青藏高原西部地表反射率的合成分析

利用中(国)日(本)青藏高原陆面过程合作试验(GAME/Tibet)设立于青藏高原西部狮泉河和改则两地自动气象站(AW S)1997~1998年观测的大气、辐射和土壤等资料,计算了两地的逐时地表反射率,并进行了日平均、月平均和日合成分析,据此讨论了青藏高原西部地表反射率的若干变化特征,并在计算了对反射率影响最大的因子——太阳高度角的基础上,着重讨论了青藏高原西部地表反射率的日变化特征。结果表明:夏半年,由于降水使土壤湿度增大,植被生长、地表反射率值较低;冬半年,受土壤湿度减小、雪盖覆盖影响,地表反射率值较高,12月平均值可达0.5以上。而地表反射率的日变化特征表现为,清晨、黄昏地表反射率高,中午地表反射率低,大致呈U形曲线,与太阳高度角的变化相反。该工作有助于深入了解高原地区地表反射率的平均状况及其变化特征。     

青藏高原热状况与大气超长波的关系

本文分析了青藏高原冷暖年中大气超长波和东亚至西太平洋地区副热带纬圈环流的变化,认为冷年和暖年中大气超长波和东亚副热带纬圈环流状况的不同,可能是影响汛期长江流域大范围持续性旱涝变化的原因之一。     

1979-2012年夏季黄土高原空中云水资源时空分布

利用欧洲数值预报中心(ECMWF)发布的新一代全球全分辨率ERA-Interim再分析数据,采用经验正交函数(EOF)、小波分析、回归分析等方法,分析1979-2012年夏季黄土高原空中云水资源分布特征。结果表明:(1)夏季黄土高原空中云水资源远大于该地区实际年降水量,具有较大空中云水资源开发利用潜势;(2)空间上云水资源表现为两种模态--西北部、东南部反位相振荡(EOF1)以及中部云水资源偏多西北、东南两端偏少(EOF2),且具有显著年际变化周期;(3)黄土高原的空中云水资源主要来自东海,当水汽输送反气旋环流中心偏南(北)时,影响EOF1(EOF2)空间模态;(4)云水、云冰量峰值分别出现在700 hPa、400 hPa左右,当700 hPa存在水汽辐合及上升运动时有利于黄土高原空中云水资源开发。     

1979~2005年青藏高原位势高度场变化趋势的时空特征

利用NCEP/NCAR位势高度再分析资料分析了1979~2005年青藏高原及其邻近地区30hPa、100hPa、300hPa和500hPa位势高度场变化趋势的时空特征。研究表明:(1)1979~2005年青藏高原区域平均位势高度场在对流层中层存在上升趋势,且主要发生在冷半年;随着等压面的升高,高度场上升趋势减弱;到平流层高度场呈显著降低趋势,且主要发生在暖半年。(2)从空间上看,平流层位势高度场年平均变化整体呈显著降低趋势,大致呈纬向分布,南部降低趋势强于北部,特别是高原东南、孟加拉湾北部降低趋势最强;对流层中层位势高度场变化趋势以上升为主,高原东北部上升趋势尤其显著。(3)尽管与高原各层位势高度值本身相比,变化趋势是一个小量,但国内外不同区域及不同空间尺度的研究都发现有类似现象,故对此应给予重视。今后应进一步加强青藏高原位势高度场时空变化趋势的驱动机制、影响及其对全球变暖的区域响应研究。(4)1979年以来NCEP/NCAR位势高度再分析资料用于青藏高原及其邻近地区的气候变化研究是有效的。     

1961-2004年青藏高原夏季降水的时空分布

The summer day-by-day precipitation data of 97 meteorological stations on the Qinghai-Tibet Plateau from 1961 to 2004 were selected to analyze the temporal-spatial distribution through accumulated variance,correlation analysis,regression analysis,empirical orthogonal function,power spectrum function and spatial analysis tools of GIS.The result showed that summer precipitation occupied a relatively high proportion in the area with less annual precipitation on the Plateau and the correlation between summer precipitation and annual precipitation was strong.The altitude of these stations and summer precipitation tendency presented stronger positive correlation below 2000 m,with correlation value up to 0.604（α=0.01）.The subtracting tendency values between 1961-1983 and 1984-2004 at five altitude ranges（2000-2500 m,2500-3000 m,3500-4000 m,4000-4500 m and above 4500 m）were above zero and accounted for 71.4%of the total.Using empirical orthogonal function, summer precipitation could be roughly divided into three precipitation pattern fields：the Southeast Plateau Pattern Field,the Northeast Plateau Pattern field and the Three Rivers＇ Headstream Regions Pattern Field.The former two ones had a reverse value from the north to the south and opposite line was along 35°N.The potential cycles of the three pattern fields were 5.33a,21.33a and 2.17a respectively,tested by the confidence probability of 90%.The station altitudes and summer precipitation potential cycles presented strong negative correlation in the stations above 4500 m,with correlation value of-0.626（α=0.01）.In Three Rivers Headstream Regions summer precipitation cycle decreased as the altitude rose in the stations above 3500 m and increased as the altitude rose in those below 3500 m.The empirical orthogonal function analysis in June precipitation,July precipitation and August precipitation showed that the June precipitation pattern field was similar to the July＇s,in which southern Plateau was positive and northern Plateau negative.But positive     

近44年来青藏高原夏季降水的时空分布特征

利用1961-2004 年青藏高原97 个站点的夏季逐日降水数据,通过累积距平、相关分析、回归分析、经验正交函数分解、功率谱方法等,结合GIS 的空间分析功能,分析了夏季 降水的时空分布特征。结果表明：在青藏高原年降水量比较少的地区,夏季降水占全年降水的比例较高,夏季降水与全年降水的相关性也较强;夏季降水相对变率最大的地区位于青藏 高原西北的最干旱地区,最小的地区是三江源区;夏季降水趋势增加和减少的站点分别为54 个和43 个,通过较显著检验的站点占总数的18.6%;在2000m 以下的站点中,海拔和夏季降水气候倾向率存在较强的正相关,相关度达0. 604 (显著性0.01);1961-1983 年和1984-2004 年两个时间段相比,除了3000~3500m 海拔范围外,其余海拔范围夏季降水气候倾向率都表现为增加;夏季降水可大致分为三种类型场：高原东南部类型场、高原东北部类型场和三江 源类型场,高原东南部类型场和高原东北部类型场表现出南北变化相反的降水特点,分界线大致沿着35^oN 线;在90%的置信概率下,三种类型场分别表现出5.33 年、21.33 年和2.17 年的潜在周期;4500 m 以上海拔范围的站点夏季降水周期通过很显著检验(α = 0.01),站点海拔和降水周期存在-0.626 的高相关度;在三江源地区,3500 m 以上的站点夏季降水周期随海拔升高而减小,3500 m 以下的夏季降水周期随海拔高度升高而增加。     

2002—2020年青藏高原近地表土壤日冻融循环时空变化模式

青藏高原近地表土壤的日冻融循环极大地影响着土壤和大气之间的水分与能量交换,研究其时空变化模式对深入理解青藏高原生态环境的气候变化响应具有重要意义。本文基于MODIS、AMSR-E、AMSR-2遥感数据等资料,获取AMSR系列传感器在青藏高原的昼夜校准系数,利用Fourier非线性模型实现AMSR微波辐射产品与MODIS热红外地表温度产品的融合,生成每日1 km分辨率近地表土壤日冻融状态结果,开展2002—2020年青藏高原近地表土壤日冻融循环时空变化模式研究。结果表明：(1)相比于面向全球的校准方法,本文改进的AMSR系列传感器校准方法更适合于青藏高原地区。利用Fourier非线性模型融合后获得的土壤冻融产品在提升分辨率的同时日冻融判别精度达80.96%,相较于未融合结果准确性提高3.95%。(2)青藏高原近地表土壤季节性冻融过程中的日冻融循环发生天数空间上存在显著差异性,其中藏南区域与青海高原发生天数最高,时间上存在周期性,呈升温时向西北转移,降温时向东南转移。(3) 2002—2020年青藏高原不同区域年内日冻融循环发生天数变化趋势不同,藏北高原、藏南高山及藏东区域呈增加状态,青海...     

陇中黄土高原夏季地表辐射特征分析

 利用实测辐射资料揭示了陇中黄土高原半干旱区夏季辐射特征。结果表明:该地区夏季晴天辐射比较强烈,总辐射最大瞬时值超过1 000 W\5m-2,有时甚至超过太阳常数。春小麦下垫面平均总辐射与典型晴天的日变化比值在0.6～0.8之间,净辐射比值在0.4～0.6之间,在裸地时也表现出同样的特点,表明在半干旱区云和降水对地表辐射的影响比较大。此外,日平均反射率起伏较大,最大为0.24,最小为0.11;春小麦下垫面的地表反射率为0.17,裸地为0.20。植被叶表面的水珠会导致反射率增大,而风速的增大会引起反射率的突变。受土壤湿度及太阳高度角和天气状况等因素的综合影响,不同天气条件下的地表反射率日变化呈现出比较大的差异。     

雪崩成因及天山西部雪崩站区1978/1979年雪崩特征的分析

雪崩是发生在山区的一种自然现象。它具有发生突然,运动快速,历时短暂,流程不长,规模极值差别很大等特点。较大规模的雪崩具有强大的破坏力,也是山区活跃的外营力之一。雪崩,一次可将数十方乃至数千万方的雪堆积在山麓或峡谷,轻者断道阻车,重者堵塞河流,毁坏森林,击垮建筑物,危及人们生命财产的安全,在倾刻之间造成巨大的灾害。     

春季海陆热状况异常与东亚夏季副热带季风活动的相关分析

利用1951-1998年NCEP/NCAR再分析月平均资料及中国国家气候中心160个气象站1961-2000年降水量资料,对25°N-40°N的4个纬度东亚夏季风ISMφ指数与春季全球地表(2 m)平均温度场进行了相关分析,选取显著相关区域定义了春季海洋热状况异常指数,进一步分析其与夏季风ISMφ脚指数、中国7-8月降水量的相关关系.结果表明①春季全球地表平均温度场与30°N,117.5°E和35°N,117.5°E的ISMφ指数相关显著,海洋区域为典型显著相关区,而与低纬度25°N,117.5°E和中纬度40°N,122.5°E的ISMφ指数相关不显著;②北太平洋黑潮区、东澳大利亚暖流区及Nino3区的海表温度异常为夏季副热带季风活动强弱的重要前期信号场;③定义了2个春季热状况异常指数,与东亚夏季副热带季风尤其是中纬度ISMφ指数相关较显著,当前春海洋热状况异常指数,Is1较大时,与中国夏季7-8月降水场呈自北向南的"-、 、-、 "相关波列,中国华南、华北、东北地区南部7-8月季风降水量稍多,长江流域及东北北部地区降水量稍少.     

青藏高原夏季夜雨率空间分布及其变化特征

选取了1961-2007年青藏高原海拔2000m以上76个气象站夏季(6-9月)逐日地面降水观测资料,分析了青藏高原夏季夜雨率的时空特征,结果表明:1.青藏高原夜雨率具有显著的区域差异性,在西藏中西部夜雨率呈“纬向型”分布,而西藏东部、川西高原至滇北夜雨率则表现为“西北-东南”走向;夜雨率高值中心出现在雅鲁藏布江中段(日喀则地区东北部至拉萨市一带),达到75％以上,同时喜马拉雅山脉南麓可能是夜雨率＞70％的另一个高值区域;夜雨率最低值在青海省西北部,仅为33％;2.高原夜雨率具有明显的海拔效应,夜雨率与海拔呈显著的反相关,即海拔越高夜雨率越低,反之亦然;3.高原夜雨率随夏季日期推后呈增大趋势,而年际变化上则表现为明显的下降趋势,20世纪80年代初存在明显的突变现象;4.高原夜雨率与日降水量之间存在一定的关联:当日降水量＜1 mm时夜雨率仅为48.8％,此后夜雨率随着日降水量增加而明显增大,特别是降水量在20 mm以下时,夜雨率上升速度最快,上升幅度超过20％;当日降水量为23～40 mm时,夜雨率稳定在70％～76％间,随后又略有波动下降;当日降水量为33 mm时,夜雨率达到极大值,为75.1％.青藏高原夜雨率的空间变化可能受大地形的影响.高原夜雨对农牧业生产有利的同时,也可能会带来诸多自然灾害.因此,深入探讨夜雨率是制定有效防御气象灾害对策的重要依据.     

青藏高原夏季地面有效辐射随高度的变化

根据1979年5-8月青藏高原热源观测资料,作者分析了高原上长波辐射随海拔高度的变化特点.地面辐射随海拔的的变化很缓慢,大气逆辐射随高度增高而很快减小,地面有效辐射在观测高度范围内(500米以下)则随着测点增高而增大.因此,如果将平原地区观测资料配合的计算有效辐射公式用于高原,其值将系统性偏低.为了表示平原与高原不同高度有效辐射的差别情况,作者根据观测资料求得了地面有效辐射与海拔高度的关系式.     

青藏高原地表土壤水变化、影响因子及未来预估

土壤水分是地表和大气连接的纽带,在水文循环中扮演着重要角色。青藏高原作为“第三极”和“亚洲水塔”,其土壤水分对周边地区的气候如亚洲季风的形成和维持产生重要影响,也深刻影响着亚洲水资源的可利用量。基于分布在青藏高原3个气候区的100个站点的实测土壤水数据,对ECV、ERA、MERRA、Noah数据集进行评价,选择对土壤水分评估效果最好的数据集,分析各种气象要素对土壤水分时空格局的影响,并预估未来100年内青藏高原土壤水变化,探讨可能气候成因。结果表明：① Noah数据集对青藏高原历史时期土壤水分评估效果最好,相对其他地区,各数据集对那曲地区土壤水分评估效果最优;② 在各种气象因子中,降水是影响大部分地区土壤水分时空变化的最主要因子,但在喜马拉雅山脉地带,尤其山脉北坡,温度和太阳辐射有较高的影响;③ 1948-1970年土壤水分有明显的下降趋势,1970-1990年土壤水分呈波动变化,无明显趋势,1990-2005年土壤水分有一定的上升趋势,2005年后至今土壤水分有明显快速下降趋势：④ 不同未来情景,土壤水分有下降趋势,其中在CRP 8.5情景下,土壤水分下降最为明显,在2080年之后有更加显著的下降趋势;⑤ 未来降水和温度均呈上升趋势,其中干旱指数变化在RCP 8.5情景下呈下降趋势,在RCP 2.6和RCP 4.5情景下无明显变化,干旱指数在一定程度上能解释未来土壤水分的变化格局。     

青藏高原北部五道梁地表热量平衡方程中各分量特征

利用青藏高原北部五道梁地区实测的太阳辐射及气象资料,计算分析了高原北部地面热量平衡方程中各分量特征,定义了一个无量纲参量土壤热平衡系数k。结果显示:五道梁地区地表净辐射及地面加热场强度表现为夏季大,冬季小,地表净辐射累年平均通量为65.5 W/m2;土壤热通量自1997年来有增大的趋势;土壤热平衡系数有增大的趋势,平均值为1.17;感热及潜热是地面热平衡方程中的大项,其中感热居首位,潜热居其次;暖季感热、潜热以相反的趋势变化,Bowen比β值有下降的趋势。     

1982-2014年青藏高原地表蒸散量时空分布及其变化影响因子分析（英文）

蒸散是地球水循环的关键驱动因子,是地表水平衡和能量平衡的重要分量,因而也体现生态系统水文调节局地热调节功能;青藏高原是长江和黄河等重要河流的发源地,该区域水量平衡对区域生态安全具有重要意义。本文对全球尺度发展的遥感蒸散双源模型ARTS,利用涡度相关观测数据进行验证和评价,以空间插值的气象数据,卫星遥感的FPAR和LAI等驱动模型,估测1982-2014年间青藏高原实际蒸散ET,分析其年际和季节动态变化特征,并采用敏感性分析法和多元线性回归分析计算各气象因子变化对蒸散量变化的贡献率,探讨影响青藏高原蒸散量变化的主导因素。结果表明:(1)估测值能解释观测值季节变化的80%以上(复相关系数R~2=0.80,显著性水平P 0.001),表明模型具有较高的估算准确度。(2)近30多年全年、春、夏和秋季影响蒸散年际变化呈显著增加趋势;但变化趋势存在显著的区域分异,全年或夏季藏南河谷地区呈显著降低趋势(每10年降低20 mm以上),而阿里、拉萨河谷、青海海北地区则为增加趋势(每10年增加10 mm以上)。(3)敏感性分析和多元线性回归分析均表明,年际变化趋势的主导因素是气候变暖,其次是降水的不显著增加;但植被变化的影响也较大,与气候因子共同能够解释蒸散趋势的56%(多元线性回归方程R~2=0.56,P0.001);低覆盖草地多年蒸散分别是高、中覆盖度草地的26.9%和21.1%。青藏高原在显著变暖、不显著变湿的气候变化背景下,地表蒸散的增加必以冰川融水为代价而威胁区域生态环境安全,如何保护生态,维持区域社会可持续发展是难题和巨大挑战。     

青藏高原西部区域多年冻土分布模拟及其下限估算

准确评估青藏高原西部多年冻土的空间分布及多年冻土下限深度情况对该区地下水资源利用、生态环境保护有重要意义.本文依托科技基础性工作专项“青藏高原多年冻土本底调查”在该区及周边取得的冻土调查资料,利用遥感数据和扩展地面冻结数模型模拟了该区多年冻土的空间分布,调查区的模拟验证表明该方法有较高的精度.在此基础上,根据有限的地温实测资料建立了地温与位置、高程、坡向和太阳辐射的关系,并根据地温-下限关系估算了该区多年冻土下限深度的分布情况.研究表明,该区有多年冻土约占36.9%,季节冻土占57.5%,多年冻土主要分布在34°N~36.5°N范围的喀喇昆仑、西昆仑一带,季节冻土主要分布在塔里木盆地和34°N以南地区.阿里高原及以南是岛状多年冻土分布区域,其多年冻土分布面积少于此前出版的冻土图所绘制的.青藏高原西部区域的多年冻土下限深度整体表现为由东南-西北逐渐加深.     

甘肃黄土高原地表湿润状况时空变化特征

干湿状况的时空分布是干旱半干旱区的气候研究热点之一,现代气候变暖加速了黄土高原暖干化的进程。根据甘肃省黄土高原13个气象站1961-2006年气象资料,利用Thornthwait公式计算该地区潜在蒸散及湿润指数,并分析了潜在蒸散值与蒸发量的相关关系、潜在蒸散及湿润指数的时空分布特征。结果表明,潜在蒸散计算值与该地蒸发量的实测值相关性显著。在蒸发较盛的3～9月,两者之间的相关性可以通过0.01的信度检验。1961-2006年潜在蒸散随时间呈二阶函数变化,20世纪80年代中期以来潜在蒸散呈明显的线性上升趋势。1984年是变换的转折点,1984-2006年陇西黄土高原潜在蒸散以19.8 mm/10 a的速度上升,陇东黄土高原以31.1 mm/10 a的速度上升。一年之中,湿润指数的变化呈开口向上的抛物线。湿润指数最低的季节为夏季,最高的季节为秋季。20世纪60年代以来,甘肃黄土高原的湿润状况逐渐变差,秋季变化最显著,从20世纪60年代到21世纪初,陇西黄土高原湿润指数下降了0.45,陇东黄土高原湿润指数下降了0.35。湿润状况最差的地区为环县;沿陇海铁路线"兰州-定西-天水"一线是湿润状况较差的地区;湿润状况较好的地区分布在陇东黄土高原的南部及陇西黄土高原的西侧。     

地表热通量对陕南强降水的影响

通过对2002年6月8～9日陕南大暴雨天气过程中地表感热和潜热通量的数值模拟表明:地表感热、潜热通量和温度的区域性分布与高原东部特殊的地形分布有关,地表热通量和温度的等值线与地形等高线大致平行,平原低洼地区和山脉所在地特征明显,从而可以说明地形热力状况在陕西强降水中发挥重要作用;地表潜热作用大于地表感热,去掉地表潜热的作用后,模式对降水的模拟结果与实况偏差较大;地表感热使山脊降水减少,使平原、山谷降水增加,这与夜间的山谷风环流密不可分。     

近20年京津唐主体城区地表热场空间特征变化分析

基于Landsat遥感影像获取京津唐主体城区1995~2015年地表温度(Land Surface Temperature, LST)和不透水地表盖度(Impervious Surface Percentage, ISP)数据。采用热点聚集和阈值分割法,依据地表的温度和不透水盖度属性将京津唐主体城区划分成9种地表热场类型,分析并探讨地表热场的发展规律、年际变化状况和区域贡献作用。研究发现,京津唐主体城区地表温度与不透水地表盖度间存在显著的正向相关关系,两者分别呈现“阶梯降”和“两端高、中间低”的变化特征。京津唐主体城区地表热场的发展主轴保持在西北-东南方向,且随时间推移沿主轴呈聚集态势。 京津唐主体城区地表热场的影响范围在空间上持续扩张,对于不同的主体城区,其在整体区域的热场贡献中有差异化表现。     

青藏高原春季植被变化特征及其对夏季气温的影响

分析1982~2001年NDVI和青藏高原地区台站气温资料,得到结论:近20年来春季高原植被总体呈明显的增加趋势,其中以高原北部、西北部和南部日喀则附近地区的植被增加最明显。高原NDVI与季节同期和滞后的气温以正相关为主。春季NDVI与滞后0~3季气温都表现为正相关,尤以高原春季NDVI与夏季气温的相关更为显著。高原春季NDVI如果处于异常偏小(或偏大) 状态,同时高原的北部和中西部是较明显的NDVI负距平(或正距平)分布时,则高原地区夏季气温具有整体上(或大部分地区)偏低(或偏高)的倾向,平均气温和最高气温在高原西部和北部表现明显,对最低气温的影响的关键区位于高原的中南部和东南部。