GPS应用与大气三维结构监测技术研究

本项目主要就如何利用全球卫星定位系统(GPS)精确监测大气层水汽总量、如何将不同方法结合监测高原水汽总量、大气水汽资料的应用和稳定同位素分析技术在水汽源诊断等方面开展了研究,取得以下主要研究成果:     

地表非均匀性对区域平均水分通量参数化的影响

次网格尺度地表非均匀性对于网格区平均通量具有重要影响。若将网格区视为均一地表，并不能真实描述地-气通量交换过程，且可造成很大误差。文中从理论上证明，区域平均水分通量的变化率可分解为两部分：第一部分为区域水分通量的算术平均变化率；第二部分为非均匀性所引起的水分通量变化率扰动，它与区域内土壤水分空间分布的变差系数有关。数值试验表明，地表土壤水分的水平空间变差系数集中反映了区域内土壤水分分布的非均匀程度，不同土壤对同样的非均匀程度其敏感性是不同的。变差系数愈大，非均匀性愈强，在相同的土壤水分平均值下，不同土壤类型对地表非均匀程度的敏感性并不相同。例如沙土和粘土受非均匀性的影响就可相差数十倍。     

不同时间尺度下的稳定同位素变化

根据北半球IAEA／WM0监测网12个具有长序列站点的资料，分析了在不同时间尺度下降水中δ^18O的时空变化特征，被选出的12个取样站都存在显的降水量效应，δ^18O／降水量变化率的大小与降水量存在一定程度的反比关系，降水量效应不仅与产生降水的强对流现象相联系，而且与降水量的季节分布有关，在年尺度下，12个站中的11个站具有一定程度的温度效应，相对而言，位于中低纬度取样站的平均δ^18O／平均温度变化率大于中高纬度，与单站相比，合计的δ^18O和温度之间的正相关关系要显得多，说明δ^18O的年际变化主要受大尺度气象条件的制约且反映大尺度空间的环境和气候变化。分析表明，12个站合计的年加权平均δ^18O和合计的年平均温度的逐年变化具有较好的一致性。     

湿润气候区无资料站点土壤湿度插补及预报试验

利用前期降水指数法(API)并结合水量平衡方程提出一种土壤湿度的初始化方案,将所建模型用于湿润气候区无资料站点的土壤湿度插补与预报试验,证明其应用的可行性。     

盘锦芦苇湿地土壤微生物初步研究

基于盘锦湿地生态系统野外观测站芦苇群落生长季的定位观测资料,分析了芦苇湿地土壤微生物不同层次上的比率变化。结果表明:在0—10,10—20 cm和20—30 cm的3个层次上及微生物总数中土壤的细菌所占比率最大,而且在3个层次上的比率自上至下逐渐增大;其次是放线菌,且在3个层次上的比率逐渐减少;最少的是真菌,在3个层次上相差不大接近为零,在整个微生物中所占比率为最少的。这是由于盘锦芦苇湿地的土壤偏盐碱性,有利于细菌和放线菌繁殖,抑制了真菌的繁殖;而且季节性积水导致通气状况不良也抑制了真菌的生存。在盘锦芦苇湿地土壤微生物垂直梯度的比率中,细菌垂直梯度变化比较明显,基本上是下面2个层次所占比率比表层大一些;放线菌垂直梯度变化明显,一般表层比率最大,下面2层比率较小;真菌垂直梯度上所占的比率没有明显变化,接近为零。     

乌鲁木齐河流域不同水体中的氧稳定同位素

The variations of the stable oxygen isotope in different water mediums in Urumqi River Basin, China, are analyzed. The stable oxygen isotope in precipitation has marked temperature effect either under synoptic or seasonal scale at the head of Urumqi River. The linear regression equations of δ^18O against temperature are δ^18O=-0.94T-12.38 and δ^18O=1.29T-13.05 under the two time scales, respectively. The relatively large δ^18O/temperature slopes show the strong sensitivity of δ^18O in precipitation to temperature variation at the head of Urumqi River. According to the analyses on the δ^18O in precipitation sampled at three stations with different altitudes along Urumqi River, altitude effect is notable in the drainage basin. The δ^18O/altitude gradients have distinct differences: the gradient from Urumqi to Yuejinqiao is merely -0.054‰/hm, but -0.192‰/hm from Yuejinqiao to Daxigou, almost increasing by 2.6 times over the former. No altitude effect is found in surface firn the east branch of Glacier No. 1 at the head of Urumqi River, showing that precipitation in the glacier is from the cloud cluster with the same condensation level. Influenced by strong ablation and evaporation, the δ^18O in surface firn increases with increasing altitude sometimes. Survey has found that the δ^18O in meltwater at the terminus of Glacier No. 1 and in stream water at Total Control have the similar change trend with the former all smaller than the latter, which displays the different runoff recharges, and all mirror the regime of temperature in the same term basicallv.     

盘锦湿地芦苇群落土壤碱解氮及溶解性有机碳季节动态

基于2005年4～10月盘锦湿地芦苇群落土壤不同土层土壤碱解氮及溶解性有机碳的观测资料,分析了盘锦湿地芦苇群落土壤碱解氮与溶解性有机碳(DOC)的季节动态。结果表明:不同土层碱解氮、溶解性有机碳的季节动态并不相同。0～10 cm土层碱解氮与DOC季节动态相似,6月土壤碱解氮与DOC含量均最高,分别为244.86 mg/kg和13.16 mg/L。8月碱解氮含量最低,为139.18 mg/kg;9月DOC含量最低。10～20 cm土层DOC的季节性动态变化与表土具有相似性,峰值均出现在6月,谷值出现在9月;10～20 cm土层碱解氮最低值出现在6月,与0～10 cm土层不同。20～30 cm土层内,4～7月DOC几乎无变化,8月DOC含量最低,9月增加;4～5月碱解氮波动较大,5月降到102 mg/kg,6月增加到151 mg/kg。研究表明,盘锦湿地芦苇群落土壤微生物活性与凋落物分解对DOC及碱解氮的季节动态有很大的影响,同时温度、降水量及冻融也影响着DOC及碱解氮的季节动态。     

盘锦湿地芦苇群落土壤呼吸作用动态及其影响因子分析

采用LI-6400-09土壤呼吸室对盘锦湿地芦苇群落土壤呼吸作用,于2004年7月—2005年12月进行连续野外观测。结果表明:非淹水状态下,湿地芦苇群落土壤呼吸作用具有明显的日变化和季节变化特征;淹水状态下,湿地芦苇群落土壤呼吸作用接近于0。2005年潮汐造成的洪水减少了2/3的土壤呼吸作用。2004年和2005年芦苇群落土壤呼吸作用最大值都出现于洪水退去后。影响湿地芦苇群落土壤呼吸作用空间异质性的主导因子是生物因子,而在同一时间影响湿地芦苇群落土壤呼吸作用的主导因子是温度和水分。     

辽河保护区生态恢复遥感分析

利用2009年和2011年分辨率为10 m的法国SPOT卫星和日本ALOS卫星遥感资料,以ArcGIS9.3软件ArcMap模块为平台,采用人机交互目视解译对辽河保护区地类特征进行提取,对辽河保护区生态恢复状况进行监测分析。结果表明：2009年保护区土地利用类型以旱田、芦苇型湿地和水域为主,三种土地类型所占比例为72.9 %;2011年土地利用类型主要以水域、芦苇型湿地和草地为主,三种土地利用类型所占比例为62.9 %。 2011年保护区土地利用变化主要表现为旱田大幅度转出,转化为水域、草地和林地,与2009年相比,耕地显著减少,植被覆盖度增加了15.4 %。     

云天地表总辐射和净辐射瞬时值的计算方法

为减少计算机时,满足实时预报要求,全球数值预报模式中的辐射计算频率通常设定为三小时。这样处理会大大减少计算量,但也同时导致较大辐射日变化偏差,并影响模式对地面能量平衡,对流及降水的模拟。为改进这一缺陷,我们开发了一种辐射快速计算方案,可用于计算瞬时地面太阳总辐射和净辐射,使到达地面的太阳辐射计算可与模式积分同步进行,从而改善地面太阳辐射日变化模拟。本文介绍云天的计算方法。该方案所用的输入变量均为预报模式或卫星观测所能提供的量。结果表明：该方案既可用于数值预报模式也可利用观测资料独立计算地面太阳辐射。经与美国能源部大气辐射观测资料检验,该方案的精度很高,地面总辐射瞬时值的平均计算误差小于7%。