近30年全球干旱半干旱区的蒸散变化特征

全球变暖加剧了气候系统能量和水分循环相互作用的变化,水分平衡变化导致极端旱涝事件频发。地表蒸散是能量水分循环的重要过程,是理解气候变化的关键环节。本文基于1982~2011年FLUXNET-MTE观测资料和ERA-Interim再分析资料,分析了全球干旱半干旱区蒸散的时空变化特征及典型区域的变幅、趋势和季节变化。结果表明:（1）干旱半干旱区多年平均蒸散量小于300 mm。冬季蒸散量最小,夏季最大且变率也最强。1990年代前后,干旱半干旱区蒸散发生了明显的年代际转变,暖季的年代际差异尤为明显。（2）近30年来,东半球干旱半干旱区蒸散量呈增加趋势,西半球呈减小趋势。典型区域来看,南非呈显著增加趋势[25.14 mm（10 a）-1],美国西南部呈显著减小趋势[-19.86 mm（10 a）-1];萨赫勒、中国北部和澳大利亚呈增加趋势,阿根廷及智利南部呈减小趋势。（3）蒸散变化与温度、降水的变化联系密切,三者具有相似的年循环变化,但三者间相关性在干旱半干旱区具有显著的差异性。     

气候变化对长江黄河源区生态系统的影响及其水文效应

利用1967年航片数据、1986和2000年两期遥感TM数据,对长江黄河源区高寒生态系统分布格局变化进行了分析,并结合源区气候变化观测数据,分析了源区高寒生态系统变化与气候的关系和陆面生态系统变化对源区水文过程的影响。结果表明：过去40 a来,长江源区高覆盖草甸、高覆盖草原和湿地面积分别减少了13.5%、3.6%和28.9%,黄河源区高覆盖草甸、高覆盖草原和湿地面积分别减少了23.2%、7.0%和13.6%,江河源区低覆盖草甸、草原和沙漠草地面积均不同程度地增加;长江、黄河源区气温变化率分别为0.27和0.31℃/10a,降水的变化趋势在长江、黄河源区分别以0.36和0.07 mm/a的速率递增,气温持续升高和由此引起的冻土退化是导致高寒生态系统退化的主要因素之一;陆面生态系统退化对源区水文过程影响显著,在降水没有明显变化的情况下,长江、黄河源区径流系数分别由1960年代的0.16和0.28下降到21世纪的0.12和0.21,且降水－径流关系减弱,出源径流趋于减少,洪水发生频率显著增加,水源涵养指数持续减小。如何应对气候变化,维护源区高寒生态系统功能,已成为迫切需要关注和解决的关键问题。     

三江源地区降雪量演变特征及其对径流的影响

利用1961-2019年三江源地区19个气象台站逐日气温、降水量等气象观测数据,分析了三江源地区降雪量、降雪日数和雪雨比的时空演变特征及其对径流量的影响。结果表明：（1）1961-2019年三江源地区平均降雪量为146.5 mm,降雪量以14.8 mm·（10a）^-1的速率在减少,1985-1999年为降雪量偏多期,2000年以来为降雪量偏少期;（2）三江源地区年平均雪雨比以4.0%·（10a）-1的速率在减少,长江源区西部及黄河源区西部是雪雨比减少最为明显的区域,其余地区减少速率相对缓慢;（3）三江源地区年平均降雪日数为91天,曲麻莱、五道梁、沱沱河一带以及黄河源区中西部是降雪日数的大值区,降雪日数以14 d·（10a）^-1的速率在减少,黄河源区西部是降雪日数减少最为明显的区域;（4）三江源地区各月降雪量及降雪日数均呈双峰型分布,降雪量和降雪日数最多出现在5月,小雪易出现在3月或4月,中雪和大雪以上量级在秋末、春季出现的概率最高;（5）随着海拔的抬升,降雪量和降雪日数增加,随经度的增加而减少;冷季降雪量多的年份,径流量也随之增大,且径流量相...     

黄河源区蒸散发量时空变化趋势及突变分析

蒸散发量是流域水文过程的关键因子。由于缺乏区域面上实际蒸散发量的长期观测,很难得到长时间序列的蒸散发时空变化趋势。因此,本研究首先利用架设在黄河源若尔盖地区的涡动相关系统观测的2010年全年的蒸散发资料进行分析,对欧洲中心提供的ERA-interim和美国国家环境预报中心(NCEP)提供的地表变量再分析数据集进行了局地适用性评估,并依据再分析蒸散数据集,基于统计学方法分析了1979~2014年黄河源区蒸散发量的时空分布及变化特征。结果表明:(1)ERA-interim蒸散发再分析资料在黄河源区适用性较好,均方根误差为0.63,NCEP蒸散发再分析资料在4~7月、10~12月模拟值偏高,均方根误差为0.81。(2)进而利用ERA-interim蒸散发再分析资料,基于Mann Kendall方法及Sen斜率(Sen’s slope estimator)检验法,分析了黄河源区蒸散发量在1979~2014年期间的变化趋势。黄河源区蒸散发量总体上呈现北高南低的年变化趋势,北部兴海—共和—贵德地区增加最为迅速,年变化率在1.5~2.5 mm/a,西南部曲麻莱—治多—玉树地区减少最为明显,变化率为-1.0~-0.5 mm/a,东南部玛沁—玛曲—久治地区蒸散发量的变化在0.5~1.0 mm/a。(3)利用滑动t检验和SQMK(Sequential Mann Kendall)方法检测出发生突变的年份集中在20世纪80年代。     

黄河源区地表水资源变化及其影响因子研究

利用1955～2005年黄河源区玛多气象站和黄河沿水文站气象、水文资料,分析了该区域地表水资源、气候及冻土演变规律,揭示了地表水资源变化的成因。研究表明:近51a黄河源流量丰枯转化频繁,但在总体上特别是进入20世纪90年代以来黄河源流量呈减少趋势,流量年内分配表现为单峰型;降水量对流量有着较为显著的影响,且具有一定的持续性;黄河源区气温的显著升高对于加大流域蒸发量导致流量补给的减少作用要大于其升高致使冰雪融水的补给作用,其中春季气温回升的这一效应更为显著;黄河源区冻土呈现出显著的退化趋势,冻土厚度与流量总体上呈显著的正相关关系,其不断减小削弱了自身天然隔水层的作用;黄河源区蒸发量呈现出显著的增大趋势,并导致流量的减少;气候变化导致流量的减少量占总减少量的70%,其余30%可能是由人类活动加剧造成的,气候及冻土因子对流量的作用大小依次为冻土、降水、蒸发和气温,显然多年冻土对于黄河源区地表水资源的形成和发育有着至关重要的作用。     

近几十年黄河源区气候与植被变化及相关分析

通过对黄河源区气温、降水量、NDVI指数变化以及NDVI指数与气温、降水量的相关性进行分析,结果表明:黄河源区气温近50年呈升高趋势;源区近34年年降水量呈减少趋势,20世纪80年代源区降水量较多,比较湿润。近20年黄河源区及源区东北部植被覆盖较差,且不容易保持,达日及源区东南部植被覆盖相对较好,且容易保持;源区植被覆盖与气温、降水量均呈正相关关系,降水量对植被覆盖的影响比气温的影响大。     

黄河源区重力波势能值计算及其与降水量关系的分析

本文基于1960—2016年的降水量数据分析了黄河源区降水量的分布特征,并利用COSMIC掩星数据计算得到2008年黄河源区的重力波势能值（Potential Energy,Ep）,分析其变化特征,进而运用小波相干分析法探究黄河源区重力波势能值与降水量的相关性。结果表明：1） 黄河源区多年平均降水量受海拔高度影响显著。2） 对不同月份每一不同高程下的Ep值进行分析,得到2008年黄河源区重力波势能值随海拔高程及季节的变化趋势。3） 在2008年黄河源区呈现出：冬夏两季降水量存在较大差异,而重力波势能值同样存在明显的季节性差异,且与逐月平均降水量具有负相关的趋势。此现象是由于山坡地形的动力抬升作用影响和重力波对湿润气流的拖曳作用影响在不同时段占优。4） 黄河源区重力波和降水有着显著相关性,降水对于重力波有着很好的响应。     

近57a长江黄河源区径流量变化异同特征分析

利用1956~2012年长江和黄河源区内2个水文站点逐月流量数据,分析了近57a两江源区径流的长期变化趋势、突变特征以及周期特征的异同。结果表明:长江源区径流量月变化呈单峰型,峰值在7月;黄河源区则表现为双峰型,峰值分别出现在7月和9月。近57a来,长江源区各季节及年平均径流量均呈现上升趋势,而黄河源区表现为年平均、春季和秋季平均流量呈下降趋势,而夏季和冬季则表现为上升趋势的特征。长江源区1960年和1968年前后的突变点比较可靠,在1998年前后可能也存在一次突变;而对于黄河源区,则在1960年和1968年前后的突变点具有较高的可靠性。长江源区年径流量主要存在9~10a和准22a的变化周期,而黄河源区年径流主要存在4a、7~8a和准16a的变化周期。      

乌鲁木齐河流域参考作物蒸散量时空变化特征

根据乌鲁木齐河流域5个气象站近30a的地面气象观测资料.应用1998年FAO最新推荐的Penman-Monteith公式计算了各月参考作物蒸散量ETo,在此基础上,分析了ETo的月际和年际变化特征,并探讨了各气候要素和海拔高度与ETo的相关关系。结果表明,乌鲁木齐河流域ETo空间变化较大。从山前冲洪积平原的人工绿洲区到高寒地带的乌鲁木齐河源头ETo多年平均值呈明显递减趋势,平均垂直递减率为17.3mm.（100m）-1;30a来,流域各站的年参考作物蒸散量ETo均呈递减趋势,递减速率为-0.05mm.a-1～-5.21mm.a-1;ETo与平均气温、平均最高气温、平均最低气温、空气相对湿度、风速、日照时数、降水量和小型蒸发皿蒸发量均具有较好的相关性;造成近30a乌鲁木齐河流域参考作物蒸散量呈递减趋势的气候原因是：气温、空气相对湿度升高和降水增多以及风速、日照时数减小等气候变化综合作用的结果。     

1953～2017年黄河源区气温变化的多尺度特征

基于黄河源区8个站点的年平均气温序列,利用集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）方法,揭示了以玛多站为代表的黄河源区1953~2017年气温演变的多时间尺度特征,探讨不同时间尺度上的周期振荡对气温变化总体特征的影响程度,分析了黄河源区不同时间尺度的气温变化与海温指数,尤其是与北大西洋多年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO）间的关系。结果表明:（1）1953年以来黄河源区玛多站年平均气温以0.31 ℃/10 a的变化率表现为明显的增暖趋势,20世纪80年代后期开始转暖,尤其是进入20世纪90年代后期变暖更加明显。（2）1953~2017年,黄河源区年平均气温呈现3 a、6 a、11 a、25 a、64 a及65 a以上时间尺度的准周期变化,其中以准3 a和65 a以上时间尺度的振荡最显著,准3 a的年际振荡在21世纪以前振幅较大,而进入21世纪后年际振荡振幅减弱,65 a以上时间尺度的年代际振荡振幅明显加大。（3）1998年气候显著变暖以前,以准3 a周期为代表的年际振荡在气温演变过程中占据主导地位,1998年气候显著变暖以后,65 a以上时间尺度周期振荡的贡献率增加近5倍,与准3 a周期振荡的贡献相当。（4）气温与Nino3.4指数和PDO（Pacific Decadal Oscillation）指数的同期相关均不显著,但当气温领先PDO指数22 a时正相关最大且显著,不同于PDO指数,气温原始序列及其3个年代际尺度分量滞后AMO指数3~7 a或二者同期时相关性最高,这就意味着AMO对黄河源区气温具有显著影响。（5）AMO的正暖位相对应着包括中国的整个东亚地区偏暖,黄河源区只是受影响区域的一部分,20世纪60年代至90年代初期AMO的负冷位相期、20世纪90年代中后期至今AMO的正暖位相与黄河源区气温距平序列的负距平、正距平相对应,气温在65 a以上时间尺度的变化与AMO指数相关性更高,可见,AMO是影响黄河源区气温变化的一个重要的气候振荡,这种影响主要表现在年代际时间尺度上。     

黄河源区径流减少的原因探讨

分析了黄河源区1960~2000年气候变化特点,对蒸发进行了估算,并分析了植被和冻土的变化,对径流在20世纪90年代后明显减少的原因进行了探讨。结果表明,黄河源区气温在20世纪80年代中期后明显增加,降水在90年代偏少,气候向暖干方向发展,但蒸发变化不大,径流减少的直接原因是降水的减少;在90年代后降水强度的减弱也可能是径流减少的重要原因;归一化植被指数(NDVI)数据显示植被在90年代后期呈现退化的趋势,冻土在80年代以后表现出的明显的退化趋势,植被冻土的退化可以使得冻结层上水位下移,土壤水向土壤下层的渗漏增加,也会造成径流的减少。     

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。     

1961—2010年黄河流域蒸发皿蒸发量变化及影响因子分析

利用黄河流域内61个气象站逐月观测资料,使用Mann-Kendall非参数检验方法对1961—2010年黄河流域小型蒸发皿蒸发量变化趋势进行了分析,并用SVD和多元回归方法检测影响蒸发量变化的因子。结果表明,黄河流域年蒸发皿蒸发量在1961—2010年显著下降,四季中夏季的下降趋势最显著,年和春、夏季蒸发量均在1979年发生突变。上、中、下游的年蒸发量变化率分别为-2.38 mm/a、-2.35 mm/a、-8.35 mm/a,下游下降幅度较大。空间变化分布上,年和春、夏季蒸发皿蒸发量均在黄河流域河源地区、河套地区西部及北部、河南北部有显著下降趋势,在河套地区东部呈显著上升趋势。利用SVD分析发现蒸发量的空间变化与不同因子作用有着显著关联,通过对不同区域内各影响因子的多元回归分析发现流域内蒸发量上升的地区主要是由气温上升所引起,而下降的地区则与风速减小有关。     

IMERG和GSMaP卫星降水产品在三江源区的适用性评估

利用98个三江源区国家级气象站和区域气象站降水观测资料,对IMERG和GSMaP两种卫星降水产品进行了对比验证分析,并就长江流域、黄河流域和澜沧江流域分别进行了适用性评估.结果表明:IMERG卫星降水产品与地面观测日降水数据的相关系数中位数达到0.62,均方根误差中位数为4.24 mm,命中率能够达到0.80以上,明显...     

Weather and Climate Effects of the Tibetan Plateau

Progress in observation experiments and studies concerning the effects of the Tibetan Plateau (TP) on weather and climate during the last 5 years are reviewed. The mesoscale topography over the TP plays an important role in generating and enhancing mesoscale disturbances. These disturbances increase the surface sensible heat (SH) flux over the TP and propagate eastward to enhance convection and precipitation in the valley of Yangtze River. Some new evidence from both observations and numerical simulations shows that the southwesterly flow, which lies on the southeastern flank of the TP, is highly correlated with the SH of the southeastern TP in seasonal and interannual variability. The mechanical and thermal forcing of the TP is an important climatic cause of the spring persistent rains over southeastern China. Moreover, the thermodynamic processes over the TP can influence the atmospheric circulation and climate over North America and Europe by stimulating the large-scale teleconnections such as the Asian-Pacific oscillation and can affect the atmospheric circulation over the southern Indian Ocean. Estimating the trend in the atmospheric heat source over the TP shows that, in contrast to the strong surface and troposphere warming, the SH over the TP has undergone a significant decreasing trend since the mid-1980s. Despite the fact that in situ latent heating presents a weak increasing trend, the springtime atmospheric heat source over the TP is losing its strength. This gives rise to reduced precipitation along the southern and eastern slopes of the TP and to increased rainfall over northeastern India and the Bay of Bengal.     

Decreasing Reference Evapotranspiration in a Warming Climate—A Case of Changjiang (Yangtze) River Catchment During 1970–2000

This study deals with temporal trends in the Penman-Monteith reference evapotranspiration estimated from standard meteorological observations, observed pan evaporation, and four related meteorological variables during 1970–2000 in the Yangtze River catchment. Relative contributions of the four meteorological variables to changes in the reference evapotranspiration are quantified. The results show that both the reference evapotranspiration and the pan evaporation have significant decreasing trends in the upper, the middle as well as in the whole Changjiang (Yangtze) River catchment at the 5% significance level, while the air temperature shows a significant increasing trend. The decreasing trend detected in the reference evapotranspiration can be attributed to the significant decreasing trends in the net radiation and the wind speed.     

澜沧江-湄公河流域径流与气候因子变化的季节差异特征研究

根据DELWARE温度和降水数据、GLDAS蒸散发数据和湄公河干流9个水文站的实测径流,采用回归分析、均值T检验和低通滤波,分析了该流域气候和径流在1950-2017年间的变化情况,经分析表明流域内气候和径流在研究时段内有较大变化,而且在不同的月份呈现不同的变化特征。流域年平均温度整体呈增加趋势,2008年后的平均温度相对2008年前平均温度有显著增加;流域年平均降水的变化幅度不大;流域平均蒸散发在12月-次年2月呈下降趋势,其他月份呈增加趋势,2008-2017年月平均蒸散发与1950-2007年月平均蒸散发相比大幅提升,尤其是在6-10月;湄公河流域年径流没有显著变化,但径流在12月-次年4月呈上升趋势,7-10月呈下降趋势,其中,上升趋势比下降趋势显著,1-4月径流上升趋势在2008年之后更为显著;最小径流在2008年后有显著增加趋势,最大径流在2008年后呈下降趋势;年流量逆转次数自20世纪90年代起有明显升高趋势。通过比较温度、降水、蒸散发和径流在不同时间段的变化情况,可以看出径流在2008年后变化趋势和气候自然变化关系不显著,但可能跟大坝蓄水能力显著提高等人为活动有较大关系。     

黄河源地区近地面逆温层特征及形成原因分析

利用黄河源地区达日国家基准气象站2008～2017a近10a的探空、地面观测资料,分析黄河源地区近地面逆温层特征及形成原因,结果表明:(1)黄河源地区逆温层的出现频率、厚度、强度在不同时次随季节有明显的变化;(2)云量的多少、低空风速的大小对逆温的产生及强弱直接有关,逆温层下常伴有露、霜、雾等天气现象出现,逆温层上下空气湿度存在着明显的差别;(3)黄河源地区的逆温是在气候背景、地理条件、天气条件共同影响下,地面辐射作用的结果。