气候变化背景下中国陆地水循环时空演变

水循环是气候系统各子系统相互作用过程中一个最活跃的枢纽,受气候变化影响显著。本文采用观测和多套再分析数据,系统分析了1979年以来中国及各大流域大气水汽含量、降水、蒸散发和地表径流等水循环要素年际变化。研究发现,1979-2018年,中国陆地整层大气水汽含量和水汽收支呈显著上升趋势;水汽收支除在松花江和西南诸河略有下降,其余流域均呈上升趋势;降水除西北诸河流域呈现显著上升趋势外,其余流域变化不显著;蒸散发整体呈微弱增加,但南方大部流域呈现显著的减小趋势;除西北诸河径流显著上升趋势外,北方大部分流域地表径流呈现减少趋势,而南方流域的径流变化趋势复杂多样。相对1979-2000年,21世纪以来中国年平均气温上升约0.63℃,年降水量、大气水汽含量分别增加0.5%和1.2%,水汽总输入和输出量均减小,降水再循环率增加10.9%。进入21世纪,中国陆地水资源一级分区内循环均较前20 a活跃,降水再循环率除松花江和辽河流域外,均有所增加。其中,海河、黄河、淮河和西北诸河流域的水汽和蒸发形成的降水都有所增加;辽河流域蒸发形成的降水有所增加,但输入水汽减少导致流域降水减少最多;松花江、长江、珠江和西南诸河流域蒸发形成的降水增加,输入水汽减少导致降水略有减少;东南诸河蒸发形成的降水略有增加,但整体变化不大。     

1961—2010年我国夏季总降水和极端降水的变化

利用1961—2010年我国753站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了近50年我国夏季降水的变化,包括夏季总降水量、极端降水量和极端降水频次的变化。结果表明,夏季总降水量和极端降水量的空间分布大致相似,在我国东南和西南部呈上升趋势,在东北和西北部呈下降趋势。用泊松回归拟合出的极端降水频次变化趋势显示,江淮流域及其以南地区测站的降水频次普遍增加,以北地区则呈减少趋势。进一步分析得到,我国大部分地区的夏季总降水量变化由降水平均强度的变化引起,而极端降水量的变化多由降水频次的变化引起。通过比较温度和水汽变化对降水量变化影响的相对重要性得到:在黄河以北大多数地区,水汽变化主导夏季总降水量的变化;而在江淮流域及华南大部分地区,温度变化为主导。     

黄河断流与El Nio事件的遥相关

黄河断流事件的发生是人为因素与自然因素———人类生产活动用水量急增与天然径流量骤减共同作用的结果。自然因素作为天然背景具有不可低估的作用,在引起黄河断流的所有气候因子中,降水减少的贡献最显著,其次是蒸发增加的影响。当代黄河断流事件的发生和持续加重似与El Nin~o事件的频繁发生及其持续强劲有某种关联,本文即通过对黄河径流及其流域内的降水、蒸发、气温等方面气候因素与El Nin~o事件的遥相关作用进行分析,寻求导致黄河径流减少的可能原因,从而揭示黄河断流与El Nin~o事件的联系。结果表明,通常情况下,ElNin~o事件发生时,黄河流域年平均降水量减少10.35%,可造成黄河年径流减少12.95%(含有来自蒸发增加所造成的影响),约相当于减少73.45×108m3的水量。随El Ni~no事件强度的加深,降水量与径流量均迅速递减,强El Nin~o事件黄河流域年平均降水量减少20.43%,黄河径流量减少25.59%(147.17×108m3);1997年断流最严重时降水减少30.62%,径流骤减40.27%(229.96×108m3)。可见El Ni~no事件对黄河断流所造成的影响是相当深刻的。     

祁连山区空中水资源研究

利用祁连山地区8个气象观测站1960-2002年逐日气象观测资料和1970-1997年NCEP/NCAR再分析资料(2.5°×2.5°格距),分析了祁连山地区的空中水资源状况。结果表明:该区大气水汽含量从春季到夏季逐渐升高,之后又逐渐减少,对应全年降水主要集中在5-9月,占年降水量的86.8%;从1987年西北地区气候转型前后2个时期的比较来看,1987年后比1987年之前平均年降水量增加了22.7 mm(约8.1%),而且主要是春、夏季降水增加了,这将有益于该地区生态环境的改善。从空间分布来看,祁连山地区中部的年降水量大,东部和西部降水较少,其中西部最少。祁连山地区平均每年水汽输入量约为885.4亿m3,水汽输入主要在600 hPa以下层,高层全年多数时间整体表现为辐散,且水汽主要来源于经向输送。     

近几十年中国西北夏秋季干湿年代际变化及成因初步分析

本文利用观测和再分析资料，分析了1961～2014年中国西北地区（35°N～50°N,75°E～95°E）夏秋季节干湿线性变化趋势特征，定量计算了蒸散量和降水量对干湿变化趋势的贡献，同时分析了其年代际变化特征及其相关的大尺度环流和水汽收支变化。结果表明，西北夏季和秋季干旱变率在四季中最大，是干旱最易发生季节。西北地区在1961～2014年夏秋季显著变湿，其中蒸散和降水在西北地区的线性变湿趋势中占主要作用，降水量的增加和蒸散量的减少对西北变湿都有正贡献，二者趋势总贡献率夏季为93.4%，秋季为67.5%。夏秋季西北干湿变化的年代际转折在1987年前后，自1987年后，夏季西北年代际变湿，主要受到蒸散量和降水量变化影响，地面风速减小所造成的蒸散量降低有利于该地区年代际变湿；西北地区水汽输送通量异常辐合导致其降水量增加。水汽诊断分析进一步表明，夏季降水量的增加主要来自于局地蒸发的增强，贡献率达到约80%，表明局地蒸发是降水的重要水汽源。此外，夏季水汽平流项为正值（即水汽通量辐合加强），有利于降水量增加，该贡献主要由与风速有关的动力学分量引起。而秋季，1987年后西北地区的净辐射通量和地面风速...     

黄河断流与El Ni(～n)o事件的遥相关

黄河断流事件的发生是人为因素与自然因素——人类生产活动用水量急增与天然径流量骤减共同作用的结果。自然因素作为天然背景具有不可低估的作用,在引起黄河断流的所有气候因子中,降水减少的贡献最显著,其次是蒸发增加的影响。当代黄河断流事件的发生和持续加重似与El Nin〖DD(Y-1.5mm〗~〖DD)〗o事件的频繁发生及其持续强劲有某种关联,本文即通过对黄河径流及其流域内的降水、蒸发、气温等方面气候因素与El Nin〖DD(Y-1.5mm〗~〖DD)〗o事件的遥相关作用进行分析,寻求导致黄河径流减少的可能原因,从而揭示黄河断流与El Nin〖DD(Y-1.5mm〗~〖DD)〗o事件的联系。结果表明,通常情况下,El Nin〖DD(Y-1.5mm〗~〖DD)〗o事件发生时,黄河流域年平均降水量减少10.35%,可造成黄河年径流减少12.95% (含有来自蒸发增加所造成的影响),约相当于减少73.45×108 m3的水量。随El Nin〖DD(Y-1.5mm〗~〖DD)〗o事件强度的加深,降水量与径流量均迅速递减,强El Nin〖DD(Y-1.5mm〗~〖DD)〗o事件黄河流域年平均降水量减少20.43%,黄河径流量减少25.59%（147.17×108m3）;1997年断流最严重时降水减少30.62%,径流骤减40.27%（229.96×108 m3 ）。可见El Nin〖DD(Y-1.5mm〗~〖DD)〗o事件对黄河断流所造成的影响是相当深刻的。     

黄河兰州上游流域近4a汛期降水变化特征

利用2015—2018年5—9月黄河兰州上游地区327站小时降水资料,定义了降水过程次数等特征量,分析该地区7个流域汛期降水变化特征。结果表明:(1)黄河兰州上游流域汛期降水量与降水日数有很好的一致性,以2018年最多,2015年最少;空间分布上都是青海东南部的龙羊峡以上流域最多,甘肃中部的刘家峡—兰州流域最少。(2)同一流域由于地理位置和流域面积大小不同等原因,各支流降水日数差异较大,特别是龙羊峡以上流域和洮河流域表现最为明显。(3)流域内降水次数日变化特征有双峰单谷型、单峰单谷型和平缓型三种形态;降水总次数、小时平均降水量大于2 mm的次数、小时最大降水量大于20 mm的次数一天中都是在傍晚后增多,且强降水出现时间多发生在19:00左右。(4)近4 a中流域内最大降水过程出现在大夏河流域,持续时间最长的降水过程在湟水河流域,小时降水量最大出现在大夏河流域。     

2012年前冬伊犁河谷持续性大暴雪成因分析

本研究利用传统气候学的Brubaker模型和降水同位素学方法,定量研究了新疆天山地区水汽再循环特征。结果表明：(1)气候学角度,天山地区水汽再循环率为9.32%。当地蒸发的水汽形成的降水量为41.8mm,外来水汽输送到山区形成的降水量为407.2mm;(2)同位素水汽氘盈余为精细化的分析水汽再循环提供了新的思路,进一步证实天山地区水汽主要来自于西风带的水汽输送,而乌鲁木齐站平均再循环水汽仅占到8%。随着海拔的增加,水汽再循环率逐渐下降,在海拔2000m以上的水汽再循环可以忽略不计。在西风带关键水汽输送路径建立降水同位素观测断面,使两种方法相结合,共同研究水汽的来源和路径问题,是下一步需要关注的问题。     

天山地区水汽再循环量化研究

利用传统气候学的Brubaker二元模型和降水同位素平衡模型定量研究了新疆天山地区水汽再循环特征。结果表明:(1)气候学角度,天山地区水汽再循环率为9.32%。当地蒸发的水汽形成的降水量为41.8 mm,外来水汽输送到山区形成的降水量为407.2 mm;(2)同位素水汽氘盈余为精细化的分析水汽再循环提供了新的思路,进一步证实天山地区水汽主要来自于西风带的水汽输送,而乌鲁木齐站平均再循环水汽仅占到8%。随着海拔的增加,水汽再循环率逐渐下降,在海拔2000 m以上的水汽再循环可以忽略不计。在西风带关键水汽输送路径建立降水同位素观测断面,使两种方法相结合,共同研究水汽的来源和路径问题,是下一步需要关注的问题。     

近55年来中国西北地区降水变化特征及影响因素分析

利用1961-2015年中国西北地区128个站的降水观测资料和NCEP再分析资料,分析了年、季降水量与降水日数变化总趋势及其区域分布特征,并采用与平均温度、气候指数相关性来分析和讨论其所受的影响因素。结果表明:(1)西北中西部年降水量呈增加趋势,增加趋势位于0.1%·(10a)-1~10.0%·(10a)-1;西北东部年降水量呈减少趋势,减少趋势均小于5%·(10a)~(-1);春季、夏季和秋季西北西部大部分地区降水量是以增加趋势为主;东部主要为减少趋势,但是在冬季几乎所有站点的降水量呈增加趋势;(2)西北西部降水日数以增加趋势为主,东部地区降水日数以减少趋势为主,大部分站点年降水日数在冬季呈现增加趋势,其他季节则基本表现为西北西部增加、西北东部减少;(3)河西走廊西部、青海高原边坡、西北东部年降水量与年平均气温呈负相关,青海高原年降水量与年平均气温呈正相关,西北地区大部分年降水日数与年平均气温呈负相关;(4)北疆、南疆和西北东部37°N以南地区年平均降水量变率与年平均温度变率呈现负相关,且相关系数较大,而其余地区为正相关;(5)西风带影响西北大部分地区年降水量,东亚季风和南亚季风主要影响西北地区中北部和南部的年降水量。     

地基遥感大气水汽总量和云液态水总量的研究

介绍了地基微波辐射计遥感反演大气柱中的水汽总量和云液态水总量的辐射传输原理和反演方法。给出了实用的有气候代表性的北京地区4个季节的反演公式，并对反演公式进行了数值检验，分析了反演精度：春、夏、秋、冬4季水汽总量反演的相对标准偏差分别为3．1％、1．6％、2．2％和2．4％。用反演公式反演在香河探测的NASA微波辐射计资料发现：微波辐射计反演的水汽总量平均比探空测量值偏大O．21cm，二者的线性相关系数为0．988．均方根误差为0．16cm：云液态水总量除降水云天外．值均在0．1mm以下。     

景观植被生态系统水平衡模拟与分析

景观或区域的水平衡状况是全球变化的重要指标。本研究建立了一个空间显式景观过程模型,模拟了长白山自然保护区的水循环过程,并对水分收入、支出和平衡的总体状况、季节动态和空间分布格局进行了分析。整个保护区单位面积上水分盈余0.225±0.255 m.a-1,总计盈余4.379×108m3.a-1,但空间变异相当大。阔叶红松林的水分有略微亏缺,其他类型植被生态系统每年均有不同程度的水分盈余。从总面积上看,云冷杉林每年的水分盈余最多(可达1.696×108m3.a-1),占整个保护区的40.56%。整个保护区6月水分亏缺最严重,7~8月水分盈余最多,3~4月盈余较多。阔叶红松林除3月外,其他各月的水分亏缺均最多或次多,其中7~8月的水分盈余最少。降水量对水分收入、水分支出和水平衡季节动态的影响均最大。总的来说,年水分盈余的空间分布随海拔升高呈明显增加的趋势。气象因子均对水平衡的空间分布有极显著影响,气温和总辐射较高的地带,水分盈余较少,甚至出现水分亏缺;而降水量、相对湿度和风速较高的地带,水分盈余也较多。水分收入与叶面积指数(LAI)呈极显著负相关关系;而水分支出与LAI呈极显著正相关关系,主要受蒸腾量的影响。     

黄河上游水源补给区气候变化及对水资源的影响

应用黄河上游重要水源补给区玛曲县气温、降水资料分析得出:气温年际变化呈上升趋势,降水量年际变化呈下降趋势。气候变化导致可能蒸发量增加,可利用水资源量减少。水资源量多项式拟合变化趋势呈2谷1峰波动型,枯水期年际变化的时间尺度成倍延长。     

大气水分循环方程

任何地点的降水量可能来自地球的任何地点的水分蒸发。为了定量描述大气中的这种水分循环的复杂过程,我们引入了两个概念性的工具:大气水分辐合函数和大气水分辐散函数,并且建立了用它们描述大气水分循环的方程组。     

春、夏季降水对水库蓄水量的影响

在分析贵州两大水库控制流域气候状况和蓄水特征的基础上，进行春，夏季降水对水库蓄水量的影响分析，指出：春末，夏末水位均与流域内前两个月的降雨量相关最好，当红枫湖，乌江渡控制渡4－5月降雨量分别达到550mm,400mm时，相应水库的春末蓄水位将达到正常蓄水位，当红枫湖，乌江镀控制流域7－8月降雨量分别达到78mm，500mm时，相应水库的夏末蓄水位可以达到正常蓄水位。     

青藏高原及周边地区水汽、水汽输送相关研究综述

本文对近几十年来,青藏高原及周边地区水汽、水汽输送相关研究进行了收集整理,重点回顾、归纳了青藏高原及周边地区水汽分布和源地、水汽输送特征以及该区域在我国水汽输送中的重要地位等方面的研究成果,同时也总结了近几十年来高原及周边地区水汽、水汽输送变化特征及带来的影响方面的相关研究结论,最后在综述的基础上对未来的研究方向进行了展望。      

气候变化对水文循环的影响

水文循环是地球上海洋、陆地和大气之间相互作用中最活跃且最重要的枢纽,受气候变化影响最为显著。本文回顾了气候变化对全球水文循环的影响,并对20世纪60年代以来中国降水、蒸散发、地表径流及大气水汽含量等陆地水文循环要素变化进行了评估。气候变暖使得全球水文循环加强,观测数据表明自1970年以来,全球对流层和地表水汽含量呈现增加趋势,但由于监测网络在空间覆盖和时间响应的限制,热带水汽增加与环流减弱之间相互影响,使得气候变化对区域水文循环的影响不确定性较大。在全球气候变化背景下,中国水文循环符合全球水循环变化的特征,又表现出更为复杂的区域特征,各个流域间空间差异增大。大气水汽含量在80年代后呈现上升的趋势;60年代以来,中国降水平均态虽然无明显变化但空间差异显著增加,实际蒸散发平均值微弱增加,空间差异增大,地表径流空间差异增大,某些流域呈现减少趋势。21世纪以来,由蒸散发再凝结形成的降水量增加,大气内循环活跃程度加大。     

农田土壤水资源评价中降雨量的修正

利用大型称重式蒸渗计测得的地面降雨量 (P) 和自记雨量筒测得的次降雨量 (P′) 进行比较, 结果表明两者之间存在较好的线性关系, 而且地面雨量大于雨量筒测量的次降雨量, 平均雨量订正系数K为0.037.当降雨持续时间小于6 h时K值在0.04~0.045之间, 不同降雨持续时间之间差值不大; 当降雨持续时间大于6 h时, K值为0.027.随着降雨强度的增大, 降雨订正系数呈下降趋势.根据不同降雨强度下的降雨订正系数对甘肃河东19个气象站6~9月的雨量修正结果表明, 各站降雨量比次降雨量多11.7~27.4 mm, 区域平均降雨量比次平均降雨量高18.4 mm.     

水体对气温观测影响的试验分析

2011年项目组设计了浙江省大型水体观测试验方案,选择较大水体,在其上、下风方向特定距离处布设自动气象站,同步观测各站气温,研究气温受水体影响的量化规律。结果表明,水体对周边陆地有白天降温、夜间增温效应,且离水体越近,这种效应越明显;夜间升温效应比白天降温效应显著,3—5月白天降温效应比1—2月明显;在一天中正午的降温影响最大;2km2的水域对下风向100m范围内温度观测有明显影响,100m以远影响不明显。该研究对量化水体影响的范围和量值进行了有益的探索,为气象站科学选址提供了依据。     

水分影响作物发育进程的研究

不分是影响作和发育进程的重要因子，作者在田间试验的基础上，研究了不同阶段干旱处理对作物发育进程的影响，这对于指导田间灌溉，节约水资源，调节作物发育进程，提高作物产量及品质有重要意义。