高寒生态脆弱区冻土碳水循环对气候变化的响应——以甘南州为例

以位于青藏高原与黄土高原及陇南山地过渡带的甘南藏族自治州为例,基于考虑土壤冻融界面变化的陆面过程模式研究了1979-2012年冻土变化及水资源与生态系统碳通量对气候变化的响应。结果表明,甘南州气候态多年冻土面积约1. 5×104km2,季节性冻土约占2. 5×10~4km~2,多年冻土最大融化深度呈增加趋势,季节冻土最大冻结深度逐渐减少,整体上冻土正随着气温上升逐步退化;尽管降雨有所增加,而气温上升引起的蒸散发增加也可能是产流减少的原因之一,其中多年冻土区更为敏感,水热变化增减率较季节冻土区大;生态系统碳循环方面,北部主要表现为碳源,南部则表现为碳汇,升温促进植被生长,使得进入生态系统的碳呈略微增加的趋势,尽管总初级生产力(GPP)与净初级生产力(NPP)呈增长趋势,但植被碳利用效率逐步减小,表明气候变化背景下生态系统固碳能力有所退化;最后经多元回归分析可知,气候变化在多年冻土区可以解释66%的NPP变化与31%的生态系统净交换量(NEE)变化,而在季节冻土区则能解释45%的净初级生产力变化。     

1960-2013年中国地表潜在蒸散发时空变化及其对气象因子的敏感性

基于中国107个气象站点的常规观测资料,采用Penman-Monteith公式计算了1960-2013年的逐日潜在蒸散发（ET0）,分析了中国5大区域的ET0对最高温度、最低温度、2m风速、日照时长、平均气压、相对湿度和地表温度的敏感性及其分区特征。结果表明：（1）模拟的从1960-2013年平均ET0和与蒸发皿蒸散发量之间的比值为0.55,各逐站点的ET0与蒸发皿蒸散发的相关系数为0.84-0.98（剔除观测值为0的情况的样本）之间和0.42-0.81（未剔除观测值为0的情况的样本）。（2）本研究中模拟的ET0以6.75mm/10a的速度呈现出下降的趋势。敏感性分析表明,在1960-2013年间的全国范围内,最高气温和最低气温分别增加0.68℃和1.54℃,相应地导致ET0增加12.81mm和14.13mm;风速减少0.51m/s,日照时长减少0.61h,相对湿度减少2.84%,将分别导致蒸散量减少48.08mm,21.5mm,204.49mm,这能很好的解释“蒸发悖论”问题。（3）对中国不同地理分区的ET0,在东北区域、华北区域、和西北区域,蒸散量最敏感的气象因子是相对湿度,其次是风速;在西南区域和华中和华东区域,蒸散量最敏感的气象因子是相对湿度,其次是日照时长。     

第二松花江流域蒸发量的变化趋势和影响因子分析

根据1971-2012年气象、水文资料采用线性趋势分析、Mann-Kendall秩次相关检验和Pearson相关系数方法研究了第二松花江流域潜在蒸散发、实际蒸散发(ETa)以及20cm蒸发皿蒸发量的变化特征及影响的主要气象因子。结果表明:蒸发皿蒸发量表现为明显的下降趋势,潜在蒸发下降趋势不明显,实际蒸发在总体上显著上升,与蒸发皿蒸发、潜在蒸散发的变化趋势相反,很好地验证了互补相关理论。分析气温、降水、风速、云量、实际水汽压、相对湿度和日照时数等的变化趋势及相关关系发现,风速、日照时数和低云量是影响蒸发皿蒸发下降的主要气象因子;平均气温、风速、相对湿度和总云量是影响实际蒸发升高的气象因子;而潜在蒸发的下降主要受日照时数、降水和低云量的影响。     

唐古拉地区活动层水热状况及地气系统能水平衡分析

活动层水热状况与地-气系统间能水交换直接影响着寒区生态环境、水文过程以及多年冻土的稳定性。利用唐古拉站2007年实测资料和SHAW模型,对研究点活动层土壤剖面温湿度进行了模拟。土壤温度方面,模型的纳什效率系数NSE≥0.93;水分方面,纳什效率系数的平均值为0.69,说明SHAW模型可用于多年冻土区活动层内水热动态变化的模拟研究。基于模型的输出结果,对唐古拉站活动层土壤冻融过程中的水分动态、地表能量收支的变化特征进行了分析讨论。结果表明:(1)活动层冻融过程中,土壤水分的冻结和融化响应时间随土壤深度的增加而逐渐滞后,水分迁移通量随土壤深度的增加逐渐减小;(2)地表能量平衡收支在季风活动引起的降水与活动层的冻融循环共同影响下,表现出明显的季节性变化特征。同时,通过改变SHAW模型植被输入参数中的叶面积指数,分析了植被覆盖变化对多年冻土区土壤蒸散发的影响。结果表明:植被蒸腾量、土壤蒸发量与总的蒸散发量与植被的叶面积指数呈正相关关系,而浅层土壤含水率(20 cm)则表现为负相关,当叶面积指数在-100%(裸土)~100%变化时,总蒸散发量的变化幅度为-5%~13%。     

青藏高原腹地多年冻土区活动层水热过程对气候变化的响应

活动层作为多年冻土与大气系统之间能量和水分交换通道,其内部的水热状况是控制水循环和地表能量平衡的主要因素,并直接影响着寒区生态环境、水文过程以及多年冻土的稳定性。利用一维水热耦合模型CoupModel,对青藏高原风火山试验点活动层土壤剖面温湿度进行了模拟。模拟效率参数表明模拟结果很好地反映了研究区多年冻土活动层水热状况。基于已验证的模型,设置多种不同气候变化情形,来分析活动层内部水热状况对全球气候变化的响应。研究结果表明:(1)土壤温度与气温呈正相关关系,气温每升高1℃活动层平均增温约0.78℃,但随着土壤深度增加,增温幅度逐渐减小;(2)升温导致活动层土壤冻结和融化过程发生变化,且对融化过程的影响明显大于冻结过程;(3)活动层各深度土壤含水量随气温升高而增大,且增大幅度随土壤深度增加而不断增大;(4)在完全融化期,降水量增加降低了浅层土壤温度,升高了深层土壤温度,而完全冻结期土壤温度均随降水量增加而升高;(5)降水量增加导致活动层含水量增加,其中完全融化期土壤含水量变化最明显。因此,气候暖湿化将对青藏高原多年冻土区活动层土壤温湿度及冻融循环过程产生较大影响,可能不利于冻土发育。     

柴达木盆地灌木林地和高寒草甸蒸散发特征研究

柴达木盆地属于高寒干旱内陆盆地,水资源短缺,生态环境十分脆弱,蒸散发是生态系统水分耗散的主要方式,研究其变化特征对区域水资源合理开发与生态环境保护具有重要意义。本研究以柴达木盆地灌木林地和高寒草甸为观测点,采用涡动相关仪观测的2020年通量资料计算实际蒸散发量,分析不同下垫面实际蒸散发量在不同时间尺度的变化特征,并探究了气象因子与实际蒸散发量的相关性。结果表明：（1）灌木林地和高寒草甸蒸散发过程主要集中在生长季,呈正态分布,但变化范围有一定差异,高寒草甸实际日蒸散发量和实际月蒸散发量大于灌木林地。其中,灌木林地日平均蒸散发量为0.48 mm,高寒草甸日平均蒸散发量为1.28 mm;灌木林地蒸散发量8月达到峰值,为40.47 mm,高寒草甸蒸散发量7月达到峰值,为88.92 mm。（2）对于不同下垫面,气温和土壤温度变化趋势大致相同,饱和水汽压差和风速有一定差异,实际日蒸散发量与气温、土壤温度、饱和水汽压差显著相关,但是与风速相关性不大,各季节蒸散发量对各气象因子敏感程度不同,此外高寒草甸蒸散发量与土壤含水量呈显著相关。（3）不同下垫面水分消耗变化特征表明灌木林地各月水汽交换以下垫面水分...     

不同互补模型对青藏高原多年冻土区地表实际蒸散发的模拟能力评估

蒸散发是地气水热交换的重要环节,其变化对水资源管理和生态环境具有重要的影响。气候变暖背景下,青藏高原多年冻土不断退化,多年冻土区近地表水热条件发生改变,进而影响着该区域的蒸散发过程。本文利用位于青藏高原多年冻土区腹地的唐古拉综合观测场2010年1月1日至2011年12月31日的气象和涡动等实测资料,选择基于互补蒸散原理的四种半经验模型,评估了不同模型率定参数前后模拟日实际蒸散发的能力,分析了不同模型中参数的敏感性。结果表明,模拟的实际蒸散发量对模型中参数α的取值非常敏感,不合理的参数取值会对模拟精度产生重要影响。使用默认参数值会导致日蒸散发量模拟值明显偏高,其中,S2017模型模拟精度最高,均方根误差值为0.44 mm·d^-1;率定参数后各模型整体上均能较好地模拟出日实际蒸散发量及其变化特征,均方根误差值在0.3～0.4 mm·d^-1,各模型中模拟精度最高的为C2016模型,其次分别为H2018模型、B2015模型和S2017模型,相较而言,H2018模型在率定前后模拟结果更为稳定,显示出该模型对参数的依赖性最低;另外,年内不同时期的模拟精度...     

近50年黄河源区植被净初级生产力变化特征及其影响因素

利用1959—2008年黄河源区月平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、降水量、风速和日照百分率等气候要素资料,应用修订的Thornthwaite Memorial模型计算了近50年植被净初级生产力（net primary productivity,NPP）,分析其年际和年代际变化特征及其主要气象因子的影响。结果表明...     

黄河流域蒸散发与气温和降水以及风速的相关性分析

黄河流经我国干旱半干旱地区,其流域蒸散发变化对当地的生态安全和经济发展尤其重要。本文利用欧洲中期天气预报中心第五代再分析产品（ERA5）定量分析了1979-2020年黄河流域蒸散发的时空变化特征,并结合气温、降水和风速数据,对黄河流域蒸散发与3种气候因子进行了相关性分析。结果表明：黄河流域蒸散发在1979-2020年呈波动下降趋势,空间分布差异明显,源区附近蒸散发上升,上游的干旱区附近蒸散发基本不变,而中游和下游地区主要呈现下降趋势。1979-2020年黄河流域气温持续上升,降水呈波动下降趋势,风速呈上升趋势。对黄河流域蒸散发与气候因子的相关性分析表明,蒸散发与气候因子的相关性空间差异较为明显,蒸散发与气温、风速呈负相关,与降水呈正相关的区域占流域的较大部分;而在复相关性方面,黄河流域大部分地区蒸散发与气候因子的相关性较强,其中以流域上游的干旱区附近复相关性最强。研究黄河流域不同地区蒸散发与气候因子的相关性可为黄河流域水资源的开发管理和区域气候调节提供科学参考。     

综合气象因素对广西电力负荷的影响

针对电网负荷易受多种气象因素影响的特点,为综合衡量气象因素对广西电力负荷的影响,引入了气象学指数--有效温度,分析了4-10月气温、相对湿度、风及有效气温对电力负荷的影响.结果表明:气温与电力负荷呈显著的正相关关系,气温是影响电力负荷的主要因子;夏季以气温和风速、气温和相对湿度组合的变化对负荷的影响较大,风速从静风到有风时,负荷明显地减少,但当超过一定的温度时,风速越大负荷反而增加;6-9月,负荷随着气温和有效温度的升高呈线性增加;在春夏、夏秋季过渡季节,负荷并不完全随着气温的升高而增加,在气温不是太高的阶段,相对湿度增大时,负荷有下降的趋势,当超过一定的温度时,负荷随气温和有效温度的升高而增加.     

三江源冻土-植被相互作用及气候效应研究现状及展望

三江源冻土、植被二者之间存在着强烈的相互作用的关系,并通过改变土壤水热特性以及地表-大气间的能量和水分交换过程影响局地气候,加快或减缓气候变化,源区的生态安全面临挑战。本文综述了近几十年来三江源区冻土、植被特征及变化趋势、冻土-植被相互作用过程以及冻土、植被变化的气候效应,在此基础上对未来研究方向进行了展望。主要认知如下：三江源地区是季节性冻土和多年冻土的交汇带。植被类型有高寒草甸、高寒草原、高寒荒漠等,植被生长季较短。近几十年来,在全球变化影响下,源区冻土和植被经历了快速的变化。冻土土壤温度明显升高;多年冻土面积减小而季节性冻土面积增加;多年冻土活动层厚度及融化期增加而季节性冻土最大冻结深度及冻结期减小。植被物候整体表现出返青期提前,黄枯期推迟,生长季延长的特征;同时高寒植被生态系统的结构和功能也发生了明显变化。土壤的水、热状态是连接冻土和植被相互作用的重要纽带。冻土的冻融状态,土壤的水、热过程对高寒植被的生长有着密切的影响;同时位于冻土上层的植被,又通过植被特征和生态系统的变化,影响土壤温度、湿度,反作用于冻土的形成和发展。冻土和高寒植被作为三江源两种典型的下垫面,在陆-气相互作用...     

嵩县近45a蒸发量变化特征及其影响因子研究

利用嵩县气象观测站近45 a(1965-2009年)的小型蒸发皿蒸发量、日照时数、气温日较差、相对湿度、水汽压、降水量、风速等观测资料,运用计算气候变化速率以及相关分析的方法,对嵩县蒸发量的年、季节、月的气候变化特征,以及各气象因子与蒸发量之间的相关关系进行了初步研究.结果表明:嵩县近45 a年、季节的蒸发量存在明显的...     

酒泉地区人体舒适度指数初探及预报

引　言天气与人类生活息息相关 ,夏季的暑热或冬季的严寒天气历来为人们所关注 ,尽管人们通常用气温高低来表示环境冷热 ,但是人体对外界冷热的感觉并不仅仅根据气温来评价 ,体感温度受许多气象因子综合影响 ,其中气温对人体冷热感觉的影响最大 ,同时 ,还与湿度、风等气象因子有关。通过统计 1 971～ 2 0 0 0年 ( 1～ 1 2月 )与体感温度关系密切的最高 (低 )气温 ,相对湿度、风速等气象要素的分布概况和体感温度的计算式 ,求得体感温度经验公式。1　最高 (低 )气温、相对湿度、风速的气候特征1 .1　最高 (低 )气温分布概况1 971～ 2 0 0 0年…     

气象条件对赣南脐橙品质的影响

利用2008—2009年赣州市7个脐橙主产县品质检验资料,结合同期相应县的气象资料,采用统计相关分析方法,对脐橙果实发育成熟期的气象条件进行相关普查,利用逐步回归方法进行多因子筛选,得到相关显著且具有生物学意义的气象因子作为影响品质的主要气象因子;运用线性回归和非线性回归进行单因子分析。结果表明:脐橙单果重主要与果实生长期的平均最低气温和平均最大风速有关,其中当平均最低气温在21.7℃以下时单果重随平均最低气温升高而增大,反之减小;与平均最大风速呈负相关关系,风速愈大,单果重愈小。果形指数与果实生长期的气温日较差成正相关关系,气温日较差愈大,果形指数愈大,长椭圆形果愈多。果皮厚度随果实生长后期的平均最高气温升高而增厚。可溶性固形物和总糖含量与果实生长后期的气温呈负相关关系,与果实生长后期的降水量、日照时数和果实生长期的气温日较差呈正相关关系,且气温日较差是影响可溶性固形物和总糖含量的关键气象因子。总酸含量与果实生长后期的气温呈负相关关系,与果实生长后期的降水量、平均最大风速和气温日较差成正相关关系,降水多、风速大,脐橙总酸含量增大。     

珠江流域实际蒸散发的时空变化及影响要素分析

采用基于互补相关理论的平流-干旱模型,根据60个气象站1961—2010年气象资料,计算并分析了珠江流域实际蒸散发（ETa）的时空变化特征,通过对实际蒸散发的辐射能量项、空气动力学项与主要气象要素的相关分析,对珠江流域实际蒸散发的时空变化进行了归因研究。结果表明:（1） 珠江流域多年平均实际蒸散发量为665.6 mm/a。1961—2010年,珠江流域实际蒸散发量呈明显的下降趋势,下降幅度为-24.3 mm/(10 a)。夏秋季节实际蒸散发的下降对年际尺度实际蒸散发的下降具有明显的贡献。（2） 珠江流域东南沿海地区年实际蒸散发量较高（大于690 mm）,该区年实际蒸散发量呈现显著的下降趋势。流域中部有一条呈东北-西南走向的条带状实际蒸散发低值区,年均实际蒸散发量在630 mm以下,但该区域的时间变化趋势不明显。（3） 气温日较差和日照时数的下降以及大气压的增加使得辐射能量项的下降,是造成实际蒸散发下降的主要原因;平均气温、最高、最低气温的上升使空气动力学项呈现增加趋势,从而在一定程度上贡献于实际蒸散发的下降。春秋冬三季平均风速的下降引起空气动力学项的下降趋势或减缓其增加趋势,反过来在一定程度上减缓了实际蒸散发的下降趋势。      

1966—2015年天山南北坡空气湿度差异及其影响因素

利用天山地区近50年(1966—2015年)逐日气象资料,采用Mann-Kendall趋势检验法研究了天山南北坡相对湿度(RH)的时空变化特征,分析了天山南北坡RH对平均气温、降水量、平均风速、参考蒸散量、日照时数的敏感性,并探讨了引起RH变化的主导因素。结果表明：(1)整个天山地区RH变化有略微上升的趋势但不显著,北坡RH总体呈下降趋势,南坡RH总体呈上升趋势。(2) RH空间分布呈自北向南递减趋势,南北坡全年及春季以下降趋势为主,而夏、秋、冬三季均以上升趋势为主,且南坡变化趋势的显著性高于北坡。(3) RH对风速、气温、日照时数及参考蒸散量均为负敏感,对降水量为正敏感。北坡RH对各气象因子的敏感程度依次为日照时数>参考蒸散量>风速>气温>降水量,南坡敏感程度依次为日照时数>风速>参考蒸散量>气温>降水量。空间分布上,仅降水量敏感系数高值区位于北坡伊犁河谷,其余要素敏感系数高值区均位于南坡。(4)参考蒸散量是影响天山地区RH变化的主导因子,整个天山地区参考蒸散发贡献率较高,日照时数贡献率高值区集中于北坡伊犁河谷,风速、降水量、气温贡献率高值区均集中于南坡克孜勒苏地区。     

东疆地区蒸发量变化趋势及气象影响因子研究

对东疆地区1961-2001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,东疆地区蒸发量呈显著下降趋势,蒸发量1970年代至1980年代初期的增多和1980年代中期至21世纪初的减少是突变现象;6种气象因子对蒸发的决定程度相对湿度>水汽压>气温>风速>日照时数>净地表辐射,风速与日照时数、相对湿度与水汽压、气温与水汽压、气温与相对湿度的协同作用对蒸发量的决定作用很大.相对湿度的显著增加是导致东疆地区蒸发量逐年减少的重要原因.     

青藏高原珠峰地区戈壁下垫面上实际蒸散发量和蒸发皿蒸发量的关系研究!

根据互补理论得出了中国科学院珠穆朗玛大气与环境综合观测研究站(珠峰站)的蒸发皿蒸发量和实际蒸散发量之间的关系,结果显示,湿季(7-10月)的ε值(即使潜在蒸发量增加的那部分感热的比例)小于全年的ε值,干季(1-6月,11-12月)的ε值最大。其次,对珠峰站的实际蒸散发量进行了计算,结果显示,在湿季应用互补理论计算得到的实际蒸散发量更加接近于观测值,而干季实际蒸散发量的计算值与观测值的差距比较大。最后,通过研究珠峰站蒸发皿蒸发量和实际蒸散发量分别与风速、气温、相对湿度、净辐射以及降水之间的关系,发现由于蒸发皿蒸发量在干季主要受风速和温度影响,受相对湿度影响比较小,进而随湿度指数没有明显的变化,所以在干季应用互补理论计算得到的实际蒸散发量与观测值的差距比较大。所以互补理论可能比较适用于湿季,在干季并不适用。     

万年县夏季裸露土壤地表最高温度特征浅析

本文基于万年县1981-2010年夏季逐日观测场裸露地表最高温度、日最高气温和降水等25个气象因子的历史观测资料,分析了裸露土壤地表最高温度的变化特征。结果显示:地表最高温度与日最高气温有着明显的同步变化趋势,地表最高温度出现时间一般比日最高气温出现的时间要早;地表最高温度平均值7月最高,6月最低,8月居中;6、8月地表最高温度整体呈下降趋势,7月地表最高温度整体呈上升趋势;地表最高温度受日最高气温的影响最大,受降水、云量和日照的影响也比较明显,受相对湿度、风等的影响相对较小。     

青藏高原典型高寒草甸和高寒沼泽湿地植被耗水规律研究

为了揭示青藏高原典型高寒草甸和高寒沼泽湿地耗水特征,以青藏高原玛沁地区高寒草甸和玉树隆宝地区高寒沼泽湿地为观测研究站,以实际蒸散发为研究对象,采用涡度相关系统,通过涡度相关理论进行原始观测数据预处理,分析了实际蒸散发在不同时间尺度和不同下垫面的变化特征,探究了典型环境因子对实际蒸散发的影响。结果表明：（1）高寒草甸和高寒沼泽湿地实际蒸散发主要集中在生长季,平均蒸散发分别为123.46 mm和146.76 mm,小时蒸散发在一天的14:00-15:00（北京时）达到最高值;（2）对于不同下垫面,蒸散发与气象因子的相关关系不同,高寒草甸净辐射对蒸散发的贡献最突出,高寒沼泽湿地土壤热通量对蒸散发的贡献最大,其次为净辐射;（3）不同下垫面水分消耗（The difference between ET and precipitation,IETP）变化特征说明高寒草甸和高寒沼泽湿地下垫面都以水分消耗为主,IETP占比分别为69%和80%。