基于GLDAS的中国区地表能量平衡数值试验

利用全球陆面数据同化系统(GLDAS)的软件平台—陆面信息系统(LIS)模拟了中国区域2003年能量平衡方程的各个分量,在此基础上进行了残差分析和地表温度的对比验证。残差的分布具有一定的时空分布特征,残差的时间分布特征表明LIS对春秋两季的模拟效果要好于其它季节,残差的空间分布特征表明LIS对纬度较高和海拔较高地区的模拟效果要逊于其他地区。对比了模拟的GLDAS地表温度与MODIS地表温度产品,结果显示两者之间的差值介于-5～5K之间,两者的散点图和标准离差显示模拟的夜间地表温度要比模拟的白天地表温度精确2～3K。     

不同强度热带气旋对中国降水变化的影响

基于1960—2017年2 000多个气象台站逐日降水数据和中国气象局热带气旋(TC)最佳路径资料集,采用客观天气图分析法(OSAT)识别得到TC降水。研究表明,中国TC降水总体呈显著下降趋势,较12年前的研究结果下降趋势变缓;TC盛期(7~9月)降水占到TC总降水的78.5%,TC盛期降水和TC非盛期降水均呈显著下降趋势。TC降水气候趋势在空间分布上以减少为主要特征,并表现出明显的地域差异,自南向北呈"减少—增多—减少"的分布型,减少趋势中心位于广东和海南。按TC影响期最大强度分级(弱TC、中等强度TC和强TC)研究不同强度TC降水的变化,结果显示,强TC降水表现出显著减少趋势,主要决定着TC总降水的影响范围和趋势等主要特征。进一步分析发现,影响TC频数在1960—2017年呈显著减少趋势,并在1995年发生突变;对1995年前后2个时期的对比研究显示,与前一时期(1960—1994年)相比,后一时期(1995—2017年)影响TC活动频次在20°N以南的海域呈现出显著的减少趋势,减少大值中心位于南海北部,而且这一特征也主要由影响TC中的强TC所决定;强TC的这一变化趋势导致了华南地区尤其是广东和海南TC降水日数的减少,进而使得TC降水减少。     

最新GPM遥感数据在淮河和海河流域的误差分析

为了加深对最新GPM卫星降水产品在具体流域的误差特性的了解,利用中国日降水分析产品(CPAP),选取相关系数(CC)、平均误差(ME)、探测率(POD)、错报率(FAR)以及6个极端降雨指标评估2014年4月至2016年3月期间IMERG卫星降水产品和GSMap-Gauge卫星降水产品在淮河、海河流域的误差特性及性能表现。结果表明:(1)两种卫星降水产品的总误差的空间分布完全不同,以高估为主要表现。(2)产品在百分位指标(RR99p及RR95p)和绝对阈值指标(R20及R20TOT)的表现非常好,相关系数超过0.84。对于持续时间指标(CWD及CDD),表现则均不理想,但GSMap-Gauge产品仍优于IMERG产品。(3)不论是日、月尺度下的比较,还是在探测率及错报率上,GSMap-Gauge产品性能表现总是更优。月降雨量估测结果的准确性明显高于日降雨量估测结果。     

1979—2017年雅鲁藏布江流域雪深时空分布特征及其影响因素分析

积雪是水文过程的重要环节,基于1979—2017年中国雪深长时间序列数据集、中国区域地面气象要素数据集提供的降水和气温数据,结合DEM数字高程模型等,运用Mann-Kendall检验法、Sen氏坡度法、Pearson相关分析法,分析了雅鲁藏布江流域雪深时空变化分布特征,并对雪深与气象因子（气温、降水）和地形因子（高程、坡度、坡向）的相关性进行了分析。结果表明：1979—2017年雅江流域多年平均雪深为1.95 cm,且以0.02 cm·a^-1的速率呈现显著减少趋势;雪深空间分布特征差异性明显,呈现“二高二低”相间分布的特征,高值区为流域西部边缘和东部的山地区域,低值区为中游河谷、流域出口低谷区;气象因子对雪深的变化起决定性作用,其中年平均气温与雪深的相关系数数值为-0.63,二者相关性显著;雪深呈现出随着高程的增加而增加的变化趋势,但最大雪深并非出现在最高海拔处;雪深随坡度的变化呈现“减少—增加—减少”三段式分布规律,且东坡和南坡的雪深厚度高于西坡和北坡的雪深厚度。     

基于GRACE 和GLDAS 的塔里木河流域地下水储量演变规律研究

塔里木河流域位于中国西北干旱区,降水稀少,生态脆弱,水资源是维系当地社会经济发展和生态健康的关键因素。文章利用GRACE重力卫星数据和GLDAS全球陆面同化系统数据识别了塔里木河流域2003~2019年地下水储量变化,并分析其时空分布规律。结果显示,2003~2019年间塔里木河流域地下水储量整体呈下降趋势,速率为-2.13 mm/a。在空间分布上,由北向南,地下水储量的下降降幅逐渐减少,天山南坡中段地区地下水亏损最大,而塔里木河下游地下水储量稳步回升,与近十多年的应急生态输水有关。此外,塔里木河流域地下水储量变化与年降水量存在比较一致的年际变化特征。2004、2006~2009年降水量偏少,地下水储量显著减少,降水量多的年份,地下水储量出现回升。基于GRACE和GLDAS的地下水储量分析方法对于对监测缺乏地下水站网的塔里木河流域地下水资源具有较大应用潜力。     

2000-2014年西藏雅鲁藏布江流域积雪时空变化分析及对气候的响应研究

利用2000-2014年MODIS逐日无云积雪产品对雅鲁藏布江流域积雪特征的空间分布及变化、积雪随高程变化的规律进行了分析,并采用被动微波数据SMMR （1979-1987年）和SSM/I （1988-2008年）以及中国地面降水和气温0.5°×0.5°日值格点数据集,研究了雅鲁藏布江流域关键积雪参数对气候要素的响应等。结果表明：流域下游积雪日较大且变化剧烈;流域整体上呈显著减少的趋势;积雪日随高程的上升而增加;流域内降水呈不显著的增加趋势,而气温呈显著的增加趋势,最高气温对积雪变化影响最大;气温对积雪终日的影响明显高于积雪初日;在积雪消融期降水的增多促进了积雪的消融。     

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).     

基于多源数据的长江流域1982—2022年骤旱事件时空演变

骤发性干旱(简称骤旱)是一种突发性高且强度大的极端干旱现象,会对农业生产和生态系统构成严重威胁。近年来,长江流域骤旱频发,然而其骤旱时空演变格局及规律尚不明晰。本研究基于GLEAM、GLDAS和ERA5-Land数据,以标准化蒸发胁迫比及其变化值作为识别指标,开展1982—2022年长江流域骤旱识别,全面分析长江流域骤旱空间分布和时间演变特征;并鉴于2022年旱情的严重性和特殊性,重点分析该年长江流域骤旱事件。研究结果表明：(1)在空间分布上,长江流域上游的金沙江水系和中下游的大型水库湖泊骤旱发生频率最高且强度最大;(2)在时间演变上,骤旱发生频率、平均持续时间和强度均在长江流域整体上呈现出非显著上升趋势,而有显著变化趋势的区域在2001年前后表现出明显的趋势反转现象;(3) 2022年夏季受极端高温热浪影响,长江流域遭遇大规模骤旱事件,具有波及范围广、持续时间长的特点,且骤旱在空间上呈现出从上游向下游传递的态势。     

OIPC和RCWIP降水氢氧稳定同位素数据在新疆天山地区的适用性

降水中氢氧稳定同位素的空间分布是同位素水文学和同位素生态学研究的基础资料, 近年来高空间分辨率的氢氧稳定同位素分布数据产品获得了越来越多的重视。利用新疆天山地区实测降水同位素数据, 评估两套常用的全球降水同位素分布模拟数据（OIPC和RCWIP）的适用性。结果表明： 从时间尺度来看, 两套产品在夏半年（4 - 10月）的模拟效果明显优于冬半年（11月 - 次年3月）; 在各自然区中, 准噶尔盆地荒漠自然区的模拟效果相对较好, 而吐鲁番盆地-哈密（戈壁）荒漠自然区模拟效果相对较差。通过均方根误差、 线性判定系数、 平均偏置误差、 平均绝对误差等指标的比较, 在本研究区内RCWIP数据产品对降水同位素值的模拟效果比OIPC的效果好。结合乌鲁木齐多年降水氢氧稳定同位素数据, 发现降水同位素年际变化差异并未明显影响到代表性, 在缺乏长期监测的情况下这两套数据仍有重要的使用价值。     

基于多源数据融合的海河流域降水资源评价

为更准确地评价海河流域降水资源量及其空间分布,将海河流域划分为山区迎风坡、山区背风坡和平原区3个片区,采用人工神经网络叠加一致性修正分片区进行多源数据融合校正,生成海河流域2001—2019年降水融合数据集,并利用该融合数据集对流域降水资源进行全面评价。结果表明：从降水数量来看,原始卫星产品在海河流域高估降水,融合校正数据集精度较原始卫星降水数据有较大提升,得到海河流域2001—2019年的年均降水量为515.2 mm,合降水资源量1 639.4亿m³;从降水分布来看,融合校正数据集能更好地捕捉降水空间分布,揭示流域东北、东南、西南和中部偏西降水较多,西北部和中部偏东降水较少;从降水规律来看,海河流域平原区降水与空间位置参数存在很明显的联系,流域山区迎风坡和背风坡降水均与高程变化具有明显的关系。     

卫星降雨数据在高山峡谷地区的代表性与可靠性

以长江上游金沙江流域典型高山峡谷地区为研究对象,用该区域地面观测降雨量数据对TRMM PR 3B42 V6产品进行了3 h、日、月3个时间尺度的有效性评估,旨在为开展区域卫星与地面降水数据融合的流域水文模拟及预报奠定数据基础。分别采用了线性回归方法分析降雨量相关性、经验正交函数-奇异值分解方法(EOF-SVD)分析降雨量主要模态空间分布特征、相对偏差B_ias、错报率R_FA和探测率P_D指标对该卫星产品进行了精度评定。研究结果表明:研究区该卫星产品与地面观测数据在3个时间尺度存在显著的线性时间和空间相关性,但相关程度随时间尺度的减小而减弱;二者在空间分布上总体具有一致性特征,但在高海拔、大坡度区域表现出较为显著的差异;相对偏差指标显示2008-2010年降雨量均值相对偏差在±10%的概率密度百分数为36.08%;随高程的增加,卫星数据R_FA呈逐渐增加趋势变化,P_D呈逐渐减小趋势变化;总体上小雨对误差的贡献最大,大雨峰值误差贡献次之,时段降雨量偏差随时间尺度的增加逐渐减小,而随高程的增加卫星数据的探测精度下降。因此,对于类似的高山峡谷流域,要应用该卫星产品进行日、3 h尺度水文模拟及预报,有必要对流域卫星数据和地面观测数据进行融合,充分发挥两种数据的优势。     

西安市潜水埋深与降水量的关系分析

降水入渗是地下水重要的补给来源,研究地下水与降水的关系,可为区域性城市降雨“蓄、渗、用、排”的有机协调提供重要的依据。根据已有的西安市潜水埋深和降水量数据分析了潜水埋深与降水量的关系。从年际间关系来看,1983～2003年洪积平原地区潜水埋深和降水量的相关性最大,相关系数为0．6799,而黄土台塬地区仅为0．228。从潜水变化量与降水变化量间的关系来看,2002～2003年潜水埋深的年变化量与年降水变化量之间的相关性为0．482;对比99组潜水埋深月变化与月降水量变化的数据发现,仅有40组能说明潜水埋深的月变化与降水的月变化有一定的关系。     

1960—2017年中国降水集中程度特征分析

降水集中程度是反映降水结构的重要指标。基于1960—2017年中国773个气象站日降水资料,运用降水集中程度（Q）,研究中国降水集中程度的时空特征,分析其与降水量、海洋状态之间的关系。结果表明:①中国年平均Q值为0.38,南北较低中间较高;冬季和秋季的降水集中程度相对较高,平均Q值分别为0.53和0.51,夏季和春季相对较低,分别为0.39和0.48。②年降水集中程度变化趋势较小,总体上略有上升,东南升高西北降低;在年和季尺度,Q和降水量均表现出较强的负相关性,年尺度相关系数为-0.71,秋季的相关性最强,相关系数为-0.89,春季的相关性最弱,相关系数为-0.70,降水集中程度和降水量共同影响水旱灾害受灾面积。③Q与NINO3.4指数间的相关性随着滞后时间的延长先增大后减小,当滞后时间为2个月时相关系数最大,平均为0.13,由北向南总体呈"-+-"分布;与PDO指数间的相关系数随着滞后时间的延长先减小后增大再减小,当滞后时间为4个月时相关系数最大,平均为0.12,以负相关为主。     

Relation between GRACE-derived surface mass variations and precipitation over Australia

Surface mass changes (SMCs) obtained from time-variable gravity observations of the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) satellite mission and precipitation data from the Australian Bureau of Metrology and the Tropical Rainfall Measurement Mission are analysed over the Australian continent to determine whether there is a statistically significant correlation between them. The multiple linear regression analysis and the principal-component analysis techniques are applied in order to reveal the spatial and temporal variability of each data set separately as well as their mutual relationships. The study provides results and their statistical significance for the whole of Australia including the Murray Darling Basin in the southeast. The results suggest a significant decrease in water storage in the southeast of Australia and a dominant annual cycle over the majority of the continent for the four year period considered (January 2003 to December 2006), both in the surface mass and rainfall time series. The study revealed a direct relation between the data sets over most parts of Australia as confirmed by visual comparison and correlation analysis. When compared with precipitation data GRACE-derived SMCs exhibit smoother spatial and temporal variations. The latter is better suited to detect long-term trends in the presence of strong annual signals, which can adversely affect long-term trend estimates. Results regarding the magnitude of the annual signal suggest that only about a fourth of the precipitation's water masses remain sufficiently long in an area to be detected as a gravity change. The respective phases of the annual signals show an average time lag of about 40 days between precipitation and SMCs, suggesting that it takes about one to two months until a temporal gravity observation can detect a precipitation event.     

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。     

1981-2006年西北干旱区NDVI时空分布变化对水热条件的响应

气候是植被变化的重要驱动因子. 利用1981-2006年GIMMS归一化植被指数（NDVI）时间序列数据,结合68个气象站降水、气温数据和DEM地形数据等资料,研究分析了西北干旱区植被活动的年、季变化和空间差异. 结果显示：在1981-2006年的26 a,西北干旱区植被的覆盖率增加了4.5%,年平均NDVI增加了3.2%;植被的生长季延长,主要表现在生长季的推迟. 从总体来说,植被覆盖率、生长季和NDVI值在2000年以前显著增加,而在2000年以后都呈现减小的趋势;其中,减少明显的区域是在伊犁河谷、中天山及平原区,在河流上游山区或源头以及部分河流两岸呈现增加态势;在年际变化上,大部分区域的气温、降水与NDVI相关性不强. 而年平均气温在4.58 ℃以下低温区和年降水在180 mm以上的相对湿润区,气温和降水都呈现正相关;在季节变化上,NDVI值在春季和秋季与温度相关显著,而夏季与降水相关性强. 2000年以后,植被覆盖率和NDVI值开始出现降低趋势与气温持续升高、降水量增幅下降有关.     

The relationship between drought activity and vegetation cover in Northwest China from 1982 to 2013

We investigated drought activity and the relationship between drought and vegetation in Northwest China over the period 1982–2013 using the standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI) and the normalized difference vegetation index (NDVI). The indexes were, respectively, calculated from ground-based meteorological data and from remotely sensed satellite data. The spatial and temporal distributions of drought (SPEI) and of vegetation cover (NDVI) were compared using annual trends, and the relationships between these trends were analyzed. The results are: (1) Overall, Northwest China had a drought trend during the study period, although some a few regions show a significant wetness trend; (2) the mean annual NDVI fluctuates, but overall shows an increasing trend, particularly in some mountainous areas that have at least adequate water and vegetation cover, while unused land becomes degraded; (3) most regions show a positive correlation between SPEI and NDVI, although the western parts of the Tarim basin, Qaidam basin, and some regions in the southeastern part of study area show a negative correlation; and (4) the various regions respond differently to global climate change, but in general regions with more vegetation cover show increased vegetation growth, while regions with less vegetation cover are becoming degraded and thus more vulnerable to the adverse effects of climate change.     

1961—2010年全球变暖背景下中国空气湿度长期变化特征

空气湿度是重要的气象要素，与气温和降水密切相关，其长期变化特征是气候系统变化的重要表征。2003年前后全国自动站与人工站的更替使得相对湿度资料存在不能满足均一性的要求，亟需加强空气湿度变化特征方面研究。利用1961—2010年中国824个气象站订正后均一性较好的逐日气温、降水量和相对湿度数据，剔除缺测多的站点，采用线性回归分析、Mann-Kendall趋势检验和偏相关分析方法，综合分析中国水汽压和相对湿度的长期变化特征及其与气温和降水量的相关特征。结果表明：①全国各地年均水汽压呈增大趋势的站点占全部站点的90.3%；除春夏两季的黄土高原至云贵高原一带和长江下游地区、秋季的华南地区有所减小外，各季节全国水汽压普遍呈增大趋势。②全国年均相对湿度呈减小趋势的站点占64.1%；除河北北部至辽宁北部、陕西南部至黄淮地区、江南北部、青藏高原和四川西部地区以及西北大部呈增大趋势外，其余地区普遍减小；季节差异明显，春、夏和秋季，中东部大部分地区相对湿度以减小趋势为主；冬季除东北地区和云南减小外，其余大部分地区相对湿度增大。③全国各地水汽压与气温、降水量普遍以正相关为主，与气温的相关性强于与降水量的相关性；相对湿度与气温普遍呈显著的负相关，与降水量普遍以正相关为主。     

1961-2010年全球变暖背景下中国空气湿度长期变化特征

空气湿度是重要的气象要素，与气温和降水密切相关，其长期变化特征是气候系统变化的重要表征。2003年前后全国自动站与人工站的更替使得相对湿度资料存在不能满足均一性的要求，亟需加强空气湿度变化特征方面研究。利用1961—2010年中国824个气象站订正后均一性较好的逐日气温、降水量和相对湿度数据，剔除缺测多的站点，采用线性回归分析、Mann-Kendall趋势检验和偏相关分析方法，综合分析中国水汽压和相对湿度的长期变化特征及其与气温和降水量的相关特征。结果表明:①全国各地年均水汽压呈增大趋势的站点占全部站点的90.3%；除春夏两季的黄土高原至云贵高原一带和长江下游地区、秋季的华南地区有所减小外，各季节全国水汽压普遍呈增大趋势。②全国年均相对湿度呈减小趋势的站点占64.1%；除河北北部至辽宁北部、陕西南部至黄淮地区、江南北部、青藏高原和四川西部地区以及西北大部呈增大趋势外，其余地区普遍减小；季节差异明显，春、夏和秋季，中东部大部分地区相对湿度以减小趋势为主；冬季除东北地区和云南减小外，其余大部分地区相对湿度增大。③全国各地水汽压与气温、降水量普遍以正相关为主，与气温的相关性强于与降水量的相关性；相对湿度与气温普遍呈显著的负相关，与降水量普遍以正相关为主。