海拔高、地形复杂和站点观测较少等特点,对青藏高原积雪进行准确估计是非常困难的。本研究的目的是对青藏高原地区不同来源的积雪产品(包括再分析资料、模式模拟和陆面数据同化产品等)在日、季节和年三个时间尺度上进行对比,并利用站点观测对这些产品进行评估,然后利用表现较好且时间序列较长的积雪产品对比分析青藏高原积雪在1980-2018年间的变化趋势及在不同时段(包括过去38年、30年、20年和10年)的变化特征,最后采用不同积雪产品作为青藏高原地区的积雪初始场,采用WRF(Weather Research and Forecasting Model)中尺度天气和气候预报模式分析青藏高原积雪对次季节气温预报的影响。
  结果表明:青藏高原地区不同产品之间雪水当量的时空分布存在较大的差异,且差异的空间分布随季节变化。利用站点观测对各格点数据的评估结果表明,与站点观测的雪水当量相比,各格点数据的雪水当量估计明显偏高。综合偏差和时间变化来看,MERRA2再分析资料和近几年刚发展的CLM4/DART多源陆面数据同化系统的积雪产品表现最好,AMSR-E卫星观测和ERA5再分析资料表现最差。
  在1980-2018年间,MERRA2、JRA-55再分析资料和MW微波卫星观测数据积雪变化趋势的空间分布存在很大差异,但3种数据均表明青藏高原地区雪深≥1cm的年最大连续积雪天数呈显著减少的趋势。MERRA2和JRA-55数据年最大连续积雪天数的变化是由开始时间推迟和结束时间提前共同导致的,而MW数据年最大连续积雪天数的变化仅是由开始时间推迟导致的。年最大连续积雪天数开始和结束时间的变化则主要是由11-12月和3-4月平均2m气温升高导致的。对于青藏高原平均的积雪在不同研究时段内的变化,JRA-55和MW数据变化趋势非常相似,而与MERRA2差异很大。除了MERRA2数据在过去20和30个积雪年的变化外,3种数据青藏高原平均的雪深≥1cm的年最大连续积雪天数在所有研究时段(1980-2018年间的过去38年、30年、20年和10年)都呈减少的趋势。
  使用积雪同化产品作青藏高原积雪初始场会使次季节气温预报得到改进。青藏高原积雪对高原地区次季节气温预报的影响主要是通过影响地表反照率从而影响地表吸收的净太阳辐射进而影响感热通量和土壤温度、土壤含水量以及潜热通量。而对东亚地区次季节气温预报的影响则可能是通过影响高原高空风场,该大气环流异常自西向东传播可能会改进青藏高原周围和下游地区的气温预报。
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