典型岩溶区潜在蒸散发变化及其影响因素

蒸散发过程是联系大气过程和陆面水文过程的关键环节,对区域/流域水循环过程和水量平衡具有重要影响。岩溶区,地表生态环境脆弱,对气候变化响应敏感,蒸散发可能是联系大气、水、热交换和碳循环的关键生态水文过程。准确地估算蒸散发对于深入研究岩溶水循环响应气候变化、碳循环、生态修复等具有重要作用。本文选择典型岩溶区桂林市为研究对象,基于1951~2015年桂林市气象站逐日气象数据,采用Penman- Monterith方法计算了潜在蒸散发量,利用Mann- Kendall非参数检验法和相关性分析研究桂林市潜在蒸散发的变化趋势及其影响因素。研究结果表明,桂林市潜在蒸散发具有明显的年、年际和季节尺度变化特征。1951~2015年桂林市潜在蒸散发呈显著的减小趋势,变化速率为-8. 02 mm/10a;夏季、秋季和冬季潜在蒸散发呈下降趋势,而春季呈微弱的上升趋势;夏季潜在蒸散发的显著减小是影响年蒸散发下降的主要原因;桂林市潜在蒸散发在1967和2003年左右发生突变;通过Mann- Kendall趋势检验和相关性分析得出,桂林市平均气温、最高、最低气温呈显著的上升趋势,而风速、相对湿度、日照时数呈显著的下降趋势;日照时数是影响桂林市潜在蒸散发变化的主要因素,其次是风速。     

基于CAS-ESM2的青藏高原蒸散发的模拟与预估

利用GLEAM V3.3a实际蒸散发资料,评估了中国科学院地球系统模式(CAS-ESM2)对青藏高原蒸散发的模拟性能,并给出了模式对未来气候变化情景下高原蒸散发变化的预估.结果 表明:CAS-ESM2可以较好地模拟出青藏高原蒸散发的空间分布与季节循环特征,以及1981-2014年蒸散发的增加趋势,但趋势的幅值相对观测偏弱.未来预估试验结果显示,4种不同未来共享社会经济路径(SSPs)情景下青藏高原蒸散发均普遍增加,其中SSP585情景下的增加最为显著,且喜马拉雅山脉地区蒸散发的增加量值最大.相较于1995-2014年历史时期,年均蒸散发在2041-2060年增加46.3～65.8 mm,增幅为13.4％～19.0％;2081-2100年,年均蒸散发增加75.7～151.1 mm,增幅为21.7％～43.6％.影响蒸散发未来变化的因素具有区域性差异,高原中部和南部受气温变化影响更大,而柴达木盆地、羌塘高原中部受降水变化影响更大.     

青藏高原季节性冻土的时空分布特征

利用青藏高原72个气象台站的冬季逐日冻结深度资料, 采用动力学Q指数和小波分析方法, 研究了青藏高原季节性冻土的时空变化特征. 结果发现: 青藏高原季节性冻土各站点相互间的动力学Q指数在高原大部分地区都比较小, 仅在高原南部部分站点值较大, 表明在高原上总体来说季节性冻土的动力学结构是一致的. 各站季节性冻土1980年代前后的Q指数在高原主体也都比较小, 只是在高原东南部和柴达木盆地的部分地区Q指数较大, 表明在高原大部分地区季节性冻土变化的动力学结构特征没有发生突变. 青藏高原季节性冻土总体上呈现下降趋势, 在20世纪80年代中期有一次均值突变, 突变以前的冬季平均冻结深度在93 cm左右, 突变以后的冬季平均冻结深度下降了10 cm左右. 高原季节性冻土冬季平均深度有准4 a的周期变化.     

青海高原不同生态功能区气候突变时间的比较分析

根据地理位置和地貌特征将青海省划分为东部农业区、 环青海湖区、 三江源区和柴达木盆地4个生态功能区, 利用这4个生态功能区1961-2010年的月平均气温和降水量资料, 对年和四季的平均气温及总降水量进行了突变检测.结果表明: 4个生态功能区年平均气温和四季气温都呈显著的上升趋势, 其中冬季气温上升最明显, 其次为秋季, 春季和夏季相对较小.气温突变时间检测表明, 年平均气温为柴达木盆地的突变时间最早, 其次为东部农业区和环湖区, 三江源区突变时间最晚.不同生态功能区四季气温突变时间不尽相同.年降水量除柴达木盆地上升趋势明显外, 其余三个地区变化趋势都不明显; 四季降水量变化趋势除冬季降水量变化明显(除东部农业区)外, 其余三季变化趋势基本不明显.降水量突变信号较气温突变信号弱, 只有个别地区的个别季节降水量发生了突变.     

基于日值SPEI的青藏高原干旱演变特征

利用1980-2014年青藏高原74个台站的气象资料,通过Penman-Monteith公式计算了蒸散发及标准化降水蒸散指数（SPEI）,并采用M-K趋势分析和小波分析等方法研究了高原干旱变化的时空分布特征及变化趋势。结果表明,基于Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发的逐日SPEI指数能够很好地反映青藏高原干旱特征。1980年以来青藏高原SPEI值总体呈上升趋势,即偏于湿润,干旱强度有所降低。高原近35年的干旱演变具有明显的年代际差异,20世纪90年代之前干旱较为严重。小波分析结果表明高原干旱的发生存在2~4 a的振荡周期,在2~4 a的时间尺度上总体表现出干-湿周期变化。在整体小波变化周期中,1983-1997年虽然出现了干旱严重区间,但在1997年以后高原总体上呈现湿润趋势,3.7 a的主周期并没有影响整体变湿的趋势,且三种指标的3.7 a振荡主周期均通过了95%的红噪声检验。     

基于SEBS模型和Landsat 8数据的黑河下游蒸散发时空特性分析

对黑河下游地区蒸散发量的估算及其时空特性的研究,有助于进一步了解流域水循环,合理利用水资源,防止生态环境进一步恶化。利用SEBS模型估算了黑河下游额济纳绿洲2014年15天的日蒸散量,将SEBS估算的日蒸散与不同下垫面5个站点的EC实测值进行对比,其均方根误差和确定性系数分别为1.2 mm、0.85（5个站点）,0.5 mm、0.96（2个站点）,表明SEBS模型的结果是合理的,可以适用于黑河下游额济纳绿洲地区的地表蒸散量的估算。同时分析了黑河下游蒸散发的时空变化规律,结果表明,黑河下游额济纳绿洲地区,蒸散发在时间上存在明显的季节变化规律：夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季;空间上呈现明显的沿河分布的趋势。不同土地覆被类型蒸散发有相似的季节变化特征,但其季节变化幅度并不相同,规律为：水体 > 耕地 > 灌丛地 > 草地 > 裸土地 > 沙地。     

青藏高原气候变化的若干事实及其年际振荡的成因探讨

利用1961-2012年青藏高原88个气象台站逐月气温、降水以及温室气体等气候系统监测资料和CMIP5输出的未来气候变化情景数据,分析了近52年来青藏高原气候变化暖湿化的若干事实,揭示了其年际振荡与温室气体、高原加热场、高原季风、AO等气候系统因子的关系,预测了未来20~40年青藏高原可能的气候变化趋势。研究表明：近52年来青藏高原在总体保持气候变暖的趋势下自2006年以来出现了某些增暖趋于缓和的迹象,较全球变化滞后了8年左右;降水量的增加在青藏高原具有明显的普遍性和显著性,气候变湿较变暖具有一定的滞后性,降水量变化的5年短周期日趋不显著,而12年、25年较长周期逐渐明显且仍呈增多趋势。由于温室气体、气溶胶持续增加、高原夏季风趋强、ENSO事件和太阳辐射减少,青藏高原气候持续增暖但有所缓和;春季高原加热场增强、高原夏季风爆发提前且保持强劲,使得高原春、夏季和年降水量增加,而秋、冬季AO相对稳定少动,东亚大槽强度无明显变化,高原冬季风变化不甚显著,导致了高原秋、冬季降水量无明显变化。未来20~40年青藏高原仍有可能继续保持气温升高、降水增加趋势。     

不同潜在蒸发计算模型在本溪地区蒸散发计算中的应用对比研究

采用4种潜在蒸散发计算模型,结合区域站点近53年实测蒸发数据对比各模型计算的适用性。结果表明:双源蒸散发模型在本溪地区蒸散发计算适用性最高,其和实测年蒸发相关系数达0. 825 4,其次为P-M公式,其相关系数达到0. 648 9,波文比-能量平衡法以及Dalton公式适用性较低,相关系数低于0. 5。各模型均在夏季和秋季计算适用性最高,冬季和春季相关性较低,适用性不强。为区域蒸发变化及农业需水分析提供参考。     

青藏高原高寒区生物地理学研究进展

近年来,随着DNA测序技术的发展,青藏高原及周边地区的生物地理学研究取得重大成果,从生物演化方面着手探讨了青藏高原隆升历史及其气候效应.综合近年来地质学、古生物学与生物地理学研究进展,我们发现高原及周边地区高寒生物类群的起源和分化时间以及多样性演化过程表明早在渐新世青藏高原部分地区就已经存在高寒生态系统,晚中新世以来青...     

1979—2016年青藏高原水汽收支的气候变化特征及其成因北大核心CSCD

利用1979—2016年ERA-Interim的月平均再分析资料,通过统计分析、诊断研究等方法,分析了青藏高原水汽收支的气候变化特征及其成因。结果表明:青藏高原水汽四个季节均是从南、西、北边界流入高原,从东边界流出高原;青藏高原春、夏、秋季都表现为一个明显的水汽汇,夏季是高原水汽输送最活跃的季节,而冬季水汽从高原向外输出;高原东部(南部)水汽输送和收支量远大于高原西部(北部)。青藏高原年和夏季有逐渐变湿的趋势,主要是由于东边界水汽流出量的显著减少;高原东、西部的水汽净收入均呈增加趋势,高原西部的增幅明显大于高原东部;东边界水汽流出量的减少是高原东部水汽净收入增加的原因,而南边界水汽流入量的明显增加是高原西部水汽净收入增加的原因;高原北部水汽收支的年际变化比高原南部更明显,高原北部有明显增湿的趋势,而高原南部增湿趋势不明显。夏季青藏高原南边界水汽收支变化主要受青藏高原以南、以东的季风控制区偏南风水汽输送的影响,与西太副高的变化也有密切联系。西边界水汽收支的变化主要受中纬度西风带水汽输送的影响,北边界水汽收支的变化主要受到“丝绸之路”遥相关波列的影响,东边界的水汽输出偏少与高原地区东北侧至贝加尔湖附近上空的反气旋异常和华南地区上空的气旋异常有关。     

青藏高原中部高寒草甸蒸散发特征及其影响因素

蒸散发作为水量平衡和能量平衡的重要组成部分,其变化对于农业、生态和水文具有重要的影响。全球变暖导致青藏高原上冻土活动层加厚,改变大气和土壤的水热交换过程,为明确唐古拉多年冻土区的蒸散发在全球变暖大背景下的变化趋势,依托中国科学院冰冻圈国家重点实验室唐古拉站,利用小型称重式蒸渗仪的观测数据分析了2007-2013年蒸散发的变化特征及其影响因素。结果表明：2007-2013年草地生长季实际蒸散发总量呈现递增的趋势;在草地生长季内,草地生长中期的总蒸散量最大,生长初期的总蒸散量最小,但是日蒸散量则是在生长初期最大,生长后期最小;无降水日,草地的蒸散发主要受到净辐射和气温的影响,降雨日的蒸散发则主要受到净辐射和风速的影响。     

青藏高原多年冻土退化对蒸散发的影响

青藏高原作为“亚洲水塔”对气候变化极为敏感,研究气候变化下青藏高原多年冻土退化对蒸散发的影响有助于理解多年冻土地区水文过程对气候变化的响应情况。基于Budyko-Fu假设,构建了考虑多年冻土活动层厚度变化的水热耦合模型,建立了符合青藏高原多年冻土区的模型参数化方案,通过设置情景假设探讨了多年冻土退化对蒸散发的影响。模拟结果表明：1982—2018年青藏高原多年冻土区平均年蒸散发为275.6 mm,空间分布由东南向西北递减;研究区年蒸散发整体上以3.57 mm/a的速率上升。多年冻土活动层加深会引起蒸散发的增大,忽略冻土退化因素将导致约2.2%的蒸散发低估。冻土退化对蒸散发的影响呈现显著的空间异质性,土壤有效含水量和植被覆盖度越低的地区,蒸散发对冻土退化的响应越敏感。     

环青海湖地区气候变化特征及其季风环流因素

基于青海湖流域及其周边地区11个气象站点1959—2015年逐月气温和降水数据,采用Mann-Kendall趋势分析、突变分析、Morlet连续小波变换、Pearson相关分析和R/S分析等方法,分析了平均气温、平均最高气温、平均最低气温和降水的年、季变化特征及其季风环流影响因素,并探讨了该区域未来气候变化的总体趋势。研究结果表明:(1)环青海湖地区气温和降水总体上呈现出显著增加的趋势,秋季和冬季的平均气温、平均最高气温和平均最低气温上升速率以及夏季和冬季降水增加速率最为明显。(2)气温和降水均存在较为明显的突变现象,气温突变时间普遍在1986年左右,而降水突变时间在2002年左右;研究区气温普遍存在2~3年的短周期,8~10年和30~32年的中长周期变化,而降水则存在着3~4年、6~7年的短周期和30~32年的长周期变化。(3)东亚夏季风指数对研究区秋季气温和夏季降水具有较大的影响,而印度夏季风主要影响了研究区春季气温和降水;北极涛动指数(AO)对研究区秋季和冬季气温的上升影响最大,对春季、夏季和冬季降水的影响也明显高于其他指数;北大西洋涛动指数(NAO)和厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)对研究区气温影响较小,NAO主要影响夏季和冬季降水,而ENSO主要影响秋季降水。(4)研究区年均气温和年降水的Hurst指数均大于0.5,说明研究区气温和降水在未来一段时间内仍以上升趋势为主。     

1956—2010年中国水热季节性特征分析

流域水文平衡不仅决定于降水和潜在蒸散发总量,而且还受到其年内季节性变化特征的影响。收集1956—2010年中国743个国家级气象站逐日气候资料,采用FAO-Penman公式计算潜在蒸散发量,插值计算10 km网格日降水和潜在蒸发,进行水热季节性特征的变化分析。结果表明,82.8%的区域潜在蒸散发量均值有下降趋势,但减少量不大,同时其年内季节性特征没有显著变化。表征降水年内波动振幅的季节性指数在全国范围均有显著下降趋势,且北方流域更为明显,变化率最大的西北诸河达到6.4%/10 a;峰值时间和雨季长度则变化不显著。这种水热季节性的变化被认为会导致流域径流的减少,在今后中国径流变化的归因研究中,应该考虑降水季节性变化的贡献。     

青藏高原与全球环境变化研究进展

文章从 4个方面简要介绍了青藏高原与全球环境变化的最新研究进展 :(1)新生代青藏高原的隆升过程与东亚环境演化 ;(2 )末次间冰期以来的气候环境记录及重大气候突变事件 ;(3)青藏高原2ka以来温度、降水变化特征 ;(4 )青藏高原近代气候变化及其环境响应。主要结论有 :第三纪青藏地区曾两次隆升与夷平 ;7MaBP开始高原再次抬升 ,3 6MaBP以来经历了强烈隆起。高原季风的形成演化与高原隆升过程紧密相联 ,2 5MaBP高原季风由浅薄系统变为深厚系统 ,现代季风格局形成。在约 1 1～ 0 8MaBP间青藏高原进入冰冻圈 ,西北地区干旱化、主要沙漠扩展、周边地区新的黄土体系形成均与此有关。高原气候在冰期 /间冰期循环时间尺度上具有升温缓慢、降温迅速的特征。达索普冰芯记录中的CH4 浓度高出极区 15 %～ 2 0 %,并具有很大的波动性。青藏高原最新的一次大湖期时代在 40～ 2 5ka ,代表着一次特强的夏季风暖湿事件。古里雅冰芯研究发现气候突变事件频繁。高海拔地区比低海拔地区对全球气候变化反应更敏感。根据冰芯、湖芯、树轮和历史文献恢复揭示了2ka以来高原温度降水变化特征。百年来青藏高原气候经历了 3次突变 ,2 0世纪 5 0年代以来的变暖趋势超过北半球及同纬度地区。高原冰冻圈 (包括冰川、积雪和冻土 )对近代     

2000-2005年青藏高原积雪时空变化分析

利用MODIS卫星反演的积雪资料以及同期气象资料,分析了2000-2005年青藏高原积雪分布特征、年际变化及其与同期气温和降水的关系,结果表明:青藏高原积雪分布极不均匀,四周山区多雪,腹地少雪;高原积雪期主要集中在10月到翌年5月;2000-2005年高原积雪年际变化差异较大,积雪面积总体上呈现冬春季减少、夏秋季增加的趋势;气温和降水是影响高原积雪变化的基本因子.冬季,高原积雪面积变化对降水更为敏感;春季,气温是影响高原积雪面积变化更主要的因素.     

西北旱区潜在蒸散发的气候敏感性及其干旱特征研究

潜在蒸散量（PET）是干旱监测评价的重要指标,分析影响潜在蒸散发的气候敏感因子对揭示气候变化的水文响应机理尤为重要。常采用的局部敏感性方法不适用于非线性模型且难以评估各气象因子间的相互作用。对此,基于1964—2018年西北旱区内163个气象站的监测数据,通过Penman-Monteith公式,采用Sobol全局敏感性方法分析了西北旱区潜在蒸散发的气候敏感因子,计算得到了自校准帕默尔干旱指数（scPDSI）,进而分析了区域干旱的时空演变特征。结果表明:1964—2018年西北旱区年均潜在蒸散量为1157.8 mm,高值出现在新疆东部与内蒙古西部地区,低值出现在青海南部地区。1993年为转折点,西北旱区潜在蒸散发受气温、日照时数、风速、相对湿度等多种因素综合影响由显著下降的趋势转变为显著上升,且在夏季最为明显。在1964—1993年,净辐射、风速与相对湿度的变化对潜在蒸散发的影响较大;在1994—2018年,风速与相对湿度的变化对潜在蒸散发的影响较大。scPDSI的时空分布表明新疆北部、青海中部以及甘肃境内的干旱有缓解的趋势;而黄河流域西南部干旱呈现加重趋势,将加剧区域水资源紧张,威胁生态安全。     

近40年来青藏高原典型高寒草原和湿地蒸散发变化的对比分析

青藏高原地表蒸散发是决定亚洲水塔水储量变化的关键要素.在快速升温背景下,长时间尺度的青藏高原地表蒸散发如何响应气候变化亟需深入探讨.以青藏高原两种典型高寒生态系统(草原和湿地)为研究对象,以野外观测和互补蒸散发模型为研究手段,利用常规气象资料驱动互补蒸散发模型,应用于青藏高原的典型资料稀缺地区,并就模拟结果进行验证评估,揭示了两种典型高寒生态系统近40年的蒸散发变化特征.结果 表明,校正参数后的非线性互补蒸散发模型可较为准确地模拟两种下垫面的蒸散发,亦即该模型在青藏高原资料稀缺区具有较好的应用潜力.1973-2013年,青藏高原典型高寒草原蒸散发呈不显著的增大趋势,而高寒湿地则以2.0 mm/a的速率显著增大.相关分析表明,高寒草原和湿地蒸散发的年际变化主要与水汽压(即空气湿度)有关.阶段性分析发现,1970s至1990s末期,两种生态系统蒸散发皆在波动中逐渐增大;而1997年以后,高寒草原和高寒湿地蒸散发的变化模式表现出明显差异:前者在波动中逐渐减小,后者则持续增大至2000s中期.造成这种差异的原因可归结为高寒湿地受冰川融水的影响,土壤含水量可维持在较高的水平,加之2000s高寒湿地的水汽压和日照时数增大,使得该时段内地表蒸散发仍呈增大之势,亦即上游的冰川融水对下游的湿地蒸散发有重要影响.结果 表明,空间距离较近的两种典型高寒生态系统,由于所受水源补给不同,局地蒸散发对气候变化的响应模式可能有较大差异.     

青藏高原地区云水时空变化特征及其与降水的联系

利用1984-2009年ISCCP的云量、云光学厚度(COT)、云水路径(CWP)资料,分析了青藏高原云水的分布特征、变化趋势,及其与夏秋季降水、冬春季降雪的联系.结果表明:青藏高原地区大气中的云水有着显著的季节变化与水平分布差异;青藏高原春夏季总云量、高云云量高于秋冬季,CWP、COT与总云量的分布特征具有较好的一致性.高原云量高值区位于喀喇昆仑山与高原东南部;可可西里地区由于羌塘高压的下沉作用为云量低值区.青藏高原总云量在1984-2009年间呈现减少趋势;而CWP在高原总体以增加为主,但在各区域上的变化不一致,高原东部CWP增加而西部出现较弱的减小,这与来自孟加拉湾的水汽输送增加有关.青藏高原中东部地区夏秋季降水受云量减少影响较小而与CWP的增加相一致呈增长趋势;该地区冬春季降雪略有减少,与总云量的年际变化具有正相关.     

金沙江流域实际蒸散发遥感重建及时空特征分析

通过构建基于重力卫星的实际蒸散发重建方法来获取高精度的实际蒸散发信息,为研究气候变化下的水循环规律提供关键信息。利用GLDAS陆面模式同化数据对GRACE重力卫星水储量观测数据进行空间降尺度,通过水量平衡法,重建了金沙江流域2002-2016年的子流域尺度实际蒸散发月序列。结果表明:①基于重力卫星观测与水量平衡方法重建的实际蒸散发（ET_Recon）与ET_PLSH、ET_Jung和ET_MODIS3种遥感反演产品相比有较高的可靠性,其中与ET_PLSH的相关性最高（r=0.82）,与ET_Jung的平均差和均方根差最小。②研究区年均实际蒸散发为410.8 mm/a,空间分布上由西北向东南递增,年际变化上呈增加趋势。③季节尺度上,实际蒸散发夏季最高,呈逐年增加趋势;冬季最低,波动较平稳。