利用GRACE监测中国区域干旱及其影响因素分析

利用2003-01~2012-12的GRACE时变地球重力场模型计算我国长江中下游平原、西南地区和华北平原陆地水储量变化的时间序列。结果表明，长江中下游平原和华北平原的陆地水储量变化量最低值在2011-05，西南地区最低值在2010-03。根据陆地水储量变化的水平衡原理计算3个区域地下水储量变化情况。结果表明，长江中下游平原和西南地区地下水储量呈缓慢增长的趋势，增长速率分别为0.54 mm/月和0.34 mm/月；华北地区呈缓慢减小的趋势，减小速率为0.33 mm/月。3个区域干旱时期地下水储量的亏损情况分别为：长江中下游平原-21.31 mm/月，华北平原-19.88 mm/月，西南地区-15.72 mm/月。最后，用NOAA发布的月降雨和气温数据对3个区域干旱期间的降雨量和蒸发量进行量化，分析3次干旱产生的原因。结果表明，西南地区2010年春季干旱的主要原因是气温异常，长江中下游平原和华北平原2011年干旱的主要原因是降雨量偏少。     

气候变化和人类活动对长江流域水储量变化的影响研究

利用2002-08～2016-12 GRACE数据扣除泄漏影响得到的长江流域陆地水储量（TWS）变化，分析其时空变化特征和趋势。结果表明，在此期间长江流域TWS增速为0.13±0.12 cm/a；TWS变化大的区域，如泄漏改正后三峡库区TWS变化由约10 mm/a变为15~20 mm/a，并呈现更大的空间异质性。利用多种气象数据，从气候变化和人类活动角度深入研究长江流域水循环变化。结果表明，降水量与TWS变化在时间和空间上都具有较高的相关性，TWS变化延迟1~2个月；上游源头处温度是影响TWS变化的主导因素，温度升高加速了上游高山冰川融化，使TWS具有增长趋势；三峡工程的蓄水也导致TWS变化；ENSO是长江流域TWS变化的主要影响因素。     

利用正向建模方法反演三峡库区水储量变化

针对GRACE数据后处理过程中滤波导致的信号衰减和泄漏，利用模拟数据研究正向建模改正，改正的量级约为1 cm，在利用GRACE反演陆地水储量变化时这一影响因素不可忽略。基于2002-07~2014-12的GRACE Level-2数据反演三峡库区的水储量变化，结果表明，正向建模改正前后GRACE年周期项振幅分别为7.0±2.4 cm和7.2±2.7 cm，改正后信号泄漏有所减小；GRACE和水文模式数据均表现出明显的季节性特征，但GRACE受多种因素的综合影响，其周年项振幅略大于水文模式；水库3次蓄水引起的等效水高变化分别为60.2 mm、28.3 mm、20.5 mm，与利用水位观测估计得到的库区容量变化具有较好的一致性；分析2003~2009年正向建模改正前后GRACE反演得到的三峡地区等效水高变化速度的空间分布发现，改正后库区蓄水信号明显收敛。     

高亚洲及其邻区2003~2017年质量平衡的气候影响分析

利用重力恢复和气候实验(GRACE)数据获得高亚洲及其邻近地区的质量变化,可分析区域气候因素如印度季风、西风带和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)对结果的影响。然而,最近的研究发现,西风带的贡献小于厄尔尼诺,与传统研究结论不同。因此,利用2003-01~2017-06期间GRACE RL06的Mascon数据进行复经验正交函数（CEOF）分析。研究发现,前3个主要成分对研究区质量变化的贡献率分别为53%、27%和6%,与印度季风、西风带和ENSO指数的相关系数分别是0.92±0.16、0.70±0.15和0.42±0.15,说明在长达14 a的观测时间跨度内,印度季风、西风带和ENSO对研究区质量变化的贡献分别为53%、27%和6%,西风带是研究区质量变化的第2个影响因素,这支持了传统的研究结论;ENSO通过印度季风对某些区域（如帕米尔高原、喜马拉雅山脉和印度西北部）的质量变化产生影响;在印度西北部、喜马拉雅山脉和藏东南地区,由于印度季风的减弱及其相关的ENSO作用和西风带的加强,质量变化呈现下降趋势;在兴都库什、西昆仑和东昆仑地区,由于西风带的增强,质量变化呈上升的趋势;在帕米尔和天山地区,虽然受到较强西风带的影响,但由于同时受到印度季风和ENSO减弱以及气温上升趋势的影响,质量变化呈下降的趋势。     

利用GRACE研究我国四大流域陆地水储量循环周期

利用改进的EEMD方法对我国四大流域GRACE水储量时序进行分解，得到不同频率的信号分量。结果表明，流域水储量变化信号具有多种周期特性，长江、黄河、淮河和珠江流域的水储量变化序列中分别存在3.05 a、2.37 a、2.37 a和2.13 a的水循环周期。     

2002～2018年中国七大流域水储量变化及时空分布特征

基于 GRACE 重力卫星反演2002～2018年中国七大流域的水储量变化。研究表明,中国陆地水储量变化存在明显的地域分布特征,辽河、海河、黄河和淮河流域水储量总体上呈递减趋势,年均减少速率分别为-0.54±0.9 mm/a、-5.96±0.6 mm/a、-2.65±0.8 mm/a 和-1.94±1.2 mm/a。在海河流域,地下水严重超采导致水储量明显减少;松花江、长江、珠江流域水储量呈显著增加趋势,年均增长速率分别为4.52±1.1 mm/a、3.84±0.7 mm/a、4.87±1.1 mm/a。流域水储量峰值一般晚于最大降雨量月份,这是因为降雨转换为陆地水储量需要一定时间。     

利用GRACE时变重力场数据监测长江流域干旱

利用2003-01~2014-12 CSR和JPL的RL06 Mascon解、RL06球谐系数（SH）解及level-3等6种GRACE时变重力场模型数据和GPM数据产品,分别计算长江流域的水储量和降雨变化,并利用广义三角帽方法分析GRACE数据的不确定性,同时计算水储量亏损指数（WSDI）,以监测和分析长江流域干旱的时空特征,并与改进的帕默尔指数（scPDSI）进行对比。结果表明：目前在反演水储量变化方面,Mascon方法的不确定性小于球谐系数法,JPL_M、CSR_M、CSR_L3、JPL_L3、CSR_SH和JPL_SH的具体不确定性分别为3.51 mm、3.78 mm、5.45 mm、9.87 mm、9.12 mm及10.71 mm;降雨是影响长江流域水储量变化的重要因素,两者的相关系数达0.67,同时两者都具有明显的季节性变化;水储量亏损指数探测到2003-01~2014-12长江流域共历经6次干旱事件,最长时间的干旱始于2003-02,持续24个月;最严重的干旱发生于2006年春季和2011年夏季,强度分别为2.15和1.97;平均水储量亏损指数的空间分布表明,2006-07~2007-06几乎整个长江流域都处于干旱状态,而2011-03~11干旱主要集中于长江流域下游、中游和上游东南地区。     

2002~2020年刚果河流域陆地水储量变化分析

利用德克萨斯大学空间研究中心（CSR）发布的GRACE时变重力场模型,基于最大信噪比准则确定RL06球谐系数模型（spherical harmonics,SH）的最优高斯滤波半径,在此基础上反演2002-04~2020-05刚果河流域陆地水储量变化,结合水文与降雨、蒸散资料分析其驱动因素。研究结果表明,GRACE模型估计的刚果河流域水储量变化和水文模型估计的地表水储量变化的周年振幅一致,表明刚果河流域的陆地水储量周年变化驱动因素为地表水。对于年际变化,2002-04~2020-05陆地水储量变化呈轻微增加趋势,2002-04~2006-12明显减少,RL06 SH模型估计结果为-2.30±0.24 cm/a;2007-01~2010-12呈现增加趋势,为0.38±0.24 cm/a;2011-01~2020-05水储量增速变大,为0.92±0.12 cm/a,该结果与CSR Mascon估计结果一致。     

基于GRACE重力卫星数据监测分析贵州干旱特征

基于GRACE重力卫星数据,采用改进的组合高斯滤波法和尺度因子法提高数据精度,利用陆地水储量变化原理反演贵州2003-08~2013-07的水储量变化量,并将计算的相对水储量指数作为干旱指标,提出运用游程理论基于相对水储量指数识别干旱历时和干旱烈度,监测分析贵州干旱特征。结果表明,基于GRACE卫星数据获得的相对水储量指数与SPI3变化趋势基本一致;GRACE卫星监测到2003-08~2013-07贵州每年都有干旱事件发生,历时最短为1个月,其中历时≥3个月的干旱事件共9次;干旱强度较大的事件发生在2003~2006年和2009~2011年,其中2006年和2011年水储量亏损较严重,与贵州实际的干旱情况相吻合。     

近50 a ENSO时频特征及其与南海台风的相关性

【目的】分析表征ENSO事件的特征值和南海台风活动的多时间尺度结构特征及其相关关系。【方法】采用日本气象厅东京台风中心(JMA)1967-2016年西北太平洋TC最佳路径数据集,统计分析了近50 a来南海台风活动月频数。同时又采用Morlet小波变换、交叉小波变换、小波相干等方法,分析了近50 a来ENSO事件时频变化特征及其与南海台风相关性。【结果与结论】ENSO循环具有2-6 a的主周期;7-10月南海台风活动最为频繁,其频数时间序列存在准2 a尺度周期;ENSO指数与南海台风活动频数的相关表现在多个时间尺度上。1970-1978年、1995-2000年,ONI指数和南海台风活动频数在2-6 a周期尺度上具有较好的相关关系,并且南海台风活动频数变化先于ONI指数半个周期。1980-1985年间,在1.5-3 a的周期尺度上SOI指数和南海台风活动频数具有较好的相关关系,且两序列同步变化。     

Spatial-temporal variations of dominant drought/flood modes and the associated atmospheric circulation and ocean events in rainy season over the east of China

By using Season-reliant Empirical Orthogonal Function (S-EOF) analysis, three dominant modes of the spatial-temporal evolution of the drought/flood patterns in the rainy season over the east of China are revealed for the period of 1960-2004. The first two leading modes occur during the turnabout phase of El Nino-Southern Oscillation (ENSO) decaying year, but the drought/flood patterns in the rainy season over the east of China are different due to the role of the Indian Ocean (IO). The first leading mode appears closely correlated with the ENSO events. In the decaying year of El Nino, the associated western North Pacific (WNP) anticyclone located over the Philippine Sea persists from the previous winter to the next early summer, transports warm and moist air toward the southern Yangtze River in China, and leads to wet conditions over this entire region. Therefore, the precipitation anomaly in summer exhibits a ’Southern Flood and Northern Drought’ pattern over East China. On the other hand, the basin-wide Indian Ocean sea surface temperature anomaly (SSTA) plays a crucial role in prolonging the impact of ENSO on the second mode during the ENSO decaying summer. The Indian Ocean basin mode (IOBM) warming persists through summer and unleashes its influence, which forces a Matsuno-Gill pattern in the upper troposphere. Over the subtropical western North Pacific, an anomalous anticyclone forms in the lower troposphere. The southerlies on the northwest flank of this anticyclone increase the moisture transport onto central China, leading to abundant rainfall over the middle and lower reaches of the Yangtze River and Huaihe River valleys. The anomalous anticyclone causes dry conditions over South China and the South China Sea (SCS). The precipitation anomaly in summer exhibits a ’Northern Flood and Southern Drought’ pattern over East China. Therefore, besides the ENSO event the IOBM is an important factor to influence the drought/flood patterns in the rainy season over the east of China. The third mode is positively correlated with the tropical SSTA in the Indian Ocean from the spring of preceding year(-1) to the winter of following year(+1), but not related to the ENSO events. The positive SSTA in the South China Sea and the Philippine Sea persists from spring to autumn, leading to weak north-south and land-sea thermal contrasts, which may weaken the intensity of the East Asia summer monsoon. The weakened rainfall over the northern Indian monsoon region may link to the third spatial mode through the ’Silk Road’ teleconnection or a part of circumglobal teleconnection (CGT). The physical mechanisms that reveal these linkages remain elusive and invite further investigation.     

降雨变化对云县台垂直摆倾斜仪的影响分析

通过分析云县台2013～2016年降雨对垂直摆倾斜仪观测数据的影响发现，在春冬两季，主要受孤立的强降雨影响，当日降雨量达到15 mm以上时，便对倾斜量产生影响；在降雨较集中的夏秋季节，受连续降雨的影响，当日降雨量达到驱动降雨量后，降雨与倾斜量有很好的相关性，而雨季中期关系不明显。由于垂直摆倾斜仪观测值曲线与降雨累积值曲线存在很强的相关性，利用一元线性回归方法对降雨干扰进行剔除，有利于准确提取和识别前兆异常。     

Precipitation patterns in flood season over China associated with the El Niño/Southern Osciliation

The precipitation patterns in flood season over China associated with the El Niño/Southern Oscillation (ENSO) are investigated, especially in the eastern China, using the rather long period rainfall data in this century. The results show that there were remarkable differences between the precipitation patterns in flood seasons of ENSO warm phase (El Niño year) and cold phase (La Niña year), as well as between the patterns in El Niño years and their following years. The most parts of China received below normal rainfall in flood season of the onset years of El Niño events, but the coastal area of Southeast China received above normal amounts. Comparatively, the most parts of China received above normal rainfall in flood season of the following years of El Niño events, but the eastern part of the reaches among the Huanghe (Yellow) River, the Huaihe River and the Haihe River, and the Northeast China received less. During ENSO cold phase, the reaches of the Changjiang (Yangtze) River and the North China received more amounts than normal rainfall in flood season of the onset years of La Niña events, and the other regions of China received less. In the following years of La Niña events, the coastal area of the Southeast China, the most part of the Northeast China and the regions between the Huanghe River and the Huaihe River received more precipitation during flood seasons, but the other parts received below normal precipitation.     

PRECIPITATION PATTERNS IN FLOOD SEASON OVER CHINA ASSOCIATED WITH THE EL NI■O/SOUTHERN OSCILIATION

I.I~IOXENds(EINabs/SouthernOscillation)eventsaretheintensivesignalsofair-seainteractionintropicalarea.PlentyOfresultsfromdifferentresearchersshoWthattheENdssignalcanbedetectedoninterannualvallationsoflargescaleatmOSPhericcirculationandclimateregimeSovermostpartsoftheworld.SeveralkindsofrelationShipbetweenENdsandprecipitationoverChinahavebeenrevealedbydifferentreSearcherS,buttherearemanydifferencesamongthepublishedreSults.Itmayberesulted*fromthatdifferentreSearchersuseddifferentindic…     

Rainfall occurrence and its relation to flood damage in China from 2000 to 2015

China is highly susceptible to flood disasters and subjected to great damage every year. Furthermore, the flood frequency has exhibited an increasing trend in recent years. Most flood events, including flash floods and river flood, are induced by rainfall. This study investigates annual variations of rainfall occurrence over China during the period from 2000 to 2015 at the national and regional scale using daily rainfall data from the Tropical Rainfall Measuring Mission. The Mann-Kendall test is performed for trend detection, and statistical data of flood damage published by China’s government, including destroyed crop area, damaged buildings, direct economic loss, percentage of GDP (gross domestic product), and death toll are correlatively analysed with rainfall occurrences. The results show that storm rain events show the greatest variation among three rainfall types (moderate rain, heavy rain and storm rain). The variation coefficients of rainfall over Northeast China, North China, and Northwest China are the highest, whereas that for Southwest China is the smallest. Moderate rain, heavy rain over Central China, and moderate rain over Southwest China exhibits decreasing trends, whereas the remaining exhibit increasing trends. The correlation between the rainfall occurrences and these flood damage indices at the national scale shows that only direct economic loss has a strong positive correlation with rainfall occurrences, and the other indices have weaker correlations. The correlation is strong in three north regions, except for death toll in Northwest China. In contrast, the correlation between flood damage and rainfall is weak in East China, Central China, Southwest China, and South China. Overall, death toll is strongly correlated with the number of damaged buildings, implying that flood fatalities in China are likely associated with building collapse, and are dominated by specific extreme events. This study can provide a scientific reference for flood management in China.     

基于FFT与小波变换的SOI与GNSS ZTD的周期变化影响研究

为探究ENSO事件对GNSS ZTD(水汽)周期变化的影响及其相互关系,以河北省为例开展ENSO事件对GNSS ZTD及其周期变化的影响研究。首先利用快速傅里叶变换方法筛选出南方涛动指数（SOI）与GNSS水汽的共同周期,再利用小波变换提取GNSS水汽与SOI共同周期所在的高频项,并将重构的高频项与SOI进行相关性分析。结果表明,SOI与GNSS ZTD存在负相关性,由此推断ENSO事件与GNSS ZTD的周期变化存在一定关联。利用快速傅里叶变换方法分别提取ENSO事件和正常气候下GNSS ZTD的变化周期,分析ENSO事件对GNSS ZTD周期变化的影响,结果表明,ENSO暖事件（厄尔尼诺事件）对GNSS ZTD的最长显著周期存在显著影响;ENSO冷事件（拉尼娜事件）对GNSS ZTD的最长显著周期影响较弱。     

Extreme Rainfall Events and Associated Natural Hazards in Alaknanda Valley, Indian Himalayan Region

Introduction The Himalaya is considered to be the youngest mountains on the earth, and is tectonically very active, and hence inherently (geologically) vulnerable to hazards. Extreme rainfall events, landslides, debris flows, torrents and flash floods due…     

全球海洋初级生产力时空异常变化对ENSO事件的响应

海洋初级生产力在海洋环境要素的驱动下,在不同海域呈现出不同的时空变化特征,这种时空演变特征在不同的ENSO事件类型下差异更为显著。本文基于1998年1月至2017年12月全球海洋初级生产力的卫星遥感数据集,通过改进海洋时空双约束聚类挖掘方法,挖掘了近20年海洋初级生产力的时空聚簇模式,并从时空分布和空间移动2个方面对比分析了海洋初级生产力时空演变簇与ENSO（El Niño-Southern Oscillation）事件之间的关系。结果表明：① 在EP（Eastern-Pacific）型El Niño事件期间,海洋初级生产力异常低值时空簇主要分布在赤道太平洋东部或中东部海域,异常高值时空簇主要分布在西太平洋和南太平洋中部海域;在CP（Central-Pacific）型El Niño事件期间,异常低值时空簇分布在太平洋中部,而异常高值时空簇分布在南太平洋与西太平洋海域;② 在EP型La Niña事件期间,赤道太平洋中部及东部、赤道大西洋与印度洋海域出现异常高值时空簇,南太平洋中东部海域出现异常低值时空簇;在CP型La Niña事件期间,赤道太平洋中部出现异常高值时空簇;南太平洋中西部海域出现异常低值时空簇;③ 发生在赤道太平洋的海洋初级生产力时空演变簇,在EP型ENSO事件期间具有东移特征,而在CP型ENSO事件期间,时空演变簇在赤道太平洋中部海域产生并消亡;④ ENSO事件中海洋初级生产力时空演变簇面积与MEI具有较强相关性。     

西南地区夏季旱涝与厄尔尼诺(拉尼娜)的关系分析

利用中国西南地区多个站点1951~2008年夏季逐月降水资料,1951~2008年的厄尔尼诺(拉尼娜)指数(Nino3.4),对西南地区夏季旱涝与厄尔尼诺(拉尼娜)的相关联系进行了分析,得出以下结论:前期厄尔尼诺(拉尼娜)指数与中国西南地区的夏季降水存在一定的相关关系,如云南的中部,西部和南部,广西的西北部和贵州中部,东南部呈弱的负相关,除这几个地区都是呈现正相关。整个西南地区的相关系数,南部呈负正负,北部呈正的强弱强分布。合成分析表明:厄尔尼诺或拉尼娜事件发生后的夏季,西南地区降水距平基本呈现相反的分布特征。厄尔尼诺事件发生后,西南地区夏季降水较多,易造成涝灾;拉尼娜事件后,西南地区夏季降水较少,易造成旱灾。     

广东汛期蒸发皿蒸发量变化趋势及气象影响因子的通径分析

选取广东省86个气象观测站的观测资料,采用气候趋势分析和通径分析方法,对广东省1961～2003年小型蒸发皿蒸发量及其相关气象影响因子进行了分析。结果表明:虽然汛期广东省整体平均蒸发量呈下降趋势,前汛期、后汛期线性倾向率分别为-15.86 mm/10a和-13.79 mm/10a;但变化趋势在广东省内空间分布并不均匀,前汛期、后汛期粤东、中部部分地区分别有16、12个站呈上升趋势;前汛期6种气象因子单独对蒸发的决定程度按大小依次为:日照时数>气温>风速>降水>饱和差>气温日较差,后汛期6种气象因子单独对蒸发的决定程度按大小依次为:日照时数>降水>饱和差>风速>气温>气温日较差,整个汛期日照时数与其它各要素的协同作用对蒸发皿蒸发量的决定作用都很大。日照时数和风速总体上的下降是导致广东省汛期蒸发皿蒸发量逐年减少的重要原因。