中国天山西部山区森林积雪消融过程观测分析——以巩乃斯河谷为例

通过对2013年春季中国科学院天山积雪与雪崩研究站区内阳坡无林地和阴坡不同开阔度森林内积雪深度、融雪速率以及常规气象的观测,分析了融雪期不同开阔度森林积雪的消融过程以及积雪表面能量平衡特征。结果表明:不同开阔度林冠下积雪深度具有相同的变化趋势,森林的林冠开阔度越大,林下积雪深度越大,林下积雪开始消融和完全消融的时间越晚,消融期也越长。森林积雪融雪开始和结束时间比阳坡无林地区晚20~30 d左右。融雪前期林冠开阔度越大,其林下融雪速率越小。融雪后期则森林开阔度越大,森林积雪的融雪速率越大。不同时期由于不同开阔度林冠下雪面能量收支以及雪层深度等物理特性的差异,从而使不同开阔度林冠下森林积雪融雪速率的相对大小,融雪速率最大值出现时间和日变化特征均不相同。晴天森林积雪的消融速率和日变化特征取决于净短波辐射和长波辐射变化特征。降水期间,其融雪速率的变化则主要受降水形式、降水量以及积雪深度等雪层特性的影响。     

基于CloudSat卫星资料的新疆三大山区不同类型云高特征研究

作为空中水资源的重要组成部分,云在地球水循环过程和气候系统中扮演着重要角色,不同高度的云因其物理特性和动力过程的不同而对人工增水作业具有不同的指示意义. 采用2007年1月至2008年12月的美国宇航局（NASA）云卫星（CloudSat） 2B-CLDCLASS资料,从不同类型云的高度分布特征分析了新疆阿尔泰山、天山和昆仑山区的云水资源情况.结果表明：各个季节三大山区高层云所占比例均较大,在20%以上,其中,天山山区和昆仑山区雨层云所占比例也较大,在15%以上. 三大山区不同云的云顶和云底高度年变化趋势基本一致,昆仑山区各类型云的平均云顶和云底的高度最大,阿尔泰山区的最低.     

1396—2005年天山南坡阿克苏河流域降水序列重建与分析

利用2005年采白天山南坡阿克苏河流域的树轮样本,建立了该流域6个树轮年表.相关计算表明,天山南坡阿克苏河流域英阿特河树轮标准化年表与该区域上年8月到当年4月的降水相关最为显著.利用该年表较好地重建了阿克苏气象站1396-2005年上年8月到当年4月的降水序列,经多方面验证表明其具有较好的可信性.分析表明:在过去600 a中,天山南坡阿克苏河流域降水以2～2.5a、12～13 a、45 a、50 a、58 a的周期最为显著;在1584年,1615年,1685年,1722年和1753年前后曾发生了突变,15、19、20世纪天山南坡阿克苏河流域的降水相对稳定.在1416-1990年经历了9个偏湿期及9个偏干期,阿克苏河流域过去600 a来降水有增加的趋势;降水年际变化极不均匀,洪水、干旱、雪灾等自然灾害频繁发生.     

基于多点树轮序列的1768—2006年甘肃降水量变化

选择12个树木年轮宽度年表和28个气象站的降水量资料分别建立甘肃树轮宽度场和降水量场。树轮气候响应分析发现树轮宽度场第一主成分与甘肃28个气象站上年7月至当年6月降水量第一主成分有较好相关性,相关系数为0.580 (p<0.001)。利用线性回归模型重建甘肃上年7月至当年6月降水量第一主成分,方差解释量为33.6% (1961—2006年)。在1768—2006年期间甘肃有11个降水量较多的时期(高于多年平均值)和11个降水量较少的时期(低于多年平均值),分别反映了东亚夏季风较强和较弱的时期。同时,降水量重建序列的低值与西北地区极端干旱历史事件有着良好的一致性。空间相关分析表明该重建序列能够表征甘肃大范围的降水量变化,与实测降水量资料的第一主成分空间变化较为一致。多窗谱分析发现,甘肃降水量具有36.6年(95%)、11.2年 (95%)、4.8年(95%)、3.4年 (95%)、3.1年(95%)、2.6年(95%)和2.4年(99%)的周期变化。甘肃降水量与亚洲中纬度西风区、季风区树轮降水量序列之间存在一定的关联性,甘肃降水量变化与季风降水量的关联要大于与西风区降水量。     

开都河中游地区雪岭云杉林上下限树轮宽度对比及其气候响应分析

利用开都河流域中段采集的雪岭云杉树芯样本,采用研究区域森林上下限2个采样点的树轮宽度年表,分析该地区两个树轮宽度年表的基本特征,建立与气象因子的关系模型,探讨树轮宽度生长与北大西洋涛动的关系。结果表明：（1）森林上限树木生长的一致性要强于森林下限,并且上限树轮宽度年表可能含有更多的气候信息;（2）森林上、下限树轮宽度年表在全频域、高频域及低频域上均存在显著正相关;（3）森林上、下限树轮宽度年表的气候响应结果基本一致,均表现出对上年9月至当年3月的逐月平均气温呈显著正相关,且均与上年12月的平均气温相关最高。树轮宽度年表与气象因子关系的模拟结果也证明了上年9、12月份和当年2、3、4月份的月平均气温与研究区树轮宽度生长间的密切关系;（4）研究区域树轮宽度生长与冬季北大西洋涛动指数的变化趋势较为一致。     

1961—2010年北疆地区极端气候事件变化

本文利用1961—2010年北疆地区20个气象台站的逐日降水量、最高气温、最低气温及平均气温资料,采用国际气候诊断与指数小组(ETCDDMI)所提供极端降水和气温事件的各种指标,对极端气候事件时空变化规律进行分析。结果表明:近50年,北疆地区极端降水和气温事件有显著的增加趋势;在北疆不同气候区极端降水指标变化趋势表现不同,其中准噶尔盆地地区增长趋势最慢;冷夜(日) 指数呈现下降趋势,为-4.05 d/10a(-1.51 d/10a),暖夜(日)指数呈现增加趋势,为4.36 d/10a (1.64 d/10a)。线性趋势分析发现,在20世纪80年代后极端降水事件有明显的增加趋势;应用M-K检测年最高气温和年最低气温,发现大多数站点在20世纪80年代后年最高气温和年最低气温也呈现显著增加。这表明在20世纪80年代后,北疆地区的极端气候事件增加趋势更加显著。     

利用树轮宽度资料重建天山中段南坡巴仑台地区过去645年来的降水变化

在分析树木生长对气候要素响应的基础上,利用采自天山中段南坡夫斯坦沟的雪岭云杉树轮宽度年表,重建了巴仑台地区1360~2004A.D.当年7月至次年6月的降水量序列,方差解释量达53%(调整自由度后为52%)。交叉检验结果表明重建方程稳定可信。过去645a以来,巴仑台地区的降水量变化存在12个偏少阶段和12个偏多阶段。巴仑台地区降水量重建序列存在10.7~11、6.7和2.1a的显著准周期及16.5~17.2和2.4~6.6a的较显著准周期,并且在1496A.D.前后发生了降水量由少向多的突变。     

塔克拉玛干沙漠腹地大气气溶胶中游离氧化铁的测定

大气沙尘气溶胶中铁氧化物含量的测定对研究气溶胶吸收特性有重要的研究意义。采用柠檬酸盐-重碳酸盐-连二亚硫酸盐(CBD)和漫反射光谱法(DRS)对塔克拉玛干沙漠腹地塔中站2006年4月9~11日沙尘暴天气过程前后TSP沙尘样品中的游离氧化铁进行定量和半定量研究,研究得出,塔中游离氧化铁占全铁含量的变化范围在4.55%~8.16%之间(平均值6.36%),全铁占样品总量的5.16%,游离氧化铁占样品总量的0.32%;反射光谱一阶导数曲线峰值在435和560nm对针铁矿和赤铁矿具有识别指示意义。     

中国天山山区235 a气候变化及降水趋势预测

  利用4个降水重建序列与天山山区10个气象站降水变化的响应关系,重建了天山山区近235 a来气候变化的年降水序列,重建序列的方差解释量达到47.7%。对过去235 a天山山区气候变化中降水变化的特征分析发现：降水大致经历了7干7湿的变化阶段,其中偏湿年份为124 a,多于偏干年份;天山山区的降水量以2.1 a、3.0 a、5.8 a、6.0 a的高频变化和24~25 a的低频变化周期最为显著。研究表明,近百年天山山区气候变化中的降水变化分为两个阶段,20世纪初到80年代,降水量逐渐减少,导致冰川退缩、河流径流量减少、湖泊萎缩、沙漠面积增大、植被覆盖率减少;80年代后期至今,降水量迅速增加,导致河川径流量增加、湖泊面积增大和沙尘暴日数减少,生态环境趋于好转,但同时造成洪水和地质灾害频繁。采用基于方差分析的周期叠加方法对天山山区未来23 a气候变化中降水的演变趋势进行预测,结果表明：未来23 a气候变化中天山山区以湿润为主,期间有部分年份可能较常年干旱。     

利用树轮密度重建新疆北部5-8月温度变化

利用新疆北部5个采样点的树轮密度年表主序列和新疆北部33个气象站观测气温平均值进行相关分析,结果显示其与新疆北部5-8月平均温度存在很强一致相关性,相关系数为0.667（p<0.001, n=49）。温度重建方程能够解释校准期（1960-2008年）内44.5%的温度变化方差。空间相关分析揭示该温度重建序列能够表征新疆北部过去353 a （1656-2008年）5-8月温度总体变化特征。重建序列揭示新疆北部5-8月平均温度大致经历了6个偏暖阶段,即1656-1664年、1667-1692年、1711-1734年、1804-1832年、1855-1956年、2000-2008年,中间为偏冷阶段,这些阶段中间多个小幅度变化。温度重建结果发现新疆北部温度变化与太阳活动、火山喷发有着紧密联系。温度重建序列与全球海温场的相关分析显示当西风带海区及热带大西洋地区的海温偏高时,研究区气温偏高。与海温、火山喷发和云量变化的相关分析都指示在西风环流的作用下,上述因子对于该地区温度变化有着重要影响。该温度重建序列在低频变化上与北半球气温具有显著正相关,说明中亚地区温度变化与北半球整体温度变化具有较好的一致性。