青藏高原湿地土壤冻结、融化期间的陆面过程特征

利用青藏高原中部玉树隆宝湿地2015年7月-2016年7月的观测资料,分析了土壤冻结、融化前后土壤温、湿度和地表能量收支特征,结果表明：冻土持续时期为12月至次年4月,深层土壤的冻结较浅层土壤滞后,融化过程快于冻结过程,5-40 cm土壤全部冻结历时51 d,全部融化历时19 d。土壤体积含水量年变化幅度达0.6 m³/m³。冻结过程5-40 cm土壤体积含水量下降,融化过程5-10 cm土壤体积含水量升高。土壤冻结之后,感热通量白天的值升高,潜热通量白天的值降低,净辐射和土壤热通量均降低,土壤热通量日变化幅度增大。土壤融化之后,潜热通量、净辐射和土壤热通量白天的值升高。地表反照率、鲍恩比、土壤热导率和土壤热扩散率冻结后增大融化后减小,土壤热容量冻结后减小融化后增大。     

1961—2010年北京地区降水变化特征

采用15个常规气象站1961-2010年逐日降水数据资料,分析了北京地区降水量、降水日数和降水强度的变化趋势,包括年和各季节的总降水量和降水日数,不同降水级别降水量、降水日数和降水强度变化趋势的时空特征。结果表明：在近50年内,北京地区平均年降水量和年降水日数、年降水强度均呈下降趋势;各季节中,夏季的降水量呈明显下降趋势,春季降水日数略有增加,夏季略有减少;降水强度在春季增大和夏季减小趋势明显;小雨雨量变化不明显,中雨雨量呈增加趋势,大雨和暴雨雨量呈明显降低趋势;小雨降雨日数略呈减小趋势,中雨降水日数呈显著增加趋势,大雨和暴雨降水日数呈较明显降低趋势;小雨降水强度略呈上升趋势,而大雨和暴雨的降水强度呈明显的降低趋势。     

新疆东部黑戈壁地表辐射及能量收支演变特征

新疆东部黑戈壁作为气候恶劣、人迹罕至的生态脆弱区，具有丰富的太阳能资源。利用红柳河陆气相互作用观测站2019年4、7、9月观测资料，分析东疆黑戈壁地表辐射及能量收支演变特征。结果表明：（1）地表辐射及能量收支各分量日变化均为单峰型。就不同季节而言，太阳总辐射和净辐射为夏季>春季>秋季，反射短波辐射为春季>夏季>秋季，地表和大气长波辐射为夏季>秋季>春季。（2）能量收支各分量季节变化明显，感热通量为春季>夏季>秋季，潜热通量为夏季>秋季>春季，地表土壤热通量为秋季>夏季>春季；能量分配在不同季节均以感热为主，地表土壤热通量次之，潜热通量极其微弱。（3）地表反照率日变化均为“U”型，在不同季节表现为春季>秋季>夏季，依次为0.29、0.27、0.26。东疆黑戈壁地表反照率整体较高，这是下垫面为黑色砾石所致。     

青藏高原东部不同季节积雪过程对地表能量和土壤水热影响的观测研究

选取青藏高原(下称高原)东部玛曲、玛多和垭口3个野外站点的观测资料,针对不连续积雪过程,研究高原东部不同季节的积雪过程对地表能量和土壤水热的影响。结果表明:受积雪高反照率的影响,高原东部地区各季节降雪后净短波辐射减小,净辐射较降雪前减小60%～140%;积雪积累期内感热、潜热及土壤热通量均减小,感热通量和土壤热通量出现负值。春、秋两季积雪过程中,能量以感热、潜热和土壤热通量三种形式分配;冬季积雪过程中能量以感热和土壤热通量分配为主,潜热通量较小,日均值在10 W·m~(-2)左右;而夏季积雪消融期潜热通量较大,日均值可达80 W·m~(-2)左右。各季节积雪的反复积累和消融过程对大气及土壤均以降温作用为主。秋季降雪后,气温和浅层土壤温度降低,当土壤温度降到冰点以下时,土壤提前进入冻结期;而春季降雪后,则可能使得正在发生融化的土壤又再次冻结。冬季晴天积雪过程中,在积雪积累期,积雪对土壤起增温作用,0～20 cm土壤温度日均值升高1～2℃,导致浅层冻结土壤融化,土壤含水量略增加,在消融期,积雪对土壤仍起降温作用;而冬季阴天积雪对土壤均为冷却作用。夏季积雪积累期较短,降雪对土壤同样起明显的降温作用。     

积雪覆盖对高寒草甸土壤温湿及地表能量收支的影响

利用青海玛沁微气象观测站降雪过程的观测数据,探讨了积雪覆盖对土壤温度,土壤体积含水量、土壤热通量及地表能量交换的影响。结果表明:积雪覆盖对浅层土壤温度的影响较为显著,而对深层土壤温度的影响十分微弱。地表有积雪覆盖时,浅层土壤温度日平均值升高,日变化幅度减小,日最低值升高,温度梯度绝对值减小。土壤完全冻结状态下土壤体积含水量几乎不受积雪覆盖影响,土壤融化状态下积雪覆盖会导致浅层土壤体积含水量日变化幅度减小,而对深层土壤体积含水量没有影响。积雪覆盖会减小浅层土壤热通量的日变化幅度。在总辐射相同的晴天条件下,当地表有积雪覆盖时,由于积雪的高反照率导致向上短波辐射增加,净辐射减小,同时感热通量减小而潜热通量增加,感热占比(H/Rn)下降,潜热占比(LE/Rn)升高。     

基于雨强分级的乌鲁木齐雨滴谱特征研究

本文利用乌鲁木齐PARSIVAL激光雨滴谱仪2012-2013年观测资料，对春、夏、秋季不同雨强降雨的雨滴谱微物理特征参量及其随时间演变特征、Gamma函数拟合、 关系等进行研究。结果表明：（1）乌鲁木齐降雨以小粒子为主，大雨强降雨的6种特征直径最大，中雨强降雨次之，小雨强降雨最小。雨滴数密度主要来自于小雨滴（直径<1 mm），大雨滴（直径>3mm）是雨强的主要贡献者，中雨滴（直径1-3 mm）是含水量和雷达反射率因子的主要贡献者，雷达反射率因子受雨滴尺寸影响很大。（2）小雨强降雨各微物理参量比较稳定，变化幅度不大，大雨强降雨则变化剧烈，出现多峰型，中雨强降雨介于二者之间。大雨强降雨的谱宽和峰值浓度最大，小雨强降雨最小，中雨强降雨介于二者之间，小雨强降雨的拟合谱具有明显的季节差异性；秋季峰值浓度最大，这与秋季多大风天气有关。（3）Gamma拟合参数 关系与粒子尺寸有关，可以用二项式进行描述。拟合出的 关系系数均小于目前常用的 关系，因此，利用 关系在乌鲁木齐进行降雨定量估测研究时会造成对降雨强度的高估，回波强度越大，高估越明显。夏季大雨强降雨无法拟合出相关系数比较高的 关系，这与乌鲁木齐大雨强降雨具有强度大、时间短、随时间变化迅速的特点有关。     

青藏高原中部季节冻土区地表能量通量的模拟分析

利用“全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验(CAMP/Tibet)”中那曲地区BJ站2002年8月1日\_2003年8月31日的观测资料作为水热耦合模式(Simultaneous Heat and Water, SHAW)的强迫场,对青藏高原中部季节冻土区地表能量通量特征进行了单点模拟研究。通过对实测值与模拟结果的对比分析,发现SHAW模式能较成功地模拟该地区地表能量通量特征, 短波净辐射和长波净辐射的模拟值与观测值吻合较好, 净辐射和土壤热通量在夏半年的模拟值与观测值也吻合,但相对夏\, 秋季而言,它们在冬\, 春季的模拟值较观测值略偏大。模拟的感热和潜热通量的季节变化比较合理,由模拟的感热和潜热通量计算的Bowen比能较好地解释不同季节太阳辐射的能量转化。     

1961-2011 年渝东南地区降水变化特征分析

利用1961-2011年渝东南地区6个气象站的降水资料,分析了该地区的气候变化特征。结果表明：1961-2011年渝东南地区年、春季和秋季降水为线性减少趋势,秋季减少趋势显著;夏季和冬季降水为线性增加趋势,但不显著。年和四季降水的周期变化不太一致,年代际周期夏季和冬季降水比较显著。年雨日、小雨、中雨和大雨日数都为线性减少趋势,中雨和大雨日数减少趋势比较显著。暴雨日数整体上无明显变化。逐年代变化来看,雨日偏多最多的20世纪90年代表现为小雨和暴雨日数偏多,中雨和大雨日数偏少;雨日偏少最多的21世纪初期主要表现为小雨、大雨和暴雨日数偏少,中雨日数偏多。     

青藏高原多年冻土区土壤冻融过程对地表能量通量的影响研究北大核心CSCD

利用国家重大科学研究计划项目"青藏高原沙漠化对全球变化的响应"北麓河站2014-2015年陆面过程观测资料,根据5 cm土壤日最高和最低温度将冻土分为融化过程、完全融化、冻结过程和完全冻结四个阶段,分析了地表感热通量Hs、潜热通量LE、地表土壤热通量G_0和波文比在不同冻融阶段的季节和日变化特征,并探讨了土壤冻融过程对地表能量及其分配的影响。结果表明,波文比和G_0的季节变化受土壤冻融阶段转变的影响显著,其中土壤完全融化使波文比减小,G_0变为正值;土壤冻结使波文比增大,G_0变为负值。冻结过程对Hs和LE变化趋势的影响不明显,但是使波文比显著增大;融化过程使Hs停止增长并出现减小趋势,使LE增大,从而使波文比显著减小。Hs的日变化在不同冻融阶段差异较小。LE的日变化主要与浅层土壤含水量的大小和日变化有关,其中完全融化和完全冻结阶段土壤含水量的日变化较小,土壤含水量越大,LE越大;在融化过程和冻结过程阶段,土壤含水量的日变化较大,且与R_(net)的日变化相反,限制了LE的增长。在冻结过程阶段,受冻融过程的影响,G_0的日变化小于其他阶段。     

1967—2008年青藏高原汛期不同强度降水日数变化

利用1967—2008年青藏高原68个台站逐日降水资料,按照《气象规范》对不同等级降水的定义,对青藏高原汛期（5—9月）不同强度的降水日数进行分析。结果表明：1967—2008年青藏高原汛期总降水日数及各强度降水日数均呈现出由东南向西北递减的空间分布特征,降水总日数和小雨日数以减少趋势为主,最显著的区域位于青藏高原东北和东南部,中雨日数以增加为主,大雨日数变化趋势的区域差异显著。青藏高原汛期各强度降水日数存在明显的年际变化,总降水日数的变化主要受小雨日数影响。汛期降水各旬分布上,各强度降水日数主要集中在夏季（6—8月）,小雨日数越少（多）的旬内其占总降水日数的比例就越大（小）,中雨和大雨日数越少（多）的旬内占总降水日数的比例就越小（大）;小雨和中雨日数均在1978年发生突变,突变前后,青藏高原东南部小雨和中雨日数差异最为明显。     

青藏高原多年冻土区土壤冻融过程对地表能量通量的影响研究

利用国家重大科学研究计划项目"青藏高原沙漠化对全球变化的响应"北麓河站2014-2015年陆面过程观测资料,根据5 cm土壤日最高和最低温度将冻土分为融化过程、完全融化、冻结过程和完全冻结四个阶段,分析了地表感热通量Hs、潜热通量LE、地表土壤热通量G_0和波文比在不同冻融阶段的季节和日变化特征,并探讨了土壤冻融过程对地表能量及其分配的影响。结果表明,波文比和G_0的季节变化受土壤冻融阶段转变的影响显著,其中土壤完全融化使波文比减小,G_0变为正值;土壤冻结使波文比增大,G_0变为负值。冻结过程对Hs和LE变化趋势的影响不明显,但是使波文比显著增大;融化过程使Hs停止增长并出现减小趋势,使LE增大,从而使波文比显著减小。Hs的日变化在不同冻融阶段差异较小。LE的日变化主要与浅层土壤含水量的大小和日变化有关,其中完全融化和完全冻结阶段土壤含水量的日变化较小,土壤含水量越大,LE越大;在融化过程和冻结过程阶段,土壤含水量的日变化较大,且与R_(net)的日变化相反,限制了LE的增长。在冻结过程阶段,受冻融过程的影响,G_0的日变化小于其他阶段。     

陆面过程模式对土壤含水量初值的敏感性研究

利用IAP94陆面过程模式,采用淮河流域能量与水份循环试验(HUBEX)期间两种下垫面(森林和旱田)、不同季节(5月、8月和11月)的观测资料,研究了模式对土壤含水量初值的敏感性.结果表明:对于森林和旱田下垫面,当土壤含水量减少时,地表净辐射均略有减少,同时潜热通量减少而感热通量增加.另外,模式对土壤含水量初值的敏感性有较明显的季节差异,相对而言在晚春和夏季较强,而在秋季明显减弱.这说明春夏季节的土壤含水量初值在淮河流域区域气候的模拟和预测中尤其值得关注.     

青藏高原两类下垫面地表能量分配对气候要素的响应研究

利用青藏高原北麓河观测站（退化高寒草甸）和玛曲观测站（高寒草原）2014年地面观测资料,通过组合分类法,对比分析了两类下垫面生长季土壤含水量、水汽压差和净辐射对地表能量分配的直接影响和间接影响,并且利用路径分析法研究了影响地表能量分配的关键气候因子。结果表明:北麓河站和玛曲站潜热占比（潜热通量与地表可利用能量的比值）对土壤含水量的响应分别处于土壤水分抑制阶段和能量抑制阶段。其中,北麓河站潜热占比在水汽压差较大时随土壤含水量增长较快,受净辐射的影响较小;而玛曲站潜热占比随土壤含水量的变化趋势受水汽压差和净辐射的影响均较小。北麓河站潜热占比随水汽压差的增大先减小后趋于不变,并且潜热占比对水汽压差的敏感性随土壤含水量的增大而减小;而玛曲站潜热占比随水汽压差的增大先增大后趋于不变,几乎不受土壤含水量和净辐射的影响。北麓河站和玛曲站潜热占比均随净辐射的增大趋于稳定,其稳定值分别与土壤含水量和水汽压差有关。路径分析结果显示,降水是影响北麓河站潜热占比的主要气候因子,而气温是影响玛曲站潜热占比的主要气候因子。     

珠峰北坡地区地表辐射和能量季节变化的初步分析

对青藏高原地区地表能量的研究是一个十分重要的问题.利用中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站2006年5月至2007年4月一年的观测资料,分析了青藏高原珠峰地区的地表能量,即净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量,得到了一些有关珠峰地区地表能量的结果,即太阳总辐射、大气长波辐射、地面长波辐射和净辐射呈现出明显的年变化特征,净辐射、感热通量、潜热通量和土壤热通量得到的日变化是很明显的.并且讨论了计算地表能量通量的方法及其优缺点.     

古尔班通古特沙漠土壤物理参数时间变化特征及其影响因子研究

以古尔班通古特沙漠为研究靶区,利用2020年全年克拉美丽陆-气相互作用观测试验站连续观测数据,分析了古尔班通古特沙漠土壤温湿度、土壤热通量、土壤盐分及导热率等主要土壤参数变化特征及影响因子。结果表明：（1）古尔班通古特沙漠土壤温度年日均值变化呈倒“U”型,季节变化特征明显,总体表现为夏季>春季>秋季>冬季,浅层土壤温度的变化幅度大于深层,湿度变化特征为春夏高,秋冬低,通常表现为随土壤深度增加土壤湿度逐渐升高;土壤热通量变化总体表现为春夏高,秋冬低,日变化幅度春夏秋冬依次递减。（2）古尔班通古特沙漠土壤导热率年均值为0.832 W·m-1·K-1,导热率与降水呈显著的正相关,土壤温湿度、土壤盐分是影响沙漠区土壤导热率的主要因子。在冻土条件下,土壤导热率平均为0.634 W·m-1·K-1,且其随土壤湿度增加而增加,冻土时导热随湿度增加的速率约为非冻土时的2.5倍;在降水条件下,土壤含水量小于0.06 m3·m-3时土壤导热率呈现缓慢增加趋势,大于0.06 m3·m-3时随湿度上升而迅速增加;在融雪时期,土壤含水量小于0.11 m3·m-3时土壤导热率随湿度上升缓慢增加,大于0.11 m3·m-3时土壤导热率迅速上升。     

鹤山降雨的气候特征及趋势分析

利用鹤山1970～2009年共40a逐日降雨资料,用统计的方法诊断分析了各量级雨日和雨量的气候特征及变化趋势。结果表明:鹤山40年以来降雨集中期为4～9月,中雨以上量级雨日及雨量均呈双峰分布,量级越大双峰分布越明显;雨日及雨量在时空上存在明显干季、雨季分布,年内降雨表现为量级越大、季节性越明显、集中程度越高的特征。雨日量级越大年际变化越大;雨日、小雨日、中雨日、大雨日呈减少趋势,雨日及小雨日减少趋势明显,中雨日及大雨日减少不明显;暴雨日、大暴雨日呈增多趋势,大暴雨日增多的趋势比暴雨日增多的趋势大。鹤山年雨量主要由中雨、大雨、暴雨组成,其中大雨贡献最大;过去40a暴雨及大暴雨增多趋势较明显;年总降雨量及大雨量呈减少的趋势,但减少不明显;小雨量、中雨量减少趋势明显。     

CLM3.5模式对青藏高原玛曲站陆面过程的数值模拟研究

利用通用陆面过程模式(CLM3.5)和青藏高原玛曲站2010年6月-2011年2月的观测资料进行了9个月的单点数值模拟试验。通过比较辐射通量、能量通量、土壤温度及土壤含水量的模拟值和观测值,结果表明,CLM3.5模式能较成功地模拟玛曲地区的陆面能量与水分特征。该模式对夏季向上短波辐射的模拟较好,冬季整体偏小。向上长波辐射的模拟整体较好,但模拟值稍偏大。净辐射的模拟整体较好,模拟值与观测值的相关系数为0.99,偏差为-1.28 W.m-2。感热通量的模拟较差,整体显著偏高。潜热通量的模拟较好,随季节变化特征明显。土壤热通量的模拟夏季较好,冬季土壤冻结及消融期的偏差较大,主要原因与冬季模拟的积雪偏少有关。土壤温度的模拟夏季较好、冬季较差,6层土壤温度模拟值与观测值的相关系数均在0.98以上,平均偏差为-1.80℃。模式较好地模拟出了冬季土壤冻结后存留的未冻水,冻结后土壤含水量的模拟较该模式以前的版本有了很大的改善,6层土壤含水量模拟值与观测值的平均相关系数为0.94,平均偏差为-0.015m3.m-3。     

西藏高原汛期不同等级降水变化特征分析

根据西藏25个台站近37a(1973～2009年)的逐日降水资料,利用线性倾向估计以及Morlet小波变换等方法对高原汛期(5～9月)不同等级降水日数进行分析。结果表明:(1)西藏高原降水主要由小雨和中雨组成,两者雨量相当,大雨不到降水总量的10%;(2)在空间分布上,高原降水日数与小雨日数相似,由雅鲁藏布江下游向四周递减,高原西北部最少;中雨和大雨由雅鲁藏布江流域向南北2侧递减;(3)在时间演变上,总降水日数与小雨日数在各季节分配均匀,而中雨和大雨则均有明显的季节差异,主要集中在6月下旬至8月中旬。近37a来,总降水日数和小雨日数存在明显的年代际变化,具有准12～13a的年代际周期;小雨日数呈减少趋势,而中雨呈增加趋势,总降水日数和大雨日数无明显增加和减少;(4)在降水日数变化趋势的空间分布上:总降水和小雨日数在雅鲁藏布江以及高原东部地区以减少趋势为主;而高原西北部以增加趋势为主。在高原大部分地区中雨和大雨日数以增加为主,中雨日数减少的地区主要位于高原南部边缘地区,而大雨日数减少的地区主要位于高原东部。     

青藏高原西部土壤热量的传输及其参数化方案

青藏高原土壤热通量虽然在热源强度或热量平衡总量中所占比例不大,但它是地面热量平衡方程闭合的一个重要因子。以1997年9月至1998年12月青藏高原西部改则和狮泉河两个自动气象站(AWS)连续观测的地下2.5 cm和7.5 cm深度的土壤热通量,分析了浅层土壤热通量、土壤温度梯度和土壤热储存量的月变化和季节变化特征,并对一整年的这3个量进行了日变化的合成分析。进一步利用土壤热通量与同期不同深度土壤温度进行了拟合分析,得出了高原西部利用地温计算土壤热通量的参数化公式。     

宝成铁路陕西段降雨特征及未来趋势分析

以宝成铁路陕西段沿途5个代表站汛期逐日降雨资料为研究对象,采用趋势分析法和突变分析法对1961—2010年降雨特点进行分析,并采用小波分析法对其未来演变趋势进行预测,为宝成铁路水害研究提供理论依据。结果表明：不同等级降雨日和降雨量及区域平均降雨日和降雨量均随年代减少,20世纪90年代出现减少的突变;各级降雨日和降雨量及区域平均降雨日和降雨量自北向南逐渐增多,除凤县和略阳外,降雨日和降雨量年际间均表现出一致的减少趋势,广元站减少趋势较显著;小雨和中雨以年际震荡为主,大雨及以上降雨以年代际震荡为主;区域平均降雨量震荡周期与大雨及以上降雨量较一致,区域平均降雨日震荡周期与中雨较一致;未来小雨、大雨及以上和区域平均降雨日及降雨量将持续偏多,中雨降雨日及降雨量将先偏少后偏多。