2002-2010年长江流域GRACE水储量时空变化特征

利用高斯平滑滤波对2002年4月-2010年12月逐月GRACE卫星的时变重力场数据反演得到长江流域大尺度陆地水储量变化,对其时空变化进行研究,并将结果与全球陆面同化数据(GLDAS)模拟结果进行比较。其结论为:根据GRACE数据反演与GGLDAS模拟得到的水储量结果在大多数区域变化趋势相同,两者具有一致性,相关性达到0.89(P<0.05)。GRACE水储量研究结果表明:①2002-2010年长江流域水储量呈增加趋势,平均增长速率为0.43mm/月,相当于约95.04亿m³/年。长江上游增长速率为0.53mm/月,相当于约67.13亿m³/年;中游增长速率为0.51mm/月,相当于25.73亿m³/年;下游增长速率为0.36mm/月,相当于9.14亿m³/年。近9年长江流域水储量共增加约855.33亿m³。②从多年平均水储量空间分布来看,长江流域冬季月份(12、1、2、3月)水储量处于亏损状态,7-9月水储量处于盈余状态,4-6月下游至上游地区由亏损向盈余状态过渡,而10-11月则从上游至下游地区由盈余向亏损状态过渡。③全流域、上游及中游水储量逐月增长速率最大值出现在9月,分别为1.01cm/a、1.37cm/a、1.05cm/a;而下游地区则出现在7月,增长速率为1.62cm/a。     

祁连山水源涵养林区降水及温度时空变化研究

研究大气降水及温度的时空变化对建立气候预警系统有重要的意义。利用气象和水文自动监测仪器沿环境梯度和植被类型对祁连山水源涵养林区温度及降水时空变化进行了动态监测。结果表明,祁连山西水林区降水呈单峰曲线型,主要集中在夏季,占全年降水的72%;在环境梯度上差异较大,表现为乔灌交错带处(3 300 m)降水为最大,交错带以下随海拔的升高降水增大,交错带以上由于降水复杂性导致随海拔的升高而减少;在年际上差异更大,2004年以前降水量随年份的增大有下降趋势,2004年以后降水量增幅较大。祁连山西水林区气温从1986年以来逐渐上升,但年均气温大多在0 ℃以下,最低为-1.33 ℃,从2003年以来气温迅速上升,年均温最高为2.5 ℃,通过研究发现24 a以来气温上升了3.83 ℃;由于气温的上升,导致土壤温度上升较快,尤其是表层和深层土壤温度上升更快,该结论与当前的众多结论是相吻合的。     

2003—2012年新疆陆地水储量时空变化

利用2003年1月至2012年12月120个月的GRACE数据,基于高斯平滑和平滑滤波手段,辅以TRMM降水量、河网分布、蒸散发、径流等数据,反演了新疆陆地水储量,分析了10年间陆地水储量的时空变化情况.结果表明:2003—2012年新疆地区陆地水储量持续减少,但后半期水储量的减幅有所减缓;陆地水储量具有明显降低趋势的地区范围逐步向新疆东部迁移,水储量具有上升趋势的面积有逐渐增加的倾向,但是这种显著上升趋势所涵盖的面积没有占据研究区的主导地位;GRACE的年周期值和陆地水储量深度值的波动趋势一致;TRMM降水变化趋势与GRACE反演的陆地水变化趋势相辅相成,相互验证.该项研究可为新疆合理用水及缺水地区水资源合理的开发等提供理论依据.     

基于GRACE数据的黄河流域地下水储量变化与人口暴露研究

近年来黄河流域人与水资源矛盾愈发突出,尤其是地下水储量的过度消耗已成为限制该区域人与自然和谐发展的主要矛盾之一。基于重力反演与气候实验卫星数据和全球陆面数据同化系数数据,根据流域水循环与水量平衡原理,测算2003—2016年黄河流域地下水储量的变化情况,在探究其时空变化特征的基础上,识别了地下水储量下降明显区域的人口暴露度。结果表明：（1） 空间分布上,黄河流域地下水储量西多东少,由西向东下降程度不断加剧,且下降区域呈现由下游向中上游扩散的态势。下降区域主要集中在中东部地区,变化等级以较剧烈减少和剧烈减少为主。（2） 时间变化上,2003—2016年黄河流域地下水储量整体呈下降趋势,年均降幅为5.93 mm·a^-1。其中,2004—2016年为连续下降,2015—2016年的下降幅度最大;另外,地下水储量时间变化存在季节效应,地下水储量下降幅度春季最大、冬季次之、秋季再次之、夏季最小。（3） 地下水暴露风险状态下的地级市人口密度在空间上呈东高西低、中部交错分布的状态,暴露风险人口密度最大地级市共16个;地下水储量下降人口累积百分比呈现明显上升的趋势,在2016年达到最大值。研究结果以期为黄河流域地下水资源可持续利用提供科学参考。     

2001—2017年祁连山积雪面积时空变化特征

科学监测祁连山积雪面积及变化特征对该区域气候研究、雪水资源开发利用、环境灾害预报及生态环境保护等具有重要意义。基于2001—2017年MOD10A2积雪产品和气象数据,分析祁连山积雪面积动态变化特征及与气温降水关系。结果显示:(1) 2001—2017年祁连山积雪面积年际波动趋势较大,呈减小趋势,多年平均积雪面积约为5×104km2,占祁连山总面积的25. 9%;年内变化成"M"型,即在一个积雪年中有两个波峰和波谷,波峰出现在11月和1月,波谷出现在7月;季节变化波动趋势较大,夏冬季积雪面积减小趋势大于春季,秋季呈现略微增加趋势。(2)祁连山区积雪面积主要分布在3 000～4 000 m及4 000～5 000 m,积雪覆盖率随着海拔上升呈现逐渐增大的趋势;祁连山区不同坡向积雪覆盖面积差异较大,积雪覆盖率差异较小;积雪频率高值区呈典型的条带状分布,与祁连山地形相一致,呈西北—东南分布,且分布西部大于东部。(3)初步分析认为祁连山积雪面积变化对气温要素更敏感。     

1980—2017年天山山区不同降水形态的时空变化

利用1980—2017年天山山区35个气象站点的逐日降水资料,分离出3种主要降水形态后,运用线性倾向估计、Mann-Kendall(M-K)突变检验、滑动t突变检验、Morlet小波分析等方法研究了天山山区降水日数及降雨日数、降雪日数和雨夹雪日数的时空分布及变化规律。研究表明:(1)在空间上,天山山区降水日数和降雨日数表现为"北多南少,西多东少"的分布格局,降雪日数"北多南少"明显;降水日数呈现"西快东慢,北快南慢"的增长趋势,西段增长幅度明显,降雨日数普遍增多,大部分地区降雪日数减少,雨夹雪日数也有减少趋势。(2)近38 a来,天山山区降水日数表现为缓慢增长趋势,降雨日数显著增加,降雪日数减少,雨夹雪日数变化并不明显。(3)天山山区降水日数突变年在1986年前后。(4)降水日数、降雨日数、降雪日数及雨夹雪日数均存在明显的10 a左右的振荡周期,此外,降水日数、降雨日数和雨夹雪日数18～22 a周期波动也比较明显。     

1979-2016年祁连山地区大气水汽含量时空特征及其与降水的关系

采用1979-2016年ECMWF1.5°×1.5°逐月再分析资料及同期37个气象站点的降水资料,利用一元线性回归、累积距平、Kriging及IDW（反距离加权）等方法分析了祁连山地区大气水汽含量时空分布特征、降水转化率空间变化规律以及风场分布规律,并对比分析了中国西部不同地区降水转化率的变化趋势。结果表明：（1）1979-2016年祁连山地区大气水汽含量整体呈增加趋势,且季节变化明显。其中夏季是各层大气水汽含量最多的季节,高达329.24 mm,占多年平均大气水汽含量的48.1%。（2）近38 a来,祁连山地区的大气水汽含量呈东南多、西北少的空间分布,且随海拔的升高而逐渐减少,整层大气水汽主要集中在5 000 m以下。（3）祁连山地区的降水转化率从空间上表现出由东向西递减的趋势,说明该地区空中云水资源的开发潜力自东向西逐渐增强,空中云水资源的开发潜力区域差异明显;季风所携带的水汽对其影响区域的降水贡献率较高,西风所携带的水汽则对其影响区域的降水贡献率较低。（4）中国西部地区降水转化率呈向心式递减的趋势,且区域空间波动较大。     

"三江并流区"水储量的时空变化特征及其对ENSO的响应

青藏高原东南部的"三江并流区"气候环境复杂且敏感,陆地水循环过程空间分异明显,在全球气候变化背景下,区域旱涝灾害频发,水循环过程发生变化,刻画区域水储量时空变化特征有助于揭示灾害事件产生的原因。本文使用GRACE RL06数据、水文模型数据、实测数据等,反演获得了2002年4月—2016年8月"三江并流区"水储量变化时间序列及其多年变化空间分布,分析了水储量异常与旱涝事件的联系,进一步探讨了ENSO对水储量影响的强度及滞后程度,并就水储量反演的不确定性做了讨论。获得如下结论:(1)区域水储量处于下降状态,除个别年份,水储量的亏损超过35 mm/a,区域整体较干旱,土壤水是水储量变化的主要组分,区域干旱事件的发生大多与土壤水的持续下降有关;(2)水储量变化空间分异明显,西南下降、西北上升,怒江流域为水储量严重亏损的区域,水储量持续下降的区域常伴随着干旱事件的发生;(3)ENSO对水储量变化的影响存在2.72个月的时滞,每个月的影响强度为0.95 mm,水储量存在重大亏损的区域,ENSO影响强度相对偏大;(4)使用双重尺度因子能在一定程度上恢复滤波造成的误差,但受数据空间分辨率的影响,反演结果仍只能反映变化趋势,难以刻画水储量变化的细部特征。     

基于GIS的祁连山区气温和降水的时空变化分析

基于ArcGIS平台Geostatistical Analyst中的Kriging插值方法,和Spatial Analyst中的Surface Analyst,分析了祁连山区18个气象站点1960\_2005年气温、降水的数据,并且空间化显示了各年代间的气温、降水变化。结果表明:①1960\_2005年祁连山区的气温呈显著的上升趋势,升幅基本在0.5 ℃/10a左右,20世纪90年代中期以后气温上升最为明显,变幅最大超过1℃。②祁连山区的气温变化和西北地区的气温变化有很好的同步性。冬季气温分布趋势与夏季相同,但冬季南北坡的温差明显小于夏季。各月的平均气温直减率差别大,冬季气温直减率较低,春季气温直减率较大。③分析了祁连山区降水的累积距平,祁连山的东、中、西三段的降水在80年代以前都是呈下降的趋势,在80年代以后表现为显著增加,并且中部表现最为明显。在祁连山的北坡、南坡和的降水总体趋势变化也是在80年代,在80年代以前呈下降趋势,而80年代后为上升趋势。④祁连山区的降水呈上升趋势,降水具有明显的区域性和季节性, 从东南向西北逐渐减少,冬季降水均在13 mm以下,而在夏季降水量最高可达247 mm。     

近50 年来祁连山及河西走廊地区极端降水的时空变化研究

利用1960~2009年的日降水量资料,选用13项极端降水指数,采用线性趋势、10年趋势滑动、Mann-kendall等方法,对祁连山及河西走廊地区极端降水的时空变化特征进行了研究。结果表明：极端降水日数呈增多趋势,极端降水强度呈减小趋势,极端降水总量呈增加趋势,连续干旱日数、连续湿润日数呈减少趋势,一日最大降水量、五日最大降水量呈增大趋势;极端降水变化存在一定区域差异,走廊平原中西部的降水明显增加,降水变率在减小,走廊平原中部极端降水的日数在增多,降水极值在增大,走廊平原祁连山东部的降水在增加,降水极值在增大,但连续极端降水的总量在减少,祁连山中部的降水在明显增加,降水的极端性在明显增大,对气候变暖的响应最敏感;不同极端降水指数分别在20世纪60年代中期、70年代中期、80年代初期、80年代中后期、90年代中期发生了突变,这些突变点与东亚季风、南亚季风、西风环流等大尺度环流系统强弱变化的时间点是一致的。     

近50 年来祁连山及河西走廊降水的时空变化

利用1960-2009 年的日降水量资料,采用线性趋势、5 年趋势滑动、IDW 空间插值、Morlet 小波分析、Mann-Kendall 突变检验等方法,对祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数和降水强度的时空变化特征进行了研究。结果表明:不同等级降水日数和降水强度的多年平均在空间上既表现出东西分异,也表现出南北分异;不同等级降水日数的年际变化在绝大部分区域呈增多趋势,且自东向西增幅减小,大雨强度的年际变化在绝大部分区域呈增大趋势,其它等级降水强度为部分区域呈增大趋势,部分区域呈减小趋势;小雨、中雨日数的年际变化呈显著增多趋势,大雨日数呈明显增多趋势,暴雨日数呈不明显增多趋势,小雨、大雨强度的年际变化呈不明显减小趋势,中雨、暴雨强度呈不明显增大趋势;不同等级降水日数变化的周期集中在2a、5a、8a、11a、19a,不同等级降水强度变化的周期集中在2a、5a、11a、15a、25a;除小雨强度突变减小外,其它等级降水日数均突变增多,降水强度均突变增大,降水量的增加主要是降水日数的增多造成的,其中小雨、中雨日数的增多贡献最大。     

咸海流域陆地水储量时空变化研究

采用2002—2016年GRACE(Gravity recovery and climate experiment)重力卫星JPL-RL06M数据分析咸海流域陆地水储量变化(Terrestrial water storage change,TWSC)时空变化特征,并结合CRU TS4.03气象数据、GLDAS-Noah...     

滇西北高原降水量时空变化特征

利用滇西北高原1961-2009年逐月降水量资料,采用多种统计分析方法,研究滇西北高原降水量的时空变化特征。结果表明:滇西北高原冬季、夏季和年平均降水量空间分布的主要特征是一致多雨或少雨型,且均具有经向分布特征,其次为"西北部-东南部"或者"西部-东部"反位相振荡型。冬季、夏季和年平均降水量的两种主要空间分布型所对应的时间系数均以年际变化为主,周期变化主要集中在4年以下的高频振荡时域内,其次是周期为12年的年代际变化。近48年来,滇西北高原冬季和年平均降水量随时间变化总体上均以增加趋势为主,增加趋势不明显,夏季降水量变化则呈减少趋势,其中香格里拉县夏季降水量减少趋势明显。     

祁连山北麓中段青海云杉林土壤水热时空变化特征

以祁连山北麓中段青海云杉林为研究对象,利用5套土壤温湿度自动监测系统对海拔2 500～3 300 m的青海云杉连续监测3 a,旨在探讨青海云杉林土壤水热的变化特征及土壤水热间的互作效应。结果表明:(1)7:00～19:00,土壤温度整体上呈升高趋势,8:00土壤均温最低,为1.03℃,18:00土壤均温最高,为1.32℃;土壤湿度的变化幅度较小,且差异不显著(P>0.05)。(2)冷期(1～4月、11～12月)、暖期(5～10月),各占全年的50%;8月前随月份增大土壤温湿度增大,月份增大1月,土壤均温增大2.21℃,湿度增大0.021 m3·m-3,8月后随月份增大逐渐减小,月份增大1月,土壤均温减小3.12℃,湿度减小0.017 m3·m-3。(3)土壤温度与海拔之间有负相关关系(R2=0.81,P<0.05);土壤湿度与海拔之间存在二项式相关关系(R2=0.95,P <0.05)。(4)土壤温度与土层深度间呈负相关关系(P <0.05),而土壤湿度与土层深度呈线性正相关关系(P <0.05),土层每增加一层,土壤均温减小0.142℃,湿度约增加0.0...     

呼和浩特市降水的时空变化及干旱特征分析

本文利用呼和浩特及其周边22个气象站点1951-2018年年降水量月数据,定性、定量揭示了呼和浩特地区降水的时空变化及干旱特征。结果表明：呼和浩特多年平均降水量整体呈东南向西北递减的分布规律,以下降趋势为主,有8个站点降水量呈上升趋势。呼和浩特夏季多年平均降水量最大,秋季、春季次之,冬季最少;春季、秋季降水量呈上升趋势,夏、冬两季相反;春季降水量上升速度整体大于秋季,夏季降水量减少速度整体大于冬季。呼和浩特秋季发生干旱事件的频率最高,其次是夏季、年际和春季,冬季最低;整体上,呼和浩特发生轻旱事件的频率最高,其次是中旱和重旱,特旱事件频率最低。本研究丰富了降水量时空变化及干旱特征的研究成果,为区域生态环境改善、水资源问题应对等提供了参考。     

近50 a来祁连山及河西走廊极端气候的时空变化研究

 在全球变暖背景下,极端气候发生的频率增大,气象灾害造成的损失也随之增加。利用20个气象站1960-2009年的日平均气温和日降水量资料,运用线性趋势法、Spline空间插值法、Morlet小波分析法,对祁连山及河西走廊极端气候的时空变化特征进行了研究。结果表明：极端高温天数呈显著增加趋势,年际变化率为0.79d/a,20世纪90年代中后期之后极端高温天气发生的频率较高;极端低温天数呈显著减少趋势,年际变化率为-0.54d/a, 80年代中后期以来极端低温天气发生的频率较低;极端降水天数也呈显著增加趋势,年际变化率为0.02d/a,70年代中后期之后极端降水天气发生的频率较高。极端气温和降水的年际变化幅度存在区域差异,南部山区比走廊平原对全球气候变暖的响应敏感。极端高温天数和极端低温天数在8a、22a左右周期变化明显,其中22a是第一主周期;极端降水天数在6a、10a、22a左右周期变化明显,其中22a是第一主周期;从22a的周期变化推测,2010年以后11a左右极端高温天数偏少,极端低温天数偏多,极端降水天数偏少。     

祁连山区风速和风向时空变化特征

分析山地的风速和风向,对认识山地地区的气候变化和合理利用风力资源具有重要的意义。本文基于祁连山区11个气象站点的平均风速、最大风速和最大风速的风向数据,利用多种数学方法和ArcGIS空间分析法对风速和风向的时空变化分布规律作了探讨。结果表明:(1)祁连山区春季的平均风速和最大风速是年内风速变化的峰值区,其中中段和东段的最大风速出现在冬季。(2)全区的平均风速和最大风速年变化整体均呈下降趋势,下降率分别为-0.07和-1.56 m·s~(-1)·(10a)~(-1)。(3)1970—1979年风力资源最丰富;年际和季节(冬季除外)平均风速的突变均发生在1993年,东段和中段的平均风速均在1990—1999年发生突变,全区和各个区段平均风速的周期均为22a。(4)祁连山区平均风速自西向东呈递减趋势。(5)最大风速的风向以西南风为主,而东段则以偏东南风为主。     

华东地区冬季不同降水相态的时空变化特征

利用1981~2011年华东地区132站逐日气象观测资料、国家气候中心整编的逐月环流特征指数和NCEP/NCAR再分析资料,统计分析华东地区冬季5种降水相态的时空变化特征,发现:华东地区的雨、雪地理分界线在29°N、120°E附近,在分界线的西北区为主雪区,而东南区为主雨区;同时,沿该分界线附近是雨夹雪的多发区。华东地区冬季不同降水相态都有明显的年际波动。亚洲区极涡指数与华东地区冬季降水相态站日数的相关性好,特别是亚洲区极涡面积指数与雪、雨夹雪、冻雨、冰粒的相关系数均通过了0.05的信度检验。     

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。