归一化植被指数与降水量,土壤湿度的关系

归一化植被指数是描述植被绿度及生长状况的指数，由于植被生长依赖于环境条件因此ＮＤＶＩ与环境参量的关系是应用ＮＤＶＩ监测环境状况的基础。分别应用位于中国北部的干旱及半干旱地区的降水量资料对ＮＤＶＩ与降水量之间的关系地分析，结果表明仅在干旱半干旱地区生长季末的累积降水量与累积ＮＤＶＩ存在着显著的非线性关系，相关系数为０．７８。     

黑河实验区地表植被指数的区域分布及季节变化

利用具有较高空间分辨率的Ｌａｎｄｓａｔ ＴＭ卫星资料估算了黑河实验区夏季和近冬季地表标准化差值植被指数ＮＤＶＩ,分析了ＮＤＶＩ的区域分布特征和季节变化。结果表明,由于该实验区下垫面的复杂性,ＮＤＶＩ表现出明显的空间和季节变化,ＮＤＶＩ的图像能够很好地反映出地表植被的分布状况。     

使用MODIS陆地产品LST和NDVI监测中国中、西部干旱

利用中分辨率成像光谱仪AQUA-MODIS卫星资料反演的地表温度LST和归一化差值植被指数NDVI,在中国中、西部地区应用植被温度混合状态指数VTCI方法,遥感监测干旱的空间分布状况。同时结合该地区有代表性的气象站逐月降水资料与VTCI指数进行相关分析,来验证此方法的适用性。结果表明,VTCI指数不仅与当月的降水量,也与其前期2至6个月的累积降水量有较好的线性相关性,显示VTCI方法不仅是较为有效的近实时大范围干旱监测方法,对于干旱的缓慢发展过程也有一定指示作用。     

干旱半干旱地区植被气候效应的数值研究

本文利用三维土壤－植被－大气耦合的区域气候模式研究了干旱半干旱地区植被状况发生变化的短期气候效应，着重分析植被对海平面气压场、近地层气温和湿度、土壤温度、边界层风速、局地环流以及地面能量平衡和转换关系的影响，结果可为人们制定合理的农业种植制度，开发和利用有限的生物资源，推广植树种草绿化工程建设，改善区域气候环境提供一定的科学依据。     

用遥感植被供水指数监测贵州干旱

应用ＮＯＡＡ气象卫星ＡＶＨＲＲ通道１,２,４数据建立了植被供水系数（ＶＳＷＩ）监测贵州干旱遥感模型,确定了ＶＳＷＩ遥感图上干旱指标和干旱面积,并与地面干旱指数确定的旱情作了比较,建立了植被供水指数和地面干旱指数之间的回归方程。     

半干旱区植被覆盖度对边界层气候热力影响的数值模拟

在陆－气相互作用的中小尺度系统研究中，水平非均匀下垫面的强迫作用是主要的物理过程。本文利用能量闭合二维陆面过程与大气边界层耦合模式，研究了我国西北半干旱地区（３８°Ｎ，１０５°Ｅ）夏季下垫面物理特征的变化对区域边界层气候的影响。结果表明：土壤湿度、植被覆盖度对局地环流和区域边界层气候的形成起着决定性的作用。模拟结果揭示了在半干旱地区大面积植树造林、提高植被覆盖度，可涵养土壤水分，改善局地生态环境，是人工持续改造干旱、半干旱荒漠地区局地气候的重要途径。     

内蒙古典型草原水分条件与天然牧草产量的关系

水分是干旱、半干旱地区天然牧草生长的限制因子。分析水分条件与牧草产量的关系是确定旱灾指标、评价草原生态环境优劣的基础。利用内蒙古典型草原区3个站点近15年的天然牧草、土壤水分和气象观测资料，计算了降水量、土壤水分和耗水量与不同时期牧草产量的相关系数，分析了各水分因子相关性的时空分布规律。得出：土壤水分与产量的相关好于降水量；降水与产草量多呈二次曲线变化，土壤水分和耗水量与产草量多呈直线变化;相关程度随生长进程的推进，有逐渐增强的趋势     

太平洋秋季SSTA与西北地区春季降水的耦合性研究

利用中国西北五省（区）和内蒙古西部的共１０６个测站的１９６０～１９９０年３～５月的月、季总降水量和太平洋１０°Ｓ～５０°Ｎ,１２０°Ｅ～８０°Ｗ范围内２８６个格点（５°×５°）的秋季（９～１１月）的平均海表温度,通过ＥＯＦ、ＲＥＯＦ、ＳＶＤ及交叉谱分析等方法,对秋季太平洋海温的异常特性及其与我国西北干旱半干旱地区后期春季降水之间的空间地域遥相关耦合特征进行了分析研究。结果表明,秋季太平洋海温差异常存在６个关键区域,其中赤道东太平洋地区是最敏感的异常信号区;西北干旱半干旱地区春季降水与前期秋季赤道东太平洋海温异常之间有着清晰的遥相关。当海温异常偏高,即有ＥＬ－Ｎｉｎｏ现象时,西北地区的降水普遍偏少,并以高原东侧青、甘、宁交界地区及渭水流域的偏少为主;Ｌａ－Ｎｉｎａ时的情况正好相反,内蒙西部的春季降水变化趋势与我国西北地区基本一致。     

应用模糊数学方法提取水体面积信息

讨论了应用ＮＯＡＡ－ＡＶＨＲＲ资料提取水体信息的方法。采用１．２通道反射率数据构成的归一化植指数（ＮＤＶＩ）来识别水体，并初步提出了应用模糊数学方法提取混合像元中的水体面积信息。     

鲁南地区降水量长期变化趋势对干旱的影响

使用鲁南地区临沂（1951-2005年）、枣庄（1958-2005年）2个代表站逐月降水资料，利用累积距平及滑动t检验法、K-W检验法及SP，指数，分析鲁南地区降水量的长期变化趋势及干旱频率变化特征。结果表明：鲁南地区的年降水量于1970年代中期前后发生显著突变，突变后年降水量减少12％以上，其中汛期降水量减少16％以上，冬半年降水量变化趋势不显著。干旱年全部发生在年降水量突变后。对比鲁南地区降水量改变点前后气象干旱发生频率及持续时间发现，就干旱季节而言，临沂各季干旱频率均明显增大，枣庄春夏秋三季干旱频率明显增大；就干旱强度而言，各级干旱频率均明显增大，均以中度干旱频率增大最显著；就干旱持续时间而言，以持续3个月以上干旱频率增大最显著，干旱持续时间有明显延长趋势。     

NDVI-based increase in growth of temperate grasslands and its responses to climate changes in China

This study analyzes the temporal change of Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) for temperate grasslands in China and its correlation with climatic variables over the period of 1982–1999. Average NDVI of the study area increased at rates of 0.5% yr⁻¹ for the growing season (April–October), 0.61% yr⁻¹ for spring (April and May), 0.49% yr⁻¹ for summer (June–August), and 0.6% yr⁻¹ for autumn (September and October) over the study period. The humped-shape pattern between coefficient of correlation (R) of the growing season NDVI to precipitation and growing season precipitation documents various responses of grassland growth to changing precipitation, while the decreased R values of NDVI to temperature with increase of temperature implies that increased temperature declines sensitivity of plant growth to changing temperature. The results also suggest that the NDVI trends induced by climate changes varied between different vegetation types and seasons.     

Improvement of radar quantitative precipitation estimation based on real-time adjustments to <Emphasis Type="Italic">Z-R</Emphasis> relationships and inverse distance weighting correction schemes

The errors in radar quantitative precipitation estimations consist not only of systematic biases caused by random noises but also spatially nonuniform biases in radar rainfall at individual rain-gauge stations.In this study,a real-time adjustment to the radar reflectivity-rainfall rates(Z-R) relationship scheme and the gauge-corrected,radar-based,estimation scheme with inverse distance weighting interpolation was developed.Based on the characteristics of the two schemes,the two-step correction technique of radar quantitative precipitation estimation is proposed.To minimize the errors between radar quantitative precipitation estimations and rain gauge observations,a real-time adjustment to the Z-R relationship scheme is used to remove systematic bias on the time-domain.The gauge-corrected,radar-based,estimation scheme is then used to eliminate non-uniform errors in space.Based on radar data and rain gauge observations near the Huaihe River,the two-step correction technique was evaluated using two heavy-precipitation events.The results show that the proposed scheme improved not only in the underestimation of rainfall but also reduced the root-mean-square error and the mean relative error of radar-rain gauge pairs.     

青藏高原闪电与NO_2的分析及中国内陆地区LNO_x产量的估算

为了进一步认识闪电活动与对流层氮氧化物的关系及更准确地估算中国地区闪电产生的氮氧化物(LNOx)总量,选取人口稀疏,工业生产水平较低的青藏高原地区作为研究区域,基于LIS(Lightning Imaging Sensor)和GOME-2(The Global Ozone Monitoring Experiment-2)卫星探测仪资料,分析了青藏高原中部区域2009年1月至2012年2月闪电与对流层NO2垂直浓度(VCD)月均值资料的时空分布特性和相关性。在此基础上,结合Beirle et al.(2004)的LNOx估算方法,估算了中国内陆地区的LNOx产量。结果表明:青藏高原地区对流层NO2与闪电与在年际趋势、空间分布及季节变化上保持很好的一致性,闪电密度与NO2VCD的线性拟合相关系数为0.84,这表明青藏高原地区NOx受人为源影响小,是研究LNOx的理想区域。基于拟合结果,估算得到中国内陆地区LNOx的年均产量为0.15(0.03~0.38)Tg(N)a-1。这一结论进一步缩小了以往研究中中国地区LNOx产量估算的不确定范围,有助于更清楚地认识闪电在中国气候变化中的重要作用。     

2000—2020年呼伦贝尔地区归一化植被指数时空变化及其对气候的响应

利用2000—2020年MOD13Q1和气象观测数据, 结合Sen趋势分析、M-K显著性检验、变异系数、Hurst指数、相关系数等对呼伦贝尔地区归一化植被指数(NDVI)时空变化及气候响应进行分析。结果表明: 呼伦贝尔地区多年生长季平均NDVI为0.63, 平均年变化倾向率为0.028/10 a, 大部分地区呈增加趋势, 其中大兴安岭森林大部及岭西耕地增加显著。呼伦贝尔地区生长季NDVI的平均变异系数为0.08, 其中呼伦贝尔草原西部的波动较大。Hurst指数表明, 呼伦贝尔地区生长季NDVI整体变化呈反持续性趋势, 结合现有NDVI变化趋势, 未来将呈下降趋势, 对生态环境的保护工作较为不利。大兴安岭森林生长季NDVI与气温呈正相关, 耕地与草原区呈负相关, 而呼伦贝尔大部分地区的生长季NDVI与降水普遍呈正相关, 其中呼伦贝尔草原和大兴安岭两麓耕地的生长季NDVI与降水相关显著, 说明气温是制约北部大兴安岭森林生长的主要因素, 而降水是制约呼伦贝尔草原生态平衡和农牧业发展的主要因素。     

基于GWR模型的中国中东部降水与海拔高度关系特征分析

利用中国国家级地面气象站逐时降水资料,采用地理加权回归(Geographically Weighted Regression,GWR)模型系统分析了中国中东部暖季降水与海拔高度的关系,并将二者关系作为一种客观标准,评估了ECMWF-IFS模式对2017年暖季降水的预报能力。主要结论如下:(1)总体来看,中国中东部降水频率(强度)随海拔高度升高而增加(减小),二者在不同地区的贡献程度不同导致降水量与海拔高度关系的区域差异显著。(2)通过对比午后短时和夜间长时降水事件与海拔高度关系的差异,发现午后短时降水事件的降水量主要随海拔高度升高而增加,且以降水频率与海拔高度关系的贡献为主。而夜间长时降水事件的降水量与海拔高度关系的区域一致性较差。相较于午后短时降水事件,夜间长时降水事件中有更多站点表现出降水量随海拔高度升高而减小的特征,在大地形周边陡峭地形处的站点所表现出的此种差异较东部孤立地形处更加显著。(3)根据ECMWF-IFS模式的评估结果,模式能够较好地刻画出中国中东部2017年暖季降水气候态的空间分布特征,且与观测具有较大的空间相关系数。但从降水与海拔高度关系来看,观测与模式的空间相关性偏弱。此外,模式能够表现出降水强度(频率)主要随海拔高度升高而减小(增加)的特征,但绝大多数站点在模式中的降水强度(频率)与海拔高度的负(正)回归关系要弱(强)于观测结果。     

1961-2009年辽河流域气候变化特征及其对水资源的影响

辽河流域是我国七大流域之一,长期以来一直存在水资源严重不足的问题。采用1961-2009年辽河流域境内水文、气象观测数据,研究气象、水文要素历史变化特征,并采用同期和滞后相关分析,建立气象要素与水文要素的最优相关关系。结果表明：辽河流域气候变暖明显,增温幅度远高于全球和中国的同期增温幅度;辽河流域降水量增减趋势不明显,总体上为略减少趋势,但存在明显的少-多-少-多-少5个阶段性变化。辽河流域蒸发量为略减少趋势,春季、夏季是蒸发量较大季节;辽河流域近50年来径流量为减少趋势,经历了偏多-偏少-偏多-偏少4个阶段的变化,最近的1996-2009年经历了年径流量最少阶段,平均年径流量仅为16.2亿 m³,只达到多年平均径流量的58 %、径流量最多年代的32 %。7月、8月是流量最为集中的月份,2个月流量就占到全年的50.24 %,超过全年的一半;辽河流域降水量与径流量有较好的相关关系。在年尺度,径流量与铁岭、法库等周边地区相关系数基本达到0.6左右;在日尺度,日降水量与降水发生后第二日流量相关程度最好,在所有等级上两者相关系数均在0.7以上,在日降水量大于等于25 mm等级上,相关系数最高可达到0.85。     

Spatial-temporal characteristics of the “cumulative effect” of torrential rain over South China

To expand torrential rain, which is a meso- and microscale weather process, to a meso- and long-scale weather process, in this paper, we choose South China as a sample region and propose the conception of the “Cumulative Effect” of torrential rain (CETR) by using daily precipitation observational data from 740 stations. Through a statistical analysis of the observations, three indexes—continuous time (L _d), control area (A _r), and precipitation contribution rate (Q _s)—are used to define the CETR and indicate the torrential rain processes. The relationships between the CETR and simultaneous total precipitation over South China are analyzed in the pre-flooding and latter flooding seasons. This analysis shows that on both interannual and interdecadal scales, the three indexes are highly correlated with simultaneous total precipitation over South China in the pre-flooding season and latter flooding season. Moreover, an empirical orthogonal function (EOF) analysis is performed to classify the spatial distribution of the CETR. In both the pre-flooding season and the latter flooding season, the four major spatial models of torrential rain are similar to those of total precipitation over South China. With regard to the amount of precipitation caused by the CETR, the latter flooding season is affected more significantly than the pre-flooding season. Regarding the geographical distribution of precipitation, the opposite result occurs. In conclusion, in both the pre-flooding season and the latter flooding season, the CETR influences and even determines the amount and distribution of precipitation over South China.

     

华北平原降水量对冬小麦产量的影响

本文根据华北平原1955—1957年11个地点的冬小麦产量和降水量資料,利用R.A.Fisher等人提出的正交多項式方法,計算了华北平原降水量对冬小麦产量的效果,得到三点初步結果:①生长期降水总量与多小麦产量之間存在高度相关,②在生长期中的任何时間,“附加”降水都使产量增加,;③“附加”降水所产生的最大的良好效果出現在越冬始期和开花期附近,此时每1毫米“附加”降水可以使产量增加約为0.4—0.45斤/亩。     

大气垂直运动对雷达估测降水的影响

运用雷达反射率因子（Z）与降水强度（R）之间的关系定量估测降水,降水云体中的大气垂直运动（w_a）不可忽视。PARSIVEL激光雨滴谱仪（简称PARSIVEL）在获取雨滴粒径分布的同时可以从测量的雨滴下降速度分布中提取w_a,用于分析PARSIVEL高度上的大气垂直运动对雷达Z估测降水强度影响。使用2014年5-6月华南季风降水观测试验期间广东阳江5次层状云、6次对流性降水过程中PARSIVEL数据分析大气垂直运动对定量估测降水影响,w_a对层状云和对流云降水强度影响范围分别为-0.18~1.05 mm·h-1和-5.44~24.81 mm·h-1,相对影响值分别为-13.61%~13.99%,-38.59%~25.92%。静止大气条件下,雷达估算降水Z-R关系式中系数A,b引起的层状云和对流云降水估测偏差平均分别为10.9%和25.5%。真实大气中雷达估测降水的偏差平均情况是层状云降水由于w_a的对消作用降低为9.2%,对流云降水则增加到51.2%。对流性降水中大气垂直运动对雷达估测降水的影响较大。