两套土壤湿度再分析资料在黑河流域的对比分析

利用黑河流域少量观测台站的实测降水和土壤湿度资料, 对比分析了欧洲中心ERA40及美国NCEP R-1两套常用的土壤湿度再分析资料在黑河流域的空间分布、 年际变化和季节循环特征, 结果表明:两套资料在黑河流域均能表现出“南湿北干”的分布格局, 湿度高值中心位于祁连山区东南部\.以此为中心, 土壤湿度从上游山区向中下游递减。ERA40土壤湿度在祁连山区年际变化明显, 与降水的响应关系要好于NCEP资料, 在中下游站点, NCEP 10 cm层土壤湿度对降水的响应好于ERA40。祁连站ERA40土壤湿度在6~8月接近观测值, 在额济纳站两套资料对于土壤湿度的描述都不理想。     

黄河上游水源涵养区近60年关键气候要素的时空变化

黄河上游水源涵养区是黄河流域生态保护与社会经济高质量发展的重要区段,气候变化对其水资源时空分配的影响会加剧自然灾害的发生,进而影响到我国区域生态乃至人类的生存环境。本文基于1961-2016年CN05.1格点气温、降水、风速数据以及1981-2020年GLEAM V3.5a实际蒸发数据分析了黄河上游水源涵养区过去近60年的关键气候要素变化。结果表明：(1)研究区气温显著上升,气温变化趋势达0.34°C·(10a)^-1,冬季升温幅度最大,其中黑河区域玛曲县及周边地区的升温最为剧烈。(2)区域降水量整体呈现上升趋势,降水变化趋势为9.3 mm·(10a)^-1,春夏季增速相对较快,冬季最慢,增长趋势由西北向东南逐渐减小,西部少雨干旱地区增长显著,东南部多雨湿润地区则有较为明显的减小趋势。(3)风速在20世纪70年代初经历异常上升后便持续下降,风速变化趋势为-0.11 m·s-1·(10a)^-1,在空间上大部分地区都减少,尤其是北部大通河区域。(4)实际蒸发量显著上升,增长趋势达11.89 mm·(10a)^-1     

作物生长对流域水文过程与区域气候的影响

利用区域气候模式RegCM3以及考虑作物生长过程的耦合模式RegCM3_CERES对东亚区域进行20年模拟,研究作物生长对流域水文过程与区域气候的影响。结果表明：考虑作物生长过程的耦合模式模拟海河流域、松花江流域、珠江流域多年平均降水效果明显改进,在除黑河流域外的各流域模拟的温度负偏差有所减小,其中在海河流域、淮河流域的夏季改进尤为明显。各流域夏季（6、7、8月）月蒸散量最高,其中长江流域、海河流域、淮河流域、珠江流域的夏季月蒸散量基本上在100 mm左右,并且七大流域蒸散发的季节变化趋势跟总降水基本一致。多数流域考虑作物生长过程的耦合模式模拟得出蒸散发减少且进入的水汽增加,导致局地水循环率减小;黑河流域与黄河流域降水有所增加,其他流域均有不同程度的减小。针对长江流域,比较耦合模式RegCM3_CERES与模式RegCM3模拟结果显示,叶面积指数减少1.20 m²/m²,根区土壤湿度增加0.01 m³/m³,进而导致潜热通量下降1.34 W/m²（其中在四川盆地地区减少16.00 W/m²左右）,感热通量增加2.04 W/m²,从而影响到降水和气温。     

气候变化对石羊河流域生态环境的影响分析

利用石羊河流域1959—2018年气象、水文和卫星遥感资料,采用线性倾向率、滑动t检验和相关系数(Pearson)等方法,分析石羊河流域内生态环境因素的变化事实及相互关系,得到气候变化对流域生态环境的影响程度。结果表明：石羊河流域气温呈显著上升趋势,增温速度为下游0.42℃·(10 a)^-1>中游0.36℃·(10 a)^-1>上游0.35℃·(10 a)^-1,近10 a增温最显著,较20世纪60年升高了1.67℃。四季气温均呈显著上升趋势,增温速度为冬季>秋季>春季>夏季。降水呈缓慢增加趋势,增幅为上游8.3 mm·(10 a)^-1>中游7.0 mm·(10 a)^-1>下游4.1 mm·(10 a)^-1,近10 a增加最显著,较20世纪60年代增加了17%。四季降水呈弱增加趋势,增加幅度为夏季>春季>秋季>冬季。河流流量基本持平,植被覆盖面积和归一化植被指数(NDVI)显著增大。近20 a流域气候...     

东亚季风区地气系统的水平衡

本文利用欧洲中心ＥＣＭＷＦ１９８０～１９８９年１０年逐日资料及同期中国六大流域片的月径流量资料,用水平衡方法尝试了对东亚季风区进行蒸发估算、土壤和地下水含量估算及总的水量平衡分析。结果表明：全国陆地降水在７月份最大,平均约为９５ｍｍ,蒸发的最大值（８０ｍｍ）比其滞后１个月出现。北方流域和南方流域的水平衡特征明显不同。南方流域降水始终大于蒸发,蒸发峰值比降水峰值滞后１个月,土壤、地下水含量盛夏或初秋开始减小;北方流域蒸发有时超过降水,两者的峰值同月出现,土壤、地下水含量初夏就开始减小。东北流域片的水平衡特点介于上述南、北方流域特点之间。计算误差中由水汽通量散度项的日变化引起的误差可能占总误差的５０％。     

基于气象台站的澜沧江上游极端气温与极端降水变化特性研究

基于流域内的3个气象站点1960-2020年逐日最高气温、最低气温和降水量等基础资料,采用线性倾向回归分析法、Mann-Kendall突变检验法和小波分析等方法进行研究,分析和揭示了澜沧江上游流域在时间尺度上的变化。研究结果表明：(1)在1960-2020年,澜沧江上游流域的极端气温暖昼日数(TX90P)和暖夜日数(TN90P)呈显著上升趋势,速率分别为1.6d/10a和2.7d/10a;冷昼日数(TX10P)和冷夜日数(TN10P)呈显著下降趋势,速率分别为1.2d/10a和2.7d/10a,而极端降水变化只有持续湿润指数(CWD)的变化趋势不显著,其余三个降水指标降水总量(PRCPTOT)、1日最大降水量(RX1day)、5日最大降水量(RX5day)都呈显著上升趋势,速率分别为18.8mm/10a、0.5mm/10a和0.8mm/10a。(2)澜沧江上游流域极端气温指数冷昼日数(TX10P)在1992年出现突变点,冷夜日数(TN10P)在1978-1993年间出先了连续突变现象,极端气温指数降水总量(PRCPTOT)在2000年以后发生突变,这也说明了在时间尺度上的变化明显。(3)在1960-2020年,澜沧江上游流域的极端气温和极端降水周期特征变化显著,均存在多时间尺度的特征,第一主周期主要在10-15a、15-20a和25-30a三个时间尺度范围内。     

基于逐月标准化降水蒸散指数的多尺度方法分析气候变化对澜沧江流域归一化植被指数的影响

基于澜沧江流域10个气象站点1951~2012年的日降水资料的逐月标准化降水蒸散指数(SPEI)值、各站1998~2012年流域的归一化植被指数(NDVI)值,利用SPEI以及趋势分析法,多尺度分析了澜沧江流域干旱发生的时间和强度演变特征以及上中下游NDVI时间变化特征,探讨了气候变化对植被变化的影响,并对NDVI与SPEI的变化进行了相关性分析。结果表明,不同站点和不同时间尺度的SPEI值均呈现出干旱化逐年加强的线性趋势,上游相对于中下游干旱态势较轻,且时间尺度越大,干旱波动趋势越明显;在季节尺度上,夏、秋、冬的SPEI值均呈下降趋势,其中冬季干旱最为严重;15年来澜沧江流域各区域年平均NDVI总体表现为先降低后增加,总体植被状况得到改善,其中下游较明显。从年际变化看,对于流域的不同区域,NDVI与不同尺度的SPEI的相关性和滞后性有较大差异,年代际之间的响应规律也不同,中下游的SPEI对同年NDVI的响应比较敏感,而上游则表现出明显的滞后性。说明NDVI对SPEI的响应比较敏感,干旱程度的变化在一定程度上影响着流域的植被状况,SPEI是影响NDVI的因素之一。     

21世纪黑河流域降水统计降尺度及预估北大核心CSCD

借助第五阶段国际耦合模式比较计划(CMIP5)多模式集合数据、欧洲中期预报中心再分析资料及黑河流域站点观测记录等,检验了模式降水估计偏差,设计了3种降尺度方法,对2011~2100年模式集合预估降水做了降尺度偏差订正。结果表明,即使去掉模式气候飘移,在黑河流域的模拟或估计降水偏差依然较大。本文选用15个CMIP5模式集合做降水预估。依据贝叶斯模式平均(BMA)和多元线性回归(MLR)构造降尺度模型,其因子有700 hPa位势高度场、经向风和比湿等。检验表明,两种降尺度模型各有优缺点,BMA降尺度降水平均值精度较高,但方差和相关系数较低;MLR的方差和相关系数均较高,但在黑河下游极端干旱区或少雨季节易出现“负降水”偏差。在降尺度模型中加入模式降水因子后,BMA的降水方差和相关系数均有明显提高,MLR的负降水问题得到一定程度抑制。BMA模型在黑河上游最优,MLR在中、下游及整个流域最优。因此,选用BMA和MLR对RCP4.5情景下2011~2100年的降水预估做降尺度偏差订正,结果表明,经BMA和MLR降尺度后预估的整个黑河流域降水呈下降趋势,相对于1971~2000年参考期,流域前期(2011~2040年)、中期(2041~2070年)、后期(2071~2100年)降水下降率依次为−9.7%、−12.5、−12.1%,即前、中期降水明显减少,后期变化不大。其中上游降水有一个弱的增加趋势,其变化率依次为1.4%、1.6%、2.3%;中游降水呈明显减少趋势,其变化率依次为−16.3%、−21.4%、−22.6%;下游降水前期减少,中、后期明显增加,其变化率依次为−13.0%、4.2%、21.4%。该预估结果表明,随着全球气候暖化,黑河上游祁连山区降水会缓慢增加,但中游农耕区降水明显减少,流域水资源供需矛盾可能会进一步加剧。因此,黑河流域未来的分水方案及相关的生态、农业、经济等发展规划需要据此做一些调整,以适应未来气候和黑河流域水资源的可能变化。     

2015/2016年极强厄尔尼诺事件下我国动力和统计结合实时气候预测研究

本文研究建立2015/2016年极强厄尔尼诺事件下我国动力和统计结合的气候预测模型,并开展2015年夏季和2016年冬季气候我国160个站点和主要区域实时气候预测。夏季降水的实时预测起报于2月,冬季气温的预测起报于10月。研究结果表明,尽管NCEP-CFSv2耦合气候模式能较好预测2015/2016年极强厄尔尼诺事件中海温异常的演变,但对我国160个站点夏季降水和冬季气温预测仍有较大的偏差。因此,基于NCEP-CFSv2耦合模式预测结果,分别建立我国160个站点冬季气温和夏季降水异常的动力和统计结合气候预测模型。同时,利用年际增量预测方法开展我国长江中下游夏季降水和华北冬季气温的区域气候预测。研究结果表明以上预测模型在2015/2016年的实时预测中较NCEP-CFSv2有更好的预测效能。相对于NCEP-CFSv2耦合模式的预测结果,2015年夏季降水距平空间相关系数ACC从0.21提高到0.31（超过0.01信度的显著性水平）,距平同号率提高到60%,2016年冬季气温ACC从0.19提高到0.32（超过0.01信度的显著性水平）,距平同号率提高到75%。     

德江县极端降水事件特征及天气模型

该文利用1959—2018年德江国家站、1987—2017年思南和沿河国家站、2010—2017年德江县19个区域站的逐日降水数据,采用95位百分位法定义极端降水事件发生阈值,运用统计学方法分析德江县极端降水事件频数和强度的特征,基于M-K非参数检验方法对极端降水事件频数和强度长期变化趋势进行检验。研究近60 a乌江中下游流域德江站极端降水频数和强度的特征和关系,再研究近8 a德江县19个区域站极端降水事件特征,结果表明,乌江中下游流域德江站近60 a来发生极端降水事件阈值为30.7 mm,平均极端降水频数为8.7 d,平均极端降水强度为52.6 mm/d,近60 a年来德江县发生极端降水事件的频数和强度总体呈现上升的趋势,近8 a德江县中部、北部、西北部、西南部乡镇出现平均极端降水频数天数较多,近8 a德江县乌江流经段东南部乡镇平均极端降水降水强度较强,日降水量100 mm的极端降水事件主要集中出现在6月和7月,典型极端降水事件年发生概率为38%。选取乌江中下游流域思南、德江、沿河3站近10 a典型极端降水事件为研究对象,综合分析各层次天气系统,归纳总结出乌江中下游流域极端降水天气模型。     

基于不同气象站资料的甘肃省汛期降水及极端降水分析

对甘肃省范围内的区域气象站和国家级气象站2011-2020年的汛期降水和极端降水等资料进行了质量控制,筛选出1253个区域气象站和75个国家气象站开展了降水特征分析。结果表明,甘肃省区域站和国家站降水的平均数量非常接近,无显著性差异,全省区域站汛期平均降水为382.9 mm,国家级站为379.7 mm;区域站各月降水平均在31.7～87.1 mm;国家站各月为30.4～86.4 mm。但两类站点降水的极端值存在显著差异,汛期总降水量区域站最大可达917.5 mm,本站最大为710.7 mm;单月降水量区域站最大为776 mm,本站为541 mm;暴雨日数区域站最大为46 d·(10a)^-1,本站为17 d·(10a)^-1;两类站点降水极大值发生的空间位置比较接近,但区域站的数值显著高于国家站。两种站点降水的空间趋势非常一致,其汛期降水相关系数达0.95,月极端降水相关系数为0.92;而区域气象站比国家站有更多小斑块的高值和低值中心;两类降水空间差异在甘肃省的东部和南部比较明显。总体上,区域气象站更精细地描绘了甘肃省的降水特征,在地形复杂区域监...     

三江源地区气候变化特征及其影响评估

利用三江源区1961-2020年逐日气象数据、2006-2020年EOS/MODS监测资料,基于概率密度分布函数、线性趋势分析等方法,分析了气温、降水、极端气候指数变化趋势。结果表明：（1）1961-2020年三江源区气温明显向高温方向漂移,年平均、最高和最低气温升温率分别为0.38℃·（10a）^-1、0.28℃·（10a）^-1和0.45℃·（10a）^-1（P<0.01）,最高和最低气温升温幅度存在不对称现象。同时极端气温暖事件（暖昼日数、暖夜日数）明显增多,极端气温冷事件（冷昼日数、冷夜日数）迅速减少。（2）与前一气候态（1961-1990年）相比,1991-2020年平均、最高和最低气温分别上升了1.28℃、1.12℃和1.60℃,且概率密度分布更加扁平,说明气温离散程度更大,气候不稳定性增强。（3）近60年来,三江源区降水量总体呈增多趋势,增加率为10.3 mm·（10a）^-1,且随着降水量级的增加,降水量变化趋势越来越明显。进入21世纪以来,降水增多趋强表现更加明显。（4）在气温显著升...     

1998-2020年三峡库区小时极端降水时空变化特征分析

利用1998-2020年三峡库区35个测站的小时降水资料,围绕近23年三峡库区小时强降水(≥20 mm·h^-1)和小时极端强降水(≥50 mm·h^-1)的总降水量、频次、强度等指标,分析极端降水发生的时空变化特征,并对比分析2010年前后三峡小时极端降水变化特征。结果表明：1998年三峡库区小时强降水与极端强降水发生次数与强度均异常偏多。若剔除该年,1999-2020年小时强降水与极端强降水发生总频次均无显著变化趋势。近23年,小时强降水平均每年每站发生3.8次,大部分站点年均发生3.0～5.0次;小时极端强降水年均发生5.5次,大部分站点年均发生<0.25次,中部山区的建始-宣恩一带年均发生次数较多。2010年后年平均小时强降水量减小了10.4 mm,减小的区域主要发生在三峡库区西部的重庆地区,该区域年平均减小15.5 mm;总体有31.4%的站点年平均小时强降水量与发生次数均有所增加,湖北中部的建始-来凤一带增幅较为明显,邻近5站的年强降水雨量平均增加16.1 mm;强降水小时雨强显示增加特征站点占48.6%,强降水小时雨强增加的范...     

黑河流域土壤质地分类数据建立及其模拟效果检验

原全球土壤质地类型分布在黑河地区的数据(下称原全球数据)不能体现该流域不同海拔高度土壤分布的非均匀性特征,为了定量表征研究区土壤的非均匀分布,在流域范围收集了53个土壤亚类剖面数据,对照土壤三角,与国际通用的STASGO 30 s土壤质地类型分类标准对应,基于黑河流域1∶100000土壤亚类分布图,建立了黑河流域30 s分辨率的土壤质地类型分布图(黑河数据)。这套数据可以描述出原全球STASGO 30 s数据不能表现出的山区和绿洲区的土壤非均匀分布实际。分别使用黑河数据和原全球数据作为下垫面土壤分布,运用耦合了陆面过程的中尺度大气模式,对黑河流域中上游区域进行了模拟,检验了两套数据对气温模拟的准确性,讨论了土壤分布变化对环境要素模拟的影响。结果表明,使用黑河土壤分布数据对上游山区的气温模拟性能好于原全球数据,中游绿洲区使用两套土壤分布数据的模拟值都偏高,大部分站点使用黑河土壤分布数据的模拟值略高于使用原全球数据的模拟值。这可能与模式中使用的全球土壤水、热参数在研究区的代表性以及中游区的人类活动加剧了土壤温、湿度的时空异质性有关。因此,黑河流域土壤水、热参数以及高分辨率的土壤温、湿度分布是提高该区域土壤—大气相互作用数值模拟性能的重要途径。环境要素变化与土壤类型分布变化呈非线性关系。气温模拟值对土壤分布变化最为敏感。     

2016年梅雨期间长江中下游强降水与对流层上层斜压波包的关系

2016年6—7月,长江中下游地区发生了自1998年以来最严重的强降水事件,造成了重大的经济损失。利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2479站逐月及逐日降水资料,研究了2016年梅雨期间长江中下游地区降水与欧亚大陆对流层上层斜压波包活动的关系,并诊断了两者之间的信息流向。结果表明,梅雨期间的高频斜压波动具有明显的下游频散效应。波动起源于黑海,沿西北—东南方向于3—4 d后传至长江中下游地区。斜压波包为长江中下游地区强降水的发生提供了必要的能量。波作用通量矢量的分布表明,梅雨期间逐日均有来自西风带上游的扰动能量向长江中下游流域传播。而梅雨期间降水与斜压波包的信息流关系表明,二者之间存在信息传递。因此,3—4 d并源于黑海附近的斜压波包活动是2016年长江中下游梅雨期间异常降水的成因。这些结果为深刻认识长江中下游地区强降水事件发生的成因和有效预测提供了线索。      

2016年梅雨期间长江中下游强降水与对流层上层斜压波包的关系

2016年6—7月,长江中下游地区发生了自1998年以来最严重的强降水事件,造成了重大的经济损失。利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2479站逐月及逐日降水资料,研究了2016年梅雨期间长江中下游地区降水与欧亚大陆对流层上层斜压波包活动的关系,并诊断了两者之间的信息流向。结果表明,梅雨期间的高频斜压波动具有明显的下游频散效应。波动起源于黑海,沿西北—东南方向于3—4 d后传至长江中下游地区。斜压波包为长江中下游地区强降水的发生提供了必要的能量。波作用通量矢量的分布表明,梅雨期间逐日均有来自西风带上游的扰动能量向长江中下游流域传播。而梅雨期间降水与斜压波包的信息流关系表明,二者之间存在信息传递。因此,3—4 d并源于黑海附近的斜压波包活动是2016年长江中下游梅雨期间异常降水的成因。这些结果为深刻认识长江中下游地区强降水事件发生的成因和有效预测提供了线索。     

近50年桂西北地区农业气候生产力时空变化特征——以河池为例

以河池市为例,利用 1971—2020 年该市平均气温、降水量等气象观测资料,使用 Thornthwaite Memorial 模型等方法研究了河池市农业气候生产力时空变化特征。 结果表明,近 50a 河池市平均气温整体呈一定的上升趋势,升温速率平均为 0.153℃·(10a)^-1;年总降水量呈微弱增加趋势 ,变化速率为 17.01mm·(10a)^-1;农业气候生产力总体呈上升趋势,其变化速率为 10.401(kg)·(m²·a)^-1·(10a)^-1,且距平波动较大,正距平年份多于负距平年份,空间分布为西低东高,倾向率呈自西向东逐渐增加的特征。     

GSMaP_Gauge卫星降水数据在流域尺度的精度评估—以白龙江流域为例

以白龙江流域为研究区,利用雨量站和水文站共计27个站点2015年逐日降水资料,分别从日尺度和月尺度定量评估了最新版本(V6)GSMa P__Gauge降水产品精度,并分析其时空特征,通过对探测率、空报率和ETS评分进行空间插值和统计分析,评价了该产品对不同日降水强度阈值下降水事件的探测性能。结果表明:GSMaP__Gauge产品日降水在低海拔湿半年的反演精度良好;月降水模拟值在干半年(10月—次年3月)与站点实测月降水的一致性优于湿半年(4—9月);湿半年月降水反演精度随高程变化差异明显,在低海拔表现为普遍高估月降水,且逐月精度评估结果与高海拔相比偏差大但误差略小,8月精度较优;日降水强度阈值为0 mm·d-1时,产品的探测率在湿半年达到0.9以上,综合空报率和ETS评分来看,在日降水强度阈值为1 mm·d-1时探测性能最优;整体而言,产品在流域西北部高海拔区域对日降水事件探测性能较差,尤其针对较强降水(10 mm·d-1)。     

云南极端气象干旱指标的研究

根据云南降水和蒸发的气候特征,剔除区域内降水多、蒸发小的站点,用剩余101个站1961-2012年的气象资料研究云南区域极端气象干旱标准。分析表明,云南气温与蒸发呈显著正相关关系,可用气温作为蒸发变化的表征量。进而提出了用修正的降水气温均一化指数I_S作为云南气象干旱指数。利用滑动3个月的I_S指数序列和I_S累加强度作为指标,检测出云南1961-2012年的十次极端气象干旱事件为1962/1963年、1968/1969年、1978/1979年、1980年、1983年、1987年、1992年、2003年、2009/2010年、2011/2012年的干旱过程。对这10次干旱过程分析及其与相关文献的对比表明,将这10次干旱过程作为云南极端气象干旱事件是合理的。     

春季粤北地区降水微物理特征分析

为揭示春季粤北降水微物理过程,选取2020年2—3月粤北2个站点雨滴谱仪观测资料,统计分析了春季粤北地区层云降水、混合性降水、对流性降水的微物理特征,结果表明：(1)对流性降水过程中大雨滴是影响雨强大小的重要因素;层云降水过程,小雨滴数浓度占比大于90%,平均雨强小于1 mm/h,雨滴数是影响雨强的重要因素。(2)层云性降水雨滴谱呈单峰结构,谱宽小;对流性降水雨滴谱为多峰结构,谱宽最大;混合性降水谱型与对流性降水相似。3类降水峰值均在0.2～0.3 mm范围,均是Gamma分布谱型拟合最优。(3)春季粤北地区对流性降水的Z-I关系为Z=173.9I^1.452,混合性降水的Z-I关系为Z=72.77I ^1.97,层云性降水过程的Z-I关系为Z=194.3I^1.296。