玛曲地区牧草生长季土壤湿度与气候因子关系的分析

近年来，黄河上游生态环境的保护引起了各方的重视，本从牧草生长与气候因子的关系着手，根据玛曲县气象局1991—1996年气候观测资料以及牧草生长资料，对牧草生长季土壤湿度与气候因子进行统计分析，得出了土壤湿度与降水、日照等气候因子之间的关系，为黄河上游人工增雨作业提供了科学依据。     

东亚地区陆地植被净初级生产力与夏季气候的模拟

利用中国科学院大气物理研究所(IAP)一个海洋-大气-动态植被耦合模式(GOALS-AVIM),进行了100年模拟积分.基于模拟结果,对东亚地区的植被净初级生产力(NPP)、降水、地面气温和短波辐射的季节变化进行了标准化对比,分析了NPP的时空格局与气候因子(气温、短波辐射和降水)的关系;利用奇异值分解(SVD)对东亚夏季降水场和NPP的关系进行分解.结果表明,夏季东亚地区植被NPP及相关气候因子的时空变化规律明显,耦合模式可以很好地模拟出观测存在的降水及NPP、LAI(叶面积指数)大值区随季节北移南退的形态;由于耦合模式中AVIM的双向特点,模式模拟的NPP与其他物理场的季节变化有很强的对应关系,而且在不同时间和地区,NPP与降水、地面气温、短波辐射表现出不同的对应关系,其中植被NPP时间变化与气温和降水的相关性都较高;从NPP场和降水场夏季逐月标准化距平奇异值分解的空间分布模态来看.NPP与降水在时空场上表现出很强的耦合性,NPP的空间格局与降水存在较好的相关性,不同地理位置的相关性强弱不同,分解出的降水场异常相关模态也再现了东亚夏季降水移动的时空特征,同时东亚雨带随季节变化与NPP的气候变率表现出不同的对应模态.     

1981-2008年中国陆地植被NPP对气候变化响应的敏感性试验

在验证CENTURY模型对中国陆地植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)模拟能力的基础上,利用该模型探讨了1981-2008年中国陆地植被NPP的年际变异和变化趋势对CO₂浓度、温度和降水变化的响应。结果表明,中国陆地植被NPP对不同气候因子的响应程度存在明显不同。其中,CO₂浓度变化对植被NPP年际变异的影响不显著,但能够引起中国大部分地区植被NPP趋势系数增大;温度对中国中高纬度地区植被NPP的年际变化影响显著,但就全国范围而言,植被NPP年际变异对温度变化的响应程度总体低于对降水变化的响应程度;降水变化是对中国植被NPP变化趋势起主导作用的气候因子。此外,综合考虑温度和降水变化的影响发现,植被NPP变化趋势的响应特征类似于降水单独变化时植被NPP变化趋势的响应特征。     

通辽市植被生态质量变化分析

为研究通辽市植被生态质量变化特征,文章利用MODIS归一化植被指数(NDVI)和气象监测资料,分析了通辽市2000—2019年生长季植被覆盖度、净初级生产力(NPP)以及植被生态质量指数变化特征,并分析了三者与气候因子的相关关系,以期为建设“生态通辽”提供决策依据。结果表明:(1)研究区生长季植被覆盖度平均值从2000年的36.26%上升至2019年的49.57%,平均每年增加0.54%;(2)研究区植被NPP平均值从2000年的198.04 gC·m-2增加到2019年的404.54 gC·m-2,平均每年增加8.63 gC·m-2;(3)研究区植被生态质量指数平均值由2000年40.28增加到2019年的70.87,平均每年增加1.25,2019年植被生态质量达到2000年以来最好;(4)研究区生长季植被覆盖度、植被NPP、植被生态质量指数与生长季平均气温呈不显著的负相关,与降水量呈极显著的正相关,表明降水量是研究区植被生态质量显著正向因子。     

地球系统模式中植被净初级生产力百年尺度时空变化及其与气候的关系

利用6个地球系统模式模拟的植被净初级生产力（NPP）对1901～2005年NPP时空变化进行了研究,并结合气候因子分析了NPP的变化与气温和降水的关系。结果表明:（1）近百年来全球NPP呈现上升趋势,模式集合平均的趋势系数为0.88,通过了99.9%的信度检验;北半球的趋势比南半球明显。（3）近百年来800 g(C) m-2 a-1以上的NPP高值区主要分布在南美洲赤道地区、非洲赤道地区、中南半岛和印度尼西亚一带的热带雨林区;低值区主要分布在北半球高纬度地区、非洲北部地区、亚洲大陆干旱半干旱区以及青藏高原西北部地区。（3）全球NPP与气温百年演变在大部分地区主要为正相关关系,仅在赤道附近的南美洲、非洲以及印度地区为负相关关系,主要由于这些地区辐射是NPP的限制因子。全球NPP与降水的百年变化在大部分地区也主要是正相关关系,在非洲北部到西亚中亚的干旱半干旱地区为负相关关系。（4）6个地球系统模式在全球21个区域的大部分地区的NPP和气温降水的变化关系较为一致,西非地区不同模式变化不一致,NPP模拟的不确定性较大,其次是地中海地区。（5）东亚地区NPP与气候的百年演变同步并且相关性高,反映了强烈的植被大气相互作用过程。     

重庆地区年气温与降水量变化特征及对NPP的影响

选取重庆34个测站1959—2001年共43年逐月平均气温和降水量资料, 利用Thornth-waite Memoriae模型, 即根据植物生物产量与年平均气温、年降水量之间的关系用实际蒸散量估算NPP (净第一性生产力), 采用EOF及MHF小波等方法分析重庆地区年平均气温、降水量及NPP的时空变化特征及相互关系, 最后采用Thornth-waite Memoriae模型分析气温、降水变化对NPP的影响, 并结合未来气候预测结果对NPP的变化进行了预估。结果表明:重庆区域的年平均气温、年总降水量及NPP空间变化均比较有规律, 在整个时间域内, 气温呈下降趋势, 而降水变化趋势不明显, NPP略有下降, 但它们都具有明显的阶段性变化特征, NPP与降水的变化趋势比较一致; 在不同时间尺度上, NPP的变化趋势与降水接近, 在10年时间尺度以下时, 它与气温变化关系不明显, NPP与降水的年际振动特征明显, 而气温的年代际振动特征较显著; 重庆地区“暖湿型”气候对NPP增加最有利, 而“冷干型”气候对NPP增加最不利, 未来50年内重庆地区气温及降水变化趋势将有利于NPP的增加, 2030年前后可能达到最大值。     

利用气象卫星资料估算全球作物总产研究

以美国为例,利用1996～2000年每旬的全球植被指数卫星遥感资料,计算出每年耕地上作物生长季内的总NPP（Net Primary Production）。农作物总产是耕地上总NPP的一部分,根据NPP与作物总产的关系,确定作物的产量转换系数,然后利用当年耕地的总NPP值来估算当年作物的总产。通过研究表明,该方法的预测精度较高,可操作性强,能够投入业务应用。     

天山北麓植被指数变化特征及其与气温和降水的关系

利用1982-2005年的归一化植被指数(NDVI)和气象资料,研究了天山北麓各地区不同植被类型ND-VI的年际变化特征及其对气候因子的响应.结果表明:1)近24 a来天山北麓各地区植被指数在波动中有所增长.2)不同植被类型对气候因子的响应不同,但各类型植被NDVI都与气温和降水存在着明显的正相关关系.3)平原区植被指数增幅大于山区植被指数增幅,说明植被生长不仅受自然因素影响,也受人为因素影响.     

襄城县气候与烤烟质量的关系

根据襄城县33年烤烟和气象资料,采用数理统计方法,首先求烤烟气候质量,接着求气候质量与147个气候因子的单相关,从中筛选出17个相关显著的因子,据复相关再从中筛选出3个主导因子,分析这些气候因子与烤烟质量之间的关系及其成因.     

红松、兴安落叶松、红皮云杉苗圃苗木的换床试验研究

通过对兴安落叶松、红松、红皮云杉等小兴安岭主要树种不同床高、不同解冻深度裸根苗的生长发育与土壤各层地温、主要气候因子关系的研究，表明：床高30—35cm对换床苗木生长较为有利。兴安落叶松以解冻15cm换床效果较好；红松以解冻25cm换床效果较好；红皮云杉以解冻20cm换床效果较好。气温、相对湿度、降水量、日照时数等主要气候因子对不同床高、不同解冻深度换床苗木生长的影响是多因子综合作用的结果，各气候因子之间相互制约、相互影响。     

陆面过程模式的改进及其检验

文中对陆面过程模式 (BATS)进行了改进 ,改进后的模式能较好地模拟地表物理量的年、季和日变化 ,它有两方面的特点 :采用热扩散方程模拟 7层土壤温度 ,模拟的温度可与实测值进行比较 ;在BATS的地表径流方案中 ,考虑了空间不均匀性的一般地表径流 (GVIC)过程 ,研究结果表明 :⑴模式能很好地模拟各层土壤温度的年、季和日变化。冬季土壤温度下层高于上层 ,而在夏季上层高于下层 ,这种上下层温度的转换时间大约在 4和 10月份 ,这与实测土壤温度的年变化非常一致。较为准确地模拟了各层土壤温度日变化的时滞效应。⑵用南京和武汉站的资料 ,将BATS地表径流方案模拟的地表水分分量与GVIC方案进行比较 ,BATS地表径流方案模拟的地表水分分量 ,与总水量的平衡相差较大 ,而GVIC模拟的效果相对较好 ,地表总水量基本上与降水总量达到了平衡     

Improvement of surface albedo simulations over arid regions

To improve the simulation of the surface radiation budget and related thermal processes in arid regions, three sophisticated surface albedo schemes designed for such regions were incorporated into the Biosphere- Atmosphere Transfer Scheme （BATS）. Two of these schemes are functions of the solar zenith angle （SZA）, where the first one has one adjustable parameter defined as SZA1 scheme, and the second one has two empirical parameters defined as SZA2 scheme. The third albedo scheme is a function of solar angle and soil water that were developed based on arid-region observations from the Dunhuang field experiment （DHEX） （defined as DH scheme）. We evaluated the performance of the original and newly-incorporated albedo schemes within BATS using the in-situ data from the Oasis System Energy and Water Cycle Field Experiment that was carried out in JinTa, Gansu arid area （JTEX）. The results indicate that a control run by the original version of the BATS generates a constant albedo, while the SZA1 and SZA2 schemes basically can reproduce the observed diurnal cycle of surface albedo, although these two schemes still underestimate the albedo when SZA is high in the early morning and late afternoon, and overestimate it when SZA is low during noontime. The SZA2 scheme has a better overall performance than the SZA1 scheme. In addition, BATS with the DH scheme slightly improves the albedo simulation in magnitude as compared to that from the control run, but a diurnal cycle of albedo is not produced by this scheme. The SZA1 and SZA2 schemes significantly increase the surface absorbed solar radiation by nearly 70 W m^-2, which further raises the ground temperature by 6 K and the sensible heat flux by 35 W m^-2. The increased solar radiation, heat flux, and temperature are more consistent with the observations that those from the control run. However, a significant improvement in these three variables is not found in BATS with the DH scheme due to the neglect of the diurnal cycle of albedo. Further analysis indi     

The coupling of the Common Land Model (CLM0) to a regional climate model (RegCM)

Summary We replace the existing land surface parameterization scheme, the Biosphere-Atmosphere Transfer Scheme (BATS), in a regional climate model (RegCM) with the newly developed Common Land Model (CLM0). The main improvements of CLM0 include a detailed 10-layer soil model, the distinction between soil ice and water phases, a linked photosynthesis-stomatal conductance model, a multilayer snow model, and an improved runoff parameterization. We compare the performance of CLM0 and BATS as coupled to the RegCM in a one year simulation over East Asia. We find that the RegCM/CLM0 improves the winter cold bias present in the RegCM/BATS simulation. With respect to the surface energy balance, lower CLM0 albedos allow the absorption of more solar radiation at the surface. CLM0 tends to simulate higher sensible heat and lower latent heat fluxes than its BATS counterpart. The surface water balance also changes considerably between the two land surface schemes. Compared to BATS, CLM0 precipitation is reduced overall and surface runoff is increased, thereby allowing less water to enter the soil column. Evapotranspiration is lower in CLM0 due to lower ground evaporation, which leads to a wetter surface soil in CLM0 in spite of less precipitation input. However, transpiration is greater in CLM0 than BATS, which has an overall effect of less surface storage during the summertime. Comparison with station observations indicates that CLM0 tends to improve the simulation of root zone soil water content compared to BATS. Another pronounced difference between the two schemes is that CLM0 produces lower snow amounts than BATS because of different snow models and warmer CLM0 temperatures. In this case, BATS snow cover amounts are more in line with observations. Overall, except for the snow amounts, CLM0 appears to improve the RegCM simulation of the surface energy and water budgets compared to BATS.     

三个陆面模式对新疆地区陆面过程模拟的对比研究

利用实测的大气观测数据建立陆面模式驱动场, 分别驱动Biosphere-Atmosphere Transfer Scheme（BATS）, Land Surface Model（LSM）, Common Land Model（CoLM）三个陆面模式, 对新疆地区99个测站的陆面热力过程进行了off-line模拟研究, 对比分析了三个模式模拟结果的异同, 并利用观测的土壤温度检验了各个模式的模拟性能。结果表明： 三个模式对所吸收的太阳辐射、 地表感热通量、 地表潜热通量和Bowen比的模拟结果有明显差别, 其中CoLM模拟的太阳辐射、 感热通量和土壤温度比BATS和LSM大。用观测的土壤温度对三个模式模拟性能的检验表明 BATS模拟的土壤温度最接近观测值, 大约偏低1℃, 而LSM和CoLM的模拟结果偏高, CoLM模拟的年际变化趋势与观测值相关性达到0.877, 高于另外两个模式的模拟; BATS在天山以北模拟值偏低, CoLM在天山以南模拟结果偏高, LSM模拟的区域分布状况与实际观测最一致。这些结果为研究陆面模式在新疆地区的应用提供了一些参考, 对于深入了解新疆地区的陆面过程具有重要意义。     

10层陆面过程模式及其Offline独立试验

利用西伯利亚地区的一个试验点资料和1998年中国淮河流域试验（HUBEX）的加密观测资料，对一个新发展的陆面过程模式进行了模拟检验。西伯利亚地区的单点试验表明，不同时间间隔的边界强迫对地表吸收的净短波辐射和释放的潜热影响较大。淮河流域的模拟结果表明，模式能够较好地模拟出我国夏季半湿润地区陆面特征量的变化趋势。由于模式模拟的地温偏低、净短波辐射偏小。所以模拟的感热和潜热值偏小。对该模式在淮河流域的植被、土壤等参数的合理选取可能会提高模式的模拟效果。     

Analysis of 40 year records of solar radiation data in Shanghai,Nanjing and Hangzhou in Eastern China

Summary In this paper, we analyze global, direct and diffuse solar radiation data on a horizontal surface observed at stations in Shanghai, Nanjing and Hangzhou for the period of 1961 to 2000. The data include monthly averages of the daily clearness index (G/G₀: the ratio of global to extraterrestrial solar radiation) and the diffuse fraction (D/G: the ratio of diffuse to global solar radiation. The present study has processed and analyzed the data, including variables or statistics of mean, and annual monthly and daily total, the diurnal variation and the frequency of daily totals of global solar radiation. A correlation between daily values of clearness index and diffuse fraction is obtained and recommended correlation equations were calculated. The annual variations and trend of yearly series are analyzed for daily global, direct and diffuse radiation on a horizontal surface, as well as for daily clearness index and diffuse fraction in Shanghai, Nanjing and Hangzhou. The results show: 1) the east China is characterized by a decrease in global and direct radiation and a little increase in diffuse radiation and a negative linear relationship was obtained between clearness index and diffuse fraction. 2) The annual variations of global, direct and diffuse radiation for Shanghai, Nanjing and Hangzhou are similar with relative low values of global and direct radiation in June due to the Meiyu period. 3) The acceleration of air pollution and decrease of relative sunshine are the possible causes for the decrease of global and direct radiation.     

区域气候模式RegCM2对标量粗糙敏感性试验

在地气通量的计算中,一般没有考虑温度、水汽、动量的相应粗糙度之间的不同。本文将标量粗糙度Z0T和Z0q引入区域气候模式RegCM2的陆面过程BATS中,用1991年6月与7月的观测资料作了三组敏感性试验,并同实况进行了比较。结果表明：在区域气候模式RegCM2中引入标量粗糙度后,提高了地气间感热通量与潜热通量的计算精度,改善了地表温度和地表比湿的模拟,进而改变了降水的模拟,表明区域气候模式对标量粗糙是敏感的,并且在晴天状况下更为敏感。