基于集合卡尔曼滤波的土壤温湿度同化试验

以通用陆面模式CLM 3.0(Community Land Model 3.0)为模型算子,基于集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter,En KF)发展了一个土壤温湿度同化系统,主要用于改进模式对土壤温湿度和地表水热通量的模拟精度,并考察集合样本数、同化频率及不同观测量的组合对同化效果的影响。该系统同化了FLUXNET两个站点(阿柔和Bondville)不同土壤深度、不同时间频率的土壤温度和湿度数据。通过对阿柔站不同集合样本数的设计,综合考虑计算成本和计算精度,最终将集合样本数设置为40。通过分析三种同化方案对同化频率的敏感性得出,同化土壤温度最为敏感,同时同化土壤温湿度次之,同化土壤湿度最不敏感。对于阿柔站点,同化系统对不同土壤深度温度和湿度的模拟精度均能提高90%,潜热通量的均方根误差由94.0 W·m~(-2)降为46.3 W·m~(-2),感热通量均方根误差由55.9 W·m~(-2)降为24.6 W·m~(-2)。Bondville站点浅层土壤温度的改进在30%左右,深层土壤温度改进达到60%,对土壤湿度的改进均在70%以上,潜热通量和感热通量的均方根误差分别从57.4 W·m~(-2)和54.4 W·m~(-2)降为51.0 W·m~(-2)和42.5 W·m~(-2)。试验结果表明,同化站点土壤温湿度数据对土壤水热状况及通量的模拟改进非常有效,同时也验证了同化土壤水分遥感产品的可行性和必要性。     

《微气象学基础》

本书参阅了近20多年来有关的教科书、研究论文的成果,并结合多年的教学经验编写而成,所阐述的主要内容包括下垫面的辐射传输与能量平衡、土壤热量传输及温湿度变化、近地层的湍流交换、植被微气象和城市微气象等方面。编书过程中,力求对涉及的基本概念、规律、方法等基础知识做到深入浅出的阐述,并融入近年来的关注热点和研究成果,达到可读性、学术性和应用性的统一。本书不仅适用于应用气象学、气候学等专业本科生的教材用书,亦对大气科学、生态、环境、农学、林学、地学等领域的科技工作者具有重要参考价值。     

北极涛动对河南省降水的可能影响

采用连续小波变换和交叉小波变换方法,分析了北极涛动指数和河南省月降水距平序列的时频变化特征,并讨论了近50多年来北极涛动对河南省降水的可能影响。结果表明,北极涛动指数和河南省降水距平序列中都存在着不同时间尺度的周期振荡,且时域中的分布特征和振荡强度也不尽相同;两者之间在6~8 a、12~16 a和25 a以上尺度的周期振荡呈正相关,而在9~11 a和16~24 a尺度上表现为负相关关系。     

近百年齐齐哈尔市的气温变化

通过对齐齐哈尔市近百年来气温变化的多时间尺度结构和局部化特征的分析，得出齐齐哈尔市的气温不仅存在准2a、4a、4～6a和8a左右的年际尺度的周期性变化，也存在40～60a的年代际尺度的周期性变化；而且具有明显的突变特征，40～60a尺度的冷暖交替分别出现在1924、1955和1989年。     

黄河源区径流量与区域气候变化的多时间尺度相关

采用交叉小波变换方法,分析了黄河源区实测径流量与区域降水量、蒸发量以及最高、最低气温之间的时频域统计特征,讨论了黄河源区径流与区域气候变化之间的多时间尺度相关.结果表明,黄河源区径流和区域气候变化具有多时间尺度结构,两者都存在准2a、4a、6～8a、12～14a和20a以上尺度的显著变化周期,不同尺度周期振荡能量的强弱和时域分布的位相差异是两者相关不稳定和存在时延相关的重要原因.径流与区域降水量之间正相关振荡的凝聚性最强,区域降水量对径流变化起主控作用,前期降水异常对后期径流变化具有持续性影响.径流变化与区域蒸发量存在显著负相关振荡,年际尺度相关存在不稳定和时延现象.年代际尺度上径流与最高气温的负相关比其与最低气温的正相关凝聚性更强,最高气温升高对增大流域蒸发量导致径流补给的减少作用大于最低气温升高引起冰雪融水补给的增大作用;两者年际尺度相关不稳定,径流对气温变化的响应时间不同.分析认为,区域降水量是黄河源区径流变化的主导因子,最高气温是重要因子;在区域降水量逐年减小的背景下,气温升高进一步加剧了径流量的减小.区域蒸发量和最低气温变化对径流量也有不同程度的影响,气候因子的综合作用是黄河源区径流变化的根本原因.     

Niño海区冷暖事件的小波功率谱分析

根据NOAA/CPC发布的1950．1-2003-12期间Nino海区的SSTA资料，采用小波变换方法分析了SST变化的多时间尺度结构及其强度变化。结果表明，Nino各海区的SSTA序列表现出多层次相互嵌套的时频结构，经检验存在着2～7a、8-20a和30a以上尺度的变化周期；10a以上和1a以下时间尺度的周期信号能量较弱。显著性变化周期的能量主要集中在2～7a的周期振荡上；同一事件在不同海区的频率结构也不完全相同，冷暖事件的振荡能量和显著性水平从东向西有低频增大而高频减弱的变化趋势，时域中1970年以后尤为明显。     

湖南省近50年来旱涝变化的多时间多尺度分析

用小波变换方法分析了河南省近５０年来月降水量距平序列的多时间尺度结构,对河南省旱、涝的时频变化特征进行了初步研究。结果表明,河南降水降了具有６～９个月的自然周期变化外,还存在准２ａ、４～８ａ的中小时间尺度和２０ａ左右的大时间尺度周期变化,且小时间尺度周期变化在所讨论的时间域中呈不均匀分布。