青藏高原增温效应对垂直带谱的影响

青藏高原作为巨大的热源对亚洲气候、高原生态格局等产生重要的影响。但青藏高原的增温效应最初是20世纪50年代因其对亚洲气候的重大影响而被发现的,因此,大量的相关研究主要集中在高原夏季增温对气候的影响方面,而高原增温效应对高原地理生态格局的影响研究却非常少。利用收集到的气象台站观测数据、基于MODIS地表温度估算的青藏高原气温数据、林线数据和垂直带谱数据及DEM数据,通过对比分析高原内部与外围山区垂直带谱高度的变化及林线的分布规律,并以高原内部与边缘地区相同海拔高度上的气温差、最热月10℃等温线、15℃·月的温暖指数等温度指标来定量描述高原的增温效应及其对垂直带谱和林线的影响。研究结果表明:1由于青藏高原增温效应的影响,高原内部气温和生长季长度高于边缘地区,相同海拔高度上,高原内部各月气温比边缘地区高2~7℃;在4500 m高度上,高原内部各月气温比四川盆地高3.58℃(4月)到6.63℃(6月);最热月10℃等温线的海拔高度也从东部边缘(4000 m以下)向内部逐渐升高,在拉萨-改则一带则可出现在4600~5000 m的高度;15℃·月的温暖指数的海拔高度也从边缘向内部逐渐升高,在4500 m的海拔高度上,横断山区、高原南部和中部地区的温暖指数均能达到15℃·月以上,而其它边缘地区则都低于15℃·月。2青藏高原垂直带谱和林线的分布规律与增温效应的规律极其一致,即均从东部边缘向内部逐渐升高,表明增温效应抬升了高原内部垂直带谱的分布范围和高度:山地暗针叶林带的分布范围在高原内部比东部边缘地区高1000~1500 m;山地草甸带的分布范围在高原内部比东部边缘高出700~900 m;高原内部林线比外围地区高500~1000 m左右。最热月10℃等温线和15℃·月温暖指数的分布规律与林线分布规律一致,表明高原增温效应对垂直带谱的分布具有重要的影响。     

青藏高原和阿尔卑斯山山体效应的对比研究

山体效应不仅对气候产生重大影响,也对区域地理生态格局有深远影响,尤其是它对山地垂直带分布和结构类型等的影响已经为地理学家和地植物学家所认识。目前相关研究主要集中在山体效应定量化方面,缺少不同山地山体效应的对比研究,因此对山体效应的区域差异性了解不足。本文选择欧亚大陆上具有明显山体效应的两个山地青藏高原和阿尔卑斯山为研究对象,利用收集到的气象台站观测数据、林线和DEM数据以及基于MODIS地表温度估算的青藏高原和阿尔卑斯山气温数据等,通过对比分析青藏高原与阿尔卑斯山相同海拔高度上的气温以及林线分布高度等来探讨两个山地的山体效应差异性。分析结果表明青藏高原的山体效应比阿尔卑斯山更为强烈,表现为：① 由于山体效应影响,在相同海拔高度上（4500 m）,青藏高原内部气温远高于阿尔卑斯山的气温,尤其是在最热月高原内部气温比阿尔卑斯山内部气温高10~15℃,在最冷月高原内部气温比阿尔卑斯山内部气温高5~10℃。② 由于山体效应影响,青藏高原内部林线也远高于阿尔卑斯山内部林线,约高2000~3000 m。本研究将为山体效应的影响因素分析奠定基础,同时对于揭示欧亚大陆山地生态系统格局具有一定的科学意义。     

基于MODIS数据的青藏高原气温与增温效应估算

利用2001-2007 年MODIS地表温度数据、137 个气象观测台站数据和ASTERGDEM数据, 采用普通线性回归分析方法(OLS)及地理加权回归分析方法(GWR), 研究了高原月均地表温度与气温的相关关系, 最终选择精度较高的GWR分析方法, 建立了高原气温与地表温度、海拔高度的回归模型。各月气温GWR回归模型的决定系数(Adjusted R²) 都达到了0.91 以上(0.91~0.95), 标准误差(RMSE) 介于1.16~1.58℃;约70%以上的台站各月残差介于-1.5~1.5℃之间, 80%以上的台站的残差介于-2~2℃之间。根据该模型, 估算了青藏高原气温, 并在此基础上, 将高原及周边地区7 月份月均气温转换到4500 m和5000 m海拔高度上, 对比分析高原内部相对于外围地区的增温效应。研究结果表明:(1) 利用GWR方法, 结合地面台站的观测数据和MODIS Ts、DEM等, 对高原气温估算的精度高于以往普通回归分析模型估算的精度(RMSE=2~3℃), 精度可以提高到1.58℃;(2) 高原夏半年海拔5000 m左右的高山区气温能达到0℃以上, 尤其是7 月份, 海拔4000~5500 m的高山区的气温仍能达到10℃左右, 为山地森林的发育提供了温度条件, 使高原成为北半球林线分布最高的地方;(3) 高原的增温效应非常突出, 初步估算, 在相同的海拔高度上高原内部气温要比外围地区高6~10℃。     

气候变化对青藏高原生态环境的影响评价

根据青藏高原16个气象观测台站有关气温和降水的多年数据,分析了近40年来青藏高原的气候变化特征。结果表明,近40年来青藏高原气候变化的总趋势是气温升高,降水量稍有增加。这种气候波动变化,对高原植被、冰雪水及土地沙化都有较大的影响。据预测到2100年青藏高原气温将上升2～3 6℃,降水量在高原中部和东部增加约0～300mm,而在西南部将减少0～500mm。气候的变化使植被群落发生明显的变化,分布界线向更高的海拔高度迁移。也使高原冰川退缩,但未来冰川不一定消失。     

科罗拉多落基山脉山体效应定量化研究

落基山脉作为北美最大的内陆山地,其山体效应对林线分布具有很大影响,导致林线海拔远高于周围内陆山体及其他海岸山地。然而,以往落基山脉山体效应研究多集中于定性研究,但是山体效应如何量化,如何根据落基山脉的地形气候条件构建区域山体效应的定量化模型,目前鲜有研究。通过分析台站处山体增温及量化落基山脉山体效应的影响因子,并计算最热月均温10℃等温线的海拔高度,来定量化地估算科罗拉多落基山脉山体效应值大小及其对林线分布的影响。结果表明:(1)用山体增温值表示山体效应大小是合理且比较理想的指标。科罗拉多落基山脉增温显著,所有台站的增温均值为2.07℃,增温幅度为0.78~4.29℃。(2)科罗拉多落基山脉山体效应的主要影响因素为山体基面高度和降水大陆度,二者与山体增温构建的线性拟合模型具有较高的解释能力,判定系数高达71.2%。(3)科罗拉多落基山脉不同纬度带山体内外最热月10℃等温线分布高度对比表明,山体内部理想林线高度均高于山体外部的理想林线分布,内外分布差异为400~700 m。定量分析科罗拉多落基山脉的山体效应模型,优化了区域尺度的山体效应模型精度,有助于深入认识山体效应及其对垂直带分布的影响。     

阿尔卑斯山山体效应及其对林线的影响分析

阿尔卑斯山是欧亚大陆上著名的山地,对欧洲的地理生态格局具有重要的影响.山体效应产生的原因在于隆起的高原或山地吸收了更多的太阳辐射.因此,论文以阿尔卑斯山为研究对象,利用收集到的气象台站观测数据、林线、数字高程数据,以及基于半球视域算法计算得到的太阳辐射数据等,分析阿尔卑斯山气温的空间分布格局以及最热月、最冷月、全年的太...     

基于DEM的秦岭山地1月气温及0℃等温线变化

以秦岭南北39 个气象站点1959-2009 年1 月平均气温为基础, 考虑地形因素对温度场的影响, 采取基于DEM的空间插值方法, 获取秦岭山地复杂地形下的1 月气温空间插值数据集, 并在此基础上提取1 月0℃等温线, 研究了50 年来秦岭山地1 月平均气温和1 月0℃等温线的变化情况。结果表明:秦岭南北1 月月均气温均表现为上升趋势, 温度变化倾向率约为0.2℃/10a;50 年来秦岭1 月0℃等温线发生了明显上升, 平均上升高度为143.7 m。从经度上看, 107°E~109°E 范围内1 月0℃等温线所处海拔高度的变化最为强烈, 50 年来上升高度达166.2 m, 明显高于东西两段;1993 年是秦岭地区气温明显上升的突变点, 气温突变后1 月0℃等温线比突变前平均上升了113.82 m。     

青藏高原山体效应的遥感估算及其生态效应分析

山体效应是隆起的山体所产生的热力效应,其结果之一就是相同垂直带界限自外围向内部有升高的趋势。本文结合MOD11C3地表温度产品和地面144个气象台站实测气象数据,估算青藏高原内外相同高度上的温差(也即高原山体效应值)。具体结论如下:(1)最大温差(10.04℃~11.70℃)出现在高原中南部,即雅鲁藏布江以北藏北高原以南。由此为核心向北、向东、向西均逐渐减小;(2)数据点上同高度内外温差与局部基面高度有紧密关系,基面高度每抬升100 m,温差增加约0.051℃,并有加速增大的趋势;(3)山体基面高度与山体效应存在明显的线性关系,其决定系数R2高达0.5306。但山体基面高度最高的区域山体效应并非最大,说明还有其他因子影响山体效应的大小,可能的因子包括大气湿度、纬度、地形开阔程度等,在建立山体效应数字模型时必须加以考虑;(4)高原山体效应对雪线分布高度的抬升作用更甚于其对林线。山体效应估值最大的区域,分布着6 000 m以上极高雪线;最高林线(4 900 m)分布于本研究中山体效应估算值较低的相对多雨区,因为林线的发育还要求一定的降水量。     

基于Modis地表温度的横断山区气温估算及其时空规律分析

横断山区气象观测站稀少且多分布在河谷之中,气温资料极度匮乏,严重影响山区地理与生态研究。随着遥感技术的发展,热红外遥感数据,结合地面观测数据,可以用来推测山区气温。本文通过对横断山区2001 年-2007 年间64 个气象台站的多年月平均气温数据(Ta) 与Modis地表温度多年月平均值(Ts) 进行了时序分析和回归分析,并取得如下研究结果：(1) Ts 与Ta 具有非常好的线性相关关系,89%的台站的决定系数高于0.5;95%的台站的标准误差都低于3 oC,84.4%的台站标准误差低于2.5 oC;12 个月份的Ts 与Ta 的决定系数R²在0.63~0.90 之间,标准误差在2.22~3.05 oC之间。(2) 研究区内月均气温的变化范围在-2.25~15.64 oC之间;生长季(5-9 月份) 的月均气温变化范围为：10.44~15.64 oC。(3) 等温线的海拔高度自山体外围向内部逐渐升高,与山体效应的增温效应相吻合;0 oC等温线自10 月份从海拔4700±500 m左右逐渐降低,至1月份降至最低点,约在3500±500 m左右,此后,逐渐回升,至次年5 月份再次达到4700±500 m左右,也就是说横断山区5200 m以下的广大山区全年至少有6~12 个月的气温在0 oC以上。研究表明：可以利用Modis月均地表温度结合地面观测台站的数据较精确的估算山区月均气温。     

基于TRMM数据的青藏高原降水的空间和季节分布特征

庞大的青藏高原不仅影响其周围的气候,也影响整个亚洲甚或全球的气候,而且本身还形成了独特的高原气候。但高原上气象观测站点极为稀少,降水资料奇缺,难以完整、深刻地认识高原降水的时空分布格局。选用热带降雨测量计划卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)3B43月尺度降水率数据,并根据114个气象站点数据与TRMM数据的差额和克里格球形插值模型对原数据进行了修正,克服了原数据低值高估、高值低估的问题,并以此分析了青藏高原1998~2011年的多年平均降水的空间格局与季节分布特征。研究结果证实了青藏高原降水的空间格局呈现自东南向西北递减、自南向北逐渐减少的基本分布规律,包括喜马拉雅山北坡雨影区、高原西北部"寒旱核心"的存在;还发现了一些新的规律,包括阿里喀喇昆仑山少雨区、高原腹地相对湿润区、横断山脉中心相对干旱区等。高原降水的季节分配不均匀,其中,西、北部春(3~5月)、秋(9~11月)和冬(12~2月)的降水占全年降水比例均为20%~30%,夏季(6~8月)降水稍多,比例为30%~40%;东南部降水主要集中在夏季,比例高达40%~60%,春、秋降水比例为20%~30%,冬季降水比例低于10%。     

1970-2016年冈底斯山冰川变化

基于修订后的中国两次冰川编目数据及2015-2016年Landsat OLI遥感影像,对冈底斯山1970-2016年的冰川时空变化特征进行分析,并利用相应时段的气温和降水数据,对冰川变化原因进行探讨,为全面认识冈底斯山在气候变暖背景下冰川的响应规律及区域水资源合理利用提供科学依据。结果表明：① 2015-2016年冈底斯山共有冰川3953条,面积1306.45 km ²,冰储量约58.16 km ³;冰川数量以面积< 0.5 km ²的冰川为主,面积则以介于0.1~5 km ²的冰川为主。② 1970-2016年冈底斯山冰川面积共减少854.05 km ²（-39.53%）,冰川面积变化相对速率高达-1.09%/a,消融期气温升高是导致该山区冰川退缩的最主要原因。与中国西部其他山系冰川变化相比,冈底斯山是冰川退缩最为强烈的地区,且近年来冰川退缩呈加快趋势。③ 冈底斯山冰川面积减少主要集中在海拔5600~6100 m之间,海拔6500 m以上区域基本没有变化。除南朝向和东南朝向外,冈底斯山其他朝向冰川数量和面积均呈减少趋势,其中北朝向冰川面积减少最多,西北朝向冰川面积变化最快。④ 冈底斯山冰川面积变化自西向东呈加快趋势,其中东段冰川面积变化相对速率高达-1.72%/a,中段次之（-1.67%/a）,西段仅为-0.83%/a。     

气候变暖背景下祁连山区秋季层状云变化特征

利用祁连山区及周边29 个气象观测站近41 年秋季云形状和气温观测资料, 分析了祁连山区秋季层状云出现频率的空间分布与时间变化特征, 探讨了秋季层状云出现频率与气候变暖的关系, 并选用同期NCEP/NCAR全球再分析资料, 对祁连山区秋季层状云的环流特征和水汽输送进行了分析。结果表明:①祁连山区秋季层状云出现频率为8%～26%, 呈西少东多的空间分布。②近41 年来, 祁连山区秋季增温1.2℃, 气温变化的倾向率为0.29℃/10a, 80 年代中期以后发生了增温的突变。③祁连山区秋季层状云的出现频率呈明显的减少趋势, 近41 年来减少约11%, 倾向率为-2.7%/10a, 尤其在20 世纪80 年代中期以后与同期祁连山区显著增温相对应, 层状云出现频率减少更为明显, 层状云出现频率与气温呈明显的反相变化趋势。④在气候变暖的背景下, 祁连山区的层状云出现频率减少, 减少的幅度从西北向东南递增。当祁连山区秋季平均气温在升高1℃ 时, 祁连山区层状云出现频率减少2%～10%, 祁连山西段、中段减少2%～4%, 祁连山东段减少4%～10%。⑤祁连山区秋季层状云偏多与偏少年在欧亚500 hPa 环流场上存在明显的差异, 层状云偏多年, 极涡向亚洲北部伸展, 东亚大槽较偏弱, 乌拉尔山高压脊偏强, 脊前偏北气流引导极地冷空气沿偏西北路径向中国西北地区输送, 中亚地区到高原上不断有低值系统发展东移, 同时南支槽加强, 来自阿拉伯海、南海、东海的暖湿气流向内陆地区的输送明显加强, 与进入高原北部的冷空气交绥, 从而使祁连山区层状云出现频次增多;层状云偏少年, 中亚-中国西北地区暖性高压异常加强, 东亚大槽偏强, 冷空气活动路径偏东, 亚洲大陆至西太平洋冬季风特征明显, 偏北风加强, 不利于东南暖湿气流向西北内陆地区的输送, 冷暖气流在祁连山区交绥次数减少, 从而使祁连山区层状云出现频次减少。⑥印度洋沿孟加拉湾的向北的水汽输送, 副热带西太平洋的偏东气流在南海和中南半岛附近转为向北的水汽输送, 地中海、里海的西风带纬向水汽输送是3支影响祁连山区秋季层状云多寡的水汽输送通道, 进而对祁连山区秋季降水产生影响。     

青藏高原中东部水热条件与NDVI的空间分布格局

青藏高原受大气环流和地势格局的共同作用,水热条件及植被空间分布呈现独特的三维地带性特征。但是青藏高原范围广、地势起伏大,水热条件及植被空间分布具有明显区域差异。本文利用青藏高原中东部100个气象站1982²000年的降水、气温资料以及同期NO-AA AVHRR植被指数产品（NDVI）,分析水热条件及植被的空间分布特征。首先,设置经向、纬向海拔渐变样带,考察海拔对水热条件及NDVI空间分布的影响;然后,按500米海拔间隔进行站点分组,分析约束了海拔高差后的经纬位置对水热条件及NDVI空间分布的影响。研究表明:在青藏高原中东部由于海拔高差大,热量条件分布首先受海拔递减规律控制,其次才表现出因太阳辐射差异的纬度地带性;而降水分布则主要受水汽通道位置和方向的影响,北上水汽和东部偏南走向山脉是研究区降水经向特征的主要成因;指示植被状况的年均NDVI,则受水热组合的控制,其分布格局是二者的叠加与综合。     

近40年青藏高原主要生物温度指标的变化趋势

以最热月均温、最冷月均温、≥0℃积温及其日数、≥5℃积温及其日数和≥10℃积温及其日数作为生物温度指标的代表,应用青藏高原地区1966~2005年共87个气象站点逐日观测资料,分析其变化趋势。结果显示:最热月均温与最冷月均温整体均呈上升趋势,而最冷月均温的上升幅度明显大于最热月均温的上升幅度,空间上两者呈非对称变化。≥10℃积温、≥5℃积温和≥0℃积温增幅依次增大,其日数的变化是,≥5℃积温日数增幅最大,≥10℃积温日数次之,≥0℃积温日数最小。总体而言,近40年来青藏高原温度变化为增加趋势,植被的最佳生态空间及生态地理区域界线可能会发生不同程度的变动,生态系统的结构和功能可能也需要进行相应的调整来适应温度的变化。     

1960~2013年中国沿海极端气温事件变化特征

基于1960~2013年中国沿海110个地面气象站资料,分析了中国沿海极端气温事件的变化特征。结果表明：中国近54 a来月最高气温极小值（TXn）、极端最高温（TXx）、极端最低温（TNn）和月最低气温极大值（TNx）都呈上升趋势,其中极端最低气温上升幅度最大,升幅为0.40 ℃/10a。日较差（DTR）、冷昼日数（TX10p）和冷夜日数（TN10p）呈下降趋势,降幅分别为-0.12℃/10a、-0.7 d/10a和-2.19 d/10a,暖昼日数（TX90p）和暖夜日数（TN90p）呈显著上升趋势,升幅分别为1.31 d/10a和2.24 d/10a。SU25和TR20近30 a上升幅度分别为6.35 d/10a和5.28 d/10a。从空间变化来看TXn、TXx、TNn和TNx分别有97%、71%、97%和97%气象站呈上升趋势,大部分都通过了0.01水平的显著性检验。TX10p、TN10p和DTR分别有90%、99%和81%的气象站呈下降趋势。大部分极端气温指数变化趋势与纬度、经度和海拔有显著的相关性。极端气温指数在气候变暖突变前后也存在明显差异,TX10p、TN10p和DTR在气候变暖后明显减少,而其他指数则明显上升。     

近32 a中亚地区气温时空格局分析

中亚地区生态环境脆弱,生态系统对于气候变化的响应非常敏感,但其气候变化的时空格局并不清楚。该区域气象站点分布稀疏、高精度气象数据缺乏,利用单一数据源研究气候变化具有极大的不确定性。因此,结合站点数据和再分析数据探索中亚五国气候变化时空格局具有重要的研究价值。选取31个气象站点数据（OBS）、CRU气象插值数据和CFSR、ERA-Interim和MERRA三套高精度的再分析数据,对中亚地区1980-2011年的年、四季气温的时空格局变化进行分析。研究结果表明：（1） 近32 a中亚年均气温显著升高,增温速率为0.36～0.47 ℃·（10 a）^-1,即过去的近32 a中亚地区平均气温升高1.15～1.50 ℃。（2）四季气温变化中春季的增温速率最快（0.71～0.93 ℃·（10 a）^-1）,而冬季气温无显著性的变化。（3）中亚中部、南部、西南部、西部地区显著增温,尤其是在1990s后期至2000s前期经历了显著性地增温过程,而中亚其它地区气温无显著变化。     

基于IBIS模型的1955~2006年中国土壤温度模拟及时空演变分析

基于IBIS模型对中国1955~2006年的土壤上层1m的年平均与月平均土壤温度进行模拟,并利用全国气象站点土壤温度观测数据对模拟结果进行验证,结果显示中国南方区的模拟效果优于北方及青藏高原区,春、夏、秋三季模拟效果优于冬季,总体而言取得了较满意的效果。基于模拟结果,利用Mann-Kendall方法对中国1955~2006年年平均和月平均土壤温度进行趋势分析的结果表明,年平均土壤温度,中国北方呈显著上升趋势,南方呈非显著上升趋势,四川盆地、贵州中部、藏东南及天山地区等小部分区域呈现显著或非显著下降趋势;月平均土壤温度,北方基本保持显著上升趋势,南方地区7~9月份总体呈现出下降的趋势,8月份最为显著。     

近50 a新疆气温精细化时空变化分析

利用新疆93个气象站1961-2010年的逐月平均气温资料,使用线性趋势分析、Mann-Kendall检测以及基于ArcGIS的混合插值法对春、夏、秋、冬四季和年平均气温的变化趋势、突变特征以及各气温要素多年平均值和突变前后变化量的空间分布进行了分析。结果表明：（1）新疆春、夏、秋、冬四季和年平均气温的空间分布总体呈现“南疆高,北疆低;平原和盆地高,山区低”的格局。（2）在全球变暖背景下,1961-2010年新疆春、夏、秋、冬四季和年平均气温分别以0.24 ℃/10 a、0.21 ℃/10 a、0.39 ℃/10 a、0.49 ℃/10 a和0.33℃/10 a的倾向率呈显著的上升趋势,并分别于2004年、1997年、1995年、1985年和1994年发生了突变性的上升,突变后较突变前,各季和年平均气温分别升高了1.5 ℃、0.8 ℃、1.2 ℃、1.6 ℃和1.0 ℃,但气温上升幅度具有明显的区域性差异,其空间分布总体呈现“北疆大,南疆小”的格局。     

1981-2014年西藏各时次气温的变化趋势分析

利用西藏自治区38个气象站点1981-2014年逐日02:00,08:00,14:00和20:00北京时4个时次气温数据,采用线性回归,Mann-Kendall非参数检验等方法,分析了近34年来西藏时次气温变化的时空分布,突变特征,并探讨了气温变化率与经纬度,海拔高度之间的关系.结果表明:近34年西藏四季各时次气温表现一致的升高趋势,升温率为0.14~0.80 ℃/10a,以冬季升温最为显著.在各时次中,除夏季08时升温率大之外,其他三季均以14时升温率最大.各站年时次气温最大升温率为0.36~0.94 ℃/10a(P < 0.001),只有32%的站点出现在08时,主要分布在昌都市大部,阿里地区大部以及那曲,拉萨,日喀则等站点,其余站点都出现在14时.春,秋季时次气温升温率与经度有关,西部大于东部;冬季时次气温升温最大区域主要在高海拔和纬度较高地区,夏季气温升幅最大区域位于较高纬度.20世纪80年代四季和年各时次气温均为负距平,而21世纪最初的10年各时次气温一年四季都为正距平.在时间转折上,34年来西藏年,季绝大部分时次的气温都发生了气候突变,夏季4个时次气温突变时间都发生在21世纪最初的10年;冬季02时和08时气温突变点发生20世纪90年代末,14时和20时气温的突变点却出现在21世纪最初的10年.影响西藏高原气温变化的因素有很多,主要包括地形,高原内部气象要素以及外部环流影响等.