基于TRMM降水数据的山区降水垂直分布特征

选择天山和祁连山区为典型区,利用台站降水数据验证以上两区多卫星降水数据(TRMM)精度的基础上,借助TRMM数据分析了所选山区年降水梯度效应,并探讨了天山及祁连山最大降水高度带.结果表明,多卫星降水数据在天山和祁连山区精度较高,天山及祁连山年降水量都明显受到海拔影响,降水随海拔升高而增加,但天山降水与海拔正相关关系最好,南、北和西坡相关系数分别为0.90、0.81和0.58,多年平均降水直减率分别为11.0mm/100 m、6.3 mm/100 m、7.4 mm/100 m,最大降水高度带则分别位于海拔2 200~3 500 m和3 200~3 700 m和3 000m左右;祁连山东、中、西段降水随海拔有增加趋势,但降水梯度效应在祁连山东段明显高于祁连山中西段地区,梯度效应由东向西呈现递减趋势,其最大降水带主要分布在东段4 000~4 500 m的高山带.     

祁连山中段北坡最大降水高度带观测与研究

2006年6月至2008年9月,在祁连山中段北坡黑河流域上游进行了降水空间变化的统观测.结果表明:在黑河上游流域中山区,夏季降水量从东向西呈减少趋势,递减率约为80 mm·(100 km)-1;最大降水高度带位于海拔4 500～4 700 m左右,年降水量为485 mm.该高度带与本区最大相对湿度高度层(海拔4 600 m左右)以及夏季气温零温层高度(海拔4 680 m左右)相一致.研究区域2008年夏季的凝结高度大致位于海拔4 900 m左右,个别降水日的凝结高度可降至海拔4 460 m左右.在最大降水高度带以下的高山和中低山区,年降水量随海拔升高的递增率为17.2 mm·(100 m)-1,夏季降水量的递增率为11.5 mm·(100m)-1.     

祁连山及周边地区降水与地形的关系

利用祁连山区及其周围(90°～104°E,32°～42°N)1960—2004年55个气象站点白天08:00—20:00时、夜间20:00—08:00时和全天20:00—20:00时逐日降水资料,分析了不同降水强度的时空分布特征及其与海拔的关系,得出了不同降雨强度以及不同季节最大降水总量出现的海拔.小雨日数与海拔较为密切,呈线性增长;中雨以上与坡向、地理位置有关,在海拔4850m附近降雨日数最多为143d.降雨日数和总量在海拔3700m左右达最大峰值,而在海拔2700m附近为次大峰值.进一步利用干湿年资料诊断分析出祁连山区最大降水高度的出现除了受地面海拔的影响外,很可能与高低空两个最大相对湿度中心及相应较强的冷空气活动中心出现高度关系密切.     

黑河流域过去40a来降水时空分布特征

对４０ａ来黑河流域降水的时空变化特征进行了分析,在空间上,降水由西北向东南呈现出明显的增加趋势,但平原区和山区,东部和西部之间存在着差异,在纬向上约以９９．５°Ｅ经线为界,降水在水汽补给上存在一定差异,导致流域东,西部降水年内分配具有不同特点,在经向上降水由北向南递增,在东,西部地区,降水随高度的变化有所不同,西部呈线性增加,而东部多为非线性增加,且在海拔２４００～３０００ｍ之间出现最大降水高度带     

我国新疆北部地区夏季极端降水事件的特征分析

基于1961 - 2017年6 - 8月新疆北部47个观测站点的逐日降水资料, 根据百分位法定义不同站点的夏季极端降水阈值, 分析了新疆北部地区夏季极端降水事件和最大日降水的时空分布特征、 贡献率及其与海拔的关系。结果表明： 新疆北部地区夏季极端降水事件和最大日降水量的各个特征量分布存在明显的时空差异, 空间上夏季极端降水事件、 最大日降水量表现为山区高、 盆地低的特点,在海拔2 000 m左右存在一个最大降水带; 夏季极端降水事件和最大日降水量呈增多、 增强的趋势, 并从20世纪90年代前后开始有明显的增加。夏季极端降水事件主要以单日为主, 夏季极端降水贡献随时间呈缓慢增加的趋势, 而夏季极端降水过程贡献和最大日降水贡献随时间变化呈下降趋势。     

黑河上游祁连山区植物群落随海拔生境的变化特征

基于79个样地的野外调查数据,采用双向指示种分析(TWINSPAN)等方法,研究了黑河上游祁连山浅山区、阴坡、阳坡3种典型类型植物群落随海拔梯度的变化特征.结果表明:浅山区植被属于山地荒漠类型;阴坡植被沿海拔升高依次分异为山地荒漠、山地森林和高山灌丛,海拔2 500m和3 300m是它们的海拔分界线;阳坡植被在海拔3 200m截然分异为干旱类型和湿润类型.乔木物种多样性随海拔变化难于形成一定的格局;灌木物种丰富度随海拔升高呈现多峰分布格局,总体上高海拔低、低海拔高;草本植物物种多样性随海拔升高呈单峰变化.以上生态型的各优势种分别占据不同的海拔范围,祁连山主要乔木青海云杉分布在海拔2 500～3 500m的阴坡,其郁闭度随海拔升高而降低,在海拔3 300m以上海拔区域为零星分布.     

1961-2016年乌鲁木齐河流域气温和降水垂直梯度变化研究

新疆乌鲁木齐河流域高山区和平原区气候条件差异较大,对该流域气温和降水垂直梯度变化的研究,有利于了解不同地理要素之间的作用过程。利用乌鲁木齐河流域6个气象观测站数据,分析研究了气温和降水的变化趋势、气温和降水及其倾向率与海拔的关系,以及不同月份气温和降水随海拔的变化特征。结果表明：1961-2016年间,乌鲁木齐河流域气温和降水总体呈上升趋势,其中乌鲁木齐站气温和降水倾向率分别为0.189℃·（10a）^-1和28.83 mm·（10a）^-1,大西沟站气温和降水倾向率分别为0.268℃·（10a）^-1和18.85 mm·（10a）^-1;气温和降水与海拔关系密切,随海拔降低气温逐渐升高,而降水呈减少趋势;高海拔区气温升温倾向率总体大于低海拔区,降水倾向率随高度增加而明显增加;月气温变化速率随海拔升高呈“钟”形分布,并在5-8月达到最大;月降水变化速率随海拔变化表现为下降~上升~下降~上升,并在5-8月达到峰值。     

中国天山山区降水空间分布模拟及成因分析

为了研究中国天山山区降水空间分布规律及其形成机理,基于研究区DEM及气象站点数据资料,运用偏最小二乘法和GIS技术建立了山区降水估算模型,并分析其降水成因。结果表明:天山山区年降水具有明显的经度和纬度地带性,西段多于东段,北坡(迎风坡)多于南坡(背风坡);研究区降水在海拔4 000 m以下呈线性增加特征,随后显著减少,在5 500 m左右出现第二极大值带;坡度小于50°时降水与坡度呈显著正相关。在地形抬升条件下,随气温下降和相对湿度上升使降水增加,这也是山区降水形成的必要条件。总体来看,偏最小二乘法可以有效解决降水及各因子间多重相关性问题,模型回归效果较显著,在模拟山区降水方面具有一定适用性。     

50年来华北平原降水入渗补给量时空分布特征研究

针对华北平原水文地质条件复杂,地下水开发利用程度高,地下水位埋深和包气带岩性在时间和空间上差异大的特点,基于大量钻孔和地下水位监测资料,将华北平原划分为4个水文地质单元,以埋深7 m作为降水入渗稳定点,根据各分区的水文地质条件对钻孔岩层赋予入渗系数值,应用加权平均法求得华北平原20世纪60年代、80年代和21世纪初的降水入渗系数分布图.利用华北平原1956-2008年水资源四级区逐月降水量数据,求得华北平原20世纪60年代、80年代和21世纪初各分区单元的降水入渗量.结果表明,50多年来华北平原降水量呈减少的趋势,降水入渗系数呈增加的趋势,降水入渗量呈增加的趋势.3个年代的降水入渗量分别是118.86×108,147.91× 108和174.33×108 m3.     

2001-2015年天山山区积雪时空变化及其与温度和降水的关系

采用2001-2015年MODIS积雪和陆表温度数据、中国高时空分辨率降水数据,基于趋势分析和相关分析方法,分析了天山山区积雪时空变化及其与温度和降水的关系。结果表明：（1）年内积雪面积变化受海拔影响,海拔≤4 000 m,呈单峰型分布,积雪面积冬季大,夏季小;海拔介于4 000~≤5 000 m,积雪面积分别在春季和秋季出现两次峰值;海拔>5 000 m,积雪面积变化与低海拔相反,在夏季达到最大,冬季最小。就年际变化而言,全区积雪面积呈略微减少趋势,其中秋季略微增加,春季变化不大,冬季和夏季明显减少。（2）积雪覆盖频率受水汽来向和地形影响,呈西高东低、北高南低分布格局,与海拔呈正相关。山区大部分区域积雪覆盖频率呈减少趋势,其中海拔介于3 600~≤4 600 m的积雪覆盖频率减少最为显著。（3）在春、夏季,温度是决定积雪面积变化的主要因素,与积雪面积呈负相关;在秋、冬季,降水对积雪面积变化的贡献大于温度,与积雪面积呈正相关。（4）积雪覆盖频率整体上与年均温度呈负相关,与降水呈低度正相关,相关程度及显著性水平在空间分布上存在差异,温度对积雪覆盖频率变化的贡献大于降水。     

天山乌鲁木齐河源降水观测误差分析及其改正

乌鲁木齐河源不同雨量计观测降水对比以及普通雨量计湿润损失和蒸发损失实验表明,普通雨量计观测降水中的动力损失(修正量/观测降水量)为13.9％,湿润损失为8.4％,蒸发损失为3.7％,三项之和为26.0％。修正以上观测偏差,得到乌鲁木齐河源1号冰川粒雪线处(4050m)年平均降水量645.8mm。     

天山地区夏季极端降水特征及气候变化

基于1961—2007年天山地区32站的逐日降水资料,分析了夏季天山地区极端降水事件的气候分布和时间变化特征.结果表明:夏季天山地区的极端降水量、极端降水日和极端降水比分布存在明显的区域差异.局地极端降水频繁,平均3～4d就有1次发生,大范围极端降水较少发生.连续性极端降水以1d为主.极端降水量在天山南北坡均随地形增加而增多,地形高度对降水的影响,北坡要大于南坡.在相同高度范围内,北坡极端降水量基本均大于南坡.天山地区的极端降水事件呈增多趋势,在1970年代中后期至1980年代中前期,极端降水事件为低值期,而1990年代是高值期.     

1961-2015年新疆和田地区不同级别降水事件变化特征

为探究新疆和田地区降水事件特征及在全球气候变化影响下的变化趋势,分析了该地区1961-2015年,7个气象站点的逐日降水数据,研究了不同级别降水量、降水日数和降水强度的年、季特征及变化趋势.结果表明:年平均降水量、 日数、 强度均为增加趋势,其变化率分别为3.7 mm·(10a)-1、1.15 d·(10a)-1、0.046 mm·d-1·(10a)-1,1986年为和田地区年平均降水和降水日数发生气候转折的年份,春、夏季转折时间与年际转折时间一致,冬季转折年份不明显.全地区年平均降水量为44.0 mm,小量降水占各级降水量的42.4％,夏、春季降水量占全年的78.4％;年均降水日数为49.8 d,微、小量降水日数占各级降水日数的95.3％,夏季降水日数占全年的48.0％.各级降水量和降水日数年际间均为增加趋势,其中小、中降水量和降水日数的增加是年际增加的主要原因,小量降水强度的增强是年降水强度增强的主要原因;四季降水量和降水日数变化趋势也是增加的,其中夏季增加趋势最明显,降水强度除春季减弱趋势外,其他季节均为增加趋势.在和田地区,春夏两季降雨量决定了全年的多寡,小量级别的降水量和降水日数是年降水量和降水日数的主要形式,降水日数是决定年降水量的主要因素;降水量和降水日数都存在明显气候转折年,目前正处于转折点后的增加阶段,小、中降水量和降水日数的增加是降水事件年际变化的主要特征.     

1965-2015年新疆夏季不同等级降水的空间分布特征

根据新疆51个台站1965-2015年夏季逐日降水资料,将降水划分为小雨、中雨及大雨3个等级,分析了新疆近51 a夏季不同等级降水量、降水日数及降水强度的空间分布特征,并讨论了各等级降水日、降水量及降水强度与总降水量的空间相似程度以及各等级降水对夏季总降水的贡献。结果表明：新疆降水主要集中在夏季,并以小雨为主。以天山山脉为界,南北两疆降水空间分布存在明显差异,北疆夏季降水量（日）占年降水量（日）的36%~45%（36%~39%）,南疆夏季降水量（日）占年降水量（日）的51%~63%（48%~60%）;新疆夏季不同等级降水量、降水日及降水强度的空间分布不均匀。新疆夏季总降水量与各等级降水量的空间相似系数最为密切,与各等级降水强度的空间相似系数相对较小;新疆夏季小雨贡献率最大,中雨其次,大雨最小,夏季降水量和降水日的变化主要受小雨的影响。     

大尺度流域基于站点的降雨时空展布

降水是影响流域水循环最活跃的因素,其时空分布不均匀对流域产汇流的影响非常大,因此在进行流域水文模拟时,需要充分考虑到降雨的时空变异性。本文针对大尺度流域的特点,提出了一种日雨量的空间展布方法,该方法根据站点降雨量之间的相关系数选取参证站点,采用距离平方反比法把站点的日雨量插补到空间计算单元上去,或采用泰森多边形法插值。该方法计算结果和本次全国水资源规划的结果差别不大,说明插值方法比较可靠。由于大尺度流域雨量站点的布设比较稀疏,采用空间插值的方法生成计算单元降雨量值精度不好,本研究中提出了一个大于10mm的大强度日降雨的向下尺度化方法。首先建立了一个将日降雨分配成小时降雨量的雨强历时关系模型：然后根据黄河流域的特点,把全流域划分为五个大强度降雨区,分区对参数进行了率定：最后采用实测资料对模型进行了检验。本文提出的方法,在黄河流域水文模拟中进行了应用,由径流模拟结果看,效果令人满意。     

城市化建设对广州夏季降水过程的影响

城市化造成城区下垫面的热力学、动力学特性以及大气成分发生显著变化,从而对降水过程产生显著影响。基于广州市近30年土地遥感数据,分析了该市城市化历史进程,并用城区上风向、城区和城区下风向1984~2015年夏季逐时降水资料,分析了城市化建设对城区及周边降水过程的影响,结果表明:(1)城市化对城区和下风向降水过程产生显著影响,对城区上风向降水过程作用不明显;(2)与城市化前期对比,城市化后期城区和下风向夏季降水总量、降水日数、降水强度和极端降水等指标均发生明显变化,具体表现为城市化后期大雨以上级别降水明显增加,强度增大,极端降水向短历时演化,过程雨量分布更加集中。     

五台山区地形雨减少对水资源量的影响

海河流域水资源量减少的原因倍受关注,以五台山地区为例分析地形雨减少对水资源量的影响,分析五台山站与山下周边的5个站点年降水量之比——地形强化因子(R_o)的减少趋势以揭示地形雨的减少;并利用水热耦合平衡方程定量评估地形雨减少对该地区水资源量的影响。结果表明,近50年间R_o减少了0.53(27%),即地形雨大幅度减少;导致南庄水文站控制的五台山地区天然年径流量减少了1.9亿m3/a,占径流总减少量的70%,为多年平均年径流量的26%。中国很多地区的降水观测站网都缺少位于山上的雨量站,难以估计山区地形雨的减少,导致根据降水进行径流计算时,会低估水资源的减少量。     

北京地区降水极值时空演变特征

为了科学评估变化环境下城市地区降水结构变化和深入认识特大型城市降水极值演变特征,以北京市为例,采用《北京市暴雨图集》中6种历时（10 min、30 min、1 h、6 h、24 h和72 h）的年最大暴雨统计数据和北京地区45个雨量站点1960-2012年汛期（6-9月）逐日降水观测资料,分别选择年最大值法和百分位阈值法,基于暴雨图集中的6种历时暴雨的统计特征值和两种百分位阈值下（95%和99%）的3种极端降水指标（发生次数、降水量和降水贡献率）分析北京地区降水极值的时空变化特征。研究结果表明:① 北京地区降水极值的空间分布受地形特征和城市化发展等因素影响而呈现出从东向西递减的趋势,且形成了局部区域高值中心;② 近50年来北京地区极端降水发生频次、极端降水量和极端降水的贡献率均表现出显著的下降趋势,在95%（99%）阈值条件下极端降水发生次数、极端降水量和极端降水贡献率的下降速率分别为0.13次/10 a（0.04次/10 a）、11.59 mm/10a（5.28 mm/a）和2%/10 a（1%/10 a）;③ 两个阶段（1960-1985年和1986-2012年）的城区与近郊的极端降水指标差异表现不同,1960-1985年在极端降水频次方面郊区占优,而极端降水量和贡献率则是城区较高,1986-2012年3个指标均表现为城区较高。     

旱作农田沟种植垅覆盖集水试验

为了在降水不足的旱作农业区,充分接收、贮存大气降水,减少无效蒸发和因径流引起的水、土、肥的流失,笔者设计了作为农田土壤、作物、大气连续系统的调节措施之一,旱农沟种垅覆集水试验;提出了旱作农田沟作地段的水分平衡方程.通过试验说明,该措施使作物沟地的水分收入增加,支出减少,土壤增墒、保墒能力增强.它既有利于抗旱增产,建立稳定的节水型旱作农业,又减少了径流引起的水、土、肥的流失,有明显的经济效益与生态效益.