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.     

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。     

近50年来ENSO与祁连山区气温降水和出山径流的对应关系

根据有关水文气象台、站的观测资料,分析了恩索(ENSO)与祁连山区气温、降水的对应关系,研究了祁连山区出山径流对厄尔尼诺(ElNino)现象响应.结果表明:ElNino现象对祁连山区的气温、降水和径流的影响随着发生时间和地段的不同而不同.ElNino现象发生之年,整个祁连山区均出现气温偏高、降水减少及径流偏枯的现象,尤以东段和中段最为明显.ElNino现象次年,祁连山区东段和中段气温偏高、降水减少及径流偏估的程度不如ElNino现象当年那样显著,而西段的气温、降水及径流与ElNino现象则无明显关系.     

TRMM降水资料在青藏高原的适用性分析

利用32个观测台站降水资料,在江河源区以均方根误差(Nrmse)、相对误差(BIAS)和相关系数等指标对TRMM降水数据精度进行了评估。结果表明,TRMM降水数据有较好的适用性,与观测数据相比误差在偏负10%以内,在月时间尺度上两者相关系数达到0.9以上。把TRMM数据应用到整个青藏高原,给出了整个高原1998～2009年降水的年均、季均、月均空间分布。降水从东南向西北逐渐递减,东南部年降水量达到1000mm/a,而西北部仅为200mm/a左右,特别是北缘低于100mm/a;降水主要集中在5～9月,冬季降水很少。     

天山山区降水量的空间分布及其估算方法

利用天山山区及周边31个国家基本站1998～2008年期间的逐月降水资料结合TRMM卫星月平均降水资料,使用卫星结合雨量计的降水估算方法,得到天山山区逐月降水空间分布,并运用交叉检验方法对降水估算精度评估,Nash-Sutcliffe效率系数在0.5以上,相关系数高达0.9以上。结果表明,TRMM卫星对西北山区的降水活动有一定的探测能力,能够较好的反映天山山区降水时空变化特征,为山区降水数据稀缺条件下的降水空间分布估算提供方法,为相关的水文、气象等研究提供数据支持。     

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。     

近50a来新疆降水随海拔变化的区域分异特征

依据降水随高度变化率和分区连片的原则,将新疆102个气象站划为两种类型6个降水分区.海拔〈2 500m的3个区,降水随海拔变化近似呈线性;海拔〉2 500m的3个区,降水随海拔变化呈近似二次曲线类型.线性分布类型最大降水高度带在山顶,二次曲线类型最大降水高度带在＂山腰＂,它随季节和气候干旱程度发生变化：夏季高,冬季低;...     

TRMM 3B43降水数据在黄河源区的适用性评价

应用1998-2013年气象台站实测的降水数据以及2013年6-9月使用雨量桶收集的数据对TRMM 3B43 V7降水数据在黄河源区的精度从不同时间尺度、不同台站、以及不同海拔、坡度和坡向进行评价。检验发现,TRMM 3B43 数据对年和四季降水出现了不同程度的高估或低估,对于年降水、秋冬季降水表现为高估,而对春夏季降水表现为低估。同时,TRMM 3B43 数据在位于半湿润区的气象站点的降水数据质量优于半干旱区的气象站点的数据质量。除此以外,对TRMM降水在不同海拔、坡度和坡向的精度评估发现,随着海拔的升高,TRMM降水的相对偏差呈现出增加-减少-增加的变化趋势;随着坡度的升高,TRMM降水的相对偏差呈增加趋势;TRMM降水在东北坡、东坡和东南坡的偏差相对较小,而在西坡、南坡、北坡、西南坡的偏差相对较大。     

TRMM多卫星降水数据在黑河流域的验证与应用

利用黑河流域9个气象台站降水数据, 在不同时间尺度和空间分布上分析了2008-2011年TRMM多卫星降水数据(TMPA 3B43)在黑河流域的适用性.结果表明: 用TMPA估测的年降水量在黑河流域平均高估27.3%, 对上游降水量大的山区估测相对好于降水稀少的黑河下游地区; TMPA与气象站降水量的拟合优度夏季(R²=0.851)高于冬季(R²=0.332); TMPA可以较好反映各测站降水量年变化、 月变化趋势, 用TMPA估测的黑河流域平均年降水量变化趋势为30 mm·(10 a)^-1. 黑河流域年降水量体现出随海拔高度的递增规律(11.1 mm·(100 m)^-1)、 从东向西降水量逐渐减少的分布以及最大降水高度带出现在上游偏东地区(海拔2 800~4 900 m).     

高分辨率遥感降水资料在青海湖流域及周边区域的适用性评价

基于气象站观测数据,利用探测率(POD)、报错率(FAR)、临界成功系数(CSI)和相关系数(R)、平均绝对误差(MAE)对TRMM 3B42V7、CMORPH、PERSIANN、PERSIANN-CDR遥感降水资料在青海湖流域及周边区域探测降水事件的准确度和记录降水量的精度进行了评价。结果表明,CMORPH数据探测的降水事件最为准确,PERSIANN-CDR和TRMM 3B42次之,PERSIANN探测降水事件的准确度最差。从遥感数据记录降水量精度来看,年尺度上表现为TRMMCMORPHPERSIANN-CDRPERSIANN,月尺度上表现为TRMMPERSIANN-CDRCMORPHPERSIANN,日尺度上表现为TRMM CMORPHPERSIANN-CDRPERSIANN。海拔是影响遥感降水资料精度的重要因素,PERSIANN和PERSIANN-CDR两种数据误差受海拔影响更为明显。通过综合评估4种遥感资料的适用性,认为TRMM是较适合于青海湖流域及周边区域的降水资料。     

TRMM3B43卫星降水数据在京津冀地区的适用性研究

以京津冀地区为研究区域,利用散点斜率法、相对偏差、均方根误差和相关系数法,对研究区域内176个国家级雨量站2006-2015年的实测降水资料在不同时空尺度下检验了同期TRMM （Tropical Rainfall Measurement Mission）卫星降水产品3B43 V7的适用性。结果表明：TRMM 3B43多年均降水量与站点实测降水时空分布规律一致,在不同时间尺度下具有良好的相关性,相关系数均在0.85以上,随时间尺度的增加精度有所降低;整体上TRMM 3B43降水数据略小于站点实测降水,在常年降水高值区域出现低估现象,季尺度上,夏季和冬季误差较大;就区域而言,TRMM 3B43在西北山地高原地区相对偏差和均方根误差均较小,相关系数基本在0.9以上,拟合精度较高,可信度较强。     

1961-2013年新疆不同时间尺度降水量的气候特征及其历史演变规律

利用新疆1961-2013年资料完整的89个气象观测站降水量资料, 应用数理统计、线性趋势、突变、小波分析等方法, 对新疆降水量的时空分布和变化特征以及突变性、周期性特征进行了分析. 结果表明: 新疆年降水量空间分布极不均匀, 大值区分布主要在天山山区及其两侧; 降水集中出现在春末至夏季, 其中, 7月在全年所占比例最大. 新疆及其各分区年降水量与降水量距平百分率均呈显著增加趋势, 不同于中国大部分区域同期呈显著减少或无明显线性变化趋势的现象, 增加速率与年降水量有关, 同时年际波动及阶段性变化明显; 四季降水量增加趋势的显著性不如年降水量, 空间分布上年和四季降水量均表现为大部分地区呈增加趋势, 且增加趋势冬季 > 夏季 > 春季 > 秋季. 新疆及天山山区年降水量在1987年发生了突变, 北疆在1984年发生了突变, 而南疆在1981-1986年期间发生了突变; 新疆及北疆年降水量具有3 a、6 a、8 a、11 a、18 a的波动周期, 天山山区存在6 a与10 a的震荡周期, 南疆波动周期为5 a、8 a、18 a, 四季降水量也存在不同的波动周期.     

中国天山地区降水对全球气候变化的响应

天山地区的降水变化及其对全球气候变化的响应是近年来研究的热点。利用中国天山地区40个气象站1951-2014年的月降水数据,运用线性倾向估计、相关分析等气候诊断方法,分析了该区域的降水变化,探讨了主要气候指数与降水同步变化的相关关系。结果表明：年降水呈现出"西多东少,北多南少,高山多外围少"的特征,年降水变化率为6.0 mm·（10a）^-1。SASMI与年降水表现为显著正相关,PDO、PNA和AO与年降水表现为弱正相关,且有局限性。在枯水期,SASMI与天山北坡及部分中高山地带的降水表现为弱正相关,而在西天山南坡表现为弱负相关,ENSO与中、西天山南北坡的中低山带的降水变化相关性较高。在丰水期,SASMI与天山南坡和高山区降水变化相关性较高,PDO与中、西天山南北坡的低山带部分站点的降水变化相关性较高。     

天山山区近40a夏季降水变化及与南北疆的比较

利用新疆1959-1998年的降水资料,分析了天山山区近40a来夏季降水变化特征,并与南疆、北疆进行了比较.结果表明:天山山区近40a来的夏季降水在干湿阶段、最干最湿年份、降水变化的周期方面均与南北疆有别;天山山区夏季降水空间上的同步性变化比南疆及北疆弱一些;天山山区近40a来夏季降水年代际变化与北疆较为相近.新疆近40a来夏季降水最多的年代是90年代,天山山区偏多12%,南疆偏多25%,北疆偏多21%.     

TRMM降水产品在天山及周边地区的适用性研究

资料稀缺地区的面雨量估算是水文学研究中的热点和难点问题。遥感逐渐成为解决这一问题的重要手段。拟以天山及周边地区为典型区,利用TRMM降水资料,探讨其适用性。利用研究区2000~2010年TRMM数据与区域内21个气象站的站点观测数据进行对比分析,通过不同时间尺度(月、季、年)和空间尺度的差异对比分析表明,在时间尺度上,相关系数均在0.7以上;在空间尺度上,其相对误差大部分在-40%~40%之间;最后对二者进行多项式拟合,确定性系数均在0.7以上,达到了显著相关水平。表明TRMM降水数据在天山山区有很好的适用性。研究结果对干旱区无资料区的水文过程研究具有重要应用价值。     

近50 a来新疆区域与天山典型流域极端洪水变化特征及其对气候变化的响应

以年极端洪水超标率来反映区域极端洪水, 分析了新疆区域极端洪水变化; 以年最大洪峰记录分析了天山山区主要河流极端洪水变化规律, 并用14站资料分析了天山山区气候变化特征, 讨论了天山主要河流极端洪水变化对区域气候变化的响应. 结果表明: 受气候变暖影响, 1957-2006年全疆极端洪水呈区域性加重趋势, 尤其南疆区域极端洪水明显加剧, 北疆区域也有加重趋势, 但相对较缓. 全疆及北疆、 南疆在20世纪90年代中期以来都处于洪水高发阶段. 近50 a来, 在新疆区域洪水呈加重趋势的变化背景下, 发源于天山南坡的托什干河和库玛拉克河年最大洪峰流量呈显著增加趋势, 发源于天山北坡的玛纳斯河与乌鲁木齐河年最大洪峰流量虽有增加, 但是变化趋势较缓. 以年最大洪峰流量发生转折年为界, 天山典型流域托什干河、 库玛拉克河、 玛纳斯河和乌鲁木齐河在20世纪90年代(或80年代)以来与前期相比, 呈现出相似的变化特征: 年最大洪峰流量明显增大, 年际间变化更加剧烈, 洪水年更频繁. 以年最大洪峰流量发生转折年份为界, 玛纳斯河、 托什干河和乌鲁木齐河后期的年最大洪峰集中日期较前期推迟2~9 d, 库玛拉克河却提前5 d. 玛纳斯河、 乌鲁木齐河和库玛拉克河后期的集中度较前期增加0.8%~8.3%, 托什干河减小1.1%. 1961-2010年, 新疆天山山区气温明显上升, 升温率为0.34 ℃·(10a)^-1, 1997年以后明显增暖; 天山山区降水显著增加, 增加速率15.6 mm·(10a)^-1, 同时极端降水强度增大、 频数增多. 近50 a来天山主要河流极端洪水变化与区域增温以及天山山区极端降水事件增多等有密切关系.     

天山北坡降雨补给型河流径流变化特征及其影响因子分析

依据天山北坡军塘湖河近30年的径流数据及降水数据,运用Kendall秩相关系数、R/S分析、降水-径流深累积双曲线等多种方法,探讨了军塘湖河流径流的年内、年际、季节变化特征及其影响因子.结果表明：军塘湖河径流年内分配不均衡,主要集中于春季;径流的年代际变化呈现明显的上升趋势,递增率为0.0015 m³·s^-1·a^-1,Hurst指数为0.6326;年内不同季节表现出不同的变化趋势,其中春、秋两季表现出递减趋势,而夏、冬两季表现出递增的趋势.近年来,受到人为因素和自然要素的影响,径流在径流-降水累积曲线中表现出一定的偏移,人为因素对径流的影响贡献率最大达25.68%,而降水对径流的贡献率为74.32%.由此,降水是影响军塘湖河径流变化的主要因素,而人为影响为次要因素.