MODIS反照率产品在模拟黄河源区陆面过程和降水中的应用

地表反照率是陆面过程中一个重要的物理量, 其变化直接影响地表能量的收支状况, 进而可以影响气温和降水等其它气象要素。本文利用WRF (Weather Research and Forecasting) 模式, 通过两组数值模拟试验分别探讨了地表反照率改变在黄河源区不同下垫面情况下潜热、 感热的分配关系, 详细分析了地表反照率改变对降水变化的影响机制, 最后应用EOS/MODIS地表反照率产品替代原模式低时空分辨率的地表反照率。研究结果表明: (1)当地表反照率减少(增加)时, 模拟的区域平均地表温度、感热、潜热数值相应增大(减少)。当地表反照率减少0.1时, 地表温度上升约1.0 K, 感热和潜热量增量比约为3∶1。 (2) 地表反照率改变对降水量变化影响最大的区域是黄河源区下游的草场区域, 其次是黄河源头区域, 最小的是黄河源区北部的稀疏植被区域。地表反照率通过对大气动力、 热力以及水汽条件的影响, 使得降水发生的环境改变, 主要体现在: 当地表反照率减少时, 地表气压的减少使得大气低层的辐合气流增强, 有利于上升运动的发生; 2.0 m气温的升高增强了大气近地层的热力不稳定度; 2.0 m比湿的增加表明近地层空气水汽含量增加。 (3) 与实况对比分析发现, 使用卫星遥感产品后在月尺度上能够更准确地模拟降水量的变化过程。     

黄河源区蒸散发量时空变化趋势及突变分析

蒸散发量是流域水文过程的关键因子。由于缺乏区域面上实际蒸散发量的长期观测,很难得到长时间序列的蒸散发时空变化趋势。因此,本研究首先利用架设在黄河源若尔盖地区的涡动相关系统观测的2010年全年的蒸散发资料进行分析,对欧洲中心提供的ERA-interim和美国国家环境预报中心(NCEP)提供的地表变量再分析数据集进行了局地适用性评估,并依据再分析蒸散数据集,基于统计学方法分析了1979~2014年黄河源区蒸散发量的时空分布及变化特征。结果表明:(1)ERA-interim蒸散发再分析资料在黄河源区适用性较好,均方根误差为0.63,NCEP蒸散发再分析资料在4~7月、10~12月模拟值偏高,均方根误差为0.81。(2)进而利用ERA-interim蒸散发再分析资料,基于Mann Kendall方法及Sen斜率(Sen’s slope estimator)检验法,分析了黄河源区蒸散发量在1979~2014年期间的变化趋势。黄河源区蒸散发量总体上呈现北高南低的年变化趋势,北部兴海—共和—贵德地区增加最为迅速,年变化率在1.5~2.5 mm/a,西南部曲麻莱—治多—玉树地区减少最为明显,变化率为-1.0~-0.5 mm/a,东南部玛沁—玛曲—久治地区蒸散发量的变化在0.5~1.0 mm/a。(3)利用滑动t检验和SQMK(Sequential Mann Kendall)方法检测出发生突变的年份集中在20世纪80年代。     

黄河源区植被变化趋势及其对气候变化的响应过程研究

利用1982～2001年NOAA/AVHRR(美国大气海洋局卫星/甚高分辨率辐射计)NDVI(归一化植被指数)资料、2000～2008年EOS/MODIS(地球观测系统卫星/中等分辨率成像光谱仪)NDVI资料以及1982～2008年黄河源区的玛多、玛曲和兴海气象台站逐月气温和降水资料,分析了黄河源区玛多、玛曲和兴海地区...     

黄河源积雪期土壤温湿及冻融特征分析与模拟

利用2017~2018年黄河源地区野外观测站数据,对黄河源区两个积雪期内土壤温湿及冻融特征进行了分析,并与CLM4.5模式模拟的积雪期土壤温、湿度及辐射分量进行了对比,结果表明：CLM4.5能很好地模拟出整个积雪期土壤温度的变化趋势;对不同土壤层在不同冻结阶段土壤含水量的模拟有所差异：在完全冻结阶段,对5cm土壤层含水量模拟偏高,而80cm偏低,对10~40cm土壤层含水量的模拟偏差较小;由于降雪及土壤冻融过程主要发生在积雪期,积雪反照率使得净辐射模拟在降雪时段偏差较无降雪时段略大。     

黄河源区干湿演变条件下的水汽输送特征研究

基于"黄河源区玛曲-若尔盖土壤温湿监测网络"自2008年观测以来至2017年的观测资料,通过分析多层土壤湿度异常百分比指数SMAPI(Soil Moisture Anomaly Percentage Index),捕捉10年来该地区的干湿演变过程,并利用再分析数据资料NECP FNL(National Centers ...     

黄河源高寒草原下垫面土壤冻融过程中陆-气间的水热交换特征分析

高寒草原水热交换的季节性特征显著,土壤冻融过程对地-气水热交换有着重要的影响.本文利用黄河源区汤岔玛小流域2014年5月至2015年5月陆面过程观测数据,将土壤冻融过程划分为完全融化(TT)和完全冻结(FF)两种状态与融冻(T-F)和冻融(F-T)两个过程,并分析了期间高寒草原下垫面净辐射、感热通量、潜热通量和地表热通...     

黄河源区植被覆盖度对区域气候影响的数值模拟

利用1997-2006年8km空间分辨率的AVHRR/NDVI,得到了与区域气候模式RegCM3具有相同分辨率的植被覆盖度时间序列,并用其替代RegCM3模式中默认的植被覆盖度,对黄河源区主要气候要素进行了数值模拟。结果表明,使用卫星遥感估算的植被覆盖度,模拟的黄河源区气象台站月平均气温更接近实测值,局地降水量也有一定...     

新型卫星降水产品在黄河源区的适用性分析——以SWAT模型为例

以黄河源区水文循环过程为主要研究对象,应用TRMM卫星和GPM卫星的日降水产品(TMPA 3B42和IMERG-Final)驱动流域分布式水文模型SWAT,将结果进行比较分析,评估了新型卫星降水在黄河源区的适用性及其模拟潜力.研究表明:(1)对于大尺度流域而言,同时对多个子流域进行参数的敏感性分析及率定的结果不适用于每...     

基于FLEXPART模式对黄河源区盛夏降水异常的水汽源地及输送特征研究

依据近10年黄河源区流域气象台站的降水观测资料,提取夏季降水最强月对应的异常特征,利用拉格朗日粒子扩散模式(Flexible Particle Dispersion Model,FLEXPART),针对目标时段开展大气粒子群(气块)的后向模拟,着重分析了流域内降水正负异常状态下的水汽输送特征及其差异,并评估各水汽源地对流域内三类降水的贡献。结果表明,以“S”型跨赤道输送(“由阿拉伯海至孟加拉湾和印度半岛再由青藏高原西南侧进入黄河源区”)和“几”型输送(“由南中国海经长江中下游平原后途径四川盆地再进入黄河源区”)为代表的南支路径是2012年7月黄河源区对应的主要水汽输送路径;而以东、西风急流作用下的两条远距离输送(“由南中国海至孟加拉湾和印度半岛东北部附近后再经由青藏高原西侧或北侧进入黄河源区”以及“由欧洲平原东部和中亚地区进入青藏高原西侧或北侧后到达黄河源区”)为代表的北支路径是2015年7月黄河源区对应的主要水汽输送路径。在对气块后向模拟追踪的同时,对其运动过程中的比湿变化进行了对应经纬度网格的空间平均,变化特征显示出喜马拉雅山南麓、四川盆地周边、孟加拉湾和青藏高原北侧是黄河源区流域降水对应的潜在水汽源地。由定量评估贡献率的结果可知:青藏高原北侧的广大干旱及半干旱草原地区是2015年7月黄河源区降水的最主要水汽来源,其贡献率高达52.9%;而在2012年,三个主要源地的贡献率差异远不及2015年显著;无论对应何种类型的降水,青藏高原西南部和北侧提供了黄河源区主要可供降水的外来水汽。     

1953～2017年黄河源区气温变化的多尺度特征

基于黄河源区8个站点的年平均气温序列,利用集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）方法,揭示了以玛多站为代表的黄河源区1953~2017年气温演变的多时间尺度特征,探讨不同时间尺度上的周期振荡对气温变化总体特征的影响程度,分析了黄河源区不同时间尺度的气温变化与海温指数,尤其是与北大西洋多年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO）间的关系。结果表明:（1）1953年以来黄河源区玛多站年平均气温以0.31 ℃/10 a的变化率表现为明显的增暖趋势,20世纪80年代后期开始转暖,尤其是进入20世纪90年代后期变暖更加明显。（2）1953~2017年,黄河源区年平均气温呈现3 a、6 a、11 a、25 a、64 a及65 a以上时间尺度的准周期变化,其中以准3 a和65 a以上时间尺度的振荡最显著,准3 a的年际振荡在21世纪以前振幅较大,而进入21世纪后年际振荡振幅减弱,65 a以上时间尺度的年代际振荡振幅明显加大。（3）1998年气候显著变暖以前,以准3 a周期为代表的年际振荡在气温演变过程中占据主导地位,1998年气候显著变暖以后,65 a以上时间尺度周期振荡的贡献率增加近5倍,与准3 a周期振荡的贡献相当。（4）气温与Nino3.4指数和PDO（Pacific Decadal Oscillation）指数的同期相关均不显著,但当气温领先PDO指数22 a时正相关最大且显著,不同于PDO指数,气温原始序列及其3个年代际尺度分量滞后AMO指数3~7 a或二者同期时相关性最高,这就意味着AMO对黄河源区气温具有显著影响。（5）AMO的正暖位相对应着包括中国的整个东亚地区偏暖,黄河源区只是受影响区域的一部分,20世纪60年代至90年代初期AMO的负冷位相期、20世纪90年代中后期至今AMO的正暖位相与黄河源区气温距平序列的负距平、正距平相对应,气温在65 a以上时间尺度的变化与AMO指数相关性更高,可见,AMO是影响黄河源区气温变化的一个重要的气候振荡,这种影响主要表现在年代际时间尺度上。     

长江源区近44年气候变化的若干统计分析

利用长江源区5个气象站44年的气温、降水量资料以及其中2个探空站500hPa露点资料,分析了该地区气候变化趋势、突变等情况。结果表明：近44年来长江源区气温普遍升高,冬季升温幅度较大,夏季增温趋势明显,进入21世纪后,长江源区春季平均气温在降低,夏、秋季平均气温增高较趋缓,而冬季增温加剧的趋势十分明显;年、夏季降水量变化呈微弱减少趋势,而冬、春和秋季降水量呈现出增加趋势,其中春季增幅较大,冬季增湿趋势明显;长江源区年平均气温在20世纪60年代末70年代初就显现出波动回升的趋势,在1986年前后发生了由冷到暖的突变,冬、春季降水量均在20世纪70年代和80年代出现了由少向多的突变。长江源区气候在波动性变暖变干过程中,自1986年起出现了气候转向暖湿的信号,其主要原因在于全球变暖并由此引起的海洋蒸发和陆地蒸散加强,地气水分循环加快,空中水汽输送加强。     

黄河源区草地退化对局地气候环境影响的数值模拟

土地覆盖变化会影响到近地层各气象要素发生不同程度的变化.利用中尺度数值模式MM5,设计了一个控制试验和一个敏感性试验.通过对2003年7月一个月的积分,模拟了黄河源区草原退化对局地气候环境的影响.结果表明,黄河源区草原退化导致该地区2 m高度气温及地表温度明显升高;空气湿度及土壤湿度不同程度减小;草原退化后降水的减小影响到径流减小;草原退化后还引起退化区感热通量增加,潜热通量减小,有效通量(感热通量+潜热通量)减小.与草地农牧化相比,草原退化对气候环境的影响程度更强.     

长江源区气候及水资源变化特征研究进展

本文对近年来长江源区的气候变化及水资源变化特征研究进行了概述与总结.结果表明：长江源区气候变化特征表现为,从20世纪60年代以来,长江源区年及四季气温呈显著增温趋势;水面和陆面蒸发量均呈增加趋势;进入21世纪后,长江源区降水量呈增加趋势.水资源变化特征表现为,冰川出现普遍的退缩现象;湿地退化明显;21世纪前长江源区径流量总体上呈明显的递减趋势,而在最近10多年水资源量有明显增多现象,其原因可能是近10多年长江源区气温显著增加,导致更多冰川融化,同时进入21世纪后长江源区降水增加.预计未来到2050年,长江源区气温将升高,降水将增加,冰川面积将减少,地表水资源仍有可能以增加为主.     

夏季青藏高原地面热源对黄河上游流量及径流的影响

根据夏季青藏高原热源变化与黄河上游流量密切相关的统计事实,用一个大气环流模式（GCM）进行了夏季青藏高原热源强度变化对径流影响的数值试验。结果表明,高原热源减弱则径流减少,流量也随之下降。可见,夏季高原热源变化是导致高原地区乃至黄河上游流量变化的重要原因之一。     

黄河源区径流减少的原因探讨

分析了黄河源区1960~2000年气候变化特点,对蒸发进行了估算,并分析了植被和冻土的变化,对径流在20世纪90年代后明显减少的原因进行了探讨。结果表明,黄河源区气温在20世纪80年代中期后明显增加,降水在90年代偏少,气候向暖干方向发展,但蒸发变化不大,径流减少的直接原因是降水的减少;在90年代后降水强度的减弱也可能是径流减少的重要原因;归一化植被指数(NDVI)数据显示植被在90年代后期呈现退化的趋势,冻土在80年代以后表现出的明显的退化趋势,植被冻土的退化可以使得冻结层上水位下移,土壤水向土壤下层的渗漏增加,也会造成径流的减少。     

黄河源区高寒草地-大气间水热交换通量特征

利用黄河源区玛曲观测站2016年涡动相关系统和微气象梯度塔观测资料,分析了高寒草地 大气间水热交换通量的特征。结果表明：夜间地表各通量值很小,净辐射和感热通量为负值,潜热通量的值较小但始终为正。日出后随着太阳辐射和地表加热作用各通量迅速增大,在14时左右达到峰值。暖季（6—8月）夜间感热通量占净辐射的比例(H/Rn)高于感潜通量占净辐射的比例(LE/Rn),日出后LE/Rn开始升高而H/Rn减小,日间LE/Rn大于H/Rn。冷季（12月—次年2月）H/Rn始终大于LE/Rn,感热通量在冷季的能量分配中占据主导地位。暖季LE/Rn、H/Rn均随土壤温度升高而升高。冷季H/Rn与5 cm深度土壤温度表现出了更为明显的二次关系,随着温度升高先降低后升高,当温度小于-7 ℃时H/Rn降低,大于-6 ℃时H/Rn增大。暖季H/Rn随着土壤湿度增大先降低后升高,LE/Rn先升高后降低。在0—1.5 kPa,暖季饱和水汽压差与LE/Rn、H/Rn均呈线性关系,并随着饱和水汽压差增大,LE/Rn增大而H/Rn减小;1.5 kPa之后,LE/Rn、H/Rn变化特征均保持其原有趋势。     

气候变化对长江黄河源区生态系统的影响及其水文效应

利用1967年航片数据、1986和2000年两期遥感TM数据,对长江黄河源区高寒生态系统分布格局变化进行了分析,并结合源区气候变化观测数据,分析了源区高寒生态系统变化与气候的关系和陆面生态系统变化对源区水文过程的影响。结果表明：过去40 a来,长江源区高覆盖草甸、高覆盖草原和湿地面积分别减少了13.5%、3.6%和28.9%,黄河源区高覆盖草甸、高覆盖草原和湿地面积分别减少了23.2%、7.0%和13.6%,江河源区低覆盖草甸、草原和沙漠草地面积均不同程度地增加;长江、黄河源区气温变化率分别为0.27和0.31℃/10a,降水的变化趋势在长江、黄河源区分别以0.36和0.07 mm/a的速率递增,气温持续升高和由此引起的冻土退化是导致高寒生态系统退化的主要因素之一;陆面生态系统退化对源区水文过程影响显著,在降水没有明显变化的情况下,长江、黄河源区径流系数分别由1960年代的0.16和0.28下降到21世纪的0.12和0.21,且降水－径流关系减弱,出源径流趋于减少,洪水发生频率显著增加,水源涵养指数持续减小。如何应对气候变化,维护源区高寒生态系统功能,已成为迫切需要关注和解决的关键问题。     

近50年黄河源区植被净初级生产力变化特征及其影响因素

利用1959—2008年黄河源区月平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、降水量、风速和日照百分率等气候要素资料,应用修订的Thornthwaite Memorial模型计算了近50年植被净初级生产力（net primary productivity,NPP）,分析其年际和年代际变化特征及其主要气象因子的影响。结果表明...     

关于干旱和半干旱区陆面水分过程的研究

简要阐述了陆面水分过程的内涵,论述了干旱半干旱区陆面水分过程的独特性,提出了干旱半干旱区生态和土壤特性对陆面水分过程的敏感性。并且,总结了国内外陆面水分过程的研究现状,分析了干旱半干旱区陆面水分过程研究的不足之处,讨论了进一步开展干旱半干旱区陆面水分过程研究的思路。     

黄河源地区近地面逆温层特征及形成原因分析

利用黄河源地区达日国家基准气象站2008～2017a近10a的探空、地面观测资料,分析黄河源地区近地面逆温层特征及形成原因,结果表明:(1)黄河源地区逆温层的出现频率、厚度、强度在不同时次随季节有明显的变化;(2)云量的多少、低空风速的大小对逆温的产生及强弱直接有关,逆温层下常伴有露、霜、雾等天气现象出现,逆温层上下空气湿度存在着明显的差别;(3)黄河源地区的逆温是在气候背景、地理条件、天气条件共同影响下,地面辐射作用的结果。