Stable Isotopes in Precipitation and Atmospheric Moisture of Pailugou Catchment in Northwestern China′s Qilian Mountains

Hydrogen and oxygen isotopes in precipitation have been widely used as effective traces to investigate hydrological processes such as evaporation and atmospheric moisture source. This study analyzed δD and δ~(18)O of precipitation in continuous event-based samples at three stations of Pailugou Catchment from November 2012 to December 2013. The δ~(18)O and δD values ranged from-32.32‰ to +3.23‰ and from-254.46‰ to +12.11‰, respectively. Results show that the δ~(18)O displayed a distinct seasonal variation, with enriched values occurring in summer and relatively depleted values in winter, respectively. There was a statistically significant positive correlation between the δ~(18)O and δD values and local surface air temperature at all the three stations. The nearest Global Network of Isotopes in Precipitation(GNIP) station(Zhangye), compared to the Meteoric Water Lines for this study, showed the obvious local evaporation effects with lower intercept and slope. Additionally, d-excess(δD- 8δ~(18)O) parameter in precipitation exhibited an anti-phase seasonal variability with the δ~(18)O. The 96-h back trajectories for each precipitation event using Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory(HYSPLIT) model indicated a dominant effect of westerly air masses in summer and the integrated influence of westerly and polar air masses in winter.     

中国西北地区植被NDVI的时空变化及其影响因子分析

利用GIMMS/NDVI数据分析了中国西北地区1982-2006年植被NDVI时空变化特征及其影响因子。近25年来,中国西北地区年均植被NDVI增速为0.5%/10a,并存在明显的空间差异。天山、阿尔泰山、祁连山、青海的中东部等地区植被NDVI显著增加;青海南部地区、陕西和宁夏交界地区、甘肃部分地区,以及新疆部分地区的植被NDVI下降。从不同植被类型看:林地、草地和耕地的年均NDVI都在提高。研究表明:中国西北地区植被NDVI变化是各种自然和人为因素综合作用的结果。植被NDVI与气温、降水的年际变化整体上都呈弱的正相关。但与其年内变化则都呈显著的线性关系,当月均温量超过20℃时,植被NDVI呈下降趋势;当月降水量在0¹00mm期间,植被NDVI随降水线性增长,当月降水量超过100mm之后,不再有明显的增长趋势。农业生产水平提高和植被生态建设等人类活动对西北地区植被NDVI增加有重要影响。     

川西高原马尔康旅游气候舒适度分析与评价

为了更好地发展旅游事业,在对马尔康旅游资源做出具体规划的同时,对当地的气候资源特征进行分析与评价。利用马尔康县气象站1966~2005年逐日气温、相对湿度、风速、降水量等观测资料,计算当地温湿指数、风寒指数、着衣指数、综合舒适指数等,进而对旅游气候舒适度进行定量分析与评价。研究结果表明:(1)马尔康地区温湿指数和风寒指数分别在7、8月份达最大值,着衣指数在7月份达最小值,人体在7月份感觉最舒适;(2)40a间,马尔康地区温湿指数,风寒指数和着衣指数总体变化较稳定,个别年份波动较大;(3)1966~1990年,舒适天数基本在125d左右波动;受全球变暖影响,1990~2005年马尔康舒适天数呈明显波动上升趋势。这说明马尔康夏季为最适宜旅游季节,全年大概有120d非常适宜旅游,旅游资源丰富,且气候变化对当地旅游资源开发有明显促进作用。     

内蒙古中部MODIS植被动态监测分析

对中分辨率成像光谱仪(MODIS)250m空间分辨率的每8天NDVI卫星遥感数据,利用年平均NDVI及一元线性回归方法,分析了2000-2008年内蒙古中部地区植被变化趋势。结果表明,近9年内蒙古中部地区79.60%地区的植被总体上保持稳定,17.33%的地区得到了明显改善,3.06%的地区仍存在较强的退化或沙化趋势。退化或沙化地区主要分布在内蒙古农牧交错带北部边缘,成条带状分布,反映了农牧交错带地区生态仍然较为脆弱,需要进一步关注和保护,东南部地区的植被恢复明显。植被年际动态主要受该地区暖干化气候影响,气候变暖造成植被NDVI增加,而降水波动导致NDVI随之变化,降水的作用是气温的2.8倍,有些地区可达到11倍之多。     

东北区域水汽收支的变化及其与降水的关系

为了明确东北区域水汽收支变化及其与降水的关系,利用1970～2010年NCEP/NCAR逐月平均分析资料、国家气象信息中心提供同期的气象站逐日降水实况资料,对东北区域夏半年（5～9月）区域水汽收支的年（年代）际变化及其与降水的关系、降水偏多（少）年的水汽输送特征进行研究.研究结果表明：（1） 1970年代水汽异常输送主要来自华北地区;1980年代,水汽异常输送主要来自蒙古东部和日本海;1990年代,水汽异常输送主要来自鄂霍次克海;2000年以后,水汽异常自东北区域向西南方向输送.总体而言,1970～1990年代区域内的水汽增加,2000年以后区域内水汽明显大幅度减少.（2）东北区域水汽总收支与夏季降水相关性较好,相关系数可达0.79,通过99％的信度检验,南、北边界的水汽输送对该区域的夏季降水有显著影响.（3）东北地区降水偏多年,西北太平洋上的水汽明显增强;降水偏少年,西风带和西北太平洋的水汽输送明显减弱.     

基于信息扩散理论的重庆北碚降水风险分析

为了解北碚地区的降水风险规律,减少地区旱涝引起的灾害损失.利用北碚区地面气象观测站的年降水观测资料（1981～2010年）,结合信息扩散理论模型,分析北碚地区的降水风险及成因.结果显示：（1）北碚地区降水的概率曲线为单峰型,峰值在1000～1100mm,夏季降水量离散程度比春、秋两季高,存在明显的旱季或涝季.（2）汛期降水量和年降水量的概率分布曲线趋势基本一致,也存在一些差异.（3）降水日分布特征显示雨量从21时开始增加,03时累积雨量为最大值,20时达到最低水平;降水频次从21时开始逐渐增加,并在08时达到最大.在暴雨小时降水量中5mm/h以下的降水次数最多,约占总次数的41％.     

2011年春夏长江中下游旱涝急转的低频环流系统变化

为研究2011年春夏长江中下游地区旱涝急转现象与低频环流的关系,利用国家气象信息中心的753站逐日降水、NCEP/NCAR再分析资料和带通滤波的方法,得到如下结果：（1）2011年5-6月,长江中下游地区存在明显旱涝急转现象,5月的降水较同期偏少40％以上,6月的降水较同期偏多60％。（2）5-6月的旱涝急转前后,长江中下游地区的500hPa的垂直速度变化不仅与降水有很好的关系,而且其低频振荡的强度也显著加强,垂直速度由正（下沉运动）转负（上升运动）的转换时间几乎对应由旱转涝的时间。（3）对旱涝急转过程的500hPa低频变化垂直速度下沉运动最强、下沉运动向上升运动转换、上升运动最强3个位相的低频散度场分析发现,在5月干旱期间,长江中下游地区维持对流层低层（850hPa）辐散、高层（200hPa）辐合的低频环流系统,不利于降水。到6月强降水期,长江中下游地区则迅速转为对流层低层辐合、高层辐散的低频环流系统,有利于降水的发生。这种对流层低层-高层低频环流系统的变化是导致旱涝急转的重要原因之一。     

基于TRMM数据的福建省降水时空格局BME插值分析

传统空间插值方法可获得福建省区域内降水的总体分布,但该地区气象站点较稀疏且分布不均,导致该区域内降水的空间插值结果误差较大。为提高插值精度,本文利用TRMM卫星数据以弥补站点数据的不足,尝试将TRMM数据作为"软数据"、台站数据作为"硬数据",两者相结合后采用贝叶斯最大熵(Bayesian Maximum Entropy,BME)方法对福建省降水的时空格局进行分析。以2000-2012年近13年20个气象站点的年降水量和月降水量为基础数据,分别利用普通克里格法(Ordinary Kriging,OK)和TRMM为"软数据"的BME插值法,分析福建省多年降水的时空分布格局,并对2种方法的插值结果进行比较。结果表明:在时空分布上,以TRMM数据为辅助变量的贝叶斯最大熵插值结果能更好地体现降水的局部差异特征;在误差评价上,以TRMM数据为辅助变量的贝叶斯最大熵插值结果的MAE和RMSE较小,表明TRMM数据作为"软数据"参与插值的BME方法可以在一定程度上弥补站点数据的不足,有效降低预测结果的绝对误差。通过对福建省降水插值的时空分布格局分析和误差评价可看出,BME插值法通过对基础台站数据,以及TRMM卫星产品数据的利用,使降水的时空分析结果更加真实客观,同时,为TRMM卫星降水数据的应用提供了一个新思路。     

HJ卫星图像水稻种植面积的识别分析

 HJ-1A/1B卫星具有较高时空分辨率,是提取水稻等农作物种植面积的潜力数据源。本文以江汉平原腹地的监利县及周边相邻区域为研究区,根据水稻物候历,选取样区水稻生长关键期的多时相HJ-1A/1B卫星数据,利用水稻移栽期的水分信息和生长期的归一化植被指数(NDVI)变化信息,结合陆表水系数(LSWI)、短波红外波段的反射率(R_IRS-B2)、差归一化植被指数(DNDVI),构建了HJ卫星数据的水稻种植面积识别方法,提取了研究区2009-2011年水稻种植面积,得到面积精度和样本点精度均不小于90%,Kappa值不小于0.80的结果。     

Response of snow hydrological processes to a changing climate during 1961 to 2016 in the headwater of Irtysh River Basin,Chinese Altai Mountains

With changing climatic conditions and snow cover regime, regional hydrological cycle for a snowy basin will change and further available surface water resources will be redistributed. Assessing snow meltwater effect on runoff is the key to water safety, under climate warming and fast social-economic developing status. In this study, stable isotopic technology was utilized to analyze the snow meltwater effect on regional hydrological processes, and to declare the response of snow hydrology to climate change and snow cover regime, together with longterm meteorological and hydrological observations, in the headwater of Irtysh River, Chinese Altai Mountains during 1961-2015. The average δ~(18) O values of rainfall, snowfall, meltwater, groundwater and river water for 2014–2015 hydrological year were-10.9‰,-22.3‰,-21.7‰,-15.7‰ and-16.0‰, respectively.The results from stable isotopes, snow melting observation and remote sensing indicated that the meltwater effect on hydrological processes in Kayiertesi River Basin mainly occurred during snowmelt supplying period from April to June. The contribution of meltwater to runoff reached 58.1% during this period, but rainfall, meltwater and groundwater supplied 49.1%, 36.9% and 14.0% of water resource to annual runoff, respectively. With rising air temperature and increasing snowfall in cold season, the snow water equivalent(SWE) had an increasing trend but the snow cover duration declined by about one month including 13-day delay of the first day and 17-day advancement of the end day during 1961–2016. Increase in SWE provided more available water resource. However, variations in snow cover timing had resulted in redistribution of surface water resource, represented by an increase of discharge percentage in April and May, and a decline in Juneand July. This trend of snow hydrology will render a deficit of water resource in June and July when the water resource demand is high for agricultural irrigation and industrial manufacture.     

风云三号A星(FY-3A)的主要性能与应用

我国的气象卫星发展计划始于上世纪70年代,它包括极轨和静止两个系列卫星,以及相应的地面应用系统。气象卫星由航天科技集团公司负责组织研发,第二代极轨气象卫星系列的第一颗星--风云三号A星(FY-3A)于2008年5月27日在太原卫星发射中心成功发射,它又如太空中的一个流动气象观测站,对地球-大气进行全天候、全天时、三维、定量、多光谱的不间断观测。卫星观测资料通过地面加工处理后生成各类产品数据,例如,大气温度和湿度随高度的分布及变化、云参数、雪和冰、大雾、气溶胶、臭氧、辐射等,可用于气象、气候、农、林、牧业、海洋、水文等多领域。风云三号A卫星数据和产品可通过多种方式向用户提供使用。两年来,在奥运、汛期、生态和自然灾害监测中发挥了重要作用。风云三号A星已是世界气象组织全球对地观测系统的重要成员,不仅为我国经济社会提供服务,同时也服务于世界各国。本文综合性地介绍了我国第二代极轨气象卫星系列首发星的主要特点,分析了可能的应用领域,并给出代表性的产品和应用实例。     

潮滩表层沉积物含水量的高光谱预测模型与反演分析

潮滩土壤含水量具有变化频率快、空间变化大的特征,是影响潮滩地表反射率的重要因素。潮滩土壤含水量的精确提取,可为潮滩特征地物信息遥感反演提供基础。本文利用江苏大丰王港潮滩4种典型沉积物、449组不同含水量对应的实测光谱曲线数据进行特征分析,构建高光谱预测模型,实现了潮滩沉积物含水量的遥感反演。研究结果表明:(1)在短波红外波段,沉积物含水量与反射率之间存在良好的分段线性相关关系,分段点对应的含水量分别为42%和62%;(2)1165nm、1336nm、1568nm和1780nm特征波段反射率,对含水量变化具有良好响应,由特征波段组合计算得到的差值水指数DWI、比值水指数RWI和归一化水指数NDWI与含水量呈显著线性相关,可有效改善单波段反射率与含水量之间的分段线性关系;(3)3个水指数中,DWI反演的含水量精度优于RWI和NDWI,且对不同含水量大小均有良好适应性,而RWI和NDWI更适合含水量变化范围中等的情况;(4)对于粉砂、砂质粉砂、粉砂质砂和砂4种沉积物类型,DWI1336,1780验证组模拟含水量与实测含水量的相关系数,分别为0.891、0.915、0.920和0.905,均方根误差分别为9.87%、3.56%、4.24%和2.98%,表明由DWI构建的高光谱遥感反演模型,可有效实现潮滩表层含水量的时空变化预测。     

东亚副热带西风急流的时间演变特征及其与中国东部夏季降水的关系

为深入了解东亚副热带西风急流与中国天气系统之间的联系,利用1961-2007年美国国家环境预报中心（NCAR／NCEP）再分析月资料和同期中国596站的降水资料,运用经一纬向急流轴和区域平均两种定义方法分析了西风急流的时间演变特征及其与中国东部降水型的关系,结果表明：（1）两种方法对西风急流东西、南北位置转折时段的分析很接近,分别出现在20世纪80年代和70年代;对西风急流强度、南北位置周期的表征也很一致,分别为10-15年和5-10年。（2）当西风急流位置偏北（南）时,东部地区整层大气环流呈“南北上升中间下沉（南北下沉中间上升）”的形势,850hPa的流场和水汽通量输送都有利于华北地区（江淮河流）的降水,易于形成“南北多中间少（南北少中间多）”的雨带分布,推测这两种反相位雨型的间隔时间为2．5-5年;相比之下,急流东西位置和强度的周期性变化与东部局地降水存在一定联系。     

近55年来澜沧江流域降水时空变化特征分析

本文利用澜沧江流域及周边共30个气象站点1960-2014年的逐月降水数据,采用气候倾向率、Mann-Kendall趋势检验、Morlet小波分析、Co-Kriging插值以及重心模型等方法,分析了澜沧江流域降水的时空变化特征。结果表明：① 分析时段内全区、北部和中部年降水量呈现增加趋势,南部年降水量出现减少趋势。春季全区、北部、中部和南部降水均呈增加趋势;夏季均呈减少趋势;秋季全区和南部降水呈现减少趋势,北部和中部呈增加趋势;冬季全区、中部和南部呈下降趋势,只有北部呈增加趋势。② 近55年来,全区包括北部、中部和南部年降水都存在近29年、近22年和5-10年左右的周期,这3个周期在分析时段内表现很稳定,具有全域性。全区、北部和南部还存在明显的13年左右的周期,中部1975年前和1995年后也存在13年左右的周期,北部1975年前存在明显的7-10年的周期,1995年后,7-10年的周期表现也比较稳定。降水量变化的第一主周期是近29年,第二主周期是近22年。③ 澜沧江流域多年平均降水量由南部向北部减少,流域南部降水最多,多年平均降水量在1200 mm以上,中部多年平均降水量处于800~1100 mm,北部多年平均降水量多小于800 mm,大部分在400~800 mm;澜沧江流域年降水重心和月降水重心都集中在中部,其中11月的降水重心迁移距离最大,向东南方向迁移了131.82 km。从季节来看,春季、夏季和秋季降水重心向东南迁移,冬季的向西北方向迁移,雨季降水重心相对比较集中,旱季降水重心相对 比较分散。     

Comprehensive drought monitoring in Yunnan Province,China using multisource remote sensing data

Development of drought monitoring techniques is important for understanding and mitigating droughts and for rational agricultural management. This study used data from multiple sources, including MOD13 A3, TRMM 3 B43, and SRTMDEM, for Yunnan Province, China from 2009 to 2018 to calculate the tropical rainfall condition index(TRCI), vegetation condition index(VCI), temperature condition index(TCI), and elevation factors. Principal component analysis(PCA) and analytic hierarchy process(AHP) were used to construct comprehensive drought monitoring models for Yunnan Province. The reliability of the models was verified, following which the drought situation in Yunnan Province for the past ten years was analysed. The results showed that:(1) The comprehensive drought index(CDI) had a high correlation with the standardized precipitation index, standardized precipitation evapotranspiration index, temperature vegetation dryness index, and CLDAS(China Meteorological Administration land data assimilation system), indicating that the CDI was a strong indicator of drought through meteorological, remote sensing and soil moisture monitoring.(2) The droughts from 2009 to 2018 showed generally consistent spatiotemporal changes. Droughts occurred in most parts of the province, with an average drought frequency of 29% and four droughtprone centres.(3) Monthly drought coverage during 2009 to 2014 exceeded that over 2015 to 2018. January had the largest average drought coverage over the study period(61.92%). Droughts at most stations during the remaining months except for October exhibited a weakening trend(slope 0). The CDI provides a novel approach for drought monitoring in areas with complex terrain such as Yunnan Province.     

10年来锡林郭勒盟草原植被长势变化及其影响因子分析

对草原植被长势变化的监测,及其与气候因子关系的分析,对生态环境治理及保护具有重要意义。本文利用250m的MODIS-NDVI数据,构建草原植被长势指数(MGI),分析了16天间隔的植被长势变化及其与降水、气温的相关性和对降水响应的滞后性。得到锡盟3种草原类型区2001-2010年草原长势变化情况,及降水、气温在草原生长不同阶段对草原长势的影响。研究结果表明:(1)在空间上长势东部变化好于中部与西部,北部好于南部;时间上2003年长势最好、2001年长势最差。(2)锡盟内3种草原类型区MGI均与降水关系明显,与气温相关性不显著,降水对温性草原区长势变化的影响最大。(3)在草原生长的不同阶段,影响因子不同,前期与后期主要受气温影响,中期主要受降水影响,草原生长对降水存在明显的滞后,一般在32-48天,同时指出草原植被在不同时间段对降水响应的滞后时间。     

光学信息分解被动微波土壤湿度方法

土壤水分是一个重要生态参量,以被动微波反演土壤水分,不受天气影响,且其算法成熟.但是星载被动微波数据的空间分辨率较低,可适合大区域尺度研究.本文将1km分辨率光学数据MODIS和25km分辨率被动微波数据AMSR- E2级土壤湿度产品结合,利用NDVI-Ts特征空间,去除植被影响,结合前人提出的裸土蒸散模型,将研究区被...     

Climate Changes in Northeastern China During Last Four Decades

The northeastern China is a sensitive region of climate change, whose detailed trend of climate changes is highly interesting. In this study, this kind of variation trend was analyzed. Potential evapotranspiration (PE) and moisture index (MI) were modeled by using Thornthwaite scheme based on the observation data of 1961-2004 from 94 meteorological stations. To describe the climate fluctuation in the northeastern China in 1961-2004, the linear regression method was used to analyze the variation trends of mean annual temperature, mean annual precipitation, PE and MI. Mann-Kendall method was used to test the significant difference. The results show a general increasing tendency in mean annual temperature, mean annual precipitation, PE and MI. However increasing tendency was more significant in mean annual temperature and PE than in mean annual precipitation and MI. Analysis of seasonal climate variation indicates that there showed positive trends in winter and in spring, while the positive trend was more significant in winter than in spring. Furthermore, the relations between climate changes and geographical factors were analyzed, the results show that both climate factors and their interannual variability were correlated to latitude, longitude and altitude, suggesting that latitude is the most climate factor affecting climate changes, followed by altitude and longitude.     

Spatial differentiation in stable isotope compositions of surface waters and its environmental significance in the Issyk-Kul Lake region of Central Asia

Stable isotope values of oxygen(~(18)O) and hydrogen(~(2)H) of surface waters were used to study the origin and environmental significances in the Issyk-Kul basin of Kyrgyzstan in Central Asia, which is the most important intermountain basin in the modern Tien Shan orogen. This study is the first analysis of hydrochemical spatial differentiation in the stable isotopes of surface waters in this watershed.75 samples were collected from rivers, springs, lakes,rain and snow during the rainy season in July and August of 2016. Stable isotopes of ~(18)O and ~(2)H were studied for all samples, and cation ratios(Sr/Ca and Mg/Ca) were also determined for lake water samples.Stable isotope values from precipitation scattered around the Local Meteoric Water Line(determined from Urumqi Station of the global network of isotopes in precipitation(GNIP)), together with values of the Deuterium excess parameter(d) from 15.3‰ to30.5‰, with an average of 19.8‰, indicating that the moisture sources are primarily from regions with low relative humidity. The δ~(18)O and δ~(2)H values were significantly different between the river and lake samples, indicating that regional evaporation caused the isotopic enrichment of lake water. Geospatial autocorrelation, measured by Moran's I coefficient,indicated weak spatial autocorrelation within stable isotopes of oxygen and hydrogen in the surface waters of the studied area, which is primarily an effect of climate during the water chemistry evolution. The cation ratios Sr/Ca and Mg/Ca in lake water samples were not correlated with the concentration of total dissolved solids, but did show correlation with stable isotopic values, which is significant for paleoenvironmental reconstruction.     

西南印度洋中脊热液硫化物成矿物质来源探讨:同位素证据

报道了西南印度洋中脊47°E~55°E洋脊段热液区硫化物中He、Pb和Cu同位素特征,探讨了热液硫化物成矿物质来源特征。结果表明:硫化物N(3 He)/N(4 He)值变化范围较大(R/Ra=0.85~7.02),显示洋中脊玄武岩和海水对He来源具有不同贡献,硫化物中He主要来源于洋中脊玄武岩,也有部分放射性成因He的混入;热液硫化物Pb同位素比值变化范围很小(N(206 Pb)/N(204Pb)=18.196~18.239,N(207 Pb)/N(204 Pb)=15.479~15.490和N(208 Pb)/N(204 Pb)=37.951~38.023),与西南印度洋中脊玄武岩Pb同位素比值较大的变化范围相比,热液流体循环过程中Pb同位素发生了明显均一化;硫化物单矿物Cu同位素组成均为正值(δ(64 Cu)=(0.02~0.52)×10-3),显示西南印度洋中脊热液硫化物呈现略微富集Cu重同位素特征;西南印度洋中脊热液硫化物中He、Pb和Cu同位素记录了热液喷口流体和金属源区特征,热液硫化物成矿物质主要来源于洋中脊玄武岩和海水,但明显经历了热液流体再循环和后期改造过程。