近36年江淮地区浅层地温变化的多尺度分析

选取1981-2016年中国江淮地区28个气象站的0~20 cm地温观测资料,运用经验正交函数分解(EOF)和集合经验模态分解(EEMD)方法,得到江淮地区0~20 cm地温及气温多时间尺度的振荡规律。结果表明:江淮地区全区域有明显的空间一致性,特征向量值在全地区均为负值,时间系数在20世纪90年代中后期由正转负。1981-2016年江淮地区浅层地温和气温均表现为波动上升的趋势,其中0 cm地温的气候倾向率为0.65℃·(10a)-1,增温幅度大于5~20 cm层地温及气温。0 cm、5 cm、10 cm、20 cm四层地温及气温分解后的IMF1和IMF2分量的周期分别为准3年和准7年,且80年代的振幅要小于之后的年份,表明浅层地温及气温在80年代是稳定少变的,进入90年代波动幅度增大。年际变化在江淮地区0~20 cm地温及气温的长期变化中占主导地位。对36年0~20 cm地温的气候平均值进行分解可得,江淮地区各站点浅层地温的延伸期尺度周期基本分布在准12~16天和准26~33天两个周期内。     

沈阳地区浅层地温变化特征及播种期地温预报研究

为了掌握沈阳地区地温变化规律,并提供更好的大田地温预报服务,降低播种风险,提高粮食生产安全,利用沈阳地区7个气象站点1981-2015年地温和气温数据,运用数理统计方法,分析近35 a地温和气温的变化规律,建立了春播期（4月和5月）地温预报模型。结果表明：1981-2010年,年代际温度呈上升趋势,气温的变化导致地温的变化也更加明显,气温和各层地温的气候倾向率为0.426-0.549℃/10 a,4-10月0-5 cm、5-10 cm、10-20 cm每一层的地温差为1.5℃、0.5℃和0.5℃;0-20 cm地温以及气温在1996年前后发生了突变;春播期西部地区0 cm、5 cm、10 cm的地温和气温差值4-5月由较低转为较高;地温预报模型t检验的P值在P=0.01水平差异均不显著,相对误差控制在±10%以内,可以用于沈阳春播期（4月和5月）地温预测。     

小兴安岭五营林区地温变化特征分析

小兴安岭五营林区各层年平均地温中,地表温度最高,20cm浅层地温最低。10月一次年3月地表及浅层土壤热量由下向上传导,在20cm深度左右出现逆温层;而4-9月热量传导则由上而下。年际变化和日变化中,地温峰值均随着深度的增加而变小,并且出现的月份存在滞后现象,日变化中峰值出现的时间与气温相比具有一定的前移性。     

草温、0cm地温、气温间变化规律分析

利用2008年信阳、郑州、南阳、商丘4个国家基本(准)站草温、0 cm地温和气温资料,分析了不同季节(冬、夏)、不同天气条件下草温、0 cm地温、气温的变化关系,结果表明:冬季无积雪和夏季的晴天,草温变化的振幅最大,位相靠前,0 cm地温居中,气温变幅最小;冬季有积雪时,0 cm地温在0 ℃左右变动,草温和气温表现出一定的变化幅度.从全年月平均值变化来看,0 cm地温>草温>气温;逐月极端最高值,0 cm地温>草温>气温;逐月极端最低值,草温＜0 cm地温＜气温.用草温比用0 cm地温和气温能更好地判定霜的出现.     

锡林郭勒草原生长季地—气温度变化特征及相关性

利用锡林郭勒草原8个气象站1960—2014年5—9月气温和0~40 cm地温逐旬观测资料,采用线性倾向估计、5 a滑动平均、线性回归等统计方法,分析锡林郭勒草原生长季地—气温度的变化特征及相关关系。结果表明:近55 a来,锡林郭勒草原生长季地—气温度都呈显著上升趋势,"前冷后暖"特点十分明显,且0~20 cm地温的增幅远高于气温,40 cm地温增幅则低于气温。生长季地—气温度月变化呈"低—高—低"抛物线形状,最高值出现在7月。5—8月地温随土层深度增加而下降,而9月地温随深度变化不明显。各层地温与气温呈显著正相关,且随深度增加相关性逐渐减小;地—气温度线性关系模型在各层拟合效果较好,用于预测和估算各层地温,基本可以满足该地区牧业生产实践的需要。     

近50年恩施市气温与浅层地温变化特征及其相关性分析

本文利用恩施市1966～2016年近50年的年平均气温、0～20cm平均地温资料,采用线性倾向估计、统计回归、Mann-Kendall等方法对恩施市年均气温和各层地温的年代际变化、季节变化、突变情况、地气温差变化等进行了研究分析。结果表明:恩施市近50年平均气温和各层地温总体呈显著性上升趋势;年均气温和地温的年代际平均阶段性特征明显,1966～1996年,气温和地温呈下降趋势,从1997年开始,气温和地温呈明显增暖趋势,2006～2016年年均气温和地温是近50年中最暖的10年。恩施市1966年到1980年代初期,气温和地温多波动,从1980年代初到2000年代初,平均气温和各层地温均呈现出明显变冷的趋势,地温变冷趋势更加明显;年均气温在1998年突变为增暖趋势,且近10年增暖趋势十分显著,而各层地温突变为增暖趋势是在2001年,较年均气温晚三年。各层地温与气温的季节变化趋势具有较好的一致性,气温和各层地温从1966～2016年升温幅度在春季最明显,夏季最不明显;春季平均气温较各层地温的升温速率均偏小,夏季平均气温和各层地温有增温趋势,但增温趋势不显著,秋季和冬季,土壤深度越深,气候倾向率越小,增温趋势越不显著。近50年恩施市地气温差为正,除0cm地气温差呈增大趋势外,5～20cm地气温差均呈减小趋势,且随着土壤深度的增加,地气温差减小的幅度越大。      

和林格尔县地温变化与气温的关系

利用和林县气象局1960—2008年气温、40、80cm地温月平均数据,降水、日照、积雪月总量数据,对地温与气温的变化关系及其影响因子进行了分析。结果表明,40cm地温与气温有相同的变化趋势,其突变点与气温变化的突变点相同,均为1987年。40cm地温在夏季略受降水的影响,而冬季受积雪的影响较明显。其终年与日照时数相关较弱,说明地-气辐射过程平衡的速度较快,会很快消除掉其他气象因子带来的地温与气温之间差异的阶变。40cm与80cm地温变化的一致度很高,表明80cm很少得到来自地壳内部热量,80cm地温变化的两个异常点分别位于1988年和1990年,处于1987年附近但落后于1987年,说明气候突变会影响到80cm地温变化,但影响滞后。     

康乐气象站迁移前后地温同期观测资料对比分析及订正

为了消除城市化进程对旧站地温的影响,运用数理统计方法对康乐县新旧地面气象观测站2012年1-12月同期0-20 cm地温平均值、方差及相关性进行F、T、t检验,对新旧2站数据差异显著的地温,利用最小二乘法进行最佳线性拟合,建立2站地温订正方程。结果表明：整体而言,新站与旧站0-20 cm地温均存在负温差,旧站地温较新站的偏高,大多数月份差值较小,资料连续性较好,但2站地温差值变幅较大。地温差异显著的1月和10月2站地温资料呈显著线性相关,经订正后的新旧站资料基本重合。     

基于不同雪深的地面温度、雪（草）面温度与气温的关系

以新疆塔城基准站自动气象站2006年11月—2010年3月积雪深度≥0cm的451天为样本,对0cm地面温度、雪面（草面）温度、气温及云量、日照时数、雪深进行统计分析,找出不同积雪深度下地面温度、雪（草）面温度与气温的关系,结果显示：雪（草）面温度在积雪期,变化趋势与气温一致,受云量及日照时数影响明显,平均雪温低于平均气温;地温随雪深变化有20cm和50cm两个分界点,雪深≤20cm时,地温受雪深、气温影响较大,变化趋势与气温基本一致,地温高于气温,雪层较薄时,受云量和日照影响较明显。雪深超过20cm时,地温变幅趋向定值,地温变化仅受长时间温度变化影响,且不低于-5℃;雪深超过50cm时,地温趋于定值（-1℃）。     

青藏高原西部土壤热量的传输及其参数化方案

青藏高原土壤热通量虽然在热源强度或热量平衡总量中所占比例不大,但它是地面热量平衡方程闭合的一个重要因子。以1997年9月至1998年12月青藏高原西部改则和狮泉河两个自动气象站(AWS)连续观测的地下2.5 cm和7.5 cm深度的土壤热通量,分析了浅层土壤热通量、土壤温度梯度和土壤热储存量的月变化和季节变化特征,并对一整年的这3个量进行了日变化的合成分析。进一步利用土壤热通量与同期不同深度土壤温度进行了拟合分析,得出了高原西部利用地温计算土壤热通量的参数化公式。     

The Characteristics and Controlling Factors of Water and Heat Exchanges over the Alpine Wetland in the East of the Qinghai–Tibet Plateau

Alpine wetland is one of the typical underlying surfaces on the Qinghai–Tibet Plateau. It plays a crucial role in runoff regulation. Investigations on the mechanisms of water and heat exchanges are necessary to understand the land surface processes over the alpine wetland. This study explores the characteristics of hydro-meteorological factors with in situ observations and uses the Community Land Model 5 to identify the main factors controlling water and heat exchanges.Latent heat flux and therm...     

黄河源高寒湿地-大气间暖季水热交换特征及关键影响参数研究

湿地是由陆地和水体形成的自然综合体,具有重要的生态、水文和生物地球化学功能,黄河源高寒湿地作为黄河重要的水源涵养区,对其下垫面水热交换特征及关键影响参数的研究具有非常重要的意义。本文利用中国科学院西北生态环境资源研究院麻多黄河源气候与环境变化观测站2014年6~8月观测资料,分析了黄河源区高寒湿地-大气间暖季水热交换特征,并利用公用陆面模式（Community Land Model,简称CLM）模拟了热通量变化,提出针对高寒湿地的粗糙度优化方案。主要结果如下:（1）暖季向上、向下短波与净辐射的平均日变化规律一致,向上、向下长波平均日变化平缓,地表温度升高相对于向下短波具有滞后性,潜热通量始终为正值并大于感热通量;（2）温度变化显著层结为20 cm以上土壤浅层,存在明显的日循环规律,土壤中热量09:00（北京时,下同）下传至5 cm深度,温度升高,11:00至10 cm深度,13:00至20 cm深度,18:00后开始上传,温度降低,40 cm及以下深度受此影响较小,热量在土壤中整体由浅层向深层输送;（3）土壤湿度平均日变化小,5 cm深度为土壤湿度最小层,10 cm深度为最大层;（4）麻多高寒湿地动力学粗糙度Z_0m在暖季变化稳定,可作为常数,Z_0m=0.0143 m;（5）提出更加适合高寒湿地下垫面暖季附加阻尼kB-1参数化方案,使得热通量模拟效果较CLM原始方案有所提高。以上结果对于研究湿地下垫面陆面过程具有重要意义。     

塔克拉玛干沙漠腹地流沙下垫面土壤呼吸特征及影响因素分析

通过LI-COR8100A土壤碳通量观测系统分别于2013年1月、5月、10月和11月进行了塔克拉玛干沙漠腹地塔中流沙下垫面土壤呼吸速率测定试验,并分析了相应的土壤水热因子对呼吸速率的影响。结果表明:塔克拉玛干沙漠腹地土壤呼吸速率整体偏低,但具有明显的昼夜波动性和季节变化特征。研究区流沙土壤中可能存在的无机碳过程是导致夜间及凌晨的土壤呼吸速率为负值,白天为正值的主要原因。不同时段的土壤呼吸速率(Rs)分别与土壤表层0~5 cm平均土壤温度(T)和湿度(W)间存在较为同步的昼夜变化趋势且具有良好的回归关系。相对于单因素影响的回归分析,土壤温、湿度的协同作用能够从整体角度更好地解释土壤呼吸速率的变化情况。回归方程Rs=a+bT+cW和Rs=a+bT+cW+dTW可解释不同时段土壤呼吸速率76.0%以上的变化情况。这说明土壤温、湿度是控制土壤呼吸速率的主要环境因子。沙漠腹地土壤极低的水分条件成为土壤呼吸的限制性因子,呼吸速率对于作为限制性因子的土壤湿度的变化响应则更加直接,而对于土壤温度变化的敏感性就有所下降,导致土壤呼吸速率与土壤温度回归关系出现明显的时滞环现象。     

半干旱地区吉林通榆"干旱化和有序人类活动"长期观测实验

简单介绍了吉林通榆"干旱化和有序人类活动"长期观测实验,该实验站同时也是国际协同加强观测计划(CEOP)的地面观测站.分析了2002年10月～2003年3月(CEOP-EOP3)非生长季观测到的近地面层微气象及能量通量资料.结果表明,在非生长季,半干旱地区农田和退化草地下垫面近地面层能量收支基本一致;感热通量占主要地位,占净辐射通量的70%左右;潜热通量及地热流都很小,通常小于30 W m-2.土壤温度日变化主要集中在地表以下20 cm土壤层,20 cm以下土壤温度日变化很小,但存在明显的季节变化.在非生长季,土壤表层10 cm厚度内,草地下垫面土壤体积含水量比农田大;20 cm以下深度土壤体积含水量的日变化很小,同样存在季节变化.     

基于组网观测的那曲土壤湿度不同时间尺度的变化特征

利用第三次青藏高原大气科学试验的土壤湿度观测数据,分析了那曲多空间尺度组网观测的28个站2、5、10、20和30 cm 5个不同深度土壤湿度的季节变化和日变化特征,并对比讨论了土壤湿度站点间的差异。分析表明,各层土壤湿度均存在显著的季节变化。冬春季节,20 cm以上土壤湿度随深度变浅而减小。夏秋季节土壤湿度随深度增加而减小,并分别在7月上、中旬和9月出现两个峰值。10月以后进入土壤湿度衰减期。土壤温度和土壤湿度存在协同变化关系。在一定的温度范围内,土壤发生冻结-融化过程,引起土壤湿度变化。在太阳辐射加热下,土壤表层水分蒸发,进而影响土壤温度。不同观测站间土壤湿度差异较大,夏秋季离散性大于冬春季。不同季节土壤湿度的日变化存在差异。春季10 cm以上土壤湿度日变化明显,08-10时（北京时）达到最低,19-20时达到最高。夏季土壤湿度日变化较为平缓。秋季2 cm深度土壤湿度日变化明显。线性拟合结果表明,1、4、10月土壤湿度和土壤温度为正相关关系。但是在夏季,土壤湿度与土壤温度为负相关。站点间土壤湿度变化的离散性表明,多测站才能全面体现青藏高原某区域的陆面状态。文中结果为青藏高原地区土壤湿度卫星参数验证和数值模式参数化提供了多角度的观测依据。      

1980-2010年丽水市土壤温度变化特征

利用1980-2010年丽水市国家气象观测站0-20 cm 的5层土壤温度逐月观测资料,采用气候倾向率、Mann-Kendall检验和气候相关性等气候分析统计方法,分析了丽水市土壤温度的时间变化趋势、气候突变及对气候变化的响应。结果表明：丽水市平均土壤温度呈极显著的增温趋势,升温率为0.18 ℃/10 a,其中冬季增温最明显,月变化特征呈单峰分布。土壤温度随深度的增加变化幅度减小,且在时间变化上有一定的滞后性。Mann-Kendall检验表明,丽水市土壤温度处于稳定增长的趋势,其中2004-2009年各层土壤温度增温最显著,通过0.01的显著性检验。丽水市各层土壤温度的突变点,随着深度的增加有所延后,平均土壤温度在1994-1996年发生突变。丽水市土壤温度对气候变化的响应,表现为与气温呈现显著的正相关,与春夏季降水有明显的负相关。     

黄土高原半干旱区夏季晴天陆面特征模拟与观测对比分析

以甘肃定西为例,利用中尺度模式MM5模拟了黄土高原半干旱区夏季晴人的陆面特征,并与观测资料进行对比分析。结果表明,对气温、土壤热通量、辐射、感热通量的模拟结果与观测比较一致,而对比湿、地表温度、潜热通量的模拟结果与观测偏差稍大。夏季晴天,定西地区的地表温度日最高值出现时间较13最高气温出现时间早了3h,但两者日最低值出现时间相同;10cm深度处的土壤温度存在明显的日变化,而40、80cm深度处无明显的日变化;空气湿度较低,夜晚比湿的变化与露水的凝结量变化时间一致;土壤热通量呈典型的单峰型日变化特征,日最大值出现在13：00,与太阳短波辐射与地表反射辐射日最大值出现的时间相同;在半干旱区感热通量明显大于潜热通量,热通量以感热通量为主;边界层高度最高可达到2100m左右,比干旱区敦煌的低1000m左右。     

黄河源区土壤温湿和大气参量变化特征

利用中国科学院西北生态环境资源研究院玛曲土壤温湿观测网2008-2009年、2013-2014年数据验证了3套再分析资料ERA-Interim,CFSR（Climate Forecast System Reanalysis）和JRA-55（Japanese 55-year Reanalysis）在黄河源区的适用性,结合中国气象数据网玛曲气象站1980-2014年观测资料与CLM4.5（Community Land Model 4.5）进一步分析了黄河源区近35年气候变迁、土壤温湿分布和变化,结果表明:CFSR能够较好地描绘黄河源区土壤湿度变化,ERA-Interim对于土壤温度刻画能力更强,JRA-55效果较差;35年来气温、土壤温湿总体呈上升趋势且发生突变;近年来10 cm土壤温湿有暖干化趋势,降水量稍有增加,土壤冷季冻结周期变短,暖季持续时间拉长;CLM4.5模拟精度高,能够较好地刻画源区土壤温湿变化细节,两湖及黄河周边暖季为冷湿中心,冷季为暖干中心。     

巴丹吉林沙漠北缘沙尘天气过程中近地面气象要素变化及风沙流结构分析

提要：利用2013年春季在巴丹吉林沙漠北缘拐子湖地区的沙尘暴加强观测资料,对比分析该地区典型流动沙面晴天、扬沙和沙尘暴三种天气背景下各气象要素的变化特征及差异,同时对沙尘暴过程中近地层风沙活动特征进行分析。结果表明,随风速增加沙尘天气强度逐步提升且沙尘天气来临前风速、风向均表现出明显的调整现象,此后爆发过程中风速、风向相对稳定。随沙尘天气强度的增加气温逐渐减小且沙尘天气过程中地面呈利于沙尘起动的暖干状态,同时地面气压不断升高。悬浮的沙尘会导致拐子湖流动沙地各层地温有减小趋势,但减小程度相对较弱,使沙尘天气下各层地温仍保持良好的梯度变化和正弦型日变化趋势。拐子湖流沙地春季起沙风速为6.5m/s,输沙通量垂直分布状况在20cm左右具有明显的分段现象。地表100cm内总输沙量的50%和90%分别集中在地表20cm和56cm高度以内。观测期间整个5月地表0～100cm高度内的输沙通量为420.96kg/m。