中国区域的地表风速还在减弱吗?

20世纪60年代以来,全球地表风速呈现减弱趋势,即所谓的全球"地表静化"现象.然而,最新研究指出全球地表风速在2010年前后出现了转折性变化,呈现增大的趋势.那么,中国区域是否存在类似的现象呢?为了回答这个问题,本文基于1971～2019年地表风速的观测数据,分析了中国地表风速长期趋势的转折性变化及其区域差异.结果表明,中国区域平均年地表风速在2014年左右出现了转折性增强趋势,即中国的"地表静化"可能在2014年终止了,随后地表风速进入了显著的增强阶段.但是,这种转折性变化存在着明显的区域性和季节性特征.例如,在中国东北、新疆西部和青藏高原地区,其年和季节地表风速分别在2013/2014年、1993/1994年和2000年左右出现了转折性增强趋势;但在华北以西地区,仅有秋冬季地表风速在2007年左右出现了转折性增强趋势;中国南方仅有秋季地表风速在2012年左右出现了转折性增强趋势.而"地表静化"在中国东部沿海、南部沿海、华北和新疆东部地区仍在持续.     

青藏高原植被变化与地表热源及中国降水关系的初步分析

利用设在青藏高原的5个自动气象站（AWS）近地层梯度观测资料、归一化植被指数（GIMMS NDVI）和中国624个台站月降水资料,初步分析了青藏高原植被变化与地表热源及中国降水的关系．结果表明：青藏高原植被与地表热源之间存在明显的正相关关系．高原西部感热与NDVI的正相关关系较高原东部显著,而高原东部地表潜热与NDVI的正相关关系则好于高原西部．植被改善后,各季节地表热源以增加为主,尤其夏季,热源增量最大;冬、春季感热对地表热源增量贡献较大,潜热贡献相对较小;夏、秋季感热与潜热对地表热源增量贡献同等重要．青藏高原植被与中国夏季降水相关系数从南到北,呈“＋-＋”带状分布．植被变化引起的高原地表加热异常可能是影响中国夏季降水的重要因子之一．     

EOF模型分析北京周边气溶胶影响域气候变化显著性特征

利用1979~2000年TOMS气溶胶光学厚度和华北地区气象站日照时数、雾日数、低云量等资料以及EOF模型综合统计分析方法,研究冬季北京及周边城市群落的气溶胶分布特征及其对区域气候的影响效应问题,重点探讨了北京周边区域气候EOF模型特征向量变化显著区与气溶胶影响效应的相关联系.分析多年平均冬季TOMS气溶胶光学厚度的区域分布,发现北京及其南部周边地区“马蹄型”大地形谷地内存在南北向带状大范围相对稳定的气溶胶浓度高值区空间分布;冬季气溶胶光学厚度在北京与周边地区存在高相关影响区,在此气溶胶相互影响显著区,冬季气溶胶光学厚度与雾日数、低云量呈年际变化“同位相”特征,表明特定区域大气环流背景下,北京及周边地区气溶胶变化对该地区低云量、雾日数的年际变化存在影响效应.进一步通过EOF模型特征分析,揭示出华北地区冬季日照时数减少、低云量和雾日数增多气候变化区及其长期演变趋势,尤其EOF模型第一特征向量中日照时数、雾日数及低云量变化显著区与其20世纪80~90年代偏差显著区近似重合,且这些变化特征显著区域均与北京周边南北向带状气溶胶光学厚度高值区及其高相关区呈对应关系;日照时数、雾日数、低云量EOF模型第一特征向量时间系数与区域平均气溶胶光学厚度年际变化呈“同位相”特征,且均呈长期演变上升趋势.EOF模型分析描述出北京南部周边地区冬季日照时数减少、低云量和雾日数增多的区域气候变化主体特征,揭示出区域气溶胶影响效应,即多年平均冬季气溶胶光学厚度高值区以及日照时数、低云量和雾日数EOF模型第一特征向量变化显著区均位于北京南部周边城市群落区域,上述相关分布特征揭示出北京南部周边城市群落影响域存在气溶胶气候效应区域性增强的变化趋势.     

2013年1月中国东部持续性强雾霾天气产生的气象条件分析

2013年1月,在中国东部地区发生了强度强、持续时间长、发生范围广的雾霾天气．本文利用资料诊断,从大气环流背景场和雾霾天气演变过程两个方面,分析了气象条件在这次持续性强雾霾天气发生中的作用．结果表明,2013年1月东亚冬季风异常偏弱,在中国东部区域,对流层中低层的异常南风有利于水汽向中国东部地区输送,500hPa的高压异常抑制了对流的发展,而表面风速的减弱不利于近地面附近的雾霾向区域外输送,水平风垂直梯度的减小减弱了天气尺度扰动的发展和大气的垂直混合,对流层低层异常逆温层的存在使得大气近地层变得更加稳定．这些气象背景场为雾霾天气的维持和发展提供了有利的气象条件．对雾霾天气演变过程的分析表明,雾霾天气区域内的表面风速及其上空对流层中低层的水平风垂直切变对雾霾天气过程具有动力影响,二者偏小（大）时雾霾天气偏强（弱）;对流层中低层的层结不稳定性以及近地面层的逆温状况和温度露点差对雾霾天气的演变可以产生热力影响,层结不稳定性和逆温偏大（小）以及温度露点差偏小（大）时雾霾天气偏强（弱）．多元线性回归分析的结果表明,热力和动力因子对这次雾霾天气过程具有大致相同的作用,气象因子可以解释超过2／3的雾霾天气逐日变化的方差,方差贡献达到0．68．     

基于HJ-1B卫星的玉树M_S7.1地震地表温度异常识别

基于中国HJ-1B卫星热红外数据,对2010年玉树M_S7.1地震区进行地表温度(LST)研究。研究结果显示,2010年4月初LST异常值最初出现在毗邻震中的西南部,并且主要沿属于应力增强区的扎那曲-着晓断裂和杂多-上拉秀断裂分布;之后异常幅度逐渐增强,异常区域逐渐扩大至震中区域,但主要高值异常区依然位于震中西南部且沿着断裂带分布,显示出地表升温异常与断裂构造的相关性;在地表温度变化的过程中,4月14日发生了玉树M_S7.1地震,然后异常现象逐渐减弱,4月26日异常区域的LST值明显低于18日的数值并逐渐消散,5月中下旬该区域LST值恢复至正常状态;地震前后的LST异常呈出现-扩散集中-衰减-消失的变化过程。同时,以相同方法和标度计算了2009年同区域、同时段的LST值作为背景信息,进一步印证了2010年4月14日青海玉树M_S7.1地震LST临震异常的可靠性。     

中国西南区域孕震区电离层TEC变化长时间序列分析

通过中国地壳运动网络提供的GPS观测数据,获取了高精度电离层TEC分布,采用滑动四分位法分析了中国西南区域2008年4—10月(太阳和地磁活动平静时段)6次连续的MW6.0以上地震期间孕震区电离层TEC长时间变化及其异常分布;并在此基础上利用GIM数据对比分析了全球TEC变化特征。鉴于电离层主要受到太阳和地磁等空间天气的影响,将TEC变化与太阳EUV辐射、行星际磁场南向分量IMF Bz以及地磁活动指数Dst和Kp进行了比较。结果发现,该时段内电离层TEC异常扰动与太阳和地磁活动有很好的相关性;除汶川地震外,其他地震前没有发现明显的跟地震相关的TEC异常扰动现象。同时,对比分析了与上述研究区位于同一地磁纬度的"检验区"(30°~50°E,15°~35°N)的GPS TEC随时间变化和异常分布情况,结果显示TEC异常分布的时空特征与研究区域较为一致。由于电离层是一个复杂的系统,其扰动具有多源性,而且地震电离层扰动现象是复杂多变的,因此需要联合地基和天基手段共同观测,并加强其机理研究。     

暖季中国东部气溶胶“影响显著区”的气候变化特征

通过分析近20多年来暖季东亚区域大气气溶胶的分布和变化特征及其与各种气象要素之间可能存在的相关关系,发现暖季TOMS气溶胶光学厚度高值区、其与日照时数、地面气温的显著负相关区,与低云量的显著正相关区均位于华南地区,并据此将该地区称为暖季中国东部的气溶胶“影响显著区”．然后对比分析了地面观测的气温、日照时数、低云量等气象要素在不同区域的变化差异,发现中国东部暖季大气气溶胶“影响显著区”内低云量增加、日照时数减少的变化特征较“影响显著区”外表现得更加显著,而“影响显著区”内地面气温的增温趋势比“影响显著区”外明显偏弱．研究结果表明,近20多年来,暖季华南气溶胶“影响显著区”内具有低云量显著增加,日照时数明显减少而地面气温增温趋势不明显的区域气候变化特征,且与“影响显著区”外的气候变化具有显著的差异．因此大气气溶胶的气候效应可能是中国东部地区暖季气候变化存在南北差异的原因之一．     

川滇地区重力场特征及其与区域强震的关系

本文利用最新超高阶重力场模型EIGEN-6C2、全球DEM模型topo_15.1.img和地壳模型CRUST1.0等数据,研究了川滇地区的不同类型的静态重力场(自由空气重力异常、布格重力异常和剩余均衡重力异常)分布特征,探讨了区域强震与静态重力场之间的关系.整体上看,川滇地区自由空气重力异常FA与地形镜像关系明显,说明地形效应对重力场影响较大;由于扣除了地形效应,区域布格重力异常格呈现西北低、东南高的特征,总体反映了川滇地区地壳厚度变化的基本格局,并在此之上,叠加了各种强度不等的局部异常;利用Parker方法正演了Moho起伏引起的地表重力变化,将其从区域布格重力异常中扣除,得到反映地表密度分布的剩余重力异常.通过对比2000年以来发生的区域大震震源机制与不同静态重力场分布特征可知,逆冲/正断型地震(如汶川地震、芦山地震)往往发生在静态重力异常的高梯度带上,而走滑型地震(如玉树地震、鲁甸地震)发生在重力异常变化较为平稳的区域,这可能与断裂的性质及其所处构造环境有关.     

遥感区域地表植被二氧化碳通量的机理及其应用

提出了一个计算二氧化碳通量的遥感模型和根据遥感数据和辅助的微气象参 数估算区域分布的算法．在中国科学院禹城综合试验站利用光谱仪、红外测温仪、波文 比和涡度相关测试系统,在冬小麦生长期进行了连续的野外观测．二氧化碳通量和地 面模拟遥感数据２种信息流同时获取．从而建立了遥感模型,开展了与卫星的地面同步 观测．利用ＮＯＡＡ－ＡＶＨＲＲ数据和地面辅助数据,作出了华北地区白天的二氧化碳通 量区域分异影像图．根据此图地表植被二氧化碳的汇可以一目了然．     

植被覆盖状况影响中国地表气温变化的观测事实

利用NOAA/AVHRR归一化植被指数（NDVI）及观测气温与再分析地表气温的差值（Observation Minus Reanalysis, OMR）分析了植被覆盖状况对中国地表气温变化的影响.结果表明,地表气温OMR趋势值与NDVI在空间上呈现出显著的负相关关系,植被覆盖状况差（NDVI小于0.1）的区域地表升温较为显著,气温OMR趋势值超过0.2℃/10a,而植被覆盖度高（NDVI大于0.5）的区域气温OMR趋势值则变化不大,甚至出现降温.气温OMR趋势值对植被的季节变化还有着敏感的响应.不同区域植被覆盖状况的差异可能导致中国地表气温变化对全球变暖的响应不同,预测中国未来气候变化需要考虑植被覆盖状况及其动态变化的影响.     

近30年中国陆地植被活动遥感监测

陆地植被作为地球陆地表面重要的组成部分,其变化直接影响着地球系统物质与能量的平衡.采用1982~2006年NOAA/AVHRR的NDVI数据和2001~2009年MODIS的NDVI数据,从全国尺度上,分析了近30年来农业植被、森林植被、草地植被与稀疏植被区植被活动的变化特征,并利用气候数据与农业生产统计数据探讨了他们之间的关系.研究结果显示:近30年来中国陆地植被活动整体趋于增强,但在不同时期、地区差异较大;植被活动变化在区域上受人为因素的影响明显,如在西北稀疏植被区与南方森林植被区;通过对农业生产统计数据的分析发现,植被活动直接左右着农业生产,但在时间上存在一定的滞后性.     

GOCE卫星监测的中国区域重力异常

介绍了利用最新一代重力卫星GOCE(Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer)重力场模型数据计算重力异常的原理和方法,采用最新发布的GOCE重力场模型数据(2009年10月-2010年7月)计算了中国区域(70°～130°E,15°～55°N)的重力异常,为了进一步分析重力异常与区域地质构造及地震活动性的对应关系,将计算结果与中国区域地形、地震活动区域等资料进行了对比分析,结果表明利用GOCE重力场模型数据计算的重力异常能够较好的反映区域地质构造分布特征,而且强震震中通常位于重力异常变化剧烈的高梯度带上.     

利用地震层析成像数据修正中国西北地区莫霍界面深度

考虑到地壳和上地幔密度异常对地表重力的影响,本文提出了修正单纯利用重力资料 反演地壳厚度的算法．该算法利用地震层析成像结果推算出地壳和上地幔密度异常分布,然 后计算由此分布引起的地表重力异常,再从观测布格重力异常中扣除上述密度异常引起的重 力效应,最后在地壳均衡假设的基础上顾及到对反演参考深度的修正,直接反演区域地壳厚 度．本文利用胥颐等地震层析成像的数据,修正了中国西北地区莫霍界面的深度．结果表明, 该区域地壳和上地幔密度异常引起的地表重力异常值为——60times;1O-5m／s2～30times;10-5m／s2． 与直接使用布格重力异常反演地壳厚度相比较,该密度异常对该区域莫霍界面将产生约6 km 的修正．本方法使得利用重力数据反演地壳厚度在理论上更为完备,实际应用中也比较可 行,为更进一步逼近莫霍界面的真实形态提供了一种途径．      

利用GRACE时变重力场探测2010年中国西南干旱陆地水储量变化

GRACE(Gravity Recovery And Climate Experiment)卫星计划为监测陆地水储量变化提供了有效技术手段.本文采用2003至2010年共计8年的GRACE月重力场模型反演中国西南区域陆地水储量变化,与GLDAS(Global Land Data Assimilation System)全球水文模型进行对比分析,其结果在时空分布上均符合较好,同时在2009年秋至2010年春该区域陆地水储量均呈现明显减少,与该时段云贵川三省的干旱事件相一致;比较分析了2009年秋至2010年春GRACE反演陆地水储量变化与TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)合成数据计算的月降雨量的时空分布,两组结果均与西南干旱事件对应时段与区域十分吻合;对近8年的陆地水储量变化与月降雨量数据进行相关性分析,其结果表明陆地水储量变化与降雨量强相关,即降雨量是导致陆地水储量变化的主要因素;分析该区域地表温度变化,结果显示2009年9月至2010年3月地表温度均比历史同期高,地表温度的升高加剧了陆地水储量的减少.     

中国当代土地利用对区域气候影响的数值模拟

使用RegCM3区域气候模式，嵌套欧洲数值预报中心(ECMWF)ERA40再分析资料，分别进行了中国区域在实际植被和理想植被分布情况下各15年时间长度（1987-2001）的积分试验，以研究我国土地利用状况对气候的影响。通过两个试验结果的对比，研究了我国土地利用状况对气候的影响。分析主要集中于气温、降水等的变化上，并对结果进行了统计显著性检验。结果表明，当代土地利用/植被覆盖变化加强了中国地区冬、夏季的季风环流，同时改变了地表能量平衡状况，从而对各气候要素产生重要影响。冬季，植被改变引起长江以南降水减少、气温降低，长江以北降水增加。夏季，植被改变显著影响了南方地区的气候，使得这里降水增多，黄淮、江淮气温降低，华南气温上升；同时引起中国北方降水减少，气温在西北部分植被退化地区升高。植被变化对日最低、最高气温的影响更大。总体来说，土地利用引起了年平均降水在南方增加、北方减少，年平均气温在南方显著降低。     

1994-2018年松嫩平原西部月亮泡水淹区生态变化及其对水淹频次的响应

半干旱内陆地区的湖泊湿地是一种特殊的生态系统,季节和年际时间尺度上的湖泊水文变化对湖泊湿地生态结构和功能有着重要影响.近20年来,月亮泡湖泊湿地经历了自然和人为因素共同作用下的水文波动过程.为了实现大尺度地表生态年内/年际变化检测,更好地了解湖泊年际水淹范围及其水淹频次对内陆湖滨湿地生态的影响,基于1994—2018年Landsat TM/OLI影像数据(30 m),首先,计算提取月亮泡的年际水体信息和水淹频次,进而获取湖泊年际淹没范围.其次,采用综合生态指数变化检测法提取生态信息,选取3个标准观测年(1995、2006、2016年),从年内变化和年际变化视角分级评价了研究区生态变化,并分析了水淹频次与湿地生态变化的关系.最终,现有研究表明:湖泊年际水淹区主要分布在月亮泡的北侧与西侧尾闾,月亮泡湖泊湿地北侧的年际水淹频次更为显著.湖泊面积的扩展与自然湿地的减少是月亮泡水淹区域的主要变化类型.在这种变化情况下,研究区水体指数累积量的增加与植被指数累积量的衰减成为显著的生态变化特点.月亮泡湖泊年际水淹频次在一定时间和空间上影响着水淹区域的植被生产能力,水淹的低频波动是研究区植被累积量增加的关键因子.因此,在湿地生态恢复与管理过程中,维持合理的水文波动,恢复月亮泡北侧与西侧沼泽湿地是该区域内生态保护的核心措施.     

植被变化驱动机制的样带研究

采用以植物功能型为基础的中国气候-植被分类模型,利用中国1951～1980年30年的气象数据及全球最低和最高温室气候排放方案下的未来气候情景（SRES-B2和SRES-A2）,模拟了中国东北样带和中国东部南北样带的植被分布格局及其变化．结果表明,植被分布格局在未来气候变化情景下将发生重大变化,而驱动植被分布格局变化的关键因子是热量和水分,但是不同植被类型的变化对热量和水分的响应程度不同．植被变化对热量的敏感性要大于水分,未来气候变暖将对植被分布格局产生重大影响．     

鲁甸M_S6.5、芦山M_S7.0、汶川M_S8.0地震前区域重力场时变

利用川滇地区不同时-空尺度的重力复测资料,系统分析了区域重力场时-空动态变化及其与2014年云南鲁甸MS6.5、2013年四川芦山MS7.0和2008年四川汶川MS8.0地震发生的关系。结果表明:1)强震发生前,重力场出现较大空间范围的区域性重力异常及与测区主要断裂构造带走向基本一致的重力变化高梯度带,可能反映地震前区域应力场的增强及沿主要断裂带在地震孕育发生期间发生了引起地表重力变化效应的构造活动或变形;2)多时-空尺度的重力场动态变化图像均出现较显著的相对重力异常变化,随着累计时间的增长,重力变化更为显著,可视为强震的中期前兆信息,强震主要发生在重力场变化分布差异较为剧烈的地区;3)重力场动态变化对强震的地点预测具有重要指示作用,大区域重力网能较好地判断强震主体地区,时-空分辨率较高的省局区域重力网能较好地判定强震发震地点,为更好地判定强震发震位置,则需要相应的更密集的观测网点控制;4)文章第一作者在汶川、芦山、鲁甸地震前的中期预测尤其是地点预测均取得较好成效。基于上述认识,进而强调在研究区形成的一些重力变化异常部位可能仍存在大震中-长期危险背景,需继续加强监视。     

应用EOS/MODIS卫星资料反演与估算西北雨养农业区地表能量和蒸散量

应用定西地区的陆面过程野外观测资料和四次EOS_MODIS卫星资料,对典型的西北半干旱雨养农业区的基本地表特征参数进行反演,在此基础上对各能量通量和蒸散量进行估算,进而分别分析其季节和空间变化.结果表明：应用卫星数据估算的各参量的相对误差基本都在20%以内,其空间和时间变化基本反映了当地的实际情况;区域各通量和日蒸散量分布极不均匀,表现为四季相差比较大的单峰型变化特征,冬季最小、其次是秋季、夏春两季最大;与面积较大的中、低植被覆盖度区域相比,小范围的高植被覆盖度区域的地表净辐射、潜热和日蒸散量相对较高,土壤热通量和显热通量相对较低,并且都在春、夏季节表现得更加显著.低、中植被覆盖度区的各能量通量的季节变化不显著的特征反映了半干旱西北雨养农业区土壤的干土层相对比较厚的特征.     

北京城市热岛的时空变化分析

利用1987、1999、2000、2001、2002和2005年六幅陆地卫星影像研究北京市规划区地表城市热岛（SUHI）．首先用决策树分类法进行分类,得到六幅不同时相的土地利用／覆盖分类图像．根据Artis＆Carnahan算法利用热红外通道的灰度值计算地表辐射亮温,基于分类结果进行比辐射率纠正,计算地表温度．通过分析北京市规划区1987～2005年间地表城市热岛的特征,发现不同土地利用／土地覆盖类型与地表城市热岛有密切关系;2001年、2002年和2005年影像中市区的热岛分布的破碎度增加,由原来的集中分布慢慢向周围扩散,并在市区中心植被覆盖高的区域出现蓝色“凉爽”区;地表城市热岛增加的区域与城市扩展区域一致,城市化过程是城市热岛面积不断增加的主要的原因．