黄河源区高寒草地-大气间水热交换通量特征

利用黄河源区玛曲观测站2016年涡动相关系统和微气象梯度塔观测资料,分析了高寒草地 大气间水热交换通量的特征。结果表明：夜间地表各通量值很小,净辐射和感热通量为负值,潜热通量的值较小但始终为正。日出后随着太阳辐射和地表加热作用各通量迅速增大,在14时左右达到峰值。暖季（6—8月）夜间感热通量占净辐射的比例(H/Rn)高于感潜通量占净辐射的比例(LE/Rn),日出后LE/Rn开始升高而H/Rn减小,日间LE/Rn大于H/Rn。冷季（12月—次年2月）H/Rn始终大于LE/Rn,感热通量在冷季的能量分配中占据主导地位。暖季LE/Rn、H/Rn均随土壤温度升高而升高。冷季H/Rn与5 cm深度土壤温度表现出了更为明显的二次关系,随着温度升高先降低后升高,当温度小于-7 ℃时H/Rn降低,大于-6 ℃时H/Rn增大。暖季H/Rn随着土壤湿度增大先降低后升高,LE/Rn先升高后降低。在0—1.5 kPa,暖季饱和水汽压差与LE/Rn、H/Rn均呈线性关系,并随着饱和水汽压差增大,LE/Rn增大而H/Rn减小;1.5 kPa之后,LE/Rn、H/Rn变化特征均保持其原有趋势。     

黄河源区植被覆盖度对区域气候影响的数值模拟

利用1997-2006年8km空间分辨率的AVHRR/NDVI,得到了与区域气候模式RegCM3具有相同分辨率的植被覆盖度时间序列,并用其替代RegCM3模式中默认的植被覆盖度,对黄河源区主要气候要素进行了数值模拟。结果表明,使用卫星遥感估算的植被覆盖度,模拟的黄河源区气象台站月平均气温更接近实测值,局地降水量也有一定...     

黄河源区植被变化趋势及其对气候变化的响应过程研究

利用1982～2001年NOAA/AVHRR(美国大气海洋局卫星/甚高分辨率辐射计)NDVI(归一化植被指数)资料、2000～2008年EOS/MODIS(地球观测系统卫星/中等分辨率成像光谱仪)NDVI资料以及1982～2008年黄河源区的玛多、玛曲和兴海气象台站逐月气温和降水资料,分析了黄河源区玛多、玛曲和兴海地区...     

黄河源区玛曲土壤冻融过程中地表水热交换特征分析

土壤冻融过程显著影响地表含水量和能量收支变化。利用玛曲2017年8月至2018年7月的土壤温度/湿度、涡动观测资料以及公用陆面模式(Community Land Model,CLM)最新版本CLM5.0的模拟资料,其中冻结过程阶段的辐射和能量通量使用模式模拟的数据,通过分析土壤冻融过程中土壤温湿度、地表能量平衡各分量的时间演变特征,探讨冻融过程中地表水热交换的特征。数据分析表明：(1)土壤冻融过程包括冻结过程、完全冻结、消融过程及完全消融四个阶段,各阶段中的土壤温度/湿度、辐射和能量通量存在明显的日变化,在冻结过程和消融过程阶段,土壤湿度随土壤温度变化显示出明显的日冻融循环。(2)冻融过程通过影响表层土壤水分影响地表辐射收支和能量分配。冻融过程中土壤中的水相变为冰,改变下垫面性质影响地表辐射收支。土壤中的液态水通过相变影响地表潜热通量,完全消融(冻结)阶段,地气之间能量交换以潜热(感热)通量为主。相比于以潜热通量为主的冻结过程阶段,消融过程阶段净辐射通量逐渐增大,地气之间能量交换主要受感热通量影响。土壤中水分的昼融夜冻导致频繁的潜热通量释放影响地表热通量。土壤热通量在冻结过程(G     

黄河源高寒湿地-大气间暖季水热交换特征及关键影响参数研究

湿地是由陆地和水体形成的自然综合体,具有重要的生态、水文和生物地球化学功能,黄河源高寒湿地作为黄河重要的水源涵养区,对其下垫面水热交换特征及关键影响参数的研究具有非常重要的意义。本文利用中国科学院西北生态环境资源研究院麻多黄河源气候与环境变化观测站2014年6~8月观测资料,分析了黄河源区高寒湿地-大气间暖季水热交换特征,并利用公用陆面模式（Community Land Model,简称CLM）模拟了热通量变化,提出针对高寒湿地的粗糙度优化方案。主要结果如下:（1）暖季向上、向下短波与净辐射的平均日变化规律一致,向上、向下长波平均日变化平缓,地表温度升高相对于向下短波具有滞后性,潜热通量始终为正值并大于感热通量;（2）温度变化显著层结为20 cm以上土壤浅层,存在明显的日循环规律,土壤中热量09:00（北京时,下同）下传至5 cm深度,温度升高,11:00至10 cm深度,13:00至20 cm深度,18:00后开始上传,温度降低,40 cm及以下深度受此影响较小,热量在土壤中整体由浅层向深层输送;（3）土壤湿度平均日变化小,5 cm深度为土壤湿度最小层,10 cm深度为最大层;（4）麻多高寒湿地动力学粗糙度Z_0m在暖季变化稳定,可作为常数,Z_0m=0.0143 m;（5）提出更加适合高寒湿地下垫面暖季附加阻尼kB-1参数化方案,使得热通量模拟效果较CLM原始方案有所提高。以上结果对于研究湿地下垫面陆面过程具有重要意义。     

黄河源区地表水资源变化及其影响因子研究

利用1955～2005年黄河源区玛多气象站和黄河沿水文站气象、水文资料,分析了该区域地表水资源、气候及冻土演变规律,揭示了地表水资源变化的成因。研究表明:近51a黄河源流量丰枯转化频繁,但在总体上特别是进入20世纪90年代以来黄河源流量呈减少趋势,流量年内分配表现为单峰型;降水量对流量有着较为显著的影响,且具有一定的持续性;黄河源区气温的显著升高对于加大流域蒸发量导致流量补给的减少作用要大于其升高致使冰雪融水的补给作用,其中春季气温回升的这一效应更为显著;黄河源区冻土呈现出显著的退化趋势,冻土厚度与流量总体上呈显著的正相关关系,其不断减小削弱了自身天然隔水层的作用;黄河源区蒸发量呈现出显著的增大趋势,并导致流量的减少;气候变化导致流量的减少量占总减少量的70%,其余30%可能是由人类活动加剧造成的,气候及冻土因子对流量的作用大小依次为冻土、降水、蒸发和气温,显然多年冻土对于黄河源区地表水资源的形成和发育有着至关重要的作用。     

近50年黄河源区植被净初级生产力变化特征及其影响因素

利用1959—2008年黄河源区月平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、降水量、风速和日照百分率等气候要素资料,应用修订的Thornthwaite Memorial模型计算了近50年植被净初级生产力（net primary productivity,NPP）,分析其年际和年代际变化特征及其主要气象因子的影响。结果表明...     

黄河源高寒草原下垫面土壤冻融过程中陆-气间的水热交换特征分析

高寒草原水热交换的季节性特征显著,土壤冻融过程对地-气水热交换有着重要的影响.本文利用黄河源区汤岔玛小流域2014年5月至2015年5月陆面过程观测数据,将土壤冻融过程划分为完全融化(TT)和完全冻结(FF)两种状态与融冻(T-F)和冻融(F-T)两个过程,并分析了期间高寒草原下垫面净辐射、感热通量、潜热通量和地表热通...     

黄河源区生态环境变化对湖泊效应影响的数值模拟

利用中尺度气象模式WRF,设计了陆地生态环境好转、维持现状和退化3种情境下的模拟试验,分析了夏季黄河上游鄂陵湖湖泊效应的特征和生态环境变化对该湖泊效应的影响。结果表明,夏季晴天中午至傍晚,鄂陵湖有显著的湖风环流;白天湖面感热和潜热较小,昼(夜)表现出明显的冷(暖)湖效应;湖区低层全天呈现出"湿岛"效应;受湖风作用影响,环湖陆上白天形成"湿墙"和感热高值区;随着陆地生态环境由好转到退化,湖风环流加强,环湖"湿墙"增高,湖陆边界层高度差增大,陆面感热和潜热变化显著大于湖面;陆面边界层中下部的气温和比湿主要受下垫面影响,环境退化后分别升高和减小,而在边界层顶部由于受湖风环流的作用,两者变化趋势与中下部相反。     

黄河源区积雪变化特征及其对春季径流的影响

基于1978-2016年积雪、气象和径流资料,采用Mann-Kendall检验法、线性分析法及敏感性公式,分析了黄河源区积雪变化特征及其对春季径流的影响。结果表明:(1)黄河源区表现出积雪初日推迟、终日提前、积雪期缩短和积雪日数减少趋势,其中,积雪初日、终日与积雪期分别通过了p0. 05、p0. 05及p0. 01的显著性检验。(2)年均雪深1978-2016年无明显变化趋势,但自21世纪以来呈显著上升趋势,且通过了p 0. 1的显著性检验。(3)黄河源区积雪日数对春季径流的影响较积雪深度显著。积雪日数、积雪深度平均变化1%,将分别引起春季径流变化0. 60%和0. 25%。因4月和5月份平均气温升高,积雪大量融化,故4月和5月径流对积雪变化敏感性较3月径流大。(4)降水和温度的不同组合引起积雪变化,导致春季径流的不同响应。气候变暖环境下,黄河源区融雪径流提前,表现为3月径流呈上升趋势,4月和5月径流呈下降趋势,但同时也因区域大气水汽含量变化,导致春季各月径流及春季径流自21世纪以来呈上升趋势。     

黄河源区土壤湿度升空间尺度研究

利用2011年7月至2012年8月中国科学院西北生态环境资源研究院黄河源区玛曲土壤湿度观测网土壤湿度观测数据,对一定精度要求下估计玛曲地区区域尺度土壤湿度最少所需站点个数(the minimal Number of Required Sites,NRS),站点代表性进行研究,并通过比较4种常用升空间尺度方法,寻找最适宜该地区站点数据尺度提升的方案。主要结果如下:(1)在相关系数R≥0.99、土壤湿度均方根偏差RMSD≤0.02 m~3·m~(-3)的精度要求下,5 cm、10 cm深度区域土壤湿度估算所需NRS均为10个;(2)利用时间稳定性方法、滑动相关方法分别获得玛曲地区土壤湿度代表性单站,NST01站为5 cm深度,NST07站和NST02站均为10 cm深度;利用最优站点结合方法(Optimal Combination of Sites,OCS)获得最佳结合站点,NST01、NST02和NST07站为5 cm深度,NST05、NST08和NST13站均为10 cm;(3)线性拟合方法最适于玛曲地区土壤湿度尺度提升,OCS多站结合数据估计区域土壤湿度效果最优,滑动相关单站数据次之;(4)将所得线性拟合关系应用于玛曲土壤湿度观测网2013年7月至2014年7月缺测时间段土壤湿度估计,获得区域尺度的土壤湿度。     

黄河源区土壤湿度时空分布的模拟研究

利用1961-2010年普林斯顿大学每3 h一次、1°×1°的大气强迫场数据驱动公用陆面模式CLM4.0(Common Land Model,version4.0)对黄河源区土壤湿度的时空分布进行了模拟试验,合理优化了CLM 4.0中土壤有机质和土壤质地属性参数,将模拟结果与荷兰自由大学AM SR-E土壤湿度产品进行了对比分析,并利用玛曲土壤湿度观测站点的观测数据对模拟结果进行了验证。结果表明,CLM4.0模式能较好的模拟黄河源区土壤湿度的空间分布及变化趋势,在优化陆面有机质和土壤质地数据参数后,模拟的土壤湿度空间分布更合理,但CLM4.0模拟的土壤湿度比地面观测值和AMSR-E土壤湿度产品的土壤湿度偏低。     

太阳辐射和水汽压差对黄河源区高寒湿地潜热通量的影响研究

利用2014年6月1日至8月31日中国科学院麻多黄河源气候与环境综合观测站(下称麻多站)陆面过程观测试验资料,将大气和地表因素之和作为环境因子探讨其对潜热通量的影响,分析了太阳辐射和水汽压差对黄河源区高寒湿地下垫面潜热通量的影响,并对其进行了定量化评估(即控制参量)。结果表明:(1)太阳辐射和水汽压差对潜热通量的相对大气因素控制平均为0.98和0.02,即太阳辐射是影响潜热通量的相对大气因素控制的主要因子,水汽压差的影响可忽略。(2)太阳辐射和水汽压差对潜热通量的相对地表因素控制平均为0.12和-0.31,前者早晚大,中午小,后者绝对值早晚小,中午大。(3)太阳辐射对潜热通量的绝对总控制平均为0.22,相对总控制平均为1.10。水汽压差的绝对总控制平均为-0.06 W·m~(-2)·Pa~(-1),相对总控制平均为-0.29。(4)太阳辐射主要是通过直接作用(大气因素)影响潜热通量;而水汽压差则主要通过改变湿地地表阻抗的间接作用(地表因素)影响潜热通量。(5)高寒湿地下垫面地-气退耦因子(Ω)平均为0.38,表明高寒湿地与大气间的耦合程度较差,实际情况亦是如此,太阳辐射是影响高寒湿地下垫面潜热通量的主要因子。本研究为气候变化背景下的潜热通量参数化及其蒸散发研究开辟一条新的研究思路。     

黄河源区降雪对不同冻融阶段土壤温湿变化的影响

利用2013年10月1日至2014年5月31日黄河源区鄂陵湖流域的土壤温度资料首先划分土壤不同冻融阶段,然后在每个阶段各选取一次降雪过程,分析了降雪对土壤温湿变化的影响。结果表明:在土壤冻结阶段,雪后晴天(有雪覆盖)土壤净输出的热量减少,5 cm和10 cm土壤日最低温度明显升高,20 cm土壤日最低温度升至0℃以上,导致20 cm土壤达到完全冻结的时间延长;在土壤消融阶段,降雪当天土壤净输入的热量减少,5 cm和10 cm土壤日最高温度突降至0℃以下,导致5 cm和10cm土壤达到完全消融的时间增加。在以上两个阶段的降雪过程中,积雪不仅可通过自身的消融增加浅层土壤湿度,还可通过改变浅层土壤温度间接影响浅层土壤湿度,而在土壤完全冻结阶段,积雪对土壤温度虽有影响,但对土壤湿度的直接和间接影响都较小。在整个土壤冻融阶段,与由土壤冻结和消融引起的土壤湿度变化相比,降雪引起的土壤湿度变化较小。     

近几十年黄河源区气候与植被变化及相关分析

通过对黄河源区气温、降水量、NDVI指数变化以及NDVI指数与气温、降水量的相关性进行分析,结果表明:黄河源区气温近50年呈升高趋势;源区近34年年降水量呈减少趋势,20世纪80年代源区降水量较多,比较湿润。近20年黄河源区及源区东北部植被覆盖较差,且不容易保持,达日及源区东南部植被覆盖相对较好,且容易保持;源区植被覆盖与气温、降水量均呈正相关关系,降水量对植被覆盖的影响比气温的影响大。     

黄河源区径流量变化特征及其影响因子研究进展

近年来黄河源区径流的锐减,对下游水资源和经济造成了一定的威胁。本文对近年来黄河源区径流量变化特征及其影响因子的研究进行了概述与总结,结果表明近年来黄河源区径流量年内单、双峰分布形式不均,年际、年代际丰枯变化频繁,最长也只有4~5年的周期,且枯水年持续时间多于丰水年。影响源区径流量的主要气候因子是降水,降水的增加使得径流量增加,温度升高,蒸发量加大,使得径流量减少,同时人为因素造成植被覆盖减少,沙漠化加剧,破坏了源区生态环境,对径流量减少也起到很大的作用;根据以往研究总结指出,应更加关注径流量年内单、双峰分配形式变化特征及高原局地热力性质和环流场(如地面感热、高原季风等)对于径流量的影响,同时还应加强分析自然和人为因子对于径流量减少的定量贡献。      

植被区面积对局地气候影响的数值研究

用一个三维模式实施了５个数值试验，研究了植被覆盖与裸土之间的非均一性对局地气候的影响。结果指出：存在着一个最适宜的植被区面积Ｓ＿ｃ，当Ｓ＝Ｓ＿ｃ，这种非均一性激发的上升运动最强，上升气流区的空间范围最大。     

黄河源区径流减少的原因探讨

分析了黄河源区1960~2000年气候变化特点,对蒸发进行了估算,并分析了植被和冻土的变化,对径流在20世纪90年代后明显减少的原因进行了探讨。结果表明,黄河源区气温在20世纪80年代中期后明显增加,降水在90年代偏少,气候向暖干方向发展,但蒸发变化不大,径流减少的直接原因是降水的减少;在90年代后降水强度的减弱也可能是径流减少的重要原因;归一化植被指数(NDVI)数据显示植被在90年代后期呈现退化的趋势,冻土在80年代以后表现出的明显的退化趋势,植被冻土的退化可以使得冻结层上水位下移,土壤水向土壤下层的渗漏增加,也会造成径流的减少。     

水汽输送对雅鲁藏布大峡谷地区陆-气间水热交换的影响研究

藏东南地区的雅鲁藏布大峡谷地区(以下简称大峡谷地区)是印度洋暖湿气流输送至青藏高原的重要通道,在高原水分与能量循环过程中具有重要地位。为了揭示不同水汽输送对陆-气间水热交换通量的影响,本文利用欧洲中期天气预报中心第五代再分析数据产品,根据大气中总水汽含量和水汽水平输送通量将大峡谷地区2013年5月20日至7月9日的水汽强度划分为强/弱/极弱三种级别。并利用第五代公用陆面模式(Community Land Model version 5.0,CLM5.0)模拟了水汽输送对大峡谷-大气间水热交换的影响。研究表明：大峡谷地区的南(东)边界为水汽主要的输入(输出)边界,大峡谷南侧河谷存在水汽强输送带。CLM5.0模拟的大峡谷-大气间水热交换通量与实际相比误差较大,通过优选热力学粗糙度参数化方案和土壤属性替代数据集,提高了CLM5.0模拟大峡谷-大气间水热交换通量的精度。其中Zeng and Dickinson (1998)的方案(以下简称Z98方案)效果最优,较CLM5.0默认参数化方案下模拟的小麦站和草地站近地面感热通量均方根误差分别下降18.2%和10.9%。区域模拟结果显示：大峡谷地区近...     

黄河源区草地退化对局地气候环境影响的数值模拟

土地覆盖变化会影响到近地层各气象要素发生不同程度的变化.利用中尺度数值模式MM5,设计了一个控制试验和一个敏感性试验.通过对2003年7月一个月的积分,模拟了黄河源区草原退化对局地气候环境的影响.结果表明,黄河源区草原退化导致该地区2 m高度气温及地表温度明显升高;空气湿度及土壤湿度不同程度减小;草原退化后降水的减小影响到径流减小;草原退化后还引起退化区感热通量增加,潜热通量减小,有效通量(感热通量+潜热通量)减小.与草地农牧化相比,草原退化对气候环境的影响程度更强.