河西走廊中部干旱区陆面水分和辐射特征研究

利用河西张掖试验站2005年11月—2006年10月的陆面过程观测资料,研究了河西中部干旱区土壤温度、土壤湿度、降水量、地表反照率、地表辐射分量和土壤热通量等物理量的年变化和日变化特征及其影响机制,分析了土壤湿度与降水量的相关关系、地表反照率与降水量及土壤湿度的相关关系。结果表明:干旱荒漠地区土壤温度对太阳加热的响应比较迅速,而且年较差和日较差也比较大。地表层土壤主要受蒸发和降水的影响,土壤湿度变化响应得较快,而深层土壤湿度基本不受地表影响,在冬季土壤湿度变化对降水的响应要滞后1~2个月。降水量与5 cm土壤湿度的相关最好,与深层50cm的土壤湿度相关最差。地表反照率的起伏变化与降水过程对应的比较好,反照率的谷值正好对应降水过程比较集中的时段。地表反照率随土壤湿度的增大是减小的,两者的相关系数达到了0.7346。干旱荒漠区辐射分量年变化幅度普遍比较大,年平均日变化特征表现为非常典型而平滑的日循环形态。土壤冬季向大气输出热量而夏季转变为大气向土壤输入热量,且输入的热量要大于输出。随着季节变化,土壤热通量的日最大值冬季出现最晚、夏季最早,与20 cm土壤温度的变化趋势基本一致。     

吉林省春季土壤湿度与气候因子关系

利用吉林省2003—2018年春季土壤湿度数据及同期的气温、降水数据,分析了春季土壤湿度的时空分布特征及其与气候因子的关系.结果表明:吉林省春季土壤湿度总体上呈西低东高分布趋势,16 a无明显趋势变化,2010年是土壤由适宜、轻旱向适宜、偏湿状态发展的转折期.春季土壤湿度与降水量呈正相关关系,与平均气温为负相关关系.季节尺度上,影响春季土壤湿度的主要气候因子是前一年秋季和冬季降水量、前一年冬季平均气温、当年春季平均气温.候尺度上,气温影响时效为4候或以上;降水影响时效为1～2候.春耕生产服务中应重点关注前1～2候的降水情况.     

半干旱榆中地区最小有效降水量及降水转化率的研究

有效降水对于土壤水分的补充和农作物的生长来说是一个很重要的概念。通常认为大于5 mm的降水即为有效降水。但是有效降水的影响因素很多,在不同的地理环境和气候背景条件下,最小有效降水量也会有所不同。利用2006年6月—2011年3月兰州大学半干旱气候与环境观测站资料,从土壤湿度变化的角度出发,根据有效降水的定义,对甘肃榆中地区的最小有效降水量做了初步研究。通过分析该地区不同季节、温度和植被条件下不同土壤深度最小有效降水量,发现5、10、20 cm土壤层的最小有效降水量分别为4、5、8 mm。季节分布上,各层土壤最小有效降水量均为夏季最高,春季和秋季值较为接近。高温年的最小有效降水量高于低温年的值,生长季高于非生长季。在降水超过最小有效降水量并且量级较小时,随着降水量的增大,土壤湿度增量呈指数形式增大,这时降水的转化率也较高;而当降水达到一定量级时,超过了土壤的入渗率,水分以径流的形式损失,土壤湿度增量的变化率减小,降水的转化率也趋于一定值。0—20 cm土壤层降水转化率达到70%。     

黑龙江省土壤湿度及其对气温和降水的敏感性分析

气温和降水量变化是影响土壤湿度变化的主要原因,研究土壤湿度对气温和降水的敏感性对区域农业生产、生态环境治理和经济可持续发展有重要意义。采用1984-2007年黑龙江省73个气象观测站的气温、降水数据和13个土壤湿度观测站土壤观测数据,利用EOF、相关分析等数理分析方法,对黑龙江省土壤湿度与气温、降水量之间的关系进行了研究。结果表明：1984-2007年黑龙江省土壤湿度变化在不同区域存在差异：除三江平原中西部地区外,大部分农区土壤湿度变化趋势一致,20世纪90年代中期以前基本偏湿,而90年代中期以后则为偏干,2001年偏干严重。土壤湿度对气候变化响应的敏感性也不同,松嫩平原（西南部除外）是土壤湿度对气温和降水变化敏感区域;松嫩平原西南部对气温敏感;伊春南部地区-哈尔滨东部-三江平原西部为降水敏感区;逊克、伊春北部、牡丹江和三江平原东部土壤湿度对气温和降水均不敏感。     

青藏高原及其典型区域土壤湿度的分布和变化特征

基于土壤湿度融合分析产品及气象观测资料,分析了青藏高原及其典型区域的土壤湿度分布特征以及影响因素.结果表明：青藏高原土壤湿度与高原降水季节有较好的对应关系,降水量多的季节对应大的土壤湿度,反之亦然,即夏季土壤湿度最大,春季和秋季次之,冬季最小;高原外围土壤相对较湿,中部较干,夏季土壤高湿度区从藏东南向西北、塔里木盆地向藏东北扩展,冬季土壤高湿度区向藏东南和塔里木盆地收缩;土壤湿度垂直层次呈现出浅层和深层低、中间层高的特点,从浅层到深层土壤湿度的变化幅度逐渐减小;高原典型区域土壤湿度逐日变化规律与高原区域平均的土壤湿度时间演变接近一致,降水量的多少和湿润区、半干旱区土壤湿度高低值有较好的对应关系,湿润区垂直梯度大,干旱区和半干旱区垂直梯度小;蒸发量、风速、气温以及植被状况均会影响到土壤湿度的分布特征.     

青藏高原土壤湿度分布特征及其对长江中下游6、7月降水的影响

采用美国气候预测中心1961—2014年逐月土壤湿度资料以及国家气象信息中心降水格点数据,分析了青藏高原土壤湿度的时空分布特征,以及高原春季土壤湿度对长江中下游6、7月降水的影响。结果表明:青藏高原年和不同季节的土壤湿度空间分布特征基本一致,均呈现从东南向西北减少的趋势。区域平均的土壤湿度显示出高原土壤春季最为干燥,秋季和夏季较为湿润的分布特征;近50年来青藏高原大部的年、季节土壤湿度均呈缓慢增加趋势,年、季土壤湿度从20世纪60年代至90年代基本上呈减少趋势,21世纪00年代开始则呈缓慢增加趋势。青藏高原春季土壤湿度与长江中下游降水量基本呈负相关关系。通过信度检验的负相关区在6月位于高原东北部和西南部,7月位于高原南部,且高原西北部分区域春季土壤湿度与7月降水量存在显著正相关。高原春季土壤湿度通过对高原地表温度的作用,进而影响到高原热力特征、大气环流以及长江中下游降水的分布特征。     

青藏高原东部土壤湿度变化及其与西南地区降水的关系

利用1992—2012年青藏高原东部地区21个站点的土壤湿度旬值数据资料及对应的年份21个站点的降水逐年、月资料,分析了高原东部土壤湿度、西南降水的时空特征及其关系。结果表明:(1)高原东部近21年年均土壤湿度大致分布为南多北少,其中,春秋两季土壤湿度在九十年代均呈下降趋势,在2001年以后则呈上升趋势;(2)青藏高原东部土壤湿度与西南地区降水量间的相关系数互有正负,可能是土壤湿度对降水的响应具有一定的滞后性造成的;(3)玛曲地区土壤湿度的年际振荡较明显,呈多波动分布,年与季的土壤湿度与降水量呈正相关。     

甘肃省服务干旱指标的初步研究

利用前期底墒降水和当时降水、气温,确定了适合甘肃的干旱指数,提出了用干旱指数划分服务干旱等级的指标和气候年景划分标准。用该等级和标准与降水量、土壤湿度比较分析,能较客观地反映旱涝实际情况。     

基于自动土壤水分观测数据的吉林省西部干旱预报方法研究

利用吉林省西部10个自动土壤水分观测站数据与人工取土烘干法实测土壤湿度数据,制作吉林省西部土壤墒情监测及干旱预报模型.结果表明:不同气候背景下在作物不同生育期、土壤不同深度、不同初始湿度下的土壤湿度的变化趋势大致相同,但在相同的无降水日数或降水量时,不同台站不同深度的土壤湿度变化率却有一定的差异.各站农田土壤初始湿度越大,无降水时初期墒情下降速率越明显;而土壤湿度初始值越低,则失墒速率越慢.土壤不同深度均是开始时间失墒较快,后期变化逐渐趋于减弱状态.土壤深度越深则水分变化速率越缓,降水量越大,0～50 cm土壤湿度变化曲线整体越接近一致,直到从上而下几层土壤湿度全部达到饱和.通过对2017—2019年吉林省西部玉米农田土壤湿度预报结果和实测值进行对比检验,基于自动土壤水分观测数据的吉林省西部干旱模型预报的准确率超过80％.     

南阳市土壤湿度与气候变化的关系分析

根据1981 2005年的气象观测资料和土壤湿度测定资料,利用统计学方法,分析了南阳市土壤湿度变化规律及与温度、降水的关系,结果表明:土壤湿度无论是年均值或最小值都呈明显下降趋势,年平均相对湿度下降约0.4%;浅层湿度变化幅度小,深层变化幅度大。影响土壤湿度的气象因子中,气温与浅层土壤湿度呈明显的负相关,降水量与深层土壤湿度呈明显正相关;各季土壤湿度与气温和降水量的二元回归方程都通过了F检验,其中春秋冬季通过0.01的显著性检验,夏季通过0.05的显著性检验。     

华北平原地区春季降水渗透深度和“透雨”的农业气象估算方法

本文利用土壤中重力水渗透的模式,提出华北平原降水渗透深度的计算式。根据降水量和降水前的土壤湿度计算渗透深度,其百分误差约为11％,误差的平均值为4.6厘米。 综合作物、土壤、底墒和蒸发(散)四方面的因素,提出了华北平原春季的“透雨”指标。它包括必需的降水量和渗透深度,“透雨”的计算结果与实测资料是相符的。     

南阳市土壤湿度与气候变化的关系分析

根据19812005年的气象观测资料和土壤湿度测定资料,利用统计学方法,分析了南阳市土壤湿度变化规律及与温度、降水的关系,结果表明:土壤湿度无论是年均值或最小值都呈明显下降趋势,年平均相对湿度下降约0.4%;浅层湿度变化幅度小,深层变化幅度大.影响土壤湿度的气象因子中,气温与浅层土壤湿度呈明显的负相关,降水量与深层土壤湿度呈明显正相关;各季土壤湿度与气温和降水量的二元回归方程都通过了F检验,其中春秋冬季通过0.01的显著性检验,夏季通过0.05的显著性检验.     

三江平原土壤湿度记忆性及其与水热气候条件的关系

利用1982—2020年三江平原19个国家气象观测站土壤湿度及同期降水、气温数据, 基于相关系数和自相关系数统计方法, 分析了黑龙江省三江平原土壤湿度记忆性及与降水、气温之间的关系。结果表明: 春、夏季三江平原土壤湿度记忆时间均在10—40 d, 各层土壤湿度记忆性的空间分布以中间层(10—20 cm)土壤湿度平均记忆时间最长, 呈上下层递减的趋势; 春季三江平原10—20 cm土层土壤湿度的记忆时长平均20 d, 夏季平均17 d; 夏季土壤湿度记忆性强度大于春季, 空间分布以三江平原西部的记忆性较强, 随着土层的增加土壤湿度记忆性有增大的趋势。降水是三江平原土壤湿度主要来源, 受降水和气温协同作用的影响, 夏、秋季土壤湿度与同期降水量、温湿指数均存在显著的正相关关系; 春季土壤湿度与前期秋冬季降水亦呈显著正相关, 与前期温湿指数呈负相关, 前期秋冬季气温的升高会促进土壤的融冻, 从而使当年春季土壤水分增加。     

气候模式对东北三省降水模拟能力评估及预估

利用CMIP 5全球气候模式、RegCM 4区域气候模式数据集和中国东北三省162个气象站降水观测资料,评估了CMIP 5和RegCM 4模式对中国东北三省降水的模拟能力,并对RCP 4.5和RCP 8.5温室气体排放情景下东北三省未来降水的变化进行了预估。结果表明:CMIP 5和RegCM 4模式均能较好地模拟东北三省年及四季降水量的变化,可再现东北三省降水量由东南向西向北递减的空间分布形势,但模拟的降水中心偏北,模拟的降水强度偏强;两个模式对夏季降水的模拟优于冬季,对冬季降水的模拟存在较大偏差。总体而言,全球气候模式CMIP 5对东北三省降水的模拟结果较好。对东北三省降水量的预估表明,在RCP 4.5和RCP 8.5情景下,全球气候模式CMIP 5预估东北三省年和四季降水量均呈不同程度的增加,其中对冬季降水量预估的偏差百分率增幅最大。在RCP 8.5情景下,东北三省降水量增幅显著,预估未来东北三省降水增加量基本呈由南向北逐步递减的分布,降水偏差百分率基本呈由西南向东北递减的分布。在RCP 4.5情景下,东北三省降水量增幅较小,预估未来东北三省降水量总体呈由东南向西北递减的分布,降水偏差百分率基本呈由西向东递减的分布。     

区域气候模式中地表径流方案的数值试验

建立了不均匀的地表径流算法,修改了RegCM2中径流方案,这一算法适用于疏松土壤和紧密土壤.设计了一个适合与气候模式RegCM2耦合、能模拟水文站流量的汇流模式.模拟了1998年夏季大暴雨期间6、7、8月降水的空间分布,分析了该径流方案对降水、地表热量通量、地表径流、土壤湿度产生的影响,结果表明：①本文提出的方案在模拟1998年长江流域夏季大暴雨期间降水的空间分布上有一定的合理性,在一定程度上改善了降水量的模拟,其影响大致是总降水量的10%左右.②地表径流方案改变了地面向大气输送的热量通量,这种作用随时间发生变化,这种变化与地表水分的再分配有关.③本方案计算的土壤渗透能力较强.在暴雨的初期,产生径流较少,而在暴雨后期土壤湿度增大,产生的地表径流较大,这一点更符合洪水形成的特点.     

近四十年江苏省降水的变化特征

本文利用江苏省35个站1951～1990年逐月降水资料,采用EOF展开方法分析了全省年、季降水量的时空分布特征。发现我省降水的空间分布和时间变化有如下特点:①全省降水量的年际文化总趋势基本一致;②同一年内,全省各地降水量距平符号常有南北相反的分布特征;③在降水的时间变化上,全省年降水量在近四十年经历了多——少——多的准周期过程,在60年代中期有一次跃变,由50年代多雨期进入少雨期,80年代后期降水有增多的趋势;④各季降水量的变化在不同地区有差异,80年代夏秋季节的降水量在苏南明显增多,而淮北呈现出降水减少,尤以冬春季节为重。     

黄土高原土壤湿度变化规律研究

利用黄土高原59个气象站1961—2002年月降水量和29个农业气象观测站从建站到2002年逐年4~10月旬土壤重量含水率资料,分析了黄土高原土壤湿度的地域和时间分布特征以及土壤湿度的变化规律。结果表明:(1)黄土高原4~10月土壤湿度与降水量的地理分布有较好的一致性,两者都从东南向西北减少。由于六盘山和太行山对东南季风的阻挡影响,在陇中和晋中黄土高原出现一条南北向的干舌;(2)采用年降水量和变异系数,结合植被地带,把黄土高原土壤湿度划分为5个气候区域:草原化荒漠带土壤严重失墒区、荒漠草原带土壤严重失墒区、草原带土壤失墒区、森林草原带土壤湿度周期亏缺区、森林带土壤湿度周期亏缺区。前3个气候区位于黄土高原中北部,经雨季之后,土壤水分不能得到有效恢复,土壤经常处于重旱或轻旱状态。后2个气候区位于黄土高原南部,土壤有季节性缺水现象。(3)土壤湿度具有动态变化规律。一般从7月份开始土壤湿度增加,但各区的增湿幅度有差异。(4)土壤湿度与降水呈极显著的正相关,与气温呈不显著的负相关。     

中国北方蒸散-降水耦合度时空变化与水热因子的关系

中国北方气候过渡区作为陆-气耦合“热点”区域,水热条件空间梯度大,当前研究较少关注水分和热力因子对蒸散-降水耦合度时空变化的影响,尤其对水热协同影响考虑不足。基于多源融合蒸散、降水、气温和卫星遥感土壤湿度数据,分析中国北方地区蒸散-降水耦合度时空变化特征分别与水、热单因子及两者协同作用的关系。结果表明,中国北方地区蒸散-降水耦合度由西北区域的强正耦合逐渐过渡为东南角和东北角的负耦合。蒸散-降水耦合度随平均土壤湿度降低逐渐增大,随气温变率增大而增强。考虑水热协同作用时,平均土壤湿度和平均气温协同较土壤湿度和气温变率协同对蒸散-降水耦合度空间分布影响更大,起主导作用。时间变化上,耦合度呈春、夏、秋、冬季依次减弱的年内变化,且具有明显的年际波动特征。土壤湿度变率和平均气温是主导中国北方地区蒸散-降水耦合度年内变化的主要因素,平均土壤湿度和土壤湿度变率对蒸散-降水耦合度年际变化的影响突出。考虑协同作用时,平均土壤湿度和气温的年内循环共同决定了蒸散-降水耦合度年内变化,对蒸散-降水耦合度年际变化的影响仅在耦合度最大的半干旱地区显著。研究结果可加深认识陆-气耦合度对陆面状态时空变化的响应特征,为提...     

2009/2010年冬季云南干旱的进一步研究——前期土壤湿度影响的数值模拟

采用新一代中尺度数值模式WRFv3.2版本,模拟研究了前期(秋季)土壤湿度异常对云南冬季降水的影响。数值模拟试验结果和一系列分析清楚表明,前期(秋季)土壤湿度的异常偏低,会导致云南地区冬季(12月1日~2月28日)降水的显著减少;前期土壤湿度减少一半,可以使云南冬季的降水量平均减少30%以上,小部分区域减少达50%以上,影响十分明显。大气环流及其主要参量模拟结果的对比分析清楚表明,持续的西偏北气流和干气团的控制以及云南地区大气散度场和垂直运动场等的异常是导致降水量减少的直接原因。对降水过程的分析表明,前期土壤湿度减少对降水过程的频次和发生时间的影响较小,但对各次过程的降水强度影响明显。这是前期土壤湿度减少所导致的包括区域性蒸发量和热通量等大气物理过程的改变决定的。本研究数值模拟结果与关于区域性土壤湿度异常影响机理的已有结论基本一致。     

降水对荒漠土壤水热性质强迫研究

利用“我国西北干旱区陆气相互作用试验”在甘肃省敦煌的观测资料,分析了不同大小的降水对土壤湿度、反照率以及地表温度的影响;随着降水量的增大,各地表物理量恢复到原先的状态也越慢;强降水时,5cm土壤湿度的驰豫期为7天．中降水为4天,微量降水为2天。由于降水性质(水和雪)和土壤状态的差异,冬季和夏季相比．降水对地表物理量的影响差不多,但冬季地表物理量的恢复时间要比夏季长得多。土壤湿度和反照率的驰豫期与降水有很好的相关。