中国东部土壤温度、湿度变化的长期趋势及其与气候背景的联系

利用1971—2000年中国722站逐月的土壤温度资料和1981—1998年178站逐旬的土壤湿度观测资料,分析了中国东部土壤温度、湿度变化的长期趋势及其与气温、降水变化的关系。结果表明：①我国东部土壤温度的变化在年际—年代际时间尺度上存在明显的区域性差异,其中东北地区表现为持续上升型,而西北东部—华北、江淮和西南—华南地区均为先降后升型;②1970—2000年代,土壤温度的变化在东北以及西北东部—华北地区有显著的上升趋势,而在江淮和西南—华南地区,总体而言变化趋势不显著。此外,1980—1990年代,各区域土壤湿度的变化趋势均不显著;③在年际—年代际尺度上,各区域土壤温度和气温的变化具有显著的正相关关系,而土壤湿度与土壤温度的变化普遍呈负相关关系,其中尤以西北东部—华北地区最为显著。而在较长的时间尺度上,土壤湿度与降水的变化仍然存在较好的正相关关系。     

青藏高原春季土壤湿度与中国东部夏季降水之间的关系

应用SVD方法分析了青藏高原地区春季土壤湿度异常和中国东部地区夏季降水之间的关系.结果表明,青藏高原不同地区、不同深度的土壤湿度与中国东部夏季降水的相关特征不同.青藏高原东北部和西北部0~10cm深度(表层)土壤湿度与中国华北、东北地区的夏季降水为正相关,而与华南地区为负相关;青藏高原中部及南部0~10cm表层土壤湿度与华北地区夏季的降水有较强负相关;青藏高原北部及东部10~200cm深度(深层)土壤湿度与华北、东北地区的夏季降水为负相关,而与华南地区夏季降水为正相关;青藏高原中东部10~200cm深层土壤湿度与长江中下游和华南大部分地区夏季降水呈负相关关系.即青藏高原不同地区、不同深度层春季土壤湿度的变化,对中国东部地区的夏季降水具有显著影响.     

近千年中国东部夏季降水的模拟研究

利用ECHO­G海气耦合气候模式模拟的中国东部过去近1000年的降水资料,通过经验正交函数分解方法得到了中国东部夏季降水分布的主要空间型态： 华北和华南地区与长江中下游地区反位相,即华北和华南地区降水多(少)时长江中下游地区降水少(多)。对31年滑动平均后3种空间分布型的时间系数进行Morlet小波分析和功率谱分析发现,3个地区均存在准60年的年代际振荡周期,长江中下游和华南地区均存在准200年的百年际振荡周期,华南地区还存在120年和80年的变化周期。全球海温场与3个地区夏季降水31年滑动平均后的相关分析表明,在40°～70°S,170°～60°W海域海温与华北和长江中下游地区夏季降水负相关,与华南地区夏季降水正相关除该区外的南北半球(30°～60°)中高纬海域海温与华北和长江中下游地区夏季降水正相关、与华南地区夏季降水负相关,说明在年代际和百年际时间尺度上,中高纬海域海温是影响长江中下游地区和华南地区夏季降水反相的主要因子之一。最后通过对太阳常数、火山活动等外强迫因子与中国东部夏季降水的功率谱分析发现： 中国东部夏季降水的年代际与百年际变化周期大都与外强迫因子的变化周期一致,说明外强迫因子,尤其是太阳常数和火山活动的变化是影响中国东部夏季降水年代际和百年际振荡的主要原因。     

多尺度气象干旱与土壤相对湿度的关系研究

通过分析我国东北、华北、西北地区东部、西南以及黄淮、江淮和江汉5个区域不同时间尺度气象干旱指数与20 cm土壤相对湿度的相关关系, 探讨了前期气象干旱对后期土壤湿度的影响, 并利用多元线性回归方法分区域、分季节建立了土壤湿度预测模型.结果表明: 春季, 东北地区土壤湿度主要受前5~6个月, 尤其是上年秋末冬初的降水的影响, 而其他4个区域土壤湿度主要受前1~2个月大气水分的影响;各区域夏季土壤湿度与前1~2个月时间尺度上的大气水分相关最密切;秋季, 东北地区20 cm土壤湿度主要受前2~4个月的气象干旱的影响, 其余区域土壤湿度仍与前1~2个月尺度的大气水分相关最密切.基于前期气象干旱指数建立的各区域、各季节的土壤湿度回归模型对当地土壤湿度具有一定的拟合能力, 平均估计偏差在10.1%~13.9%之间, 其中, 西北地区东部和华北地区春、夏季偏差较大, 2008-2011年间干旱等级拟合准确率在65%~74.9%之间;东北、西南、黄淮、江淮和江汉区域拟合较好, 拟合准确率在88%以上.     

1980-2012年青藏高原土壤湿度时空演变特征

基于美国气候预测中心（CPC）土壤湿度资料和80个青藏高原气象观测站的降水、气温资料,对青藏高原土壤湿度时空演变、突变,及土壤湿度与降水、气温的关系进行了分析.结果表明：青藏高原土壤湿度呈自东南向西北递减的分布特征,土壤湿度与降水量在空间上有很好的对应关系,在时间上存在2~4个月的时滞相关.1980-2012年高原土壤湿度呈显著增多趋势,土壤湿度变化发生突变的年份为2003年.在土壤湿度变化过程中,降水和气温的作用明显,5-10月降水量和1-6月气温是影响高原土壤湿度变化的主要因素.5-10月降水量决定了多水期的土壤湿度,而多水期土壤湿度和1-6月气温共同决定了少水期的土壤湿度.     

北半球季节性冻融区与北半球夏季降水关系的研究

针对冻融过程引起的土壤湿度异常与北半球夏季降水的关系, 基于1981 - 2010年ERA5的月降水和土壤湿度资料, 采用奇异值分解（SVD）方法, 分析了北半球季节性冻融区春季土壤湿度和北半球夏季降水的年际变化特征以及它们之间的相关关系。结果表明： 北半球季节性冻融区春季土壤湿度年际变化的大值区与北半球夏季降水年际变化的显著区之间存在较好的对应关系; 季节性冻融区春季土壤湿度与夏季降水之间存在着指数函数变化关系, 在北美西部、 西亚以及东亚的大部分地区, 春季土壤湿度与夏季降水呈显著的正相关, 表明季节性冻融区春季土壤湿度的增加会引起该地区夏季降水的增加。     

1980-2019年青藏高原积雪深度时空差异性分析北大核心CSCD

积雪是地表特征的重要参数,其对辐射收支、能量平衡及天气和气候变化有重要影响。利用1980-2019年被动微波遥感积雪深度资料对青藏高原积雪时空特征进行分析,在此基础上将高原划分为东部、南部、西部及中部4个区域,并分区域讨论了多时间尺度积雪的变化特征及其与气温、降水的相关关系。结果表明:不同区域积雪深度在不同时间尺度的变化特征存在差异,高原东部积雪深度累积和消融的速率比西部快,南部积雪深度累积和消融速率比中部快。季节尺度上,冬季积雪高原东部最大,中部最小;春季积雪高原东部消融速率最大,西部积雪消融较慢但积雪深度最大;夏季高原西部仍有积雪存在。年际尺度上,各区域积雪深度在1980-2019年均呈现缓慢下降趋势,但东部积雪减少不显著;高原东部积雪深度在1980-2019年呈现出增加-减少-增加-减少的变化,其余3区均呈现出减少-增加-减少-增加-减少的变化。不同区域积雪深度对气温、降水的响应不同,高原东部和中部积雪深度与气温相关性较好;各区域积雪深度与降水呈不显著的正相关关系。     

胶东半岛丘陵区典型流域径流衰减态势及驱动力分析

利用大沽夹河流域1966-2004年各水文站逐年月实测水文资料,从年际、年内和年代际三个不同时间尺度,分析了近40年来大沽夹河流域径流变化趋势及其影响因素。结果表明,近40年来,在不同时间尺度上,大沽夹河流域径流均呈明显衰减态势。由年际变化知,流域年径流量自20世纪70年代初至80年代中期下降明显,70年代年径流距平值均大于0,变化范围为0．58-2．81亿m3,平均距平值高达1．73亿m3,80年代以后,距平值基本处于0线以下,为径流低值期。年内各季变化趋势和年际变化基本相似。从年代际变化看,20世纪80年代径流衰减幅度最大,年平均径流量仅为70年代的23．24％,多年平均的53．91％,表明近20年来大沽夹河流域径流锐减。降水、气温与径流量的统计、相关分析表明,流域径流量随降水减少和气温上升呈明显下降趋势,两者与径流量的相关系数分别为0．8861和-0．3842,分别在α=0．001和α= 0．05时达显著相关。此外,水利工程取用水量(蓄、引、提河道来水)也是导致大沽夹流域径流量衰减的主要因素。     

华北汛期降水与青藏高原地表温度的相关分析探讨

利用1980～2002年青藏高原月平均地表温度、1957～2002年我国华北地区104站月降水,分析了青藏高原地表温度与华北以及各分区汛期(7、8月)降水的可能联系,结果表明,青藏高原5月地表温度与华北地区汛期降水具有显著的正相关,高相关区域位于高原的东北部和西南部。华北地区汛期降水偏少年,青藏高原5月地温以负距平为主；降水偏多年,青藏高原5月地温为大范围的正距平,距平中心也位于高原的东北和西南部。SVD的分析表明,青藏高原5月地表温度和华北地区汛期降水的第一典型场表现出一致的变化特点,前者的分布型态与华北地区干旱或洪涝对应的合成分布以及相关系数场相似,高值区域分别位于高原的东北部和西南部地区,后者的高值区域,位于华北中部和东部地区。华北不同区域汛期降水与青藏高原地表温度的相关有明显的差异,华北中部和东部与5月高原地温的正相关最显著,其它地区与上年10～12月地温的负相关最显著,同时,影响各分区夏季降水的高原地温关键区也有所不同。     

高寒针茅草原土壤湿度变化特征及与降水量和牧草产量的关系

利用青海省三江源区兴海县牧业气象站1999-2012年西北针茅牧草生长季的土壤湿度、降水量及牧草产量资料,分析了西北针茅牧草生长季不同生育期土壤相对湿度的变化特征,及与降水量和牧草产量的关系。结果表明：高寒草地西北针茅牧草生长季降水量随年际呈显著增加趋势。牧草返青和枯黄期间的降水量呈减少趋势,抽穗、开花和成熟期降水量均呈增加趋势,其中开花期间的降水量增加趋势极显著。牧草生长季土壤相对湿度随年际呈显著上升趋势,且与生长季降水量之间相关极显著。牧草开花、成熟、抽穗和枯黄期土壤相对湿度的增加趋势显著。牧草开花期土壤相对湿度与气温为显著正相关,抽穗期和全生育期的土壤相对湿度与气温负相关显著。抽穗期、开花期、成熟期和全生育期土壤相对湿度与降水量正相关显著。西北针茅牧草产量与枯黄期土壤相对湿度呈极显著的相关关系。     

青藏高原典型下垫面的土壤温湿特征

利用中国科学院纳木错站、 珠峰站和藏东南站2007年土壤温湿度的观测资料, 分别分析了这3个不同下垫面下观测站的土壤温湿度分布的时空特征.结果显示:3个站土壤温度的年变化和年平均的日变化趋势基本相同, 与太阳辐射变化特征一致; 它们在冻结深度和冻结时间上差别较大; 下垫面特征、 土壤的冻结消融及其物理性质的差异使3个站表现出了不同的土壤湿度变化特征; 3个站均表现为在某一深度有一个高含水层, 土壤消融(冻结)使土壤湿度迅速增大(减小).     

Spatial and Temporal Distribution and Variations in the Near-surface Soil Freezing Days across China, 1956-2006

Using surface soil daily minimum temperature from 845 meteorological stations across China, the long-term (1971-2000) mean and spatial distribution of the near-surface soil freezing days were estimated with annual values of the number of near surface soil freezing days. The time series for the number of freezing days were constructed and compared with air temperatures in the same period.Resultsshowed that long term mean value in the number of the near surface soil freezing days increased with the increasing latitudes and altitudes over China. Near-surface soils were frozen for more than 200 days in the Qinghai Tibet Plateau, northern Xinjiang and northeast of China. The boundaries of permafrost zones coincide with the contour of (220±10) days of near-surface soil freezing. Using the mean number of 15 days of near-surface soil freezing as criterion, we found that the southern boundary of seasonally frozen ground is around the 25°N line, and the regions south of 22°N are essentially unfrozen regions. The time series of the number of freezing days showed a significant linear trend with change with a slope of -0.22days/year over a period from 1956 through 2006. After the 1990s, the linear slope was up to -1.02 days / year, indicating that the rate of decrease in the number of near-surface soil freezing days has accelerated. Changes in the number of near surface soil freezing were in a negative correlation with air temperature, i.e., the number of near-surface soil freezing days decreases with increase in air temperature.Backgroundcolor represents the contour values of the departure of near-surface soil freezing days from the 1971-2000 mean; Black dashed line is the boundary of permafrost regions, red dashed line is the boundary between frozen and unfrozen ground regions in China     

藏北高原土壤温湿变化特征分析

利用"全球协调加强观测计划(CEOP)亚澳季风之青藏高原试验"(CAMP/Tibet,2001—2010)的观测资料,从不同的时间尺度分析了藏北高原不同地点不同深度的土壤温度和土壤湿度变化特征.结果表明:10 cm以上日平均土壤温度呈正弦变化,而10 cm以下土壤温度变化不大;各层土壤温度最高都出现在7～8月;年际气候的差异至少可以反映到40 cm土壤;各层土壤湿度无明显日变化,存在明显月变化,夏季降水量的多少对各层土壤湿度都有明显的影响.     

盐渍土水-热场耦合效应与盐胀变形试验

为了研究西北干旱地区盐渍土在自然气候条件下的水-热场变化特征与盐胀变形规律,在4.5 m深试验坑内埋设了若干套竖向变形观测设备、含水率和温度传感器,对坑内不同深度土层的温度场、水分场和盐胀变形随季节性变化状况进行了为期1 a的动态监测和分析研究。结果表明：0.6 m以上土层相较于其他土层对气候温度变化的响应更加积极、温差变化幅值也更大,且土层间的温差幅值随降温期的不断深入而增大;土体含水率变化主要受降水、蒸发和温度梯度的耦合影响, 0.4 m以上土层水分的变化幅度较其他土层而言更为显著,土层水分迁移沿深度方向表现出分带现象;盐胀变形主要受温度和水分迁移的影响,盐胀变形主要发生在距地表1.0 m土层深度内,主要发展时间在当年11月至次年2月之间。     

Hydrothermal pattern of frozen soil in Nam Co lake basin,the Tibetan Plateau

Hydrothermal processes and the regimes of frozen soil formed in alpine regions with glaciers and lake area are complex and important for ecological environment but have not been studied in Tibet. Based on soil temperature and moisture data from October 2005 to September 2006 collected in the Nam Co lake basin, Tibetan Plateau (TP), those questions were discussed. The mean annual air temperature was −3.4°C with 8 months below 0°C. Air and soil temperature varied between −25.3~13.1°C and −10.3~8.8°C, respectively. Soil moisture variations in the active layer were small with the minimum value of 1.4%, but were influenced greatly by snowmelt, rainfall and evaporation, varying up to 53.8%. The active layer froze later, thawed earlier and was thinner, however, the lower altitude limit of permafrost is higher than that in most areas of TP. The effects of soil moisture (unfrozen water content) on soil temperature, which were estimated through proposed models, were more significant near ground surface than the other layers. The surface soil temperature decreased with snowcover, the effect of cold snow meltwater infiltration on soil thermal conditions was negligible, however, the effect of rainfall infiltration was evident causing thermal disruptions.     

甘肃黄土高原土壤水分气候特征

利用甘肃黄土高原42个气象站1961—2000年3～7月降水量和11个农业气象观测站逐年3～11月上旬的土壤重量含水率资料，分析了甘肃黄土高原土壤水分的地域和时间分布特征。结果表明：①甘肃黄土高原土壤水分从西南向东北减少，中部有一条从北向南的干舌，干旱中心在陇中北部，受六盘山的影响较大；②甘肃黄土高原分为7个气候区：陇中、陇东土壤严重缺水区，陇中、陇东土壤季节性缺水区，土壤水分适宜区，土壤水分湿润区和甘南高原土壤水分湿润区；③陇中北部和陇东北部土壤严重缺水区浅层土壤严重缺水主要出现在春季和春末夏初，深层土壤也常年处于缺水状态。季节土壤缺水区浅层主要缺水在5、6月份，深层土壤水分陇东高于陇中，适宜区和湿润区无明显土壤缺水时段。     

青藏高原玉树地区巴塘高寒草甸土壤温湿特征分析

在青藏高原腹地青海省玉树藏族自治州玉树县巴塘高寒草甸草场设立野外试验场, 进行土壤温、湿动态监测. 利用温、湿监测数据及同步气象数据资料, 采用对比分析及线性趋势等方法, 分析了巴塘高寒草甸日、年土壤温、湿变化状况. 结果表明: 土壤温度从10:00时左右开始上升, 至17:00-18:00时达到最高值, 然后开始下降, 在第二天9:00时左右到达最低; 土壤湿度在10:00时达到最低值, 在18:00时达到最大值, 随着土壤深度的增加, 土壤湿度逐渐降低. 土壤温、湿度在不同的季节表现出不同的变化趋势, 二个点不同土层表现出相对一致的变化, 随着土壤深度的增加, 土壤温、湿度逐渐降低; 随着与雪栅距离的增加, 土壤温、湿度的变化幅度减弱; 随着土壤深度的增加, 雪栅的影响也逐渐减小. 通过对土壤温、湿不同时期的特征分析, 5月中旬至8月中旬, 土壤湿度与土壤温度呈现相反的变化趋势, 而在其余时期土壤温湿变化趋势一致; 秋季向冬季转换时, 土壤温湿呈显著下降趋势, 而后土壤进入封冻时期; 冬季向春季转换时, 土壤温湿呈显著上升趋势, 土壤进入解冻时期. 冷季时, 25 cm土壤温度高于5 cm; 暖季时, 5 cm土壤温度高于25 cm.     

利用MODIS数据产品进行全国干旱监测的研究

利用MODIS植被指数和陆地表面温度产品建立全国3个农业气候区NDVI-Ts、NDVI-ΔT和NDVI-ATI空间,并由NDVI-Ts、NDVI-ΔT和NDVI-ATI空间分别建立温度植被干旱指数(TVDI)、温差植被干旱指数(DTVDI)和表观热惯量植被干旱指数(AVDI)3个干旱评价指标研究全国干旱分布,利用实测土壤含水量对3个干旱指标进行检验评价.NDVI-ΔT空间中的湿边基本与横坐标平行,表明当土壤水分处于饱和状态或植被完全无水分胁迫条件下,植被和土壤对缓冲环境温度变化的能力大体相当;由NDVI-ATI空间看出,随着植被覆盖增加,表观热惯量有增加的趋势.对比3个干旱评价指标表明:当监测范围较大,区域内地形复杂时,由NDVI-Ts空间计算的TVDI评价干旱最合理,由NDVI-ΔT空间计算的DTVDI在干旱监测中也具有一定的价值,而由NDVI-ATI空间计算的AVDI已经不能合理评价干旱.