基于FY3A资料的天山山区暴雨云相态分析

利用2009-2011年基本地面气象站降水资料和FY3A/VIRR资料,对暴雨云团在可见光、近红外、红外通道变化特征进行分析,采用多通道多阈值方法,进行云相态判识,识别密实冰云、薄卷云、多层云、低层水云。利用此判识方法对发生在新疆天山及沿天山一带的两次暴雨天气过程云相态特征进行分析,并结合地面降水资料分析了云顶粒子为冰相态的云对地面产生降水的贡献,结果表明:利用FY3A/VIRR的1通道、4通道、5通道、6通道、10通道的资料可以有效地识别出云顶粒子的相态,当亮温值233 k,云顶粒子为冰相态云在0.65μm和1.6μm两个波段具有较大反差,当对流发展旺盛,云层较厚时,两者之间的差值达到4倍左右;通过对暴雨个例的分析,产生暴雨的区域与冰相态的云区较吻合,验证了判识阈值选取的合理性,这为天山山区暴雨监测提供了辅助的手段。     

中亚天山山区冰雪变化及其对区域水资源的影响

冰川和积雪是构成山区固体水库的主体,对区域水资源稳定性具有调节功能,但深受气候变化的影响。以中亚天山为研究区域,基于长时间序列的观测数据,分别从冰川、积雪、水储量、径流等方面进行分析,并选取阿克苏河、开都河及乌鲁木齐河3个典型流域,研究天山山区冰雪变化对流域水资源的影响。结果表明：① 冰川退缩速率与面积的函数关系为f（x） = -0.53×x^-0.15 （R² = 0.42,RMSE = 0.086）,说明小型冰川对气候变化的响应更为敏感。同时,中低海拔区域的冰川退缩速率大于高海拔区域;② 2003-2015年天山山区水储量的递减速率为-0.7±1.53 cm/a,天山中部区域的递减速率最大,这一结果与该区域冰川急剧退缩相吻合;③ 近半个多世纪以来,冰雪融水径流增加是这3个典型流域径流量增加的主要原因,其中阿克苏河增幅最大（达0.4×10⁸ m³/a）。但自20世纪90年代中期以来,3个流域的径流量都呈减少趋势,与流域内冰川面积减少、厚度变薄及平衡线海拔升高的关系密切。研究结果揭示了气候变化驱动下的山区固态水体储量变化对流域水资源的影响机制,以期为流域水资源管理提供有价值的决策参考。     

天山山区草地变化与气候要素的时滞效应分析

通过选取新疆天山山区作为研究区,分析该地区气候参数(降水、温度、光照)对草地季节变化影响的滞后性特征.利用研究区内各气象站点的气温、降水和日照时数的逐句数据、SPOTVGT时序数据和土地利用覆盖数据,运用时滞相关分析和GIS空间分析方法.根据13个滞后期(0～12旬)和13个时间尺度(1～13旬)分析了植被NDVI与同...     

新疆天山山区近40年春季气候变化特征与平原区的比较

利用新疆1959～1998年的春季温度降水资料,分析了天山山区近40年来春季气候变化的基本特征,并与南疆、北疆进行了比较。所得的主要结果如下：(1)天山山区在春季温度的冷暖变化阶段上1981年前与北疆的相似,1981年后与南疆相似。(2)天山山区在春季降水量干湿变化阶段上与北疆的相似性强于南疆。(3)春季温度空间分布的同步变化性以北疆为最好,南疆最差。天山山区居中,而春季温度空间分布的反向变化性,以南疆为最大,北疆最小．天山山区居中。春季降水空间分布的同步变化性北疆较好,天山山区和南疆较差。而春季降水空问分布的反向变化性。以天山山区为最大。北疆最小,南疆居中。(4)三大区域的春季温度均表现为20世纪60与90年代偏高,70和80年代偏低。天山山区与北疆从60年代到90年代,春季降水均表现出了持续的增加的趋势。南疆春季降水除60年代外,不断增多。90年代是新疆三大区域春季降水最多的年代。(5)北疆和南疆近40年的春季最低温度存在着显著的增温趋势。增温率北疆大于南疆。     

地形异质性对天山山区气候的影响分析

地形具有高度的空间异质性,同一区域不同地形对该区的气候变化有着显著的影响,分析研究地形异质性对气候的影响具有十分重要的意义。基于天山山区DEM栅格图像资料和61个气象站点1961-2014年的气温和降水资料,运用空间分析、反距离权重插值法、偏最小二乘法和统计分析等方法,对该区域的地形异质性及其对气候的影响进行了相关研究。结果表明：（1）天山山区整体坡度大,其中中部与西南部的地形异质性指标值较高,其它地区的地形异质性值偏低。（2）从气候的空间分布来看,天山中部的气温较低,降水量丰富,其他区域的气温较高,降水量较少。（3）在地形异质性对气候影响方面,坡度对研究区气候的影响贡献最大,而地表粗糙度对研究区气候的影响最弱。     

天山北侧成灾雹云移动路径及预警指标的研究

利用2005-2014年5～8月天山北侧气象台站观测记录、人工防雹作业点记录、灾害调查等资料,克拉玛依探空站08：00探空资料和克拉玛依、奎屯、石河子、五家渠四部雷达探测资料及其基数据反演产品,对冰雹的年分布、月分布及日变化特征进行了分析,归纳出成灾雹云的雷达回波特征及移动路径,依据百分位数方法确定了成灾雹云的预报及雷达特征预警指标,并利用2015-2016年降雹及相应的雷达探测资料对预报预警指标进行了检验分析。     

天山山区近40年秋季气候变化特征与南、北疆比较

利用新疆1959~1998年的秋季温度降水资料,分析天山山区近40年来秋季气候变化的基本特征,所得结果如下: (1) 天山山区秋季温度在冷暖变化阶段上与北疆的相似性强于南疆,但其秋季降水在干湿变化阶段上与南、北疆不同。 (2) 秋季温度空间分布的同步变化性以北疆为最好,南疆最差,天山山区居中。秋季降水空间分布的同步变化性以南疆最好,天山山区最差,北疆居中。 (3) 20世纪60~90年代,天山山区表现为波动升温,而南疆和北疆表现为持续增温,均以90年代温度最高,80年代是三大区域秋季降水最多的年代。60,70及90年代,三大区域的秋季降水均低于30年均值。     

中天山山区大气总水汽量和云液水量的遥感研究

使用QFW-1型双通道微波辐射计,于2002年盛夏(7月10日至8月5日)在天山山区乌鲁木齐河流域上风方的小渠子进行了大气积分水汽和云中积分液水量的遥感观测。观测表明;中天山山区盛夏的晴天平均大气水汽含量与目前公认的亚洲大气中的水汽含量相近;晴天的平均大气水汽量具有明显的日变化。对降水云系的液态水含量及其变化遥感监测表明:云系降水具有先兆性;不同类型降水性云的降水临界值不同;云液水由0.5 mm开始上升到降水临界值的降水酝酿期的时间,可以作为天山山区人工增雨实施播云作业的重要参照指标。     

塔克拉玛干沙漠腹地太阳紫外UV-B辐射的观测与分析

利用塔中站（39°01′N,83°40′E)直接探测的紫外辐射资料,对塔克拉玛干沙漠近地层紫外辐射特征进行了系统的分析。结果表明,紫外UV-B辐射年总量为8.59 MJ·m-2·a-1。夏季紫外线辐射强度较大,7月达到最大为1.24M J·m-2,占紫外UV-B辐射年总量的14.44% ;冬季紫外线辐射强度较小,约为7月的1/5,1月出现最低值为0.257 M J· m-2;紫外UV-B瞬时辐射强度全年峰值为2.51 W·m-2,出现在6月。1、4、7、10月紫外UV-B辐射的日总量变化对天气现象有不同程度的反映,天气现象较少的1月逐日紫外辐射上下变动的离散度较小,7月最大。紫外UV-B辐射随云量增多而降低;沙尘使紫外UV-B辐射的降低较为显著,沙尘暴时,其值为各类风沙天气中最低。     

天山山区空中水汽含量及与气候因子的关系

利用建立的天山山区水汽含量与地面水汽压的经验关系式,计算天山山区及周边44站1961~2009年的水汽含量值,分析水汽含量的时空分布及其与气候变化因子的关系。结果表明:天山北麓的河谷平原地带是水汽含量高值区,中天山和东天山是低值区。水汽含量在近50 a内呈增加趋势,夏、秋季增加明显。水汽含量是影响天山山区降水量的最主要的因素之一,水汽对全球变暖和气候变化可能有负反馈作用,而冬季NAO和AO与水汽相关性最显著。这些研究对于揭示区域水分循环过程和全球变暖背景下的区域响应有重要意义。     

塔克拉玛干沙漠腹地降水特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站与周边3个气象站2000—2014年的气象观测资料,分析沙漠腹地近15 a降水量的年、季、月分布及变化特征,并与同期沙漠周边地区资料进行对比分析。结果表明：塔克拉玛干沙漠腹地近15 a年平均降水量为26.0 mm,比周边同期平均少37.3%,但降水稳定性高于周边各站;塔克拉玛干沙漠腹地降水的年、季、月分布与沙漠周边各站基本保持一致,夏季降水占总降水量的69.3%,且逐年有所增加,对全年降水量的变化贡献最大;沙漠腹地月降水量分布极不均匀,6月降水量最大,占全年降水的41.6%,2月和3月降水量最少,仅占全年的0.7%,降水最多月是最少月近60倍;水汽压在沙漠腹地相对不稳定,但相对湿度相对较稳定;沙漠腹地最长连续降水日年平均2.9 d,最长无降水日数年平均96 d,最长连续无降水日数呈逐年上升趋势。     

Validation of AIRS-Retrieved atmospheric temperature data over the Taklimakan Desert

The Taklimakan Desert, the world's second largest desert, plays an important role in regional climate change. Previous studies on its spatial temperature features suffered from sparse conventional detection data, but the Atmospheric Infrared Sounder(AIRS) provides excellent temperature retrievals with high spatiotemporal resolution. Validation of AIRS temperature retrievals over desert regions with high land-surface emissivity, the key contributor to inversion error, is essential before using these data in regional weather/climate modeling. This paper examines the correlation coefficients, root mean square error(RMSE) and mean BIAS between AIRS-retrieved atmospheric temperature data and radiosonde observations(RAOBs) in the Taklimakan Desert hinterland and oases in the morning and at dusk. Firstly, the AIRS retrievals are consistent with RAOBs and are more consistent in the morning than at dusk. The consistency is better over a small-scale desert oasis than over a large-scale oasis in the morning and exhibits the opposite trend at dusk. The correlation coefficient over the hinterland is high in the morning but negative at dusk due to high desert-surface emissivity. Second, the RMSEs, which are all smaller than 3 K, are generally higher over desert sites than over oasis sites and slightly lower over a small-scale oasis than over a large-scale oasis in the morning. At dusk, the RMSEs are higher over desert sites than over oases and slightly higher over a small-scale oasis than over a large-scale oasis. Furthermore, the RMSEs are generally higher in the morning than at dusk over a large-scale oasis and lower in the morning than at dusk over a small-scale oasis. Third, the absolute mean BIAS values are mostly lower than 1 K. In the morning, relative to RAOB temperatures, the retrieval temperatures are higher over desert sites but lower over oasis sites. At dusk, the retrieval temperatures are lower than RAOB temperatures over both desert and oasis sites. The retrieval temperatures are higher than RAOB temperatures over desert sites in the morning but slightly lower at dusk. Most absolute mean BIAS values are higher in the morning than at dusk over both oasis and desert sites. Finally, the consistency between the AIRS and RAOB temperature data is high from 700 hPa to 100 hPa in the morning and from 700 hPa to 300 hPa at dusk. The difference between the AIRS and RAOB temperature data is generally higher in the morning than that at dusk. The RMSE differences between the AIRS and RAOB data are slightly lower in the morning than at dusk and are lower in the middle layers between 700 hPa and 150 hPa than in the layers above 150 hPa during both the morning and night. The BIAS is lower in the morning than at dusk below 300 hPa but higher in the upper layers. Moreover, the BIAS value is positive in the middle layers between 500 hPa and 150 hPa and negative at other levels at both times. Generally, the AIRS retrieval temperatures are reliable and can be used in further studies in the Taklimakan Desert.     

成水滴灌下塔里木沙漠公路防护林土壤盐分分布特征分析

对塔里木沙漠公路防护林地进行实地取样分析,研究咸水滴灌条件下土壤盐分变化规律及其离子分布特征.试验采用5个矿化度水平的咸水灌溉处理:29.70(1号井),25.90(2号井),20.99(8号井),16.95(14号井)和5.75 g·L-1(18号井).试验结果表明:咸水滴灌对土壤盐分含量和离子组成有显著影响,土壤积盐程度随灌溉水矿化度的增大而加剧,土壤盐分组成以C1-、Na+和SO42-为主;不同盐分离子在土壤剖面上的分布特征不同,C1-、Na+、Mg2+和SO42-四种离子的分布较一致,在垂直滴头向下方向浓度最低,远离滴头径向浓度逐渐增大,Ca外和HCO3-在剖面上的分布存在明显的不一致性,在水平方向上远离滴头HCO3-离子浓度向上层聚集,Ca2+则表现为向下层淋溶.研究结果对极端干旱区高矿化度咸水的合理开发利用及防护林的可持续发展具有理论意义和应用价值.     

塔克拉玛干沙漠腹地近地层湍流能谱特征分析

利用塔克拉玛干沙漠腹地近地层湍流观测资料,计算并分析了不同稳定层结条件的湍流速度谱、温度谱及局地各向同性特征。结果表明,湍流速度谱和温度谱在惯性副区均满足Kolmogorov的-2/3指数规律,且稳定条件的相关系数更高;速度谱满足湍流各向同性的低频限制理论。近中性条件的温度谱和弱不稳定条件的速度谱在高频段有尾部上翘现象;稳定情况下的v谱和近中性条件的u谱、T谱在低频处也有上翘现象。沙漠腹地水平湍流尺度范围介于森林和草地之间,不稳定层结比稳定层结的谱峰更偏向低频端,且峰值尺度更大。     

塔克拉玛干沙漠边缘地区生态林业效益分析与发展路径研究

21 世纪以来,生态建设、绿色发展成为经济社会协调发展的重要内容,尤其对沙尘暴频繁、沙进人退现象严重、自然生态环境脆弱的塔克拉玛干沙漠边缘地区,生态文明建设意义深远。为此,以塔克拉玛干沙漠边缘地区麦盖提县为例,通过对麦盖提县概况与生态林业建设现状进行概述,运用生态学、经济学等相关理论方法从生态效益、经济效益、社会效益三个方面进行分析评估。结果表明：麦盖提县生态林建设带来的生态效益价值为5.43×10⁸元,经济效益价值为25.84×10⁸元,提供就业岗位6 300 个,解决5 243 人就业问题。生态林业发展效益明显,对于促进新疆政治社会和谐稳定、生态环境改善、经济繁荣可持续、广大群众脱贫致富意义重大。     

塔克拉玛干沙漠腹地冬季大气边界层O3廓线分析

为了揭示塔克拉玛干沙漠腹地冬季大气边界层O3的浓度变化特征,利用系留气艇于2008年1月18—25日在塔中地区进行了大气边界层O3观测试验,结合相关资料,初步分析了塔中地区冬季边界层O3浓度垂直分布特征及其与温度、湿度的关系。其结果是:①塔中地区臭氧浓度集中分布在10~50 ppb之间,其中试验期间观测到O3最大浓度值56.1 ppb,最小浓度为2.6 ppb,臭氧的最大浓度基本都在40 ppb左右,日平均浓度为34.4 ppb。②大气边界层O3的浓度廓线可分为峰值型、均匀型、增长型3种,其中均匀型所占比重最大。③大气边界层O3浓度与温度、湿度密切相关,逆温及空气中水汽的增加会导致臭氧浓度降低。④大气边界层O3有明显的日变化,越贴近地面日变化越明显,其变化特征与太阳辐射有着密切关系。臭氧浓度夜晚较低,日出后开始增加,午后达到一天中的最大值;随着日落,臭氧浓度开始减小,在清晨达到最小值;臭氧浓度日最大值出现在17:00,最小值出现在08:00。     

大气红外探测器(AIRS)资料在塔克拉玛干沙漠的适用性检验与评估

由于沙漠恶劣的环境,观测站点稀少,塔克拉玛干沙漠地区的温度、湿度时空分布很难仅仅依靠少量的常规观测资料分析得到,高分辨率的大气红外探测器（AIRS）资料可有效弥补这个空缺。地形和地表发射率是影响AIRS反演温湿度廓线产品进度的两大要素,在塔里木盆地的塔克拉玛干沙漠地区使用AIRS温湿度产品必须首先对其质量进行检验。本研究主要对2016年7月1~15日晴空背景下AIRS反演的温度、位势高度、水汽数据在塔克拉玛干沙漠及周边绿洲地区在早晨和傍晚的可信度作了详细的对比分析。结果表明：（1） AIRS卫星资料集里的温度资料与探空数据有很好的吻合度。温度资料在沙漠腹地尚有较小偏差,在周边绿洲地区尤其是其中高层一致性较高。AIRS反演温度在沙漠腹地的塔中站在早晨各层的偏差明显大于傍晚,其余各站早晨和傍晚反演偏差不大。（2） AIRS卫星测得的位势高度资料几乎与探空资料的完全一致,是本对比研究中观测质量最好的要素,但AIRS探测层次能达到1 hPa,探测高度优于探空。（3）反演的湿度廓线与探空偏差较大。AIRS资料的混合比在300 hPa上的高层与探空吻合,在中层偏干,低层偏湿,低层水汽探测误差可能与盆地地形和沙漠下垫面有关。（4）早晨沙漠腹地的塔中站AIRS反演气温平均偏差在各层均比其余7个绿洲站明显偏大,在500 hPa以下的低层明显偏冷,在其上明显偏暖,偏暖幅度随高度的升高而增大。早晨绿洲AIRS反演温度在所有气压层上温度偏差绝对值均在1℃以内,均方根误差小于2℃,傍晚偏差绝对值在3℃以内,均方根误差在700 hPa以下的低层较高层大,700 hPa以上在3℃以内。绝对误差在早晨和傍晚均随高度的升高而减小,在100 hPa以上又有逆转,这种逆转在塔中站尤为明显。     

塔克拉玛干沙漠腹地潜水水位对单井抽水的响应

塔里木沙漠公路防护林生态工程以地下水为灌溉水源,全线采用节水滴灌方式灌溉。全线共有108口水源井,水源井间距约4 km。以第69号水源井(38°41′12″N、83°22′16″E)为例,在距水源井120 m范围内设置了7个地下水监测井,利用潜水水位的动态观测数据,分析了抽水过程中水位的时空变化规律。研究结果表明:持续抽水过程中潜水水位变化可分为快下降和慢速下降两个阶段;潜水水位恢复过程可分为快速上升和慢速上升两个阶段。水位下降和上升的速度变化形成水位的空间差异,即降落漏斗的形成和消失。利用稳定流抽水试验计算得出含水层渗透系数为12.85 m/d。     

Satellite-measured water vapor isotopologues across the Tianshan Mountains,central Asia

The satellite-based water vapor stable isotope measurements have been widely used in modern hydrological and atmospheric studies. Their use is important for arid areas where the precipitation events are limited, and below-cloud evaporation is strong. This study presents the spatial and temporal characteristics of water vapor isotopologue across the Tianshan Mountains in arid central Asia using the NASA Aura Tropospheric Emission Spectrometer (TES). The near-surface water vapor stable isotopes are enriched in summer and depleted in winter, consistent with the seasonality of precipitation isotopes. From the surface to 200 hPa, the isotope values in water vapor show a decreasing trend as the atmospheric pressure decreases and elevation rises. The vapor isotope values in the lower atmosphere in the southern basin of the Tianshan Mountains are usually higher than that in the northern basin, and the seasonal difference in vapor isotopes is slightly more significant in the southern basin. In addition, bottom vapor isotopologue in summer shows a depletion trend from west to east, consistent with the rainout effect of the westerly moisture path in central Asia. The isotopic signature provided by the TES is helpful to understand the moisture transport and below-cloud processes influencing stable water isotopes in meteoric water.