CLDAS土壤湿度业务产品的干旱监测应用

针对2012年中国区域严重的干旱,利用2013年国家气象信息中心发布的中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS-V1.0)土壤体积含水量数据集产品,并结合新的中国地表土壤水文参数数据集,计算2012年中国区域土壤相对湿度,依据《气象干旱等级》国家标准进行干旱监测.结果表明:该土壤相对湿度数据集能较为全面的反映2012年中国的干旱发生发展的空间特征,在西南、江淮黄淮、华南以及东北等4个主要的干旱区域表现的尤为明显.结果表明,利用土壤容重、田间持水量等信息,结合CLDAS-V1.0实时业务产品,可实时获取时空连续的土壤相对湿度产品,可以实现对中国区域的干旱实时监测.     

多种再分析地表温度资料在中国区域的适用性分析

利用1979-2010年中国805个站点的逐日地表温度观测资料与ERA-Interim、ERA-Interim/Land、JRA-55、NCEP/NCAR和NCEP/DOE五种再分析地表温度资料,对五种再分析地表温度资料在中国区域的适用性进行了比较与分析.结果表明:从空间分布特征来看,JRA-55资料与观测资料最为接近;五种再分析地表温度资料在东部地区的适用性好于西部地区,且均不能很好地模拟出青藏高原地区和西北西部地区的地表温度分布.从地表温度的长期变化来看,五种再分析地表温度资料虽然可以描述地表温度变化趋势,但均存在低估现象,且低估现象随着地表温度的增加变得更加严重.在地表温度人工观测和自动观测交接的时间段,可以使用再分析资料作为地表温度均一化的参考序列.     

两种数值模式资料的平均海平面气压和地面风速在中国区域的评估

利用中国气象局国家级自动站(2 421个)的观测资料,分别对2012年的ECMWF(欧洲中期数值预报中心)和JMA(日本气象厅)数值模式资料的平均海平面气压和地面风速在中国地区的适用性进行了对比研究.结果表明:两种数值模式资料均能在一定程度上反映观测资料所具有的时空分布特征,东部地区的适用性均要高于西部地区.对于平均海平面气压,在西南地区JMA比ECMWF资料更接近实际观测;而在其他地区,两种数值模式资料都较接近实际观测,冬季的结果比夏季好.对于地面风速,这两种数值模式资料各具优势.在中国东南部地区,JMA相对于ECMWF的地面风速资料更接近实际观测值,而在中国西部地区,则相反.就8个时次的年变化而言,ECMWF资料的年变化趋势与观测资料更为一致,而JMA资料的地面风速大小与观测资料更为接近.     

天山山区空中水汽含量及与气候因子的关系

利用建立的天山山区水汽含量与地面水汽压的经验关系式,计算天山山区及周边44站1961~2009年的水汽含量值,分析水汽含量的时空分布及其与气候变化因子的关系。结果表明:天山北麓的河谷平原地带是水汽含量高值区,中天山和东天山是低值区。水汽含量在近50 a内呈增加趋势,夏、秋季增加明显。水汽含量是影响天山山区降水量的最主要的因素之一,水汽对全球变暖和气候变化可能有负反馈作用,而冬季NAO和AO与水汽相关性最显著。这些研究对于揭示区域水分循环过程和全球变暖背景下的区域响应有重要意义。     

基于栅格尺度的双层融雪径流模型研究及应用

以新疆天山北坡军塘湖河流域作为研究区,基于物理机制构建双层分布式融雪径流模型,利用研究区数字高程模型(DEM)提取流域信息,运用GIS技术与遥感技术获取积雪、植被、土壤等与融雪径流模型有关的地表信息,并结合WRF中尺度数值预报模式作为该模型气象驱动数据,对研究区融雪期进行模拟,结果显示:2009、2010年峰值模拟期间,实测与模拟径流过程线拟合度高,QR合格率分别达87%、90.85%。该模型适用性较好,对融雪洪水预警具有一定的参考价值。     

基于栅格尺度的阿勒泰地区旅游气候舒适度评价

气候的舒适度是游客选择旅游目的地的重要影响因素之一,利用1960-2013年近54 a的研究区气象统计资料,结合地理信息系统(GIS)空间分析方法,并考虑气温垂直递减规律这一因素,分析了阿勒泰地区500 m×500 m分辨率栅格尺度的逐月温湿指数、风效指数、着衣指数及综合舒适指数,通过对4个指数所反映的舒适度和舒适期进行对比分析,发现综合舒适指数可从客观角度反映气候因素对人体感觉的综合影响,能达到较为精准的评估效果.研究表明:阿勒泰旅游气候舒适度变化受当地地形和季节变化的影响较大,旅游舒适度季节变化明显,适宜户外旅游的舒适期短暂.季节变化中,冬季不适宜开展户外旅游活动;春季阿尔泰山山区气候舒适度不舒适,山区以南和西南萨吾尔山以北舒适度较不舒适;夏季分布在额尔齐斯河以北的山麓和山间河谷地区,以及青河县中部和南部,富蕴县南部地区人体感觉舒适,占全区总面积的39.62%,其余大部分区域较舒适;秋季分布在哈巴河县、布尔津县、阿勒泰市南部及福海县中部和南部区域感觉较舒适,占全区总面积的36.79%.阿勒泰地区旅游舒适期为1~5个月,旅游资源的空间分布契合该地区旅游舒适期的区域空间分布,利于本地区进行旅游开发和旅游活动.     

基于栅格尺度的沙漠化预警模型研究——以塔里木河下游中段区域为例

以塔里木河下游为研究区,基于沙漠化在气候、地表和人文3方面的成因构建沙漠化预警指标体系,并建立预警模型;基于研究区1990年、2000年和2006年的遥感、气候、地表和人文数据,利用ArcGIS对各因子数据进行量化和栅格化处理,通过预警模型实现了研究区3个时期在栅格尺度上(30 m×30 m)的沙漠化程度分布,分别利用前两期和第3期的结果进行参数修正和验证;在此基础上预测研究区“间歇输水”和“无输水”情况下2015年的沙漠化发展趋势.通过参数修正、预警模型对研究区沙漠化程度分布模拟正确率达90％以上,预警模型适用性较好.间歇输水对塔里木河下游沙漠化逆转起到一定的作用,是防止其完全沙漠化的必要措施,但此逆转作用基本上只局限于沿河道有限范围内,无法彻底改变研究区的沙漠化现状.     

近60年气候变化及人类活动对艾比湖流域水资源的影响

以艾比湖流域为研究对象,基于研究区近60年水文、气象、社会经济等资料,分析了气候变化与人类活动对艾比湖流域水资源的影响。研究表明:(1)近60年,艾比湖流域三大主要干流径流总体呈现增加趋势;(2)近60年,虽然艾比湖流域干流径流量总体增加,但由于人类活动影响作用,导致艾比湖湖区面积和入湖量均呈现逐渐减少的趋势;(3)近60年,人类活动负影响的效果高于气候变化正影响的效果,人类活动的加剧是导致艾比湖流域湖区面积持续减少的主要原因。     

中国区域多种数值模式资料的地面气象要素评估

利用中国气象局国家级自动站(2421个站)的观测资料,分别对2010年7月1日至2013年6月30日的欧洲中期数值预报中心(ECMWF)、日本气象厅(JMA)和美国国家海洋大气局的全球预测系统(GFS)数值模式资料的地面气温、相对湿度和风速在中国区域的适用性进行了比较研究。结果表明,3种数值模式资料都能在一定程度上反映观测资料所具有的时间和空间分布特征,东部地区的适用性要高于西部地区。不同的地面气象要素,差异较大:对于地面气温和地面相对湿度,ECMWF比JMA和GFS更接近实际观测,ECMWF和JMA的分析场数据质量要好于预报场;ECMWF和JMA地面气温在冬季与观测差异最大,GFS地面气温在夏季与观测差异最大;3种数值模式资料的地面相对湿度在秋季和冬季与观测差异最大;对于地面风速,在江淮流域和华南等东部区域JMA与实际观测差异最小,在北部和西部区域ECMWF最好,JMA和GFS地面风速在冬季与实际观测差异最大。     

大气、陆面与水文耦合模式在中国西北典型流域径流模拟中的新应用

水文模式在较长的发展阶段由简单的概念模型逐步演变复杂的分布式物理模型,大气学科的各类气候模式在近年来迅猛发展同时也逐步带动了水文学的发展。从大气、水文两个学科发展角度纵向开展研究,通过分析以往研究成果认为,虽然大气、水文模式在其各自的发展已经到达了较为完善的地步,然而其相互耦合并取长补短的优势并未发挥。在探讨大气、陆面及水文模式发展的基础上,选取XJLDAS(Xinjiang Land Data Assimilate Datasets)大气陆面同化系统,CLM3.5(Community Land Model,Version 3.5)公用陆面模式及快速汇流模式RAPID(Routing Application for Parallel computation of Discharge)作为关键耦合对象,利用以上耦合系统对新疆精博河流域径流过程进行模拟。通过研究分析,认为:XJLDAS+CLM3.5+RAPID模式可较好地重现流域地表径流年内分布状况,然而,由于陆面参数化方案选取等原因,研究区径流量出现一定偏差。此外,在本研究中发现,陆面模式径流汇流模拟结果与实际结果存在一定偏差,将这种偏差进行分析后发现:在进行大尺度水文模拟时,需要在考虑在研究区相关地理特性(如地质构造、地表覆被)基础上进行模式相应改进,以最大限度的重现大尺度径流真实过程。