基于多源遥感数据集的近30a西北地区植被动态变化研究

基于重构后的AVHRR GIMMS NDVI、MODIS NDVI、GLC 2000数据产品和研究区的128个气象站点的气温、降水数据,利用回归分析、相关性分析法,研究了西北地区近30 a(1984-2013年)以来不同植被NDVI的时空变化及其与气候的相关性。结果表明:(1)研究时段内,西北地区植被NDVI变化整体上呈上升趋势,将整个研究分为两个时段,1984-1997年呈小幅上升趋势,且波动起伏较大,最大值在1993年,最小值出现在1995年;1997-2013年也呈波动上升趋势,且上升趋势大于前一阶段。(2)空间上,西北地区植被NDVI变化存在明显的区域差异,大部分区域植被NDVI变化显著性较弱,昆仑山、塔里木盆地北部、祁连山、青海的中东西部、甘肃东部、陕西北部等地区植被NDVI显著增加;阿尔泰山、天山、伊犁哈萨克自治州等干旱地区植被NDVI下降趋势明显。(3)除甘肃的祁连山、青海东南部、陕西的秦岭等地植被NDVI的变化主要受气温的驱动外,西北地区植被NDVI变化与气温整体上呈弱相关,干旱半干旱地区植被与气温呈负相关;除甘肃南部、祁连山西段和陕西中部等一些年降水量较多以及灌溉农业区或草地以外,西北地区植被与降水呈较强正相关,降水是影响植被变化的主要自然因素;(4)不同植被类型NDVI的变化具有时空差异性,且与气温和降水的相关性不尽相同,与气温由强到弱:耕地灌丛草地沼泽湿地林地;与降水由强到弱:耕地草地灌丛林地沼泽湿地。     

西北东部极端降水事件及异常旱涝季节变化倾向

利用西北地区东部100个气象观测站1960\_2000年逐日降水资料,对降水、极端降水事件及异常旱涝区域面积的季节变化倾向进行了分析。结果表明:春、秋、冬季,虽然极端降水事件频次的变率小于降水距平百分率的变率,但两者的变化趋势一致,春、秋季呈上升趋势,冬季呈下降趋势,表明极端降水事件出现的多与少,基本决定了季节降水趋势的变化;夏季,暴雨出现的多与少不能完全决定夏季降水量的趋势,而大雨频次的变化趋势与降水距平百分率的变化趋势一致,略呈上升趋势。夏季降水异常偏少的区域面积呈减少趋势,表明干旱发生的区域面积缩小了;秋季降水异常偏少的区域面积从20世纪80年代中期开始明显的扩大,表明干旱发生的区域面积增大了;春、冬季,降水异常偏多、偏少的区域面积是对称变化的,即降水异常偏多的区域面积增多,则异常偏少的区域面积减少;反之亦然。     

2010年夏季北极冰情变化及大气环流场演变

利用美国冰雪中心(NSIDC)资料分析2010年夏季中国第4次北极科学考察期间北极海冰的冰情变化,并通过NCEP再分析资料对同时期的大气环流演变进行分析,发现6月与8月环流形势为偶极子正异常,加速了海冰的融化,其中2010年6月的海冰覆盖范围达到有历史记录以来的6月最低值;7月为低压控制,减缓了海冰覆盖范围的进一步减少...     

白令海峡入流水影响下的楚科奇海海冰面积时空变化特征

利用美国国家冰雪中心的Bootstrap海冰密集度卫星遥感资料分析1991—2015年楚科奇海海冰覆盖面积的时空变化特征,并探讨白令海峡入流水对海冰面积变化的作用机制。楚科奇海海冰覆盖面积月距平以0.7%×a~(–1)的速度减小,从2002年开始维持负距平特征。白令海峡入流水的热通量及其在楚科奇海的环流路径显著影响楚科奇海海冰的时空变化。海冰面积变化与入流水热通量具有高相关性(R=–0.86),夏季(5—8月)两者的相关性更加显著,热通量增加对海冰面积显著减小起关键作用。楚科奇海海冰分布减小的区域与白令海峡入流水环流特征和分布关系密切, 5—7月海冰分布在入流水三条主要流动路径上(海渃德海谷、中央通道、巴罗海谷)的季节特征和年际变化最为显著。海冰面积及分布对入流水的响应均有1—2月的滞后。     

南极海冰的时空变化特征

依据Hadley中心提供的全球海冰密集度格点资料 ,利用诊断分析方法 ,对近 35年来南极海冰的时空变化特征进行了研究。研究表明 ,在南极地区 ,海冰平均北界和海冰总面积的变化基本一致 ,可以用海冰北界来研究南极海冰的时空变化特征。南极海冰最多和最少期分别出现在 9月和 2月 ;威德尔海和罗斯海地区海冰最多、变化最大 ,南极半岛地区海冰最少 ,变化也小 ;近 35年来环南极地区的海冰有明显的减少趋势。南极海冰变化的时空多样性十分明显 ,存在着 5个变化不同的区域 ,其中有两个区域近 35年来海冰范围扩大 ,面积增加 ,而另三个区域则海冰范围缩小 ,面积减少。不同区域的海冰都存在着较明显的 2- 3年和 5- 7年主振荡周期。南极海冰时空变化特征的研究对进一步认识南极地区海 冰 气相互作用的物理过程 ,讨论南极海冰变异与大气环流和天气气候的关系有重要意义     

中国西北地区东部夏季不同等级降水时间演变特征

根据中国西北地区东部59个气象台站1965-2014年的逐日降水资料,将降水划分为小雨、中雨和大雨3个等级,分析和比较了该地区夏季不同等级降水降水量、降水日数和降水强度的时间演变特征,并对各等级降水对总降水贡献的时间变化进行了讨论。结果表明：（1）西北地区东部降水量和降水日集中在夏季。降水等级越高,降水量和降水日的集中程度越高,夏季大雨量（日）达到了全年大雨量（日）的72.15%（69.19%）;（2）西北地区东部各等级降水量、降水日主要在1996年存在一个由多转少的突变,均存在较明显的2~3 a的短周期;（3）西北地区东部夏季降水总量与中雨等级以上降水量具有相似的年际和年代际变化,相关系数高达0.8,主要受中雨和大雨量的影响,仅在东南部和甘肃中部趋于增加,在甘肃南部和内蒙古中部趋于减少。总降水日则与小雨日变化一致,主要呈减少趋势,总降水强度的增强则主要源自大雨强度的增大。     

基于遥感数据的北极西北航道海冰变化以及通航情况研究

使用不莱梅大学AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS)和AMSR2(Advanced Microwave Scanning Radiometer 2)日尺度海冰密集度数据,计算了2002—2018年加拿大北极群岛7—9月的平均海冰面积,研究了9月份平均海冰密集度变化特征;结合商船破冰能力确定海冰密集度阈值,选取西北航道关键区域,统计了西北航道的通航窗口,探讨了西北航道在实际商业通航方面的可能性。研究发现,在过去17年加拿大北极群岛的7—9月海冰面积整体呈下降趋势但有明显波动性, 9月份的海冰分布年际变化复杂,差异较大;在西北航道可通航的年份中,可通航的开始日期一般在8月份,结束日期在9月底至10月初,南路可通航时间最短14天,最长达到80天。总的来说,西北航道可通航年份和时间缺乏规律性。     

南极海冰与我国夏季天气的关系

南极各区海冰变化不同,这种不同的变化必然对各区局地大气环流产生不同的影响,进而可能对全球气候系统产生不同的作用。本文利用Hadley中心提供的1968年1月-2002年12月全球海冰密集度格点资料,结合中央气象台的北半球500hPa、100hPa高度场资料以及中国160站降水、温度资料,利用诊断分析方法,分别对南极Ross海区和Weddell海区海冰与我国夏季天气的关系进行了研究。研究表明,南极Ross海区和Weddell海区海冰对我国夏季天气均具有指示意义。Ross海区是影响我国夏季东北地区降水的海冰关键区,若该区上一年9月海冰偏多,则来年6月我国东北降水偏少;Weddell海区是影响我国夏季东北温度的海冰关键区,若该区上一年9月海冰偏多,则来年6月我国东北温度偏低。     

1957—2011年中国中部不同气候带气候变化及其与ENSO的关系

依据湖北、河南与山西三省的气象资料,以湖北中部、河南中部、晋东南豫北和晋西北作为典型区域,研究1957—2011年中国中部亚热带湿润、温带半湿润、温带半干旱3个气候带气候变化特征及其与ENSO事件的关系。研究结果显示:研究区气候差异显著,自南向北降水集中程度增强、集中期明显缩短。湖北中部、河南中部降水年际波动大且无明显变化趋势,晋东南豫北地区、晋西北降水呈波动减少趋势。自20世纪80年代以来升温趋势显著,在90年代出现升温突变并呈持续上升趋势,且南北增温快,河南中部增温慢。暖事件(El Nio)具有使中部地区各气候带不同程度的降水减少和气温升高作用,冷事件(La Nia)则相反。暖事件使半干旱区和湿润区降水减少较多,使半湿润区减少幅度较小;冷事件使半湿润区的河南中部降水增加较多,使湿润区和半干旱区增幅较小。暖事件使半干旱区升温幅度最大,半湿润区的河南中部升温幅度最小;冷事件使气温下降幅度均较小,且不存在明显区域差异。     

中国西北地区降水异常的气候分析

利用中国西北地区128个气象站1971—2009年逐月的降水资料,用经验正交函数（EOF）、旋转经验正交函数（REOF）、小波分析以及突变分析等方法对西北地区降水的空间异常特征和时间变化规律进行了诊断分析。结果表明:西北地区降水类型可分为降水一致型、东-西型、以及南-北型,并且重要程度依次递减;整个西北地区可以分为6个降水区域,分别为高原东北侧区、北疆区、渭河流域区、高原区、河西走廊区、南疆区;尽管在1971—1909年近40年中西北地区整体呈现出少雨、多雨交替的波动变化特征,却未有明显的变干或变湿的倾向,但是各个异常区的气候变化呈现出了不同的趋势倾向;每个降水异常区域都有明显的周期性和年际、年代际变化特征,普遍存在3~5年左右的短周期和10年、20年左右的长周期,各个异常区所盛行的主要周期以及同一异常区在不同年代所盛行的主要周期均有所差异。     

北极海冰与大气环流耦合主模态的时空特征分析

对1979—2009年月平均的CFSR（The Climate Forecast System Reanalysis）海冰密集度（SIC）和海平面气压（SLP）资料进行多变量经验正交函数分解（MV—EOF）,得出耦合主模态,并通过对温度、位势高度和风场的回归分析,进一步探寻海冰与大气环流的关系,第一模态SLP的特征为北极涛动（AO）,SIC呈离散的正负中心分布但大体为东西反位相,AO正位相时,喀拉海、拉普捷夫海、东西伯利亚海和鄂霍次克海海冰减少,巴芬湾、波弗特海、楚科奇海和白令海海冰增加。耦合第二模态的SLP呈偶极子分布,负、正异常中心在巴伦支海和波弗特海,SIC在巴伦支海,弗拉姆海峡,格陵兰海,拉布拉多海和白令海,鄂霍次克海地区有正异常,在喀拉海、拉普捷夫海、东西伯利亚海、楚科齐海和波弗特海为负异常。耦合第三模态SLP在冰岛地区存在负异常中心,在拉普捷夫海地区有正异常中心,SIC在巴伦支海北部、弗拉姆海峡、格陵兰海为负异常,其余地区全为正异常。 对SLP和SIC分别进行EOF分解,并与耦合模态进行比较,SLP的EOF主模态的时空分布与耦合模态中SLP的时空分布十分相似,SIC的EOF模态的时空分布则与耦合模态中SIC的时空分布有较大差别,说明耦合模态对SIC的分布影响较大,即大气环流对海冰分布的影响为主要的过程,海冰对大尺度的大气环流的模态的影响不明显。     

2003年与1999年楚科奇海海冰的差异及其发生原因

我国在1999年和2003年进行了两次北极考察,这两年海冰的冰情差别很大,分别对应冰情较重和较轻的年份。本文利用卫星遥感资料对1999年和2003年的海冰分布状况及其差异进行了全面的分析,并利用气温和风场资料深入研究形成这种差异的动力学原因。结果表明, 2003年的海冰冰情与1999年相比要轻很多,海冰面积在春季融冰季节和秋季冻结季节显著减小。2003年春季,来自白令海的海水提早半个月进入楚科奇海,导致海冰大范围融化。但是,到了夏季,海冰的面积减少过程停滞下来。而秋季楚科奇海封冻过程比1999年晚半个月。以上这些特征形成了2003年与1999年海冰的显著差异。研究结果表明, 2003年春季和秋季的气温比1999年要明显增高,最大月平均温差接近18°C,显著的高温为海冰融化的加剧和冻结的推迟提供了热量。直接影响海冰分布的是海面风场,两年风场的差异产生了来自白令海的太平洋入流的差异,对春季海冰融化的提前、夏季入流的减弱和秋季冻结过程的推迟起到关键的作用。季节性气象要素的年际差异可以归因于整个北极的AO系统变化, 2003年AO指数是正值, 1999年为负值,成为楚科奇海局地海冰变化的气候背景。     

2005年北极冰川首期GPS监测

2005年7月至8月,中国北极黄河站第二次科学考察期间,科考队员针对黄河站附近首次队踏勘选定的两条典型冰川(AustreLov啨nbreen和Pedersenbreen),开展了以监测冰川物质平衡和冰川运动为主要内容的研究课题。本文分析了利用差分GPS进行北极冰川运动监测的可行性和优越性;初步处理了首期GPS监测的数据,并进行了精度分析,得出了较为满意的结果;针对北极冰川特殊的地理环境,探讨了在北极冰川上进行GPS测量应该注意的问题。     

渤海与环渤海地区年降水量的统计分析

本文以渤海海域及环渤海地区分水岭内为研究区域,利用环渤海地区分水岭内92个气象站点自1971年至2000年30年的降水量资料,基于ARC/INFO地理信息系统支持下的泰森多边形法,对研究区域内的平均年降水量进行了统计分析。结论如下:环渤海地区分水岭以内区域的平均年降水量占整个环渤海地区2000年降水量的63.88%;渤海海域海水直接利用量占该海域平均年降水量的8.82%,其中辽东湾的海水利用量占该湾平均年降水量的3.09%,渤海湾为15.86%,莱州湾为17.38%;辽东湾2002年的海冰资源量占该湾平均年降水量的6.08%。在渤海海域水量平衡的关系研究中,本研究是初步的,基础的。划出分水岭内的研究区域进行平均年降水量的统计较对整个环渤海地区进行统计更具精确性。     

楚科奇海阿拉斯加沿岸冰间湖的变化及其影响因素分析

利用2003—2011年AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System)日平均海冰密集度数据,对楚科奇海阿拉斯加沿岸冰间湖进行了分析。针对冰间湖的特点,在阈值法的基础上,通过统计冰间湖出现的频率,限定冰间湖的最大范围,区分各个冰间湖。通过计算阿拉斯加沿岸冰间湖的面积,结合NCEP-DOE(National Centers for Environmental Prediction-Department of Energy)再分析风场数据和白令海峡潜标观测的温盐和海流数据,初步探讨冰间湖发生和发展的规律。为了排除海冰外缘区对判断冰间湖的影响,研究仅限于白令海峡完全冰封的1—4月,可得到以下结论:阿拉斯加西北沿岸海域每年冬季都会出现5个冰间湖,多数时间为紧靠大陆边缘的沿岸冰间湖,巴罗角附近海岸在3月和4月会出现位于沿岸固定冰之外的裂缝冰间湖。冰间湖面积每天都发生变化,表现出天气尺度的变化特征,经历长达数日的发展和消失的过程,与风场的转换有密切关系。离岸风有利于沿岸冰间湖的扩展,但是该海域1—4月的盛行风为东北风和北风,对于多数冰间湖而言为沿岸风,不利于冰间湖的形成,因而冰间湖有时消失长达数十日。在偏北风的影响下,太平洋入流对北部冰间湖几无作用,而对南部冰间湖的空间分布有着重要影响。     

Climatic and atmospheric teleconnection indices and western Arctic sea ice variability

This study examines the sea ice cover minima in the western Arctic in the context of several climatic mechanisms known to impact its variability. The September latitude of western Arctic sea ice is measured along 11 equally-spaced longitudes extending from 176º?W to 126º?W in the Chukchi and Beaufort Seas, 1953–2010. Indices of seasonal atmospheric and oceanic teleconnections and annual mean Northern Hemisphere temperatures (NHT) and CO₂ concentration are orthogonalized using rotated principal component analysis, forming predictors regressed onto the sea ice latitude data at each longitude using stepwise multiple linear regression. Prior to 1998, small amounts of September ice edge variance are explained by teleconnections such as the Arctic Dipole, Arctic Oscillation, and Pacific-North American Pattern. NHTs begin explaining large amounts of ice edge variance starting in 1998. For the 1953–2010 period, up to 68% of the ice edge variance is explained at 161°?W in the Chukchi Sea, mostly by NHTs. With the exception of the three easternmost longitudes (136–126°?W), the teleconnections and NHTs explain over 50% of the regional ice edge variance. Increases in both NHTs and ice retreat since the mid-1990s account for the large explained variances observed in regression analyses extending into recent years.     

1999年夏季中国首次北极考察区水团特征

依据 1 999年 7月至 9月中国首次北极考察队在白令海、楚科奇海和南加拿大海盆的现场调查资料 ,本文分析了三个海区的水团特征 :( 1 )白令海水团主要由季节变化显著的白令海上层水团和中层水团以及深层水团组成 ;( 2 )楚科奇海水文特征受融结冰过程影响较大 ,1 999年7月和 8月差异较大 ,其水团主要为浅海变性水团 ,包括两个次级水团 ,楚科奇海夏季水和来自北太平洋以及北冰洋变性的外海入侵水 ;( 3)南加拿大海盆的水团主要由受融结冰过程影响的表层水团、源于太平洋水的次表层水、源自北大西洋的中层水团和深层水团组成     

白令海和楚科奇海表层沉积硅藻分布特征

对我国第二次和第三次北极科学考察在白令海和楚科奇海获取的部分表层沉积物样品进行了详细的硅藻分析,旨在了解白令海和楚科奇海表层沉积硅藻的主要分布情况。研究发现海冰对北极硅藻有着显著的影响,在最小冰边缘线以北海域,由于常年被海冰覆盖,表层沉积物中的硅藻数量极少甚至缺失,而在此范围以南海域,硅藻含量则甚为丰富。白令海和楚科奇海表层沉积物中最主要的硅藻种类及组合有：角毛藻休眠孢子(Chaetoceros resting spores),海冰硅藻组合(以Fragilariopsis oceanica和Fragilariopsis cylindrus为代表),极地硅藻组合(优势种有Bacterosira bathyomphla,Thalassiosira antarctic v. borealis及其休眠孢子),沿岸底栖硅藻组合(主要有Paralia sulcata和Delpheneis surirella),诺氏海链藻(Thalassiosira nordenskioeldii)和塞米新细齿藻(Neodenticula seminae)等。上述硅藻种类及组合具有显著的空间分布差异性,并与现代海洋环境因素密切相关,因此对于白令海和楚科奇海古海洋环境研究具有重要意义。     

1979—2015 年罗斯海海冰运动速度变化

基于美国冰雪数据中心的月平均海冰运动和海冰密集度数据, 建立了1979—2015 年罗斯海海冰运动 速度时间变化序列, 揭示了海冰运动速度的年际和季节变化特征, 探讨了海冰运动速度和海冰范围之间可 能存在的联系, 最后对影响海冰运动速度变化的因素进行了分析。结果表明, 1979—2015 年罗斯海海冰运动 速度总体呈现加快趋势, 海冰运动速度增加趋势最快的季节为秋季, 其次是冬季、春季和夏季。冬季海冰平 均运动速度最大, 依次是秋季、春季和夏季。海冰运动速度与海冰范围在37 年间均呈现上升趋势, 海冰范 围变化滞后海冰运动速度1—2 个月, 两者呈显著正相关关系, 海冰运动速度的增加导致罗斯海海冰范围不 断扩张, 进而影响南极整体海冰分布。罗斯海海冰运动速度与风速之间存在显著正相关关系, 风场是影响海 冰运动速度的一个直接因素。除此之外, 海冰运动还受到包括气压场、洋流场以及海洋阻力系数等的影响。