河西走廊潜在蒸散发时空格局变化与气象因素的关系

蒸散发过程影响因素众多,潜在蒸散发(ET₀)与气象变量交互作用复杂,亟需揭示ET₀变化对气象变量的响应机理。基于河西走廊及周边21个气象站点气象资料,采用定性定量分析方法,以河西走廊整体及3分区2个空间尺度,揭示ET₀时空变化规律,明确ET₀对各气象因素变化敏感性及贡献。结果表明：(1)河西走廊及分区ET₀均呈显著波动上升趋势(Z>1.98),线性变化率2.94 mm·a^-1,且黑河分区变化最明显。(2)ET₀由东南向西北递增变化,中东部石羊河分区(1003.78 mm)、黑河分区(1031.30 mm)较小,西部疏勒河分区(1171.89 mm)较大。(3)河西走廊ET₀对气象因素变化敏感性排序为相对湿度(RH)、日最高气温(T_max)、日照时数(n)、平均风速(u)、日降水量(P),ET₀对RH减少最敏感,对P变化最不敏感。(4)u增大是造成河西走廊ET     

1970-2015年秦岭南北气温时空变化及其气候分界意义

基于秦岭南北70个气象站点观测资料,辅以极点对称模态分解方法（ESMD）,对秦岭南北近期气温时空变化特征进行分析,进而以日平均温≥ 10 ℃积温天数为主要指标,以1月0 ℃等温线变化为辅助指标,探讨秦岭山脉的气候分界意义。结果表明：① 1970-2015年秦岭南北气温变化具有同步性,呈现出“非平稳、非线性、阶梯状”的增暖过程,变化阶段可分为：1970-1993年为低位波动期、1994-2002年为快速上升期、2003-2015年为增温停滞期;② ESMD信息分解结果表明,秦岭南北气温变化以年际波动为主导,并未呈现出明显的线性增暖趋势;③ 在空间上,秦岭南北气温趋势呈现“同步增温,南北分异”的响应特征,即秦岭以北地区空间增温具有一致性,秦岭以南地区则呈现“西乡—安康盆地交界”、“商丹盆地”两个低值中心;④ 在气候变暖背景下,秦岭作为气候分界线的作用依然明显,但是南北响应方式存在差异。其中,秦岭以南,北亚热带北界沿山地“垂直上升”,汉江谷地热量资源逐年增加;秦岭以北,尽管以城市带为中心的增温区不断延展,但是冷月气温偏低的格局并未改变。     

基于氢氧稳定同位素的兰州市南北两山土壤蒸发时空变化及影响因素研究

基于2018年4—10月在兰州市南北两山采集的降水、河水及土壤样品,对不同水体中的氢氧稳定同位素进行测定,并应用Craig-Gordon模型分析了南北两山土壤蒸发的时空变化及其成因。结果表明：① 兰州市局地大气水线LMWL斜率相比全球大气水线GMWL较小,主要是相对湿度小,雨滴在下落过程中受到云下二次蒸发的影响。由表层0~10 cm至深层60~120 cm,土壤水δ²H和δ¹⁸O逐渐贫化,土壤水线SWL的斜率均呈现规律性增大,说明表层土壤受到的蒸发分馏最为强烈,随着土壤深度的增加,蒸发分馏逐渐减弱。② 时间变化上,局地蒸发线斜率S_LEL在4月较大,土壤蒸发较小,4—6月减小,土壤蒸发增大,6—8月趋于稳定,其中7月土壤蒸发最为强烈,自8月S_LEL增大,土壤蒸发开始减小,一直减小至10月。③ 空间变化上,北山相比南山蒸发损失量f更为强烈,主要原因是北山气温、相对湿度和土壤含水量均高于南山。④ 2018年4—10月,各采样点蒸发损失量f达到峰值和谷值的时间相比降水δ ¹⁸O均存在明显的滞后,主要原因是降水在土壤基质入渗过程中存在滞留。     

“蒸发悖论”在黄河流域的探讨

利用黄河流域72个气象站点1960-2010年的气象资料,系统分析了过去51年间气温、降水量以及潜在蒸散量的变化趋势,研究了气温、降水量与潜在蒸散量之间的长期变化趋势关系,对影响潜在蒸散量下降的主要因子进行了探讨,重点对黄河流域是否存在“蒸发悖论”进行验证.研究结果表明:(1)过去51年间,黄河流域内气温增加显著、潜在蒸散量呈下降趋势,总体上存在“蒸发悖论”;(2)“蒸发悖论”具有空间上和时间上的不一致性,随着气温增加,春、夏、冬三季潜在蒸散量呈减少趋势,减少区域主要集中于山西、河南大部分区域以及甘肃、宁夏、内蒙古、陕西等少部分区域;时间上主要表现在1960-1979年潜在蒸散量变化趋势不明显,1980-2010年气温与潜在蒸散量变化趋势在空间分布上的逆向关系更加明显;(3)过去51年间,降水量无论是年际还是夏、秋季变化趋势都不明显,降水量与潜在蒸散量时空变化分布上大体呈现逆向变化关系;(4)从气象要素变化对潜在蒸散量变化的贡献率来看,近51年来风速的明显减小是导致黄河流域潜在蒸散量减少的主导因素.     

黄河流域降水稳定同位素的云下二次蒸发效应

雨滴从云底降落到地面过程的云下二次蒸发现象会影响雨滴中的同位素比率，明确降水过程中稳定同位素的变化对研究流域水循环具有重要意义。基于全球降水同位素网络（GNIP）、相关文献同位素数据以及气象数据，首先建立局地大气水线（LMWL）定性分析了黄河流域云下二次蒸发与各气象要素间的关系，其次运用改进的Stewart模型定量计算了蒸发剩余比（f）和云底降水与地面降水的D-excess之差（Δd）。结果表明：（1） 黄河流域LMWL方程为：δ²H=7.01δ¹⁸O+1.25（n=293，R²=0.92），斜率和截距相比GMWL均较小，说明雨滴在下落过程中受到云下二次蒸发的影响。其中0～10 mm的降雨事件对云下二次蒸发影响显著；气温越高，或者水汽压、相对湿度越小，云下二次蒸发越强烈。（2） 季节变化上，从春季到冬季， f和Δd逐渐增大，云下二次蒸发逐渐减小。空间变化上，蒙甘区、蒙中区、晋陕甘区和渭河区的西安，年际间云下二次蒸发变化较大，而青南区、祁连-青海湖区、渭河区的平凉、长武、华山和鲁淮区年际差异较小。（3） 降水中Δd和f之间的线性关系在不同气象要素范围内有不同的数值，由于不同区域各气象条件存在差异，因此在应用经验公式时需考虑研究区的具体气象条件。     

气候变化对青藏高原水环境影响初探

利用Penman-Monteith公式和干燥度指数公式,计算并分析了青藏高原65个气象站1972-2011年间记录的气候变化趋势,同时在总结国内外有关气候变化对青藏高原水环境各要素影响研究的基础上,通过简单线性相关统计方法,分析了研究区域气候变化与水环境变化的相关性。结果表明：（1）青藏高原整体升温显著,降水显著增加,最大可能蒸散（ET₀）显著降低,暖湿化趋势显著;高原北部和西部降水显著增加、ET₀显著降低、干燥度指数显著下降,东部和南部ET₀显著降低、干燥度指数显著下降;（2）受升温影响,青藏高原的冰川消融,尤以东部地区变化显著;湖泊因其补给条件不同而分别呈现出扩张、萎缩和基本稳定3种状态,总体上,高原西部的湖泊以扩张为主,东部的湖泊基本稳定,而萎缩的湖泊分布较为分散。水环境的改变对于高原区水循环过程及生态系统都将产生重要影响。     

全球气候变化下秦岭南北气温变化特征

选取秦岭南麓1 000 m划分方案,运用气候倾向率、线性拟合方程、Mann-Kendall非参数检验、小波分析等气候数理统计方法,分析秦岭南北气温变化特征。结果表明:近50 a秦岭南北气候变化具有同步性,增温趋势明显;在气温突变方面,关中地区气温突变(1995年)早于陕南(1998年)。通过近10 a秦岭南北气温时空格局演变分析,认为秦岭地区气温变化符合全球变化规律,其变化是自然因素和人类活动共同作用的结果,在小尺度上人类活动干扰尤为明显(特别体现在快速城市化影响气温上升)。     

近40年秦岭南北地区气候变化及与El Nino/La Nina事件相关性分析

通过对近40年来秦岭南北地区气候变化及与El Nino/Ln Nina事件相关性研究发现，秦岭南北地区气温与降水同步波动，但波动幅度有差别。二者都有暖干化趋势，秦岭以北变暖程度超过秦岭以南，而秦岭以南年降水量的绝对减少量大于秦岭以北，两地年平均气温降水量差值有缩小趋势。Ln Nina事件对秦岭南北地区的影响大于El Ninona事件，La Nina年年平均气温明显下降，超过极显著相关水平，而降水增多。El Nino年气温略有升高趋势，降水略有减少趋势，但达不到统计上的相关水平。     

西北地区生长季参考作物蒸散变化成因的定量分析

基于FAO Penman-Monteith 公式计算了我国西北地区126 个测站1961-2009 年的生长季(4-10 月) 参考作物蒸散(ET₀) 对平均气温、风速、相对湿度和太阳辐射的敏感系数,并结合各气象因子的多年变化特征定量讨论参考作物蒸散变化的原因。结果表明：风速和气温的敏感性虽然相对较低,但因其显著变化,成为引起ET₀变化的主导因子,贡献达到-5.22%和3.29%;太阳辐射和相对湿度敏感性较大,但因变化小,贡献仅为-0.76%和0.63%。空间上,气温在西北地区对ET₀ 变化多为正贡献,风速和太阳辐射多为负贡献;相对湿度在西部多为负贡献,东部为正贡献。估算的4 个气象因子共同作用引起的ET₀变化在趋势、数值和空间分布上均与ET₀的实际变化基本一致,两者的相关系数高达0.99,表明结合敏感性分析和气象因子的多年变化来解释西北地区ET₀变化的原因兼具合理性和可行性。而且该方法弥补了趋势分析法、相关分析法和敏感性分析法的不足,为定量分析ET₀变化成因提供一条新思路     

2000—2019年秦岭南北实际蒸散发时空变化特征

基于遥感数据全面认识复杂地形单元实际蒸散发时空规律,对区域可持续水资源管理具有重要的意义。论文基于MODIS实际蒸散发(ET)数据,对2000—2019年秦岭南北ET时空变化特征进行分析,探究不同分区ET对植被变化的响应关系,进而识别ET趋势和年代变化的高相关海气环流因素。结果表明：① 在变化趋势上,以1000 m等高线为界,即秦岭地区北亚热带和山地暖温带的分界线,低海拔河谷地带为ET显著增加区,山地高海拔地区为ET下降区;② 除城市、乡镇周边地区,研究期间秦岭南北下垫面相对稳定,转为生态用地的活跃区主要分布在山地1000 m过渡带,其是ET与NDVI变化显著相关区,而1000 m以上高海拔地区两者相关性较低;③ ENSO、青藏高原北部气压异常,与秦岭山地、汉江谷地ET的趋势变化和年代波动显著相关,而西太平洋副热带高压与ET的趋势显著相关,与年代波动特征相关较弱。即发生中部型厄尔尼诺事件时,西太平洋副热带高压偏强,对流层低层形成异常反气旋,导致中国东部雨带北移,秦岭山地和汉江谷地降水偏少,气温偏高,ET往往偏大。研究结果启示：秦岭南北科学适应气候变化时,应关注秦岭山地、汉江谷地ET变化显著相关的环流信号;应深刻理解秦岭高海拔地区蒸散发下降趋势对区域水资源管理的影响。     

黄河上游地区几种参考作物蒸散量计算方法的适用性比较

验证参考作物蒸散量模拟方法的适用性,对于加强水资源管理和指导生态建设具有重要理论意义和应用价值。根据黄河上游地区50 a来10个站点的逐日气象资料,以FAO推荐的Penman-Monteith（P-M）方法为标准,验证11种参考作物蒸散量计算方法在该区域的适用性。分别在月尺度和年尺度计算了各方法与P-M方法之间的相关性和均方根误差,结果表明：基于辐射的Priestley-Taylor和Makkink方法与P-M方法具有一致性,在黄河上游地区具有较好的应用前景;Priestley-Taylor方法更适宜于在月尺度上计算整个区域的参考作物蒸散量,而Makkink方法在高寒地区的生长季的适用性更强。基于温度的Thornthwaite、McCloud、Blaney-Criddle和Holdridge方法在黄河上游地区的适用性较差,低估了ET₀,主要原因是其无法反映研究区域气温低但辐射强的气候特征。     

秦岭南北日照时数时空变化及突变特征

根据秦岭南北47个气象站1960-2011年逐月数据,采用样条曲线插值法（Spline）、气候倾向率、Pettitt突变点检测、相关分析等方法对该区日照时数的时空变化特征以及影响其变化的气象要素进行了分析。结果表明：（1）研究区多年平均日照时数为1 838.7 h,空间分布呈东北向西南递减格局,按各分区日照长短排序为秦岭以北>秦岭南坡>汉水流域>巴巫谷地。四季日照时数分布特征与年尺度上的结论基本一致,4个季节按其大小排序为夏季>春季>秋季>冬季,四季均以秦岭以北的日照时数最大。（2）近52 a各区年日照时数变化趋势较为一致,绝大部分站点呈下降趋势。下降的站点占本区站点总数的比例排序为巴巫谷地>汉水流域>秦岭以北>秦岭南坡,秦岭以南的广大地区相对于秦岭以北日照下降更明显。春季47%的站点呈上升趋势,显著上升的站点集中于中部地区;夏季98%的站点呈显著下降趋势;秋季和冬季变化特征及其空间分布无明显规律。（3）年尺度、春季和夏季突变年份集中于1978-1981年间,秋季的突变特征不甚明显,突变年份和空间分布无明显规律性可言,冬季日照时数突变年份同步性和一致性较差。（4）绝大部分站点日照时数与风速、最高气温、平均气温呈正相关关系,与降水和相对湿度呈负相关关系,与最低气温关系不明显。     

三工河流域平原区蒸发量变化特征及影响因素

采用线性倾向估计、滑动平均和Mann-Kendall非参数统计检验等方法,分析了三工河流域平原区1981-2012年蒸发量变化特征及主要影响因子,并通过多元相关模型定量给出了各气象因子对蒸发量变化的贡献程度。结果表明：三工河流域平原区近32 a蒸发量呈显著下降趋势,春夏秋冬四季的蒸发量也呈显著减少的趋势。春季和夏季蒸发量的大幅减少对年蒸发量减少的贡献率较大,冬季蒸发量在1985年和1989年发生突变。影响蒸发量的因子中,降水、日照时数、相对湿度、风速和气压均呈下降趋势,其中日照时数、相对湿度和风速下降趋势显著,而气温上升趋势明显。以1981-1990年为基准期,1991-2000年风速和日照时数减少对蒸发量减少的贡献率分别为85.27%、20.70%,其它影响因素对蒸发量减少的贡献率为-5.97%;而2001-2012年风速和日照时数的减少对蒸发量减少的贡献率分别为52.32%和39.91%,其它影响因素的贡献率为7.77%。     

辽河三角洲不同干湿气候区参考蒸散发敏感因子时空变化

根据辽河三角洲19个气象台站1961~2010年气象观测资料,采用Penman-Monteith参考蒸散发计算方法,分析辽河三角洲半湿润区、半干旱区以及滨海干湿过渡区3个气候亚区参考蒸散发对平均气温、风速、相对湿度和太阳辐射的敏感性及其时空分异。结果表明：在半干旱区,敏感系数由大到小依次是相对湿度、风速、太阳辐射和平均气温;在半湿润区和滨海干湿过渡区,敏感系数由大到小依次是相对湿度、太阳辐射、平均气温和风速。不同气候亚区参考蒸散发对气象因子的敏感系数具有较大的差异和变化趋势。     

石羊河流域1961-2005年蒸发皿蒸发量变化趋势及原因初探

 利用1961—2005年石羊河流域上、中、下游当地气象站的逐月20 cm口径蒸发皿蒸发量、平均气温、平均相对湿度、降水量、平均风速、日照时数、最高气温和最低气温资料,研究了近45 a石羊河流域蒸发皿蒸发量变化趋势及原因。结果表明,45 a来,石羊河流域及上、下游年蒸发皿蒸发量呈上升趋势,中游年蒸发皿蒸发量呈下降趋势,上游上升趋势最明显。四季中,春、秋、冬季蒸发皿蒸发量呈上升趋势,上升最明显的是冬季,其次为秋季,春季变化不明显,夏季蒸发皿蒸发量变化呈下降趋势。石羊河流域在不同时段不同区域年蒸发皿蒸发量都存在明显的6～7 a周期和1～2 a的短周期,并都发生了突变。相关系数法分析表明,影响石羊河流域及中、下游年蒸发皿蒸发量变化的主要影响因子是相对湿度和降水,上游的主要影响因子是相对湿度和气温。四季中,春季的主要影响因子是相对湿度和降水;夏季影响石羊河流域及上、中蒸发皿蒸发量变化的主要因子是相对湿度和气温,下游的主要影响因子是相对湿度和降水;秋季影响石羊河流域及中、下游蒸发皿蒸发量变化的主要影响因子是相对湿度和气温日较差,上游其主要影响因子是相对湿度和降水;冬季的主要影响因子是气温和相对湿度。影响年以及春、夏、秋最显著的因子是相对湿度,冬季最显著的影响因子是气温。     

秦岭森林物候时空分布特征及对水热条件的响应

大量观测数据分析表明，全球气候正逐步变暖。植物物候现象是全球自然环境变化的指示器。物候对气候变化的响应是研究全球气候变化的重要手段之一。森林是全球生态系统的重要组成部分，森林物候特征变化是反映气候变化对森林生长影响的综合性生物指标。利用2001—2018年MOD09A1卫星数据重建了秦岭地区增强型植被指数（EVI）序列，采用最大变化速率和阈值法结合提取了秦岭森林物候参数，结果表明：（1） Whittaker滤波法在灌木、农田、森林3种生态样地重建中稳定性较好，在秦岭山地有较好的适用性。（2） 秦岭地区物候多年均值分布同秦岭地区水热条件密切，由高海拔高山区到农耕区，生长季始期(Start of Growth Season,SOG)逐渐提前，生长季末期(End of Growth Season,EOG)逐渐推迟，生长季长度(Length of Growth Season,LOG)由高海拔区向低海拔区逐渐加长。秦岭浅山区和东部伏牛山农耕带生长季（SOG）开始较早，出现在3月上旬，高山区针叶林带生长季开始的较晚，出现在5月上旬到中旬（120～135 d）之间。生长季末期（EOG）集中出现在10月~11月初（270～310 d），高山区针叶林带生长季结束较早，浅山区植被生长季结束较晚，普遍出现在11月（300 d）以后。生长季长度（LOG）分布在150～200 d之间，低海拔地区LOG较长，大于180 d，高海拔林区生长季较短LOG集中在150～170 d。（3） 年际变化特征：2001—2018年生长季始期（SOG）呈现提前趋势,其中高海拔区提前明显，南北麓海拔低于500 m部分区域和东部伏牛山少部分区域出现推迟。生长季末期（EOG）呈现推迟趋势，其中秦岭北麓和东部中低海拔区域推迟明显，生长期长度（LOG）总体呈延长趋势。（4） 秦岭地区近17 a气温呈现上升趋势，变化率为0.02 ℃·a^-1，降水呈现不明显的上升趋势，日照时数则呈现明显的下降趋势，变化率为14.6 h·a^-1。（5） 秦岭地区物候参数同0 ℃、5 ℃和10 ℃界限温度、降水、日照时数相关性分析表明，全球变化下的升温作用是影响秦岭森林物候变化的主要因子，升温作用导致SOG提前，EOG推迟、LOG延长，主要集中在秦岭南北麓1 000~2 000 m之间，秦岭东部伏牛山低海拔区境内相关性最低，表明受温度制约较小。