青藏高原近地表土壤冻融状况的时空变化特征

利用青藏高原(下称高原)87个气象台站的日最低地表温度和气温资料,通过线性回归和相关分析法,分析高原1980-2015年近地表土壤冻融状况变化趋势及其与气温、海拔和纬度的相关性。利用M ann-Kendall检验对其进行突变分析,并探讨其空间变化特征。结果表明:近36年,高原近地表土壤冻融状况发生显著变化。冻结起始时间推迟约26天,其变化速率为0.72 d·a~(-1),冻结结束时间提前约14天,速率为0.40 d·a~(-1);冻结持续时间和冻结天数分别缩短约41天和33天,其变化速率分别为1.13 d·a~(-1)和0.93 d·a~(-1)。高原冻融状况变化整体表现一致,局部地区略有差异。高原中东部地区冻结起始时间较早,结束时间较晚;而在东南部地区则存在相反的变化特征,这是由于该地区海拔较低,且全年土壤温度较高导致。就冻融状况变化速率而言,东部地区变化最快,西部适中,变化较慢的站点零星分布在中部和南部地区。气温对近地表土壤冻融状况有重要影响,但气温对土壤冻融循环存在一定的滞后作用。此外,高原近地表土壤冻融状况与海拔呈极显著相关,随海拔的降低,冻结起始推迟,冻结结束时间提前,冻结持续时间和冻结天数显著减少。     

多套土壤温湿度资料在青藏高原的适用性

利用青藏高原中部和东部土壤温度和湿度观测资料,通过计算两套再分析资料(ERA-Interim和CFSR)和六套陆面模式资料(ERA/land、MERRA/land、GLDAS-NOAH、GLDAS-CLM、GLDAS-M OSAIC和GLDAS-VIC)分别与观测资料之间的平均偏差、偏差标准差、相关系数、标准差比等统计参数,结合Brunke排名法,综合评估了再分析资料和陆面模式资料中土壤温湿度数据在青藏高原的适用性。结果表明:对于土壤温度,CFSR与观测值最接近,其次是MERRA/land和GLDAS-CLM,而ERA-Interim和ERA/land与观测值相差较大;除GLDAS-CLM土壤温度比观测值偏高外,其他资料土壤温度在大部分站点比观测值偏低,其中ERA-Interim和ERA/land土壤温度比观测值偏低较多,部分站点平均偏差超过-20℃。对于非冻结期(5 10月)土壤湿度,GLDAS-CLM与观测值最接近,其次是GLDAS-NOAH或ERA-Interim;与观测值相比,CFSR、ERA-Interim和ERA/land的土壤湿度偏湿,平均偏差大部分在0.05~0.20 m3·m-3之间,而GLDAS-NOAH、GLDAS-CLM和GLDAS-M OSAIC的土壤湿度偏干。     

黄河上游水源涵养区近60年关键气候要素的时空变化

黄河上游水源涵养区是黄河流域生态保护与社会经济高质量发展的重要区段,气候变化对其水资源时空分配的影响会加剧自然灾害的发生,进而影响到我国区域生态乃至人类的生存环境。本文基于1961-2016年CN05.1格点气温、降水、风速数据以及1981-2020年GLEAM V3.5a实际蒸发数据分析了黄河上游水源涵养区过去近60年的关键气候要素变化。结果表明：(1)研究区气温显著上升,气温变化趋势达0.34°C·(10a)^-1,冬季升温幅度最大,其中黑河区域玛曲县及周边地区的升温最为剧烈。(2)区域降水量整体呈现上升趋势,降水变化趋势为9.3 mm·(10a)^-1,春夏季增速相对较快,冬季最慢,增长趋势由西北向东南逐渐减小,西部少雨干旱地区增长显著,东南部多雨湿润地区则有较为明显的减小趋势。(3)风速在20世纪70年代初经历异常上升后便持续下降,风速变化趋势为-0.11 m·s-1·(10a)^-1,在空间上大部分地区都减少,尤其是北部大通河区域。(4)实际蒸发量显著上升,增长趋势达11.89 mm·(10a)^-1     

1960年以来藏东南地区气温和降水的变化特征

利用1960年以来藏东南地区27个气象站逐日的气温和降水数据,采用线性倾向率法、 Mann-Kendall检验、小波分析、极端气候指数等方法,研究藏东南地区气候变化特征。结果表明：(1)藏东南地区年平均气温、年最低气温和年最高气温均呈明显的增加趋势,升幅为0.29～0.43℃·(10a)^-1。季节尺度上冬季增温最为明显。年降水量整体上呈增加趋势,线性趋势为6.66 mm·(10a)^-1,其中夏、秋季呈减少态势,冬、春季呈增加态势。(2)气温和降水存在多个周期变化特征,在大时间尺度上均存在28年变化周期。(3)平均气温、最高气温和最低气温分别在1994年、 2001年和1992年发生突变,降水量在1979年发生突变。(4)表征极端气温增暖的指数(极端最高气温TXx、极端最低气温TNn、最高气温极小值TNx、最低气温极大值TXn)均呈增加趋势,高温事件频率指数(暖昼日数TX90p、暖夜日数TN90p)呈上升趋势,低温事件频率指数(冷昼日数TX10p、冷夜日数TN10p)呈减小趋势。高温事件持续性指数WSDI呈增大趋势,低温事件持续性指数CSDI呈...     

三江源地区气候变化特征及其影响评估

利用三江源区1961-2020年逐日气象数据、2006-2020年EOS/MODS监测资料,基于概率密度分布函数、线性趋势分析等方法,分析了气温、降水、极端气候指数变化趋势。结果表明：（1）1961-2020年三江源区气温明显向高温方向漂移,年平均、最高和最低气温升温率分别为0.38℃·（10a）^-1、0.28℃·（10a）^-1和0.45℃·（10a）^-1（P<0.01）,最高和最低气温升温幅度存在不对称现象。同时极端气温暖事件（暖昼日数、暖夜日数）明显增多,极端气温冷事件（冷昼日数、冷夜日数）迅速减少。（2）与前一气候态（1961-1990年）相比,1991-2020年平均、最高和最低气温分别上升了1.28℃、1.12℃和1.60℃,且概率密度分布更加扁平,说明气温离散程度更大,气候不稳定性增强。（3）近60年来,三江源区降水量总体呈增多趋势,增加率为10.3 mm·（10a）^-1,且随着降水量级的增加,降水量变化趋势越来越明显。进入21世纪以来,降水增多趋强表现更加明显。（4）在气温显著升...     

1979-2018年藏东南典型冰川泥石流流域极端气候事件分析

强降雨和高温是冰川泥石流的主要诱发因素,深入理解小流域冰川泥石流的孕灾气象条件变化规律,可为冰川泥石流的预警预判和灾害防治等工作提供依据和基础数据。基于中国区域地面气象要素驱动数据集(1979-2018年),利用Sen’s斜率法、 Mann-Kendall趋势及突变检验法、滑动t检验法、 Morlet小波变换法、变异系数(CV)和降雨集中指数(PCI)多种方法和指标,详细分析了藏东南典型冰川泥石流流域卡达沟的降雨量、气温和极端气候指数近40年的变化特征。结果表明：(1)年均气温和暖昼日数分别以0.05℃·a^-1和1.46 d·a^-1的速率显著上升,暖昼日数年际波动极大。两者均具有32 a准周期以及中短尺度周期。(2)春、夏、秋、冬季气温分别以0.044℃·a^-1、 0.039℃·a^-1、 0.049℃·a^-1和0.06℃·a^-1的速率显著上升。所有月份气温均呈显著升高趋势,其中3月和11月气温波动极大。(3)年降雨量下降趋势不显著。极端降雨日数无明显变化趋...     

基于多年卫星遥感的江苏省夏季城市热岛特征分析

利用2003—2020年的MODIS土地覆盖类型和地表温度等数据,从地表温度、气温和城市化的角度分析了江苏省夏季城市热岛强度和面积的时空分布和变化趋势。结果表明：近20 a快速的城市化导致了江苏省夏季热岛强度(0.07℃·a^-1)和热岛面积(529 km²·a^-1)整体均呈增加趋势;其中热岛强度前期受城区升温影响,呈明显增强(0.18℃·a^-1),后期受郊区升温影响,呈明显减弱(-0.14℃·a^-1);热岛面积变化主要由弱热岛面积(297 km²·a^-1)和较强热岛面积(192 km²·a^-1)的增长趋势主导,强热岛面积呈前期增长(133 km²·a^-1)和后期减少(185 km²·a^-1)的变化趋势;高温对整个城区的热岛效应影响有限,但对城市核心区的热岛效应影响明显,对应的强热岛面积增加和热岛强度增强。     

黑河流域表层土壤水分干化特征研究

土壤水分干化是指降水发生后土壤逐渐变干的过程,此过程一般包括重力排水、大气需求限制的蒸发以及水分限制的蒸发三个阶段,此三阶段在表层土壤中表现最为明显。黑河流域发源于祁连山中段,上中下游具有十分明显的景观地带性,探讨该地区表层土壤水分干化特征将为理解流域内不同环境下土壤蒸发的规律和影响因素提供理论支撑。本文基于2016-2020年黑河流域上中下游10个气象观测站点表层土壤水分、土壤温度、气温等资料,利用降水后的土壤干化事件分析了各区域土壤水分、潜在蒸散、归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)和土壤质地等因素与表层土壤干化速率的关系,并使用指数模型拟合干化事件,总结了各站点干化速率的季节间变化规律。2016-2020年黑河流域10个站点共识别出362个有效干化事件,分析结果表明：(1)土壤进入干化期后,干化速率随土壤含水率降低而逐渐减缓,约12天后,上游、中下游站点土壤干化速率皆趋于稳定,上游站点稳定在约0.04 cm³·cm^-3·day^-1,中下游则趋于0。...     

青藏高原南侧经圈环流变化特征及其对降水影响分析

基于1979-2015年青藏高原(下称高原)地区气象观测站的逐日降水资料和ERA-Interim逐日再分析资料,分析高原南侧经圈环流的季节演变及年际变化特征,并讨论其对高原降水及水汽输送的影响。结果表明,高原南侧80°E-90°E范围存在前季风环流、季风环流、Hadley环流的季节演变,前季风环流有-0. 377 s~(-1)·(10a)~(-1)减弱的趋势,季风环流有0. 524 m·s~(-1)·(10a)~(-1)显著增强趋势。在90°E-105°E范围存在季风环流和Hadley环流季节转换,季风环流存在0. 413 m·s~(-1)·(10a)~(-1)的增强趋势。基于各经圈环流开始、结束时间的定义,发现在80°E-90°E,前季风环流建立的时间有推迟而结束时间有提前的现象,其维持时间出现每10年-1. 47候的缩短趋势。在90°E-105°E,季风环流维持时间增长,Hadley环流维持时间缩短。前季风环流增强使得高原水汽辐散区辐散增强,水汽辐合区辐合增强,高原西南侧有东北向水汽输送增强,而高原西北侧有西南向水汽输送增强。夏季季风环流增强,高原南部至孟加拉湾地区自南向北的经向水汽输送显著增强,印度洋向高原输送的西南向水汽通量明显增加。前季风环流增强,春季高原中部及西南部降水减少,而东南部和北部降水增加。夏季季风环流增强时,高原南侧上升支增强,高原南部降水增加,而高原北部降水出现减少。     

1961～2018年中国生长季变化

在全球变暖背景下,中国区域生长季发生了改变,但以往研究时段偏短、数据分辨率低且空间覆盖相对有限。本文利用0.25°×0.25°高水平分辨率日平均气温资料CN05.1,研究了1961～2018年中国生长季开始日、结束日和长度的气候态特征、变化趋势及其与季节平均温度的关系。结果表明,1961～2018年中国平均生长季开始日和结束日分别为3月31日和10月29日,长度为212 d。空间上,开始日由东南向西北逐渐推迟,结束日呈反向变化,长度由东南向西北缩短。整体而言,1961～2018年中国平均生长季开始日提前、结束日推迟、长度延长,其速率分别为?1.3 d (10 a)?1、0.9 d (10 a)?1、2.2 d (10 a)?1,其中开始日提前对长度延长的影响更大。此外,中国平均生长季开始日提前和长度增加主要源于春季升温,而结束日推迟则与秋季变暖有关。     

青藏高原土壤冻融过程关键参量时空分布特征分析

土壤冻融过程是青藏高原陆面过程中最突出的特征之一,量化表征土壤冻融过程的关键参量变化特征对认识青藏高原气候变化、生态和水文过程有重要的科学意义.本文利用青藏高原地区ECMWF/ERA5(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts/ERA5)的浅层土壤温度、体积含...     

青海南部高寒草地土壤冻融交替期水热特征分析

为进一步了解高寒草地土壤冻融交替过程及其对水热因子的响应机制,通过2014年8月1日至2015年8月1日不同土层土壤温度和水分观测资料的对比分析,较为系统地探讨了青南高寒草地土壤冻融期不同深度土层土壤温度和水分的变化特征。结果表明,青南高寒草地土壤冻融阶段大体可分为初冻期、稳定冻结中期、稳定冻结后期和消融期4个时期;不同土层土壤温度随气温的变化呈周期性波动,且随着土层的加深变幅减小;不同冻融期表层和亚表层土壤温度和水分波动幅度较大,下层土壤对水热因子的敏感性较小;土壤完全冻结的天数达44~115d,日冻融交替过程主要发生在表层和亚表层土壤。土壤冻融交替增强了土壤的保水性,对该区草地植被提前返青和初级生产力的提高具有促进作用。     

黄河源高寒草原下垫面土壤冻融过程中陆-气间的水热交换特征分析

高寒草原水热交换的季节性特征显著,土壤冻融过程对地-气水热交换有着重要的影响.本文利用黄河源区汤岔玛小流域2014年5月至2015年5月陆面过程观测数据,将土壤冻融过程划分为完全融化(TT)和完全冻结(FF)两种状态与融冻(T-F)和冻融(F-T)两个过程,并分析了期间高寒草原下垫面净辐射、感热通量、潜热通量和地表热通...     

近50年来辽宁省冻土的时空变化特征

利用辽宁省61个气象站1964—2013年的冻土观测资料,采用线性回归、相关性分析、不同气候期对比等方法,结合ArcGIS分析了辽宁省冻土的空间和时间变化特征。结果表明:辽宁省冻土随纬度呈带状分布;土壤冻结具有明显的季节变化特征,冻结期在10月至翌年5月,冬末春初冻结的面积和深度达到最大值;冻结日自北向南逐渐推迟,消融日则相反;在全球变暖背景下,冻土深度随温度的上升而减小;大部分地区年平均气温和地表温度与最大冻土深度呈显著负相关,是影响冻土深度的重要因素;从各气候期100cm等深度线也可以明显看出最大冻土深度呈逐渐减小趋势。     

黑龙江省季节冻土形成发育规律及特征

在黑龙江省均有季节冻结和季节融化现象发生，多年冻土区有季节融化层，季节冻结层主要分布在多年冻土区以外的地区。按季节冻结类型可把黑龙江省季节冻土分为过渡型、半过渡型、长期稳定型和稳定型等类型。季节冻结和融化深度在年际间有很大的差异，在多年冻土区南界附近，季节冻深年际间变化最大。土季节冻结和融化的影响因素主要有雪盖、植被、土壤成分及含水量、地表状况和地形等。     

The Impact of Soil Freezing/Thawing Processes on Water and Energy Balances

A frozen soil parameterization coupling of thermal and hydrological processes is used to investigate how frozen soil processes affect water and energy balances in seasonal frozen soil. Simulation results of soil liquid water content and temperature using soil model with and without the inclusion of freezing and thawing processes are evaluated against observations at the Rosemount field station. By comparing the simulated water and heat fluxes of the two cases, the role of phase change processes in the water and energy balances is analyzed. Soil freezing induces upward water flow towards the freezing front and increases soil water content in the upper soil layer. In particular, soil ice obviously prevents and delays the infiltration during rain at Rosemount. In addition, soil freezingthawing processes alter the partitioning of surface energy fluxes and lead the soil to release more sensible heat into the atmosphere during freezing periods.     

青藏高原东部土壤冻融过程中地表粗糙度的确定

利用黄河源区气候与环境综合观测研究站2006年10月—2007年4月的湍流观测资料和一种新的方法,计算了青藏高原东部玛曲地区土壤冻融过程中的地表粗糙度。结果表明:所用的计算粗糙度的方法是可行的,玛曲土壤未冻结阶段、冻结阶段和融化后阶段的地表粗糙度分别为3.23×10-3m,2.27×10-3m和1.92×10-3m,地表粗糙度呈逐渐减小的趋势。三阶段地表粗糙度有明显区别,以前将冬季前后的粗糙度取为定值的计算会导致一定的误差。     

江河源区水汽输送与收支的时空演变特征分析

江河源区位于青藏高原腹地,是东亚气候变化的敏感区之一,研究水汽的分布、输送及收支对于理解区域降水特征具有重要意义.本研究基于1980-2019年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA5再分析资料,结合1981-2010年国家气象科学数据中心9个探空站资料,分析了江河源及其毗邻地区水汽分布、输送及各边界水汽收支的时空...     

青藏高原气温与印度洋海温遥相关的初步研究

利用1960—2000年青藏高原54个常规气象观测站的年平均地面气温资料,考察了高原气温的空间分布和气候变异特征;利用同期印度洋海温资料和奇异值分解方法,着重研究了青藏高原气温与印度洋海温之间的遥相关关系,并初步探讨了物理机制问题。分析结果表明:在空间分布上,青藏高原气温中部低,四周高,41年来呈逐步上升趋势,振幅不断加大;高原气温与印度洋海温之间存在显著的主要遥相关模态,这与印度洋海温异常激发遥相关波列影响到高原气温有关。     

青藏高原湿地土壤冻结、融化期间的陆面过程特征

利用青藏高原中部玉树隆宝湿地2015年7月-2016年7月的观测资料,分析了土壤冻结、融化前后土壤温、湿度和地表能量收支特征,结果表明：冻土持续时期为12月至次年4月,深层土壤的冻结较浅层土壤滞后,融化过程快于冻结过程,5-40 cm土壤全部冻结历时51 d,全部融化历时19 d。土壤体积含水量年变化幅度达0.6 m³/m³。冻结过程5-40 cm土壤体积含水量下降,融化过程5-10 cm土壤体积含水量升高。土壤冻结之后,感热通量白天的值升高,潜热通量白天的值降低,净辐射和土壤热通量均降低,土壤热通量日变化幅度增大。土壤融化之后,潜热通量、净辐射和土壤热通量白天的值升高。地表反照率、鲍恩比、土壤热导率和土壤热扩散率冻结后增大融化后减小,土壤热容量冻结后减小融化后增大。