近50年黄土高原侵蚀性降水的时空变化特征

利用黄土高原及其附近地区99个站点逐日降水观测资料,分析了1956～2005年黄土高原年降水量、侵蚀性降水量、暴雨量的变化趋势和空间特征.研究表明:1956～2005年黄土高原降水在波动中呈现下降趋势,尤其自1980年年以来,降水减少趋势显著.黄土高原地区降水变化具有显著的空间差异,降水偏少最为显著区域位于黄河中游的河口-龙门区间,尤以无定河流域、汾河流域和山西中北部最为典型,年降水量和侵蚀性降水偏少10%以上.存在从北向南沿朔州-离石-临汾-三门峡一带的暴雨异常偏少地带,偏少在20%以上.     

黄土高原春季降水对青藏高原感热异常的响应

利用1961—2000年黄土高原56站的春季降水和NCEP/NCAR再分析资料,采用SVD方法分析了黄土高原春季降水与青藏高原地面感热的关系。结果表明,黄土高原春季降水量与青藏高原地面感热的前两个模态代表了两场间的主要耦合特征,具有高度的时空相关。青藏高原感热对黄土高原降水影响最显著的区域在西部和南部、北部。前期高原感热场的第一、二模态对黄土高原春季干旱的预测具有指示意义。     

黄土高原降水与地理因素的空间结构趋势面分析

用趋势面分析方法,对黄土高原降水分布效应的研究表明:黄土高原地区降水量的空间分布趋势决定于地理位置和海拔高度;东南部及东部暖湿气流是支配黄土高原降水的主导气流,其中东南气流作用稍强。坡向、坡度、植被条件及地形对降水也有一定影响,如秦岭北坡、太行山西坡等背风坡可使降水比理论值减少5%～7%;干旱及荒漠区减少14%左右;而高原中的突立山系(如六盘山—陇山)则使降水增幅约16%。     

黄土高原区不同降水相态的时空变化

以1960~2013年黄土高原区及周边58个气象站的地面逐日降水数据为基础,对黄土高原区不同降水相态的时空分布特征进行了分析,研究表明：黄土高原区雨、雪分界线在35°N附近,以北区域以降雪为主,以南且110°E以西的区域以降雨形态为主。该分界线附近是雨夹雪的多发区。黄土高原区降雨有明显的年际波动,而降雪的波动不是很明显,雨夹雪和雾（露、霜）这几种降水相态年际波动较小且趋势一致。液态降水、降雪呈减少趋势,雪、雨夹雪、雾（露、霜）呈增加趋势。雪、雨夹雪、雾（露、霜）均存在显著的准30 a的振荡周期,此外,这4种降水相态还存在15 a、10~12 a、5 a中小尺度的周期。     

中国黄土高原地区降水时空演变

为揭示黄土高原地区降水资源在全球气候变化背景下的演变特征,利用黄土高原地区7省区51站43 a的降水资料,主要采用EOF、CEOF和小波分析等方法,研究了黄土高原降水近43 a的时空演变及其资源信息在空间的流动。结果表明：黄土高原年季降水对全球变化区域响应不同;年降水和秋季降水在1985年附近发生气候突变,降水明显减少;降水年际变化存在2～4 a振荡和11～18 a的年代际振荡,以2～4 a短周期振荡为主;降水响应敏感区在黄土高原腹地,空间演变信息在向东传播。     

民勤大气边界层特征与沙尘天气的气候学关系研究

 为了更好地理解西北干旱区大气混合层(ML)厚度的变化特征及其对当地沙尘气候形成的影响, 利用民勤2006—2008年3—6月逐日08时和20时探空资料、降水和日最高气温,计算和分析了最大混合层厚度、逆温层特征和垂直风场及其对沙尘气候形成的影响。结果表明,民勤沙尘天气的大气边界层有显著的昼夜变化,白天厚、逆温强而多;沙尘天气的最大混合层厚度在2 600 m左右,介于无降水与有降水天气之间;扬沙主要由锋面中的冷空气引起,而沙尘暴主要由低层风场的剧烈扰动和500 m以上高层冷锋入侵引起。沙尘暴发生前近地面风场有明显的扰动,沙尘暴发生时在500 hPa以下有显著的冷空气活动,白天较强。能见度小于100 m的强沙尘暴夜间风速大,冷空气较强。     

基于SMOS的黄土高原区域尺度表层土壤水分时空变化

用SMOS土壤水分数据、MODIS植被指数数据和TRMM月降水数据,通过对黄土高原区域尺度表层土壤水分含量时空变化的研究,对表层土壤水分的时空变化特征及其对降水的响应进行了分析。结果表明：黄土高原表层土壤水分空间分布主要表现为西部和东北部低、东南部较高。青海石质高山区及山西西南部等区域土壤水分含量与整个区域存在差异。黄土高原西部与河套平原部分区域表层土壤水分含量季节性变化较大。在不同降水条件下,土壤水分含量与降水量相关性呈显著差异。     

中国黄土高原土壤湿度的气候响应

利用中国黄土高原59个气象站1961—2002年月降水量和29个农业气象观测站从建站到2002年逐年4—10月旬土壤重量含水率资料,分析了黄土高原土壤湿度的地域和时间分布特征以及土壤湿度对生态的影响。结果表明：①黄土高原4—10月土壤湿度与降水量的地理分布有较好的一致性,两者都从东南向西北减少。受六盘山和太行山阻挡东南季风影响,在陇中和晋中黄土高原出现一条南北向的干舌;黄土高原半干旱气候区降水和土壤湿度等值线梯度大,气候变化敏感。②采用年降水量和变差系数把中国黄土高原土壤湿度划分为5个气候区域：草原化荒漠带土壤严重失墒区,荒漠草原带土壤失墒区;草原带土壤失墒区;森林草原带土壤湿度周期亏缺区;森林带土壤湿度周期亏缺区。前3个气候区位于黄土高原中北部,经雨季之后,土壤水分不能得到有效恢复,土壤经常处于重旱或轻旱状态。后2个气候区位于黄土高原南部,经雨季之后,土壤水分能得到有效恢复,土壤有季节性缺水现象。③影响土壤湿度的主要因素是降水,但气温也有不可忽视的作用。近20 a来,中国黄土高原降水减少,气温升高,土壤湿度有下降的趋势。     

近15 a黄土高原植被覆盖时空变化及驱动力分析

研究黄土高原地区植被覆盖变化及其驱动因素可以揭示研究区气候变化和人工生态调节过程对植被变化的影响。基于500 m分辨率的MODIS-NDVI数据和同期气象数据,运用均值法、斜率分析法、相关分析法及残差法,分析了2001-2015年黄土高原的植被时空演变变化特征及其驱动因素。结果表明：近15 a黄土高原植被在季度上总体都呈现增加趋势且存在一定差异,夏、秋季植被增加最为明显;黄土高原植被覆盖在空间上呈现自东南向西北递减的分布特征;植被NDVI变化在不同季节上都存在明显的空间差异;黄土高原植被NDVI对气温、降水的响应关系有明显的季节差异,并在空间上与降水的相关性显著,与温度相关性不明显;人类活动对植被覆盖变化有双重影响,其中生态恢复工程是黄土高原中部地区植被覆盖快速增加的重要因素。     

黄土高原典型半干旱区水热变化及其土壤水分响应

利用黄土高原典型半干旱代表区68 a(1937-2004年)降水、气温资料和34 a(1971-2004年)土壤湿度资料,研究黄土高原半干旱区水热变化及土壤水分响应。结果表明:黄土高原半干旱区在近70 a中气温以下降为主,3-6月降水存在显著增多趋势,气温、降水倾向具有明显时段差异。干旱年份或少雨时段长周期振荡加强、短周期衰减;相对冷的时期气温振荡周期明显,反之不明显。干旱是该地区土壤的基本气候特征,生长期土壤水分波动式下降,蓄水期土壤水分波动式上升,总体上以下降为主,20世纪70年代中后期土壤水分较好,80年代土壤水分较差,90年代末到21世纪初转好。土壤水分对短期降水变化、降水气温气候变化及短周期振荡都存在明显响应。     

ENSO对韶关市1951~2013年降雨侵蚀力影响研究

选取1951~2013年韶关市分月降雨量数据,采用月降雨侵蚀力模型计算降雨侵蚀力,分析ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）对韶关市降雨侵蚀力的影响。研究表明：① 韶关市降雨侵蚀力年际变化和年内变化较大,总体呈现波动上升趋势;② 降雨侵蚀力与赤道太平洋SST距平值呈现极显著相关,降雨侵蚀力随SST距平值增加呈现先增加后递减的趋势。ENSO冷暖事件发生时降雨侵蚀力较小,在其它土壤侵蚀因素不变的条件下,此时期的土壤侵蚀相对较轻;③ 降雨侵蚀力与SOI存在显著相关,降雨侵蚀力随着SOI增加而减小;④ 降雨侵蚀力与MEI呈现极显著的正相关关系。     

Temporal and Spatial Patterns of Seasonal Precipitation Variability in China, 1951-1999

Rainfall variability in China for the period from 1951 to 1999 was investigated. Monthly rainfall data for 160 stations were obtained from the Chinese Academy of Meteorological Sciences. Mean seasonal rainfall amounts were grouped into four distinct precipitation regions by cluster analysis. These regions differed in size and extent in each season and were related to the rainfall-generating mechanism operating at that time of year. The Asian monsoon played a major role in shaping the precipitation regime. Local topography also helped in casting the seasonal variability patterns within regions. To understand the impact of large scale circulation on rainfall variability, areally averaged anomaly percentages were correlated with major atmospheric teleconnection features. It was discovered that the Polar-Eurasia (POL) and Arctic Oscillation (AO) index were positively associated with winter precipitation, indicating the significance of the winter monsoon in producing the rainfall pattern. Negligible effects of the Southern Oscillation Index (SOI), West Pacific (WP), and North Pacific (NP) patterns on precipitation were observed.     

地形对天山夏季降水影响的模拟

地形对局地云和降水的形成、发展过程起着重要作用。由于天山山脉对偏西、偏北气流的阻挡抬升作用,天山西部（喇叭口地形）和北坡中天山（东西走向）一带成为新疆云和降水最集中的地区。以新疆天山山区2013年8月24-26日一次典型强降水过程为例,利用WRFv3.5.1中尺度模式,通过改变初始场中的天山地形高度进行敏感试验,进而揭示天山地形对夏季山区及邻近区域降水的基本影响机制。控制试验较好地模拟出此次降水的空间分布、中心位置及起止时间、降水极大值高度等特征,与观测结果非常吻合。控制试验与敏感试验对比结果表明,天山地形对降水带分布影响不大,但对强降水中心的范围和量级影响显著。降水量与地形高度和抬升凝结高度的相对大小表现出较好的相关性,地形的阻挡抬升作用导致盛行气流产生较强的垂直上升运动,当达到甚至超过抬升凝结高度时,不稳定能量才得以充分释放,进而引起水凝物含量大大增加。地形对主要冰相水凝物雪晶和冰晶的高度分布影响不大,但对二者的中心值和维持时间影响显著。     

METHODOLOGY: A SIMPLE RAINFALL SIMULATOR AND TRICKLE SYSTEM FOR HYDRO-GEOMORPHOLOGICAL EXPERIMENTS

A simple rainfall simulator is described which consists of stand-alone sprinkling units with cone jet nozzles that spray downward. With a fall height of 4.57 m and water pressure of 67 kPa, the median drop size of the simulated rainfall is 2.40 mm. Rainfall from two units irrigating a 2 by 2.5 m plot has a total kinetic energy of 0.57 J/m²/s which is approximately 90% of the equivalent energy of natural rainfall at the simulation intensity of 72.4 mm/h. To simulate overland flow, perforated trickle pipes were designed that permit overland flow rates to be readily adjusted and closely controlled by simply varying the input water pressure. In field experiments in southern Arizona, rates between 572 to 1400 cm³/s were generated from a 19-mm pipe. Given their low cost, simplicity, and portability, the rainfall simulator and trickle system should be attractive to researchers working in a wide variety of geomorphic environments.     

大型人工湖气候效应观测研究——以密云水库为例

应用近5 a自动气象站观测资料,分析了华北地区最大人工湖——密云水库的局地气候效应。结果表明：① 密云水库库区相比于附近平原地带具有气温偏低、湿度偏高、风速偏弱、降水量偏大等特点。水库对区域气候的影响范围约在10 km内,离水库越近的地方,受影响越大。② 密云水库的气候效应主要体现在夏半年,尤以气温和降水最为明显。③ 水库南、北两侧受到的局地环流的影响具有明显的差异,库区东西方向的年平均局地风速约为0.14 m/s,南北方向约为 0.10 m/s。下垫面属性的热力差异及特殊地形条件使得密云水库附近同时存在山谷风和湖陆风现象,其叠加效应是导致区域内不同位置间气象要素出现季节性及日变化差异的主要原因。     

东亚夏季风的年际变化及其与环流和降水的关系

利用1951-2006 年6-8 月NCEP/NCAR 的500 hPa 高度场、850 hPa 高度场和风场、降 水率和海平面气压以及全国600 多站的降水量资料, 选择东亚-西太平洋地区(10^o-80^oN, 70^o-180^oE) 经9 点高通滤波、EOF 分析、合成分析和其它统计诊断手段, 研究了东亚夏季风的年际变化及其与环流和降水的关系, 得到如下的结论: 1. 东亚-西太平洋地区海平面气压 存在着蒙古低压和西太平洋高压之间纬向的偶极子振荡型(APD), APD 指数可以作为东亚夏季风强度指数; 2. 东亚-西太平洋地区500 hPa 高度距平EOF 的第一模态具有明显经向东亚遥相关型特征(EAP)。EAP 指数也可以作为东亚夏季风强度指数。3. APD 指数与500 hPa (或 850 hPa) 的东亚遥相关型关系密切。APD 指数和EAP 指数存在明显的反相关关系, 它们之间的相关系数为-0.23, 已超过了10%显著检验; 4. APD 指数和EAP 指数都和我国汛期降水、东亚-西太平洋降水率关系密切, 超过5%显著性的相关区主要在长江流域以南地区至日本南部海面一带, 前者为正相关, 后者为负相关。     

中国季风降水与赤道东太平洋海温的关系

本文根据近38年(1951—1988年)海平面气压场与我国160个站降水的冬夏距平值,研究了季风降水与赤道东太平洋海温(SST)变化的关系,发现两者有联系的年占一定优势。季风降水与SST的关系虽非逐年对应,但SST异常对东亚季风气压场的年际变化及我国降水变化仍是一个不可忽视的影响因素。     

中国季风降水与赤道东太平洋海温的关系*

本文根据近38年(1951—1988年)海平面气压场与我国160个站降水的冬夏距平值,研究了季风降水与赤道东太平洋海温(SST)变化的关系,发现两者有联系的年占一定优势。季风降水与SST的关系虽非逐年对应,但SST异常对东亚季风气压场的年际变化及我国降水变化仍是一个不可忽视的影响因素。     

多流域降雨和土地利用格局对土壤侵蚀影响的比较分析——以陕北黄土丘陵沟壑区为例（英文）

Soil erosion has become a major global environmental problem and is particularly acute on the Loess Plateau(LP), China. It is therefore highly important to control this process in order to improve ecosystems, protect ecological security, and maintain the harmonious relationship between humans and nature. We compared the effects of rainfall and land use(LU) patterns on soil erosion in different LP watersheds in this study in order to augment and improve soil erosion models. As most research on this theme has so far been focused on individual study areas, limited analyses of rainfall and LU patterns on soil erosion within different-scale watersheds has so far been performed, a discrepancy which might influence the simulation accuracies of soil erosion models. We therefore developed rainfall and LU pattern indices in this study using the soil erosion evaluation index as a reference and applied them to predict the extent of this process in different-scale watersheds, an approach which is likely to play a crucial role in enabling the comprehensive management of this phenomenon as well as the optimized design of LU patterns. The areas considered in this study included the Qingjian, Fenchuan, Yanhe, and Dali river watersheds. Results showed that the rainfall erosivity factor(R) tended to increase in these areas from 2006 to 2012, while the vegetation cover and management factor(C) tended to decrease. Results showed that as watershed area increased, the effect of rainfall pattern on soil erosion gradually decreased while patterns in LU trended in the opposite direction, as the relative proportion of woodland decreased and the different forms of steep slope vegetation cover became more homogenous. As watershed area increased, loose soil and craggy terrain properties led to additional gravitational erosion and enhanced the effects of both soil and topography.     

Climate in the Monte Desert: Past trends,present conditions,and future projections

This paper documents the main features of climate and climate variability across the Monte Desert for the Last Glacial Maximum, the Glacial–Interglacial transition, and the Holocene on the basis of proxy records and for the 20th century using instrumental observations. The climate in the Monte is determined by interactions between regional physiography and atmospheric circulation in the 25–45°S sectors of South America. Although arid and semi-arid conditions prevail across the Monte, its large latitudinal extent and complex topography introduce many particularities at local scales. Paleoclimatic records and model simulations of past climates suggest significant variations in the atmospheric circulation, temperature and rainfall patterns since the Last Glacial Maximum. High-resolution proxy records east of the Andes support the existence of complex climatic patterns with similar temperature changes across the whole region but opposite precipitation variations between subtropical and mid-latitude sectors in the Monte during the past millennium.The present-day climate is depicted in terms of the space and time variability of the near-surface temperature, rainfall and tropospheric wind patterns. Uneven temperature trends over the Monte were recorded for two separate (1920–44 and 1977–2001) global warming periods in the 20th century. Additional warming evidence in the region is provided by extreme temperature records. The non-homogeneous regional pattern of precipitation shows a positive long-term increase between 30 and 40°S during the interval 1985–2001. Ensemble of climate experiments accomplished with general circulation models provide the most likely changes in temperature and rainfall to occur by the end of this century in relation to present climate. Temperature increases, larger in summer than in winter, will be concurrent with more abundant precipitations in summer, but almost no changes or even small reductions in winter across the Monte.