近60 a新疆塔城地区不同相态降水时空变化特征

基于1961—2020年9个国家气象观测站逐日资料,采用气候统计学方法分析了塔城地区不同相态降水的时空分布及变化规律,探讨了降水相态的变化成因及其可能影响。结果表明：(1)近60 a塔城地区年平均降水日数88.1 d,其中降雨日数最多,降雪日数次之,雨夹雪日数最少;3种相态降水在空间上呈现地区西北部多、中东部少的分布格局。(2)从不同相态降水日数的月际分布来看,降雨主要出现在4—9月,降雪在11月—翌年3月较多,3—4月和10—11月期间3种相态降水共存。(3)近60 a塔城地区各站不同相态降水的变化趋势存在一定的差异,总体呈现降雨日数增加而降雪日数减少的变化趋势,且降雨量的增速高于降雪量增速,其结果导致雪雨比率以-0.33%·(10a)^-1的速率减小。(4)气温增暖是塔城地区降水相态向多雨化转变的主要原因,同时北极涛动指数(Arctic oscillation index,AO)、北大西洋涛动指数(North Atlantic oscillation index,NAO)以及北半球极涡指数对降水相态的变化也有一定的影响。     

新疆巴州北部冬半年降水相态气象因子特征和判识指标分析

利用1961—2018年10月至次年4月新疆巴音郭楞蒙古自治州（巴州）北部6个国家观测站的天气现象资料,统计分析近58 a降雨、降雪、雨夹雪、雨转雪4种降水相态的气候特征,得出巴州北部10月和4月以降雨为主,12月和1月以降雪为主,雨夹雪和雨转雪主要在11月和3月。利用2003—2018年10月至次年4月库尔勒站探空资料,得到与降水相态转换关系密切的10种物理量,量化了降水相态判识特征及指标。结果表明：（1）地面最低温度、近地层温度、850 hPa温度、500～850 h Pa之间的位势厚度、700～850 hPa之间的位势厚度、0℃层高度可将4种降水相态完全判别,500～850 hPa之间的温差、700～850 hPa之间的温差能有效判别降雨、降雪、雨夹雪。（2）构建了降水相态预报评分办法,库尉轮平原和焉耆盆地的综合指标准确率达92.06%和94.36%,综合判定后预报评分达93.58%。（3）特性层温度及温差对降雨和降雪的预报效果好于雨夹雪;位势高度及厚度对降雪的预报效果好于降雨和雨夹雪;位势厚度对雨转雪的预报效果要好于特性层温度。研究降水相态综合判据对巴州北部降水相态的判别有很好...     

六盘山区一次非典型冰雹天气过程微物理量特征的分析

利用地面激光雨滴谱仪捕捉2017年7月14日夜间发生在六盘山区的一次强对流天气降雹过程,其降雨和降雹微物理特征表明：降雹时,粒子各项微物理特征量明显增大,其中数浓度和平均动能通量增幅最为明显,分别增长了6.3倍和13倍。降雹初期,粒径较大的冰雹粒子增长较快,随着能量的释放,对流减弱,粒径较小的冰雹粒子增加较快。Gamma型分布更适合拟合降雹前后的粒子谱。用粒子下落末速度公式V=aD^b拟合此次降雹过程中的粒子速度效果很好,相关系数超过0.98,a的变化范围在4.55～5.02之间,b[WTBZ]的变化范围在0.53～0.59之间。     

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。     

用小时降雨资料估算降雨侵蚀力的方法

降雨侵蚀力是进行土壤流失量预报的基本因子,EI₃₀是迄今得到广泛应用的定量指标,但它的计算需要降雨过程资料,使其推广应用受到很大限制。用自动气象观测提供的高精度等间隔降雨资料,代替降雨过程资料,是估算降雨侵蚀力指标的首选。国际上对此已有研究,发现有很大的地区差异性。为此,本文在水蚀严重的中国东部季风区选择5个代表站点,共456次降雨过程资料,建立了用60 min等间隔雨量资料估算次降雨侵蚀力的计算方法。研究结果表明:直接用60 min等间隔资料计算的降雨侵蚀力指标值,与用降雨过程资料计算的结果相比,降雨动能E差异较小,主要差异体现在最大30 min雨强I₃₀上,由此导致降雨侵蚀力指标EI₃₀的差异也十分明显。利用自动气象观测小时雨量资料计算降雨侵蚀力指标值,通过公式(EI₃₀)_bp=1.730(EI₃₀)₆₀转换,可以较精确地估算全国降雨侵蚀力,与用日、月和年降雨量资料的估算值相比,能够提高土壤侵蚀预报精度。     

华南地区漓江上游3种典型森林不同层次土壤湿度比较研究（英文）

不同森林植被改变了林下穿透雨、树干径流、蒸发散和地表入渗,进而对林下不同层次土壤湿度产生重要影响。以华南地区漓江上游3种典型森林,包括毛竹林(Phyllostachyspubescens)、荷木林(Schimasuperba)和杉木林(Cunninghamia lanceolata)为研究对象,比较其不同层次土壤湿度及其影响因素。结果表明:(1)毛竹林、荷木林和杉木林3种典型植被林下凋落物层和土壤层存在明显差异,荷木林林下土壤入渗强于毛竹林和杉木林;(2)由于森林植被垂直结构差异,从0–20cm表层土壤到50–80 cm深层土壤,3种典型植被不同层次土壤湿度存在较大的时空差异;(3)荷木林各层次土壤湿度都明显高于毛竹林和杉木林;(4)各层次土壤含水量与年降雨关系密切,随雨旱两季变化,毛竹林、荷木林和杉木林不同层次土壤湿度随降雨变化趋势基本一致;(5)在0–20 cm表层土壤,土壤湿度主要受地表凋落物性质的影响,而在深层土壤,土壤湿度主要受植物根系分布和土壤物理性质的影响。本研究为深入了解漓江上游森林植被对降水产流的调节作用,客观评估漓江上游水资源和科学管理水源涵养林提供理论依据。     

云南昭通盆地降雨侵蚀性与土壤可蚀性的初步研究

通用土壤流失公式已被广泛用于坡地土壤流失量的估算方面, 而此公式中降雨侵蚀性因子 （ Ｒ 值） 与土壤可蚀性因子 （ Ｋ 值） 因地域差异而不同, 必须结合各地和水文与土壤条件进行修正。以云南昭通坝区昭鲁河新泉水文站１０ 年的观测资料为基础, 分析计算了各种降雨参数的单因子和复合因子, 分别与土壤流失量之间的相关关系, 结果表明, 适合于昭通坝区的降雨侵蚀力 Ｒ 指标为Σ Ｅ· Ｉ１５, 昭通坝区年平均降雨侵蚀力 Ｒ 值为 １８４１４。同时, 根据对本区水稻土、紫色土和山地黄壤机械组成和有机碳含量的分析结果, 计算出这些土壤的可侵蚀性因子 Ｋ 值。最后提出, 鉴于本区降雨侵蚀性因子 Ｒ 值和土壤可蚀性因子 Ｋ 值均较高的情况, 应加强地表植被和表土层的保护, 防止水土流失。     

热带北缘裸地与桉树林地降水-地表侵蚀特性的对比研究

本文研究了水滴动能与地表侵蚀的相互关系问题，通过对相邻的两个地类：没有任何植被的光裸地和地表同样光裸但有人工桉树林的２个试验小集水区的对比研究，说明了单位雨量下的侵蚀强度与水滴动能存在最为紧密的关系。裸地地表的侵蚀强度决定于大气降水动能，而桉树林地的侵蚀强度却主要与林冠的穿透水水滴动能成正相关。总的说来，桉树林林冠的存在加大了林地所接受的降水动能，特别是在中小降雨强度的情况下更是如此，这就说明了营造人工林时，必须考虑到林冠结构与林地地表冲蚀的问题     

基于改进的地表温度-植被覆盖特征空间估算地表蒸散

地表温度-植被指数特征空间被广泛应用与地表蒸散估算和土壤湿度监测,而利用散点图直接拟合干边会造成很大的不确定性。本研究采用改进的地表温度-植被覆盖特征空间进行地表通量的计算。该方法是基于能量平衡公式进行干边定位,从而减少干边确定过程中的不确定性。我们选取的17天的MODIS数据以及相应气象数据进行地表蒸散计算,并采用郑州的LAS观测站验证显热通量计算值,估算结果均方根误差（RMSE）、偏差（Bias）和相关系数平方（R^2）分别为44.06Wm^-2、36.99Wm^-2和0.71。总体来讲,通过能量平衡公式确定的理论干边相比通过散点图拟合的实测干边更合理。     

模拟增温和改变降雨频率对干旱半干旱区土壤呼吸的影响

温度和降水是干旱半干旱区土壤呼吸的重要扰动因子,全球气候变化导致的未来干旱半干旱区增温和降水变率增大对土壤呼吸有着重要影响。研究通过人工设置P_16×2.5mm、P_8×5mm、P_4×10mm、P_2×20mm、P_1×40mm的降雨频率梯度和增温2 ℃左右的控制试验,探讨不同降雨频率和增温处理对干旱半干旱区土壤呼吸的影响,以及土壤呼吸与土壤温湿度的关系及其对降雨频率改变的响应。结果表明：降雨频率和增温单独对土壤呼吸具有极显著影响（P<0.001）,但是两者之间并无交互作用（P>0.5）;在降雨量一定的情况下,土壤呼吸速率随着降雨频率的减小而减小,即多频率小降雨事件激发的土壤呼吸速率大于小频率大降雨事件;增温促进土壤呼吸,提高了约11%的土壤呼吸。本结果有助于对未来干旱半干旱地区全球变暖背景下降雨格局的改变对土壤呼吸产生的影响进行预测,同时也为进一步估算该区域生态系统的碳收支提供参考数据。     

半干旱地区地表水平衡的特征和模拟

作者分析了我国半干旱区草原典型地区的水量平衡的特点。由于地处东亚季风区和西风带的过渡带,降水主要集中在夏季,且多短时间对流性降水,其中绝大部分消耗于蒸发,地表径流很少,土壤比较干燥。冬季积雪, 春季融雪集中,能产生较强的径流,这与夏季降水形成的径流构成双峰型特征,在我国半干旱区较为典型。由于这些特点,在地表水量平衡的计算和模拟中,蒸发的估算十分重要,为此在植被-大气相互作用模式 (AVIM) 中对水文过程作了改进,模式中包含了大气-植被-土壤间的能量和水分传输过程,特别是半干旱区地表蒸发和植被的蒸腾过程作了比较细致的处理,考虑了蓄满和超渗两种产流机制,同时采用了一个简化的雪盖模型。以此模型模拟了内蒙古半干旱草原上锡林河流域的地表水文过程。计算结果显示,半干旱区地表水平衡,蒸发大而径流小及产流的春夏双峰型特征都能很好地模拟。这些过程的参数化方案也适用于非干旱区。     

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。     

青藏高原腹地多年冻土区地表反照率的季节变化及主要影响因子

准确获取青藏高原地表反照率的季节变化特征对高原地表能水循环研究具有重要意义。本文利用青藏高原多年冻土区西大滩和唐古拉2007年的气象及辐射数据,运用相关分析方法研究了太阳高度角、积雪及活动层冻融过程对地表反照率变化的影响。结果显示:冷暖季降雪过程中地表反照率的变化差异较明显;地表无积雪覆盖期间,地表反照率与气温和表层土壤含水量呈反相关关系。利用多元回归分析法构建了以积雪日数和气温为影响因子的月均地表反照率计算回归方程,经检验与观测值对比平均相对误差为7.1%,可用于青藏高原北部地表反照率的估算。     

基于允许流失量和正负地形源汇理论的喀斯特关键带土壤侵蚀研究

喀斯特地区下垫面的特殊复杂性使得地表发生显著坡面径流需要达到更大的降水累积阈值,碳酸盐岩岩石成土速率的缓慢和空间异质性导致喀斯特地区的土壤存量被严重高估和均一化等,因此,传统经典的土壤侵蚀模型在喀斯特地区难以适用。本文依据喀斯特关键带岩性的差异,确定其有效降水侵蚀阈值,并对降雨侵蚀力进行重新测算;根据碳酸盐岩化学成分的差异,计算其成土速率并作为土壤允许流失量;通过地貌—水文分析法提取喀斯特洼地空间分布信息,对喀斯特关键带土壤侵蚀算法进行多次改进和创新。结果显示：① 传统算法忽视了喀斯特关键带下垫面的特殊性,致使其平均降雨侵蚀力被高估47.35%,且喀斯特区域的平均降雨侵蚀力仅相当于非喀斯特区域的59.91%;② 传统算法可能将一些无土或少土可流区计算为土壤的高侵蚀量区,而连续性碳酸盐岩、碳酸盐岩夹碎屑岩、碳酸盐岩与碎屑岩互层的土壤允许流失量仅分别为0.21 t ha^-1 yr^-1、1.2 t ha^-1 yr^-1、2.89 t ha^-1 yr^-1;③ 传统算法通常将有坡度和耕作的洼地视为土壤侵蚀的高发区,但其实际应是地表侵蚀的沉积区,喀斯特洼地在空间上的连续性与碳酸盐岩的分布区基本重合;④ 传统算法高估土壤侵蚀面积27.79%,土壤侵蚀量47.72%。总之,传统经典模型会大大高估喀斯特地区的土壤侵蚀量,因此,应该建立一种精确适用的模型。另外,由于喀斯特地区的成土速率慢而土层薄、总量少,土壤允许流失量远低于非喀斯特区域侵蚀标准,应制定适用于喀斯特地区的土壤侵蚀分类分级标准和风险评价方法。     

奈曼沙地春小麦蒸散量及其分析

运用波文比-能量平衡法和大型蒸渗仪对沙地春小麦的蒸散量进行了连续的测定和估算,并对由于降雨和灌溉所引起的土壤有效水分变化与沙地春小麦蒸散量之间的相关关系进行了初步探讨。结果表明:①春小麦蒸散量在降水或灌溉后1~2 d最大,然后逐渐下降,说明春小麦的蒸散速度受土壤有效水分含量的影响;②春小麦出苗前和生长初期,蒸散以地表蒸发为主,蒸散量较小,感热通量和土壤热通量较大;随着时间推移,L AI(叶面积系数)逐渐增大,由于作物遮蔽,感热通量和土壤热通量减小,潜热通量对净辐射贡献增大;③测定期间,波文比在早晨日出前(5:00)达到最大,至下午15:00左右下降为最小,然后开始增大至次日凌晨;④应用波文比-能量平衡法估测的沙地春小麦蒸散量与大型蒸渗仪的测定值一致性较好,相关系数R²为0.9055。     

黑河流域中上游地区降水中氢氧同位素与温度关系研究

根据黑河流域中上游地区所取得的降水水样和降水气象资料,分析了该区域降水中氢氧同位素随温度的变化特征,研究了内陆河黑河流域中上游地区降水中氢氧同位素与温度的关系,揭示了降水中氢氧同位素随温度的变化规律。降水中氢氧同位素与温度有很好的正相关关系,且与降雨前后平均气温之间的相关性优于与降雨前和降雨后气温之间的,温度与δ~(18)O之间的相关性优于与δD的。在黑河流域,局地性降水的增加影响降水中氢氧同位素与温度之间的关系,在山前或山前盆地,因局地性降水增加,所以降水中氢氧同位素与温度的关系与山区相比较差。     

太行山区遥感卫星反演降雨产品降尺度研究

高时空分辨率降雨数据的获取对陆地水循环研究至关重要。遥感卫星反演降水产品虽然能有效再现降雨的空间格局,但存在空间分辨率较低的问题。以植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)和海拔高度为自变量,通过构建太行山区GPM降水(Global Precipitation Measurement Mission)的时滞地理加权回归模型,得到了2014—2016年研究区1 km分辨率GPM降水数据。研究结果表明：利用植被指数和海拔高度构建的时滞地理加权回归模型能够有效地对太行山月尺度GPM降雨数据进行尺度下延,在提高GPM数据空间分辨率的同时保留了原始数据的观测精度。考虑NDVI的时滞性提高了地理加权回归模型的降尺度效果,相对于多元线性回归模型和不考虑NDVI时滞效应的地理加权回归模型,时滞地理加权回归模型的降尺度结果与站点实测数据的确定性系数更高,RMSE更低。冬季降雨与第二年春季植被NDVI的关系较为密切,虽然采用第二年春季的NDVI作为解释变量构建降尺度模型能有效地提高冬季降雨的降尺度效果,但基于植被指数和海拔高度构建的时滞地理加权回归模型更加适用于植被生长季GPM降雨数据的降尺度研究。     

敦煌戈壁冬夏季地表辐射与能量平衡特征对比研究

利用敦煌戈壁夏（2006年7月）、冬（2007年1月1—10日）季观测得到的微气象资料,比较了夏、冬季敦煌戈壁的地表辐射平衡、能量平衡特征。分析了地表反照率（Albedo）与土壤特性的关系,发现地表反照率和表层土壤温度日变化呈反相关;冬季地表反照率和土壤湿度的线性相关差,夏季地表反照率和土壤湿度的线性相关性好;地表反照率和土壤热通量呈反相关,并且冬季二者的拟合性好于夏季。分析了降水前后各能量通量的变化,发现阵雨时感热H是变小的,降雨过后H和净辐射Rn有明显的增大,土壤热通量Gn在降雨过后也有增大,潜热LE变化微弱,对阵性降水强迫后的非平衡态的张弛时间大约为3 d。     

喀斯特的作用分类

对于喀斯特形态,可以根据它们在水文系统中的位置以及作用将其进行分类。这种分类可以概括如下: Ⅰ地表形态地表形态是由于局部降雨、降雪、凝结和迳流水的作用所形成的显见于基岩表面的溶蚀形态,它们的水流(地表的和地下的)的最终流路没有关系。目前,对暴露于石灰岩     

锡林郭勒草原地表反照率对气候变化的响应

在对锡林郭勒草原地区MODIS的地表反照率产品(MCD43C3)的可靠性进行评估的基础上,利用该产品分析了2002～2009年锡林郭勒草原地表反照率的变化及其与温度和降水的关系。结果表明:(1)MODIS的反演结果能够很好地反映地表反照率的季节变化和年际变化特征;(2)锡林郭勒草原可见光波段反照率的季节变化呈V字形,低谷出现在8月上旬,近红外波段的则呈U字形,低值时段为6～9月;(3)可见光和近红外波段反照率的年际变化特征基本一致,其与温度和降水的年际波动有显著相关关系,其中,温度与地表反照率仅在生长季初期和末期显著相关,分别是负相关(相关系数为-0.67)和正相关(0.63),降水量与地表反照率在整个生长季都显著负相关(-0.54～-0.76),并且其影响效果有2～3个月的滞后期。