气候变化背景下东北地区气象干旱的时空演变特征

基于中国东北地区98个气象站点历史数据和WCRP多模式耦合CMIP3输出的IPCC SRES A1B、A2和B1气候变化情景下的降雨资料,计算3、6、12和24个月尺度上的标准化降水指数(SPI),结合M-K检测、EOF分解和小波分析,研究东北地区干旱的时空变化格局及其对气候变化的响应特征。结果表明：① SPI能较好地检测东北地区干湿变化状况,4个时间尺度上主要的空间模态具相似的分布型,其中12个月尺度SPI显示东北大部分地区在过去50 a干旱程度呈显著加剧、范围有明显扩大的趋势,其中南部和中部辽河流域是干旱严重区;② 干旱时间变化特征具明显的空间差异,南部干旱第一主周期为11 a,北部则为3.5 a;③ 气候变化情景下,2011~2060年的干旱以前30 a趋强,之后趋缓,且干旱高发区存在一定的北移趋势。     

黄河沿岸陕豫区土壤水分的空间变化特征及其驱动力因子分析

基于黄河沿岸陕西和河南境内的33个农业气象站从1992-2005年的实测土壤水分资料,计算了各站表层10、20和50cm各土层的多年平均植被可利用土壤水分储量,发现土壤水分储量存在明显的空间变异性。多年平均土壤水分储量呈现西北（陕北）低以及南、东南和东部（陕南和河南）高的变化态势。其中,在陕西绥德站出现水分的最低值,与黄土高原属于水分贫瘠区相对应。在河南信阳站出现水分最高值,与河南南部和陕南水分比较充沛相对应。土壤水分储量垂向分异不明显,各土层的土壤水分储量之间存在较好的相关性。通过简单线性相关分析发现,土壤水分储量与田间持水量呈现较强的正相关,与纬度呈较强的负相关。而与土壤容重、地理位置、气象要素等其他因子相关关系不显著。灌溉与土壤水分储量的相关系数比降水与土壤水分储量的相关系数大,说明该区灌溉是土壤水分的重要调节因子。通过主成分分析发现,对大多数站点而言,土壤水分变化受下垫面、气候和灌溉等的综合影响,其影响程度存在明显的空间分异性。     

无定河流域水量平衡变化的模拟

利用黄土高原无定河流域1982~1991年的水文气象、土地利用、土壤质地、数字高程和NOAA-AVHRR遥感信息,建立基于土壤-植被-大气传输机理的分布式生态水文模型,模拟流域水量平衡的时空分布。研究结果发现,该流域的年平均植被指数(NDVI) 的年际变化不明显,但NDVI最大值的年际变化显著。该流域年累计NDVI与降水年总量关系不明显,说明该流域植被的生长并不完全受控于降水总量。模拟的实际蒸散量用无定河及其岔巴沟子流域实测降水与实测径流的差值进行验证,误差小于5%。整个流域模拟时段的平均降水量为372±53 mm yr-1,实际蒸散量为334±33 mm yr-1,其中蒸腾为130±21 mm yr-1,有明显的年际波动。地表径流的年际变化相对较小。蒸散发的季节变化特征与降雨基本一致,即7、8、9月雨季高,其他月份低。降水量和实际蒸散量呈现显著的空间分异性,表现出由东南(高NDVI) 向西北(低NDVI) 递减的梯度差异。地表径流的空间分异亦沿东南-西北梯度变化,但高值分散在中部。以岔巴沟子流域1991年的地表覆被度为基准,发现在全流域都覆盖上某一种植被的情况下,蒸腾和土壤蒸发的变化非常明显,地表径流和实际总蒸散的变化并不显著。只有在全流域都变成荒漠情景下,实际总蒸散才显示出较明显变化(17%),表明在西北干旱半干旱区,土地利     

麦田能量转化和水分传输特征

本文利用麦田微气象和土壤水分观测资料，分析了冬小麦田水分能量转化传输等征，结果表明，灌溉前比灌溉后波文比大，日际午间（１１：００～１５：００）波文比与空气动力学阻力相关系数达０．７２，比波文比与净辐射，土壤含水量关系显著，灌溉前比灌溉后反射率大；日平均反射率在孕穗期最大，在０．２１～０．２２间，而后逐渐下降，乳熟期仅为０．１５～０．１６左右，从３月２０日～５月３０日，麦田总蒸散量为２９７ｍｍ，净辐     

世纪之交的水文研究

基于第二十二届国际大地测量与地球物理大会的动态,分析出世纪之交水文学研究的三大基本特点.其一是强调人类活动对水循环的影响的研究,主要表现为研究土地利用变化对来自面源的氮负荷的影响、城市化进程加快对地表和地下水质的影响、河流对水文系统、泥沙输送及营养负荷的变化的生态响应和地下水和地表水在质与量上的相互作用.其二是十分重视区域尺度的水文的研究.包括区域及全球尺度资料库的建立和区域水分通量的计算.其三是集成应用示踪剂、遥感及先进的水文测验技术进行水文机理研究.     

海河流域生态环境承载能力计算

利用多目标多阶段互动优化模型计算了海河流域生态环境承载力,确定了海河流域在南水北调、经济常规发展、生态环境逐步改善情况下的承载能力过程变化,结果表明:①海河流域现状处于严重的生态环境不可承载状态;②到2033年海河流域生态环境恢复到生态环境社会经济复合系统的良好状态;③海河流域生态环境临界可承载年2033年,可承载人口为15 730万,比自然预测人口15 100万多630万,工业、农业、生态及生活用水量占总用水量的比例将分别是28%、43%、18%、11%。     

巨型流域水质量变化指标与极移变化的联系

至今人们对水质量变化与极移关系的认识主要是通过全球陆地水储量变化对地极变化的激发.鉴于陆地水储量在全球分布不均,区域水质量变化与地极移动的关系值得深入探索,然而迄今尚少有研究.另外,鉴于水储量变化的估算存在不确定性,从不同角度寻找水质量变化的表征指标有重要意义.文章选取位于90°W方向的世界第一大河亚马孙河流域为研究区,选用水汽、降水、径流、水储量变化多个衡量水质量变化的指标,研究了巨型流域水质量变化指标和极移的联系.通过采用Mann-Kendall方法、累积距平法和曲率法识别突变点,采用最小二乘法拟合判断趋势,采用傅里叶变换和EEMD方法识别周期,发现在1948~2011期间,在诸多指标中,水汽通量指标相对于其他指标总体上与极移的联系更紧密.具体表现在,降水和水汽通量存在极移拍频周期,水汽通量和降水与极移在0.05显著水平上存在共同M-K突变点(发生在1968年左右);水汽通量比其他指标与极移m_1、m_2分量的累积距平线趋势更一致;水汽通量和降水与极移m_1、m_2分量、振幅的相关性比其他指标与极移的相关性强(0.01显著水平).通过比较巨型流域水汽通量的激发、巨型流域陆地水储量变化的激发、全球陆地水储量变化的激发和观测激发,发现亚马孙河流域的水汽通量和水储量变化对地极的激发,都比全球水储量变化的激发,更显著地表现出"跟极移m_2分量的激发一致,跟极移m_1分量的激发不一致"的这个普适特点.为了更直观地展示水汽通量指标的大小,文章提出了巨型流域水汽赤道辐合带位置的新指标.研究结果表明,巨型流域是研究水质量变化和极移联系的新视角,其中水汽通量指标较其他水质量指标与极移关系更紧密,而新提出的巨型流域水汽赤道辐合带位置指标极具形象表达水质量变化和极移的关系的能力.     

基于土壤水分的农业干旱监测研究进展

土壤水分是评估农业干旱的关键变量。然而长期以来,由于缺乏大范围、高精度、长时间的土壤水分观测数据,基于土壤水分的农业干旱监测在实际应用中受到限制。近年来,随着遥感观测技术的发展,土壤水分数据的时空覆盖度和产品精度显著提升,基于土壤水分的农业干旱监测逐渐吸引更多的关注。论文系统归纳了站点观测与微波遥感观测的土壤水分数据特性,综述了目前基于土壤水分的3种农业干旱监测指标：基于长时间土壤水分序列的干旱指标、基于土壤水分与土壤水力学参数的干旱指标和基于土壤水分等多变量综合的干旱指标。最后,论文从提高土壤水分数据空间分辨率、加强农业干旱机制研究与完善农业干旱监测体系三方面提出基于土壤水分的农业干旱监测所面临的挑战与机遇,以期为未来的相关研究提供参考。     

1990—2020年天山北坡地下水储量估算及其时空演变规律

天山北坡位于中国新疆,地处亚欧桥的国门,社会经济发展迅速,其绿洲经济和灌溉农业对地下水资源的依赖程度高。揭示1990—2020年地下水储量的演变规律对维持区域可持续发展具有重要意义。但由于长时序和较高分辨率的区域地下水观测数据匮乏,使得该任务又极具挑战性。本文基于重建的陆地水储量（TWS）变化数据、ERA5-Land再分析数据和其他相关的土壤质地、海拔高程、植被指数和冰川分布等辅助数据,建立了随机森林降尺度模型,据此估算了天山北坡1990—2020年的8 km分辨率地下水储量（GWS）变化,分析了天山北坡GWS的时空演变规律。估算的GWS变化与实测地下水位序列的时间变化具有较高的一致性,二者的相关系数最高达到0.68。天山北坡GWS具有明显的年内变化和年际变化。GWS在夏季和春季较高,在秋季和冬季较低,峰值出现在6月,最低值出现在10月。1990—2020年天山北坡有85%以上的地区GWS发生了显著下降,全区平均的变化趋势为-0.38 cm/a。其中,艾比湖水系和中段诸河区GWS下降最剧烈,额敏河流域下降速率最小;耕地下降速率最大,草地次之,裸地下降速率最小。日益增强的农业耗水活动是1...     

黄河源区气候—植被—水文协同演变及成因辨析

全球变化下黄河源区水文过程的演变影响流域生态系统的水源涵养功能,流域植被改变也影响水循环。本文基于气候、植被信息和VIP分布式生态水文模型,开展黄河源区水碳循环要素变化的集成模拟,分析了气候—植被—水文要素的协同演变机制。结果表明,2000年以来黄河源区气候呈暖湿化趋势;植被绿度明显提高,2010—2019年比2000—2009年平均增加了4.5%;生长季延长了至少10 d;植被生产力（GPP）显著上升,倾向率为4.57 gC m^-2 a^-1;植被恢复措施对GPP变化的贡献约为23%,气候变化和大气CO₂升高的施肥效应的贡献为77%。源区植被蒸散量（ET）呈增加趋势,倾向率为2.54 mm a^-1,水分利用效率（WUE）亦提高,平均相对上升率为5.1% a^-1。GPP、ET和WUE年总量及其变化率在海拔4200 m以下随高度上升而减小,之后变化趋缓。源区植被绿度和径流系数与当年和前一年降水呈显著正相关,反映降水蓄存于植物根层土壤的遗留效应。蒸散增强在一定程度上有利于源区地表—大气之间的水分再循环,帮助缓解生态恢复引起的产水能力下降,促进降水—植被—径流之间的良性互馈关系的形成。揭示水文对气候变化和植被恢复的响应和互馈机制,可为生态恢复措施对源区水源涵养功能的影响及效应的定量评估提供科学依据。