渭干河灌区参考作物潜在腾发量的计算及相关分析

利用Penman公式，根据位于渭干河灌区内的库车、沙雅、新和三县气象站1992～1996年气象观测资料，计算了参考作物潜在腾发量并建立了参考作物潜在蒸发量与其它气象要素的经验关系。根据这些经验关系进行参考作物潜在腾发量的估算，其结果可供该地区作物耗水量等研究时参照使用。     

云南干季月蒸发量与常规气象要素的关系

基于112个站点干旱期4月39年蒸发皿蒸发量和常规地面气象观测8要素数据,应用EOF和典型相关分析,深入论证各常规气象要素与气候蒸发量的相关性,分析并比较各要素对蒸发量场总方差的解释能力;同时应用线性回归分析作为验证,并探寻多气象要素对蒸发量模拟的最优要素组合。结果显示,从单要素影响角度分析,常规地面气象观测要素与蒸发量相关性的排列次序为：平均相对湿度＞平均气温＞平均地面温度＞日照时数＞平均风速＞平均水汽压＞气压＞降水量,这与蒸发的热力学和动力学理论解释相一致。回归分析验证了典型相关的主要结果;单个常规气象要素中平均相对湿度对气候蒸发量的模拟效果最好;基于平均相对湿度、平均气温、风速、日照时数和平均水汽压资料的前3个要素组合和全部5要素组合,分别是简便普通精度和高精度需求下常规气象要素推算模拟气候蒸发量的最优要素组合。本文加深了对气候蒸发量的相关认识,并对其模拟推算和空间分布量化有重要指导意义。     

运用小波变换与支持向量机耦合模型(WA-SVM)预测干旱区地下水埋深

准确预测干旱区地下水埋深,对区域地下水资源的合理开发利用与生态环境保护具有十分重要的意义。以额济纳盆地3个地下水埋深观测井为对象,运用小波变换与支持向量机耦合模型（WA-SVM）对观测井未来1个月的地下水埋深进行了短期预测。为检验WA-SVM的有效性,将模拟结果与未经小波变换的SVM模型进行了对比。结果表明：在对干旱区地下水埋深进行短期预测时,相较于SVM模型,WA-SVM模型的预测精度显著提高。WA-SVM模型在干旱区地下水埋深预测中有更好的适用性,可以为干旱地区地下水埋深动态预测提供新的方法和思路,是资料有限的条件下地下水埋深预测的有效方法。     

1957-2012年讨赖河流域潜在蒸发量变化

在气象观测数据基础上,运用数理统计方法对讨赖河流域1957-2012年潜在蒸发量变化的研究表明：（1）讨赖河流域潜在蒸发量的季节变化不尽相同,秋、冬季潜在蒸发量20世纪60、70年代偏少,80、90年代及2000年后偏多;春、夏季潜在蒸发量60、80年代偏高、90年代及2000年以后偏低,年和湿季变化趋势相似,均表现为60-80年代偏低,90年代及2000年以后偏高。（2）就年际变化而言,年和湿季潜在蒸发量的变化趋势较为相似,季节潜在蒸发量均表现为增加趋势,夏季增幅最大,秋季最小。（3）各季节和年序列均存在10～15年的短周期变化及26～28年的长周期变化。（4）流域春、夏、秋、冬以及年和湿季潜在蒸发量分别在1995、2000、1984、1980、1997年和1992年突变增加,并通过了0.01的显著性水平检验;干季潜在蒸发量经历了两次突变增加,分别发生在1980年和1995年。     

基于广义加性模型估算1979-2014年三峡库区降水及其特征分析

高精度、长时间序列、空间连续的降水产品是气候分析、水文模拟等众多研究领域中的重要输入。近期欧洲研究人员融合了3种不同类型的降水数据：站点观测、遥感产品、再分析资料,制作了全球1979-2014年3小时一次0.25°空间分辨率的降水产品（Multi-Source Weighted-Ensemble Precipitation, MSWEP）,凭借高时空分辨率及其对多源信息的挖掘和融合,该产品一经发布即受到广泛关注。本文利用三峡库区及附近地区气象站点的降水资料对MSWEP月降水数据进行评估,采用广义加性模型算法（General Additive Model,GAM）融合站点降水空间插值结果和MSWEP产品,对三峡库区融合后降水进行分析。主要结论为：① 降水估算精度呈现冬春季偏高、夏秋季偏低的特征,MSWEP产品与站点插值方法具有互补性,前者对夏秋季降水估算精度更高,后者对冬春季降水估算精度更高;② GAM算法可以充分发挥站点插值和MSWEP数据各自的优势,提高区域降水估算精度,与融合前相比,均方根误差减少了17%~50%,相关系数r提高了10%~30%;③ 2003年库区蓄水前后降水变化的主要特征有：库区中部长江以南地区汛期降水（5-10月）下降,库区西部干季（1-4月,11-12月）降水增加,库区外围西北部（大巴山地区）汛期降水增加,降水空间格局异质性增加,干季降水占全年降水比例升高。     

风速分辨率对土壤风蚀模数计算结果的影响

风是土壤风蚀的驱动力,风力直接影响土壤风蚀的强度。风速是土壤风蚀预报模型的主要输入参数,高时间分辨率和高空间分辨率的风速数据能提高模型模拟效果。为对比风速处理方法及风速数据时空分辨率对模型模拟结果的影响,基于修正风蚀模型（RWEQ）评估该模型对于各输入参数的敏感性,分别选取中国北方农牧交错带内130个气象站（基准气候站和基本气象站）中不同类型及不同数量的气象站数据,利用线性插值法和风蚀预报系统（WEPS）的WINDGEN风速生成法将1日4次风速数据和1日2类风速数据生成24 h风速数据输入模型,结合1日4次风速数据直接输入模型构建了不同气象站数量及不同风速数据类型的6种模拟情景,计算了研究区在不同模拟情景下的潜在风蚀模数。结果表明：RWEQ模型估算的区域潜在风蚀模数会随气象站点的数量和风速时间分辨率的提升而增加;风速数据的线性插值方法在RWEQ模型中应用效果不理想,与WEPS模型的WINDGEN风速生成方法相比,线性插值法使地面2 m处大于临界起沙风速（5 m·s^-1）的风速频率降低,过低估计潜在风蚀模数和区域土壤风蚀状况。     

基于遥感-生态过程的绿洲-荒漠生态系统净初级生产力估算

针对干旱区特有的气候-植被特征,利用卫星遥感混合像元分解技术对干旱区植被进行了光合作用植被和非光合作用植被区分和组分解析,尝试通过对于旱覆被植被灌层结构进行解析而解决因植被光能吸收的估算问题,并参考国际上遥感-生态模型GLO-PEM和CASA,借助遥感生态反演的物理分析,初步构建起基于遥感与生态过程的干旱区适用的光能利用率模型NPP-PEM,并以ERDAS IMAGINE为平台,实现了模型可视化模型界面,可用于中国西部干旱区山地-绿洲-荒漠生态系统年净第一性生产力的估算.由于考虑了干旱植被生理特征和灌层结构的光能利用模型,模拟结构与原理更加合理完善,为引入其他生态模型应用或移植到干旱区提供借鉴,从而为中国干旱区陆地生态系统碳循环研究开辟了途径.     

湖南月蒸发量的时空变化特征及其与月平均气温的相关性

运用经验正交函数（EOF）和交叉小波变换法,分析了湖南省1981―2013 年月蒸发量的时空分布特征及其与月平均气温之间的非线性交互关系。月蒸发量的EOF 分解表明：前3 个空间模态的累计贡献率达77.9%。其中EOF1（63.4%）揭示了湖南省月蒸发量最主要的时空分布特征呈东西反向型,体现出月蒸发量与高程之间存在一定的负相关性;EOF2（8.5%）具有正负位相频繁交替的时间系数,反映了更为复杂的时空变化特征;EOF3（6.0%）的值自西北向东南呈“＋、-、＋”分布。然后,分别选用洪江、桑植和新晃站作为3 个空间模态的代表站点,并计算出各站点的月蒸发量与月平均气温之间的交叉小波谱和小波一致性,结果表明：两者之间的相关性在8~16个月的时间尺度下最强,且其相位角均为0°,说明气温对蒸发量的影响在该时间尺度下最为显著且不存在时滞效应,但在＜8 个月和＞16 个月的时间尺度下,强相关性的出现频率和分布以及相位角的方向沿时间轴均呈现出较大的差异性。     

基于LM-BP神经网络的西北地区太阳辐射时空变化研究

定量模拟太阳辐射对认识西北地区气候变化至关重要,但西北地区辐射站点稀少,而气象站点较多,利用众多的气象站点观测值模拟太阳辐射是获得太阳辐射数据很好的方法之一。利用LM (Levenberg-Marquardt) 算法对普通的BP神经网络进行优化（优化后的BP神经网络简称LM-BP神经网络）模拟太阳辐射,通过与传统气候模型模拟的太阳辐射结果对比发现,LM-BP神经网络模型的模拟精度最高,模拟值与实测值的拟合程度明显优于H-S模型和A-P模型。由此利用西北地区159个气象站点的气象数据和LM-BP神经网络模型模拟了1990~2012年这些气象站点的太阳总辐射月总量,将LM-BP神经网络模拟的气象站点的太阳辐射和25个辐射观测站的实测太阳辐射数据相结合,通过空间插值得到了西北地区太阳总辐射的空间分布,并分析了其时空分布及变化特征。研究结果发现西北地区1990~2012年的年均总辐射月总量变化为262~643 βMJ/m²,呈现“中间高,两端低”的空间分布特征。LM-BP神经网络模型的模拟精度高,是一种很有发展前景的辐射模拟方法,可将其应用在无辐射观测地区的太阳辐射模拟中。     

土体水分潜在蒸发确定方法研究进展

以相关领域关于土体蒸发模型研究成果为基础,结合岩土工程蒸发过程的特点,对确定土体潜在蒸发量方法的发展及现状进行介绍,并对每种理论模型的适用条件及参数的确定等进行分析。结果显示：（1）特定的地区、气候条件下,通过多种理论模型对比分析,确定相对合适的理论模型估算潜在蒸发量是必要的。（2）气象参数的区域性很明显,即使是具有相似气候特征的小区域,不同气象站提供的气象资料反演的气象参数也不相同,故根据气象资料反演得到的气象参数要进行修正。（3）现有蒸发测量技术应用于岩土工程的蒸发测量中有待进一步深入研究发展。提出该课题在岩土工程领域今后的研究方向,包括土体稳定蒸发阶段蒸发机制、蒸发的滞后效应、夜间土体水分变化对蒸发的影响、通用蒸发模型的建立及实测蒸发量的尺度效应等。     

A general model for estimating actual evaporation from non-saturated surfaces

Based on energy balance equation and mass transfer equation, a general model to estimate actual evaporation from non-saturated surfaces was derived. Making use of two concepts, "relative evaporation" and "relative drying power", a relationship was established to account for the departure from saturated conditions. Using this model, the actual evaporation (evapotranspiration) can be calculated without the need of potential evaporation estimation. Furthermore, the model requires only a few meteorological parameters that are readily and routinely obtainable at standard weather stations. Based on nearly 30 years data of 432 meteorological stations and 512 hydrological stations in China, in combined with GIS, nine typical river basins were selected. Using the data of the selected river basins, the model was tested. The results show that the actual evaporation rate can be estimated with an error of less than 10% in most areas of China, except few years in the Yellow River Basin.     

陆面实际蒸散研究

从能量平衡方程和热传导方程出发,引进"相对蒸散"和"相对干燥力",建立了用常规气象资料估算实际蒸散的理论模式。该模式避免了计算实际蒸散需首先计算可能蒸散这一过程,从而解决了由于采用不同的"可能蒸散"估算方法带来的误差。利用近30年的水文、气象等资料,在全国选择了九个有代表性的流域。对流域年实际蒸散量的模拟结果显示,除黄河流域部分年份外,可以将陆面年实际蒸散量的估算误差控制在10%以内。     

A general model for estimating actual evaporation from non-saturated surfaces

Based on energy balance equation and mass transfer equation, a general model to estimate actual evaporation from non-saturated surfaces was derived. Making use of two concepts, “relative evaporation” and “relative drying power”, a relationship was established to account for the departure from saturated conditions. Using this model, the actual evaporation (evapotranspiration) can be calculated without the need of potential evaporation estimation. Furthermore, the model requires only a few meteorological parameters that are readily and routinely obtainable at standard weather stations. Based on nearly 30 years data of 432 meteorological stations and 512 hydrological stations in China, in combined with GIS, nine typical river basins were selected. Using the data of the selected river basins, the model was tested. The results show that the actual evaporation rate can be estimated with an error of less than 10% in most areas of China, except few years in the Yellow River Basin.     

广东蒸发皿蒸发量的变化特征及成因

利用广东86 个气象站1961-2008 年20 cm口径蒸发皿的实测资料,分析了广东小型蒸发皿蒸发量的变化趋势及其原因。结果表明,尽管在这48 年间广东年平均气温以0.21 ^oC/10a 的趋势递增,但是蒸发皿蒸发量总体上却以-54.67 mm/(10a) 的速度递减。蒸发皿蒸发量上升的地区只集中在粤中部分地区,下降幅度最大的地区则在粤西南、粤东沿海和珠江三角洲。通过对彭曼公式中能量平衡项和空气动力项的分析表明,粤中蒸发皿蒸发量的上升主要是因为供蒸发的动力上升幅度略大于能量下降幅度,而蒸发皿蒸发量的下降主要是供蒸发的能量和动力共同下降(或能量下降幅度远大于动力上升幅度) 所致。对各气象因子的趋势分析和相关分析表明,影响广东蒸发量的主要因子为日照时数和风速。     

MODIS-based air temperature estimation in the southeastern Tibetan Plateau and neighboring areas

Climatic conditions are difficult to obtain in high mountain regions due to few meteorological stations and, if any, their poorly representative location designed for convenient operation. Fortunately, it has been shown that remote sensing data could be used to estimate near-surface air temperature (Ta) and other climatic conditions. This paper makes use of recorded meteorological data and MODIS data on land surface temperature (Ts) to estimate monthly mean air temperatures in the southeastern Tibetan Plateau and its neighboring areas. A total of 72 weather stations and 84 MODIS images for seven years (2001 to 2007) are used for analysis. Regression analysis and spatio-temporal analysis of monthly mean Ts vs. monthly mean Ta are carried out, showing that recorded Ta is closely related to MODIS Ts in the study region. The regression analysis of monthly mean Ts vs. Ta for every month of all stations shows that monthly mean Ts can be rather accurately used to estimate monthly mean Ta (R2 ranging from 0.62 to 0.90 and standard error between 2.25℃ and 3.23℃). Thirdly, the retrieved monthly mean Ta for the whole study area varies between 1.62℃ (in January, the coldest month) and 17.29 ℃ (in July, the warmest month), and for the warm season (May-September), it is from 13.1℃ to 17.29℃. Finally, the elevation of isotherms is higher in the central mountain ranges than in the outer margins; the 0℃ isotherm occurs at elevation of about 4500±500 m in October, dropping to 3500±500 m in January, and ascending back to 4500±500 m in May next year. This clearly shows that MODIS Ts data combining with observed data could be used to rather accurately estimate air temperature in mountain regions.     

基于Modis地表温度的青藏高原东部及其邻近地区气温估算(英文)

Climatic conditions are difficult to obtain in high mountain regions due to few meteorological stations and, if any, their poorly representative location designed for convenient operation. Fortunately, it has been shown that remote sensing data could be used to estimate near-surface air temperature (Ta) and other climatic conditions. This paper makes use of recorded meteorological data and MODIS data on land surface temperature (Ts) to estimate monthly mean air temperatures in the southeastern Tibetan Plateau and its neighboring areas. A total of 72 weather stations and 84 MODIS images for seven years (2001 to 2007) are used for analysis. Regression analysis and spatio-temporal analysis of monthly mean Ts vs. monthly mean Ta are carried out, showing that recorded Ta is closely related to MODIS Ts in the study region. The regression analysis of monthly mean Ts vs. Ta for every month of all stations shows that monthly mean Ts can be rather accurately used to estimate monthly mean Ta (R2 ranging from 0.62 to 0.90 and standard error between 2.25℃ and 3.23℃). Thirdly, the retrieved monthly mean Ta for the whole study area varies between 1.62℃ (in January, the coldest month) and 17.29℃ (in July, the warmest month), and for the warm season (May-September), it is from 13.1℃ to 17.29℃. Finally, the elevation of isotherms is higher in the central mountain ranges than in the outer margins; the 0℃ isotherm occurs at elevation of about 4500±500 m in October, dropping to 3500±500 m in January, and ascending back to 4500±500 m in May next year. This clearly shows that MODIS Ts data combining with observed data could be used to rather accurately estimate air temperature in mountain regions.     

中国高分辨率温度和降水模拟数据的验证

PRISM模型是一种基于地理特征和回归统计方法生成气候图的模型。基于中国及其周边国家地区2450多个气象台站观测数据,以PRISM模型模拟生成了中国2.5′×2.5′(≈4～5km)逐月温度和降水数据。利用独立于模拟数据的中国生态系统研究网络18个野外观测站的长年气候观测数据,检验了PRISM模型的模拟结果,表明PRISM模型较好地模拟了我国温度和降水的空间分布及季节变化,除了在高山和亚热带地区由于地表覆盖和局部地形的差异影响模拟结果,其模拟值与实测值之间的趋势线同1∶1线基本一致,具有显著相关关系,其中降水效果略差     

卫星遥感结合气象资料计算的中国干旱区夏季地面感热特征

选用美国国家海洋和大气局(NOAA)系列卫星观测的1982-2006年历年夏季每半月合成的归一化差值植被指数(NDVI)数据资料和针对我国西北干旱区不同下垫面的Ch-INDV参数化关系式,计算了我国110°E以西/35°N以北区域内84个气象站历年夏季各月的地表热力输送系数Ch值和地面感热通量序列,并将其与ERA-40再分析感热资料进行了比较分析。随后,通过数理统计和经验正交函数(EOF)分析方法,研究其时空分布的基本特征和异常变化的演变规律及其东、西部地面感热年际变化的差异。主要结论为:(1)我国西北干旱区夏季地面感热通量实际计算值与ERA-40再分析感热资料相比,两者在值的大小、分布形势和年际变化趋势上均较一致,但感热实际计算值的空间分布更加明显地突出了各气象站所在区域的局地特征。(2)对西北干旱区夏季地面感热EOF分析表明,第一模态反映了全场一致的空间变化,第二和第三模态在干旱区东部和西部区具有不同的南北反向或东西反向的空间变化。第一和第二主分量有较明显的年代际或更长时间尺度的周期变化,第三主分量的年际变化较明显。(3)西北干旱区东部和西部夏季地面感热输送具有相反的年际变化趋势,干旱区东部呈逐年增加的趋...