美国气象学会公报(BAMS)论文分享 | QOMS:从世界之巅观测

文摘   2024-08-09 17:00   北京  


本期美国气象学会推荐的论文名叫:QOMS:A Comprehensive Observation Station for Climate Change Research on the Top of Earth。作者描述了在青藏高原珠穆朗玛峰区域建立的独特观测系统和综合数据平台,其目的是确保对多圈层相互作用进行综合、连续、系统性和标准化的观测。



共同通讯作者Zhipeng Xie博士希望这篇文章能帮助读者理解青藏高原(TP)地气相互作用的重要性和复杂性。该区域幅员辽阔、海拔很高,其巨大的动力学和热效应独特地影响着全球气候。它阻挡了纬向和经向气流,在整个北半球夏季都是一个高热源。此外,TP是东亚地区季风和冷空气的“驱动力”,也是中国南方极端降水的“帮凶”。地表传热过程对于热效应至关重要。然而,在崎岖的地形上,地气相互作用涉及各种不同的因素。例如,由于复杂的地形特征以及独特和多样的地理条件,陆面温度、地表反照率、气温和风速表现出高度的空间异质性。这种异质性使山区地层水和热通量传递的建模变得复杂。大气与复杂地形之间的相互作用也跨越了时间和空间尺度,从小尺度湍流到大尺度大气环流模式不等。这种多方面的复杂性阻碍了充分捕获地气相互作用。因此,在气候影响方面仍然存在知识缺口。针对性地解决建模和观测限制的努力对于获得对TP在区域和全球气候中的多方面作用的新见解至关重要。


作者指出,气候变化已经导致了TP珠穆朗玛峰区域的显著变化,包括气温加速变暖、冰川持续萎缩、积雪显著消退、冻土急剧融化、冰川湖迅速扩大以及极端天气事件的频率和严重程度增加。这些变化严重影响了环境和下游社区。地气相互作用在形成区域性气候及其变异性方面发挥着重要作用,了解这一区域的地气相互作用有助于我们应对和适应正在发生的气候变化。然而,由于仪器问题、极端环境条件、地形复杂性以及管理高山测站的困难,这一高海拔山区缺乏可靠和长期的水文气象观测。


本文作者旨在通过建立珠穆朗玛峰特殊大气过程与环境变化观测网络(QOMS)来帮助填补这一缺口,QOMS可监测气象条件变化,这对于解决该区域地气之间的水和能量交换是不可或缺的。2005年建立以来,QOMS极大提高了气候系统的综合观测能力,为加深对地气相互作用的理解提供了数据支持,并为模型参数化方案和遥感反演算法的开发提供了信息和指导。


图片说明:

中国珠穆朗玛峰特殊大气过程与环境变化国家观测研究站(QOMS)的地图和布局。


以前在这一区域进行的零星科学考察所获得的观测结果在时间跨度和空间代表性方面相对有限,这不利于了解近地表大气的垂直结构和变化。相比之下,QOMS是珠穆朗玛峰区域的标志性观测系统和综合数据平台,有助于确保对多圈层相互作用进行综合、连续、系统性和标准化的观测。


QOMS由六个观测站组成,海拔从4,276米到6,523米不等,涵盖了该山区的典型地貌(如冰川、沙漠、灌木和草地),并为广泛监测异质山区环境和气候提供了良好的覆盖面。综合实地观测非常有助于探索水和热通量交换的时空模式;各种地表特征和不同水文气象变量之间的协同变化对土壤、陆面和大气之间的水和能量交换的影响;以及这一标志性山区的地气相互作用机制。


具体来说,已经基于高频率的多年涡流协方差测量确定了地表能量平衡研究中的几个关键地表特征参数(例如,空气动力学粗糙长度、热粗糙长度、传热系数和动量传递系数)。它们是利用遥感算法和/或陆面模型估计地表通量的关键参数。此外,通过分析自动气象站(AWS)、GPS无线电探空仪和风廓线雷达的现场观测结果,对这一复杂地形上的边界层结构以及局地低层大气环流模式进行了深入研究。作者想要从结果中得出的最重要的启示是,在珠穆朗玛峰这样地形复杂的区域,使用恒定不变的地表特征参数来估计地表通量很可能会导致严重的偏倚。与此同时,他们指出,地形对边界层结构和局地环流演变的影响无论如何强调都不为过,因为该区域巨大的地形异质性会产生强热梯度,从而调节每天山谷风与冰川风之间的转变。大尺度环流系统(如西风急流和东南地面风)对垂直风结构显著季节变化的影响也不容忽视。


展望未来,QOMS研究人员希望确保连续和高质量的观测,扩大多圈层综合观测的应用,并探索为局地生态环境的建设和保护以及社会经济发展提供气象服务的潜在可能性。作者强调了综合实地观测对于理解和预测喜马拉雅山及其周围地区的天气和气候的巨大潜力。他们指出,后续研究可以侧重于了解复杂地形如何影响局地天气模式和气候变异性,以及评估复杂地形与陆面过程之间的反馈机制。


🔹论文标题:QOMS:A Comprehensive Observation Station for Climate Change Research on the Top of Earth


🔹引用文献:Bulletin of the American Meteorological Society 104,3;10.1175/BAMS-D-22-0084.1


🔹作者

Yaoming Ma——中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统环境与资源国家重点实验室地气相互作用及其气候效应组、中国科学院大学地球与行星科学学院、珠穆朗玛峰特殊大气过程与环境变化国家观测研究站、兰州大学大气科学学院、中国科学院加德满都科教中心、中国科学院中国-巴基斯坦地球科学研究中心


Zhipeng Xie、Cunbo Han、Lian Liu、Binbin Wang、Xin Liu、Bin Ma、Zhongyan Wang和Zhenhua Xi——中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统环境与资源国家重点实验室地气相互作用及其气候效应组(北京市)、珠穆朗玛峰特殊大气过程与环境变化国家观测研究站(中国定日县)


Weiqiang Ma——中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统环境与资源国家重点实验室地气相互作用及其气候效应组、中国科学院大学地球与行星科学学院、珠穆朗玛峰特殊大气过程与环境变化国家观测研究站、兰州大学大气科学学院、中国科学院中国-巴基斯坦地球科学研究中心


Fanglin Sun——中国科学院西北生态环境资源研究所寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室


Genhou Sun——南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)


Yue Lai——北京市气象灾害防御中心


Wenqing Zhao、Weiyao Ma、Fangfang WangLijun Sun——中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统环境与资源国家重点实验室地气相互作用及其气候效应组、中国科学院大学地球与行星科学学院、珠穆朗玛峰特殊大气过程与环境变化国家观测研究站


Yizhe Han——中国科学院大气物理所竺可桢-南森国际研究中心


🔹通讯作者:

Zhipeng Xie,zp_xie@itpcas.ac.cn;Weiqiang Ma,wqma@itpcas.ac.cn




期刊介绍


Bulletin of the American Meteorological Society

本刊是针对大众读者的AMS旗舰期刊,覆盖天气、水和气候领域的同行评审文章、简述、评论和趣事短文。




美国气象学会公报 /

BAMS

ISSN: 0003-0007

eISSN: 1520-0477

https://www.ametsoc.org/index.cfm/ams/publications/bulletin-of-the-american-meteorological-society-bams/


声明

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