投影寻踪法在建立积雪深度模型上的应用

针对融雪期积雪深度变化问题的高维非线性、非正态特点,利用投影寻踪法将积雪深度变化多指标问题转化为单一投影指标问题,采用遗传算法优化投影方向得出最佳投影值,最终得到对积雪深度变化影响较大的因子,实现在低维空间上反应积雪深度变化的目的。实例分析结果表明:影响积雪深度变化的各因素贡献力依次为:土壤地表温度净辐射空气温度土壤体积含水量风速空气相对湿度降水水汽压。通过建立MLP神经网络积雪深度模型表明:利用投影寻踪法提取的积雪深度主要影响因子是可靠的,且提取的主要影响因子为简化积雪深度模型提供理论依据。     

宁夏中部干旱带露水形成机制及其对表层土壤水分的影响

露水的形成及其对土壤水分的影响是进一步量化水循环和生态水文过程的重要依据。为探明露水发生规律,在宁夏中部干旱带连续3 a观测了每30 min气象资料和表层土壤水分,用叶片湿度传感器测算了露水量。结果表明：该区年露水量可达56.41 mm, 75%发生在6—10月,最大月露水量和日露水量分别为13.40 mm和0.80 mm,主要发生在03:00—08:00;露水发生的气温、相对湿度和风速范围分别为0～24.4℃、50%～100%和0.16～1.74 m/s,风向为30°～60°(东北风)和270°～330°(西南偏西风);气温和露点差与相对湿度之间呈极显著线性逆相关,气温和露点差小于3℃且相对湿度大于80%时极易产生露水;日露水量为0.6 mm、0.7 mm和0.8 mm时表层5 cm土壤贮水量可分别提高0.10 mm、0.20 mm和0.25 mm。该地区年均降露量是降雨量的13.5%,露水年均发生频率为126 d(35%),是当地水循环和生态系统不可忽略的水源。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川近雪面气象要素观测分析

利用中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所于2009年1月20日至12月31日在天山乌鲁木齐河源1号冰川冰雪表面实施大气科学观测实验观测取得的资料和同期大西沟气象站资料, 分析了1号冰川四季大气温度、风速、风向以及总辐射的变化特征, 对比、探讨了冰川尺度上冰雪表面与周边山地的辐射和地-气热量传输特性, 在此基础上揭示了二者气温、风速、大气湿度变化的差异及其成因. 研究表明: 1)由于冰川冰雪对太阳辐射的反射率高, 冰雪表面得到的净辐射和热量少, 使得冰川四季大气温度比大西沟站平均偏低2.9 ℃; 2)冰川与周边山地下垫面的不同, 引起太阳净辐射-温度场-气压场-风场的连锁变化, 造成冰川轴向风以下行偏南气流为主导, 法向风盛行偏东气流; 冰川夜间风速大于大西沟, 白天却小于大西沟风速; 3)冰川和大西沟大气含水量较高, 相对湿度在40%～80%之间变化, 因大西沟地表蒸发大, 其相对湿度略高于冰川.     

2005年5～7月珠穆朗玛峰北坡海拔6 523 m气象要素特征

依据2005年第4次珠穆朗玛峰地区综合科学考察队在北坡海拔6 523 m处设立的自动气象站资料,分析了5月1日~7月22日的气温、相对湿度、饱和水汽压、气压和风等气象要素每10 min和日记录的观测资料.结果表明,温度和饱和水汽压的平均日变化均为单峰单谷型,相对湿度平均日变化为单谷型,气压平均日变化为双峰双谷型,风速平均日变化呈现不对称的单峰型.在观测的83 d中,温度、相对湿度、饱和水汽压和气压在波动中逐渐增大,而风速不断减小,风向由南风逐渐向北风转变;相对湿度和饱和水汽压的变化幅度大,并有明显的局部差异性.与1960年5月份相比,2005年5月份的候平均温度、候最高温度和候最低温度都明显下降.     

Response of vegetation pattern to different landform and water-table depth in Hailiutu River basin,Northwestern China

The spatial distribution of vegetation pattern and vegetation cover fraction (VCF) was quantified with remote sensing data in the Hailiutu River basin, a semiarid area in North China. The moderate resolution imaging spectroradiometer normalized different vegetation index (NDVI) values for 4 years from 2008 to 2011 and field observation data were used to assess the impact of climate factors, landform and depth to water table on vegetation distribution at large scale. In the VCF map, 74 % of the study area is covered with low and low–medium density vegetation, 24 % of the catchment is occupied by medium–high and high-density vegetation, and 2 % of area is bare soil. The relationship between NDVI and climate factors indicated that NDVI is correlated with relative humidity and precipitation. In the river catchment, NDVI increases gradually from landform of sand dune, eolian sand soil to river valley; 92.4 % of low NDVI from 0.15 to 0.3 is mostly distributed in sand dunes and the vegetation type is shrubs. Crops, shrubs and some dry willows dominate in eolian sand soil and 82.5 % of the NDVI varies between 0.2 and 0.35. In the river valley, 70.4 % of NDVI ranges between 0.25 and 0.4, and grass, dry willow and some crops are the main plants. Shrubs development of Korshinsk peashrub and Salix psammophila are dependent on groundwater by analyzing NDVI response to groundwater depth. However, NDVI of Artemisia desertorum had little sensitivity to groundwater.     

ERA-Interim和CMFD气象驱动数据在新疆额尔齐斯河流域的适用性评价

气象驱动数据质量是影响流域水文过程模拟精度的一个重要因素。基于新疆额尔齐斯河流域及周边区域8个气象站记录的数据,对ERA-Interim再分析资料和中国区域地面气象要素驱动数据集（CMFD）在流域的适用性进行了评价,并对比了ERA-Interim和CMFD气象要素年均值在流域的空间分布。结果表明：ERA-Interim和CMFD记录气温、相对湿度、向下短波辐射和向下长波辐射数据与观测数据具有较高的一致性,但降水和风速数据与观测数据的一致性比较差。小时尺度上ERA-Interim记录的气温、相对湿度、降水量、向下短波辐射准确度略高于CMFD数据,而日尺度上CMFD记录的所有气象要素的准确度均高于ERA-Interim数据,结合Noah-MP模型的模拟结果,认为CMFD数据在新疆额尔齐斯河流域的适用性整体优于ERA-Interim数据。从两种驱动数据获取的流域气象要素空间分布来看,ERA-Interim和CMFD获取的年平均气温、风速、相对湿度、降水量、向下长波辐射在流域空间具有高度一致性,但向下短波辐射空间分布差别较大。     

青藏高原那曲中部土壤温湿分布特征

青藏高原土壤水热状况对气候变化和植被退化方面的研究具有重要意义,土壤湿度的准确刻画还会影响到数值预报模式对当地及其下游地区降水的模拟能力。为此,采用中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站安多观测点2014年1—12月的土壤温度、土壤湿度观测资料以及同期安多气象站观测数据,分析了青藏高原那曲中部不同深度土壤温湿度的分布特征及其与气温、降水量等气象要素的关系。结果表明：土壤温度在浅层为正弦曲线,随着土壤深度的增加,曲线逐渐接近直线。土壤升温迅速而降温过程缓慢。封冻和解冻日期随土壤深度的增加而推迟,封冻期逐渐缩短。不同层次土壤湿度日内变化较小。月变化呈单峰型结构,峰值和谷值基本出现在8月和12月。土壤湿度上升速率较下降速率缓慢。区域尺度上GLDAS-NOAH资料显示出类似的变化特征。土壤温湿度在一年中的变化不一致,但土壤温湿度呈显著正相关。浅层土壤的温度梯度明显大于深层;浅层土壤湿度最大,中间层较大,深层土壤湿度最小。随着干季向湿季的转换,由于太阳辐射的增加,非绝热加热呈增加的趋势。土壤湿度与气象要素在不同时段的相关性存在一些差异,但总体上土壤湿度与气温、降水量和相对湿度呈正相关,与风速、日照时数相关性不显著。     

长江流域1960—2019年蒸发皿蒸发和实际蒸散发演变规律

蒸发是地表水量平衡和能量平衡联结的纽带, 研究长江流域蒸发的变化趋势对于区域水文循环变化、水资源管理至关重要。利用PenPan模型分析了1960—2019年长江流域蒸发皿蒸发量的时空演变规律及其驱动机制, 并基于最新发展的广义蒸发互补关系探究了长江流域实际蒸散发的演变特征。结果表明: ①长江流域的蒸发皿蒸发和实际蒸散发在1990年前后均存在先下降后增加的趋势。风速和辐射下降是1990年以前蒸发皿蒸发下降的主导因子, 气温升高和相对湿度下降是1990年后蒸发皿蒸发上升的主导因子。②长江流域两大主要气候区(高原气候和亚热带气候区)蒸发皿蒸发在1990年前后也存在趋势反转现象, 但时空变化特征和驱动机制差异明显。1960—1989年, 高原气候区气温和辐射是蒸发皿蒸发变化的主导因子; 亚热带气候区风速和辐射是蒸发皿蒸发下降趋势的主导因子。③ 1990—2019年, 高原气候区气温升高、风速增加和相对湿度减少是蒸发皿蒸发上升趋势的主导因素; 亚热带气候区气温升高和相对湿度降低是蒸发皿蒸发增加的主要原因。研究结果可为长江流域水循环变化和水资源配置等研究提供参考。     

A case study of atmospheric boundary layer features during winter over a tropical inland station — Kharagpur (22.32°N, 87.32°E)

The local weather and air quality over a region are greatly influenced by the atmospheric boundary layer (ABL) structure and dynamics. ABL characteristics were measured using a tethered balloon-sonde system over Kharagpur (22.32°N, 87.32°E, 40m above MSL), India, for the period 7 December 2004 to 30 December 2004, as a part of the Indian Space Research Organization-Geosphere Biosphere Program (ISRO-GBP) Aerosol Land Campaign II. High-resolution data of pressure, temperature, humidity, wind speed and wind direction were archived along with surface layer measurements using an automatic weather station. This paper presents the features of ABL, like ABL depth and nocturnal boundary layer (NBL) depth. The sea surface winds from Quikscat over the oceanic regions near the experiment site were analyzed along with the NCEP/NCAR reanalysis winds over Kharagpur to estimate the convergence of wind, moisture and vorticity to understand the observed variations in wind speed and relative humidity, and also the increased aerosol concentrations. The variation of ventilation coefficient (V C), a factor determining the air pollution potential over a region, is also discussed in detail.     

降雨特征及小气候对秦岭油松林降雨再分配的影响

为了研究降雨特征及小气候对秦岭天然次生油松林冠层降雨再分配的影响,连续3年观测降雨事件发生时油松林林外降雨、穿透降雨、树干茎流以及降雨特征和小气候因子,进行各因子间的相关性和多元回归分析。结果表明:降雨量级是影响林冠降雨再分配的最主要因素,穿透降雨量与降雨量、降雨量和降雨历时交互项、相对湿度呈正相关,与降雨历时和温度呈负相关。树干茎流量与降雨量、降雨量和温度交互项呈正相关,与温度呈负相关。林冠截留量与降雨量、降雨历时和温度呈正相关,与降雨量和降雨历时、温度的交互项呈负相关。雨前干燥期、风向、风速、蒸发速率、光合有效辐射和净辐射与穿透降雨量、树干茎流量和林冠截留量均无相关性。     

Experimental evaluation and parameterization of evaporation from soil surface

Surface evaporation is one of the main processes in the soil–atmosphere interaction. Since it is highly related to meteorological factors and soil properties, determination of evaporation rate from soil surface remains a challenge. To investigate the evaporation from unsaturated soil, a climate control apparatus has been newly developed, which has a feature of completely controlling air temperature, relative humidity and wind speed. Twelve climatic conditions are applied to three kinds of soil specimens to carry out the evaporation tests. The results show that only water content cannot allow an accurate estimation, additional variables accounting for soil texture and wind speed must be included as well. Moreover, a simple approach to parameterize evaporation is presented by the soil moisture θ of top 1-cm layer with considering the effect of soil texture and wind speed. It is found that the new approach is able to accurately estimate the evaporation from unsaturated soil.     

玉龙雪山白水1号冰川近地层气象要素变化特征

利用2011年10月1日至2012年9月30日玉龙雪山白水1号冰川海拔4 500 m气象观测资料,对位于我国最南、亚欧大陆距赤道最近的海洋型冰川区近地层气象要素基本特征进行了分析,并与同海拔大陆型冰川——祁连山老虎沟12号冰川区近地层气象要素进行了对比。研究表明：海洋型与大陆型冰川区气温逐时变化呈单峰单谷型分布,均表现出升温快降温慢的特点,观测点5 m层气温高于2 m层气温,二者差值日变化呈单峰型,峰值出现在北京时间12：00;受季风气候影响,研究区干季相对湿度小,湿季相对湿度大,年均相对湿度为73.3%,与相对湿度相比,研究区水汽压变化更受控于气温;两冰川区冬半年气压低,夏半年气压高,均表现为典型的"高山型"气压;受冰川"冷效应"影响研究区干季风速大,湿季风速小,因冰川规模较小,研究区冰川风不发达,谷风发育强劲;受季风期云雨影响,白水1号冰川区总辐射在季风前期达到最大值,季风期达到极小值,年均总辐射量低于老虎沟12号冰川同海拔地区。     

不同覆盖措施对高寒地区剥离的草皮块堆放温湿度及成活的影响

重大工程建设会扰动高寒草地,法规要求扰动区草皮层应予以剥离,待工程建设后再用于恢复原生植被,当前对剥离草皮堆放成活的影响研究较少。试验设计遮阳网与穿孔膜两种覆盖条件,探讨分析其对剥离的草皮块堆放与铺植利用后土壤温湿度及草皮块返青覆盖度的影响,研究结果表明：遮阳网覆盖堆体较自然地表日均土壤温度显著降低,同时各深度层极大延长冻结期,降水对土壤水分的补充效应延后,并造成堆放期水分大量损失;穿孔膜覆盖堆体较自然地表提高了土壤温度,阻碍了降水对土壤水分的补充,并造成堆放后土壤吸持水能力降低。遮阳网覆盖的草皮块返青覆盖度显著高于穿孔膜覆盖的返青覆盖度,堆放期日平均土壤温度>0 ℃的堆放日数与草皮块返青覆盖度的线性拟合较好。工程建设中应尽量缩短堆放时长,采用透水透气类覆盖材料,增加土壤与空气热量交换,以维持更长的冻结期,并适时补充水分,提高草皮块铺植的恢复成效。     

Estimation of potential evapotranspiration in Al-Hassa oasis,Saudi Arabia

An accurate estimation of the potential evapotranspiration can be achieved ba applying empirical evapotranspiration coefficients which are determined under Al-Hassa prevailing climatic conditions. Correlation coefficient results indicate that most of the climatological variables have a strong relationship with potential evapotranspiration except wind speed and precipition variables which have a weak relationship. Multiple regression results also indicate that there is a significant effect of some of the climatologiecal variables in the potential evatranspiration and there is no significant effect of the others at the significant level of 0.05. The results of the stepwise regression indicate that evaporation class “A” pan, air temperature, sunshine hours, radiation, relative humidity, and wind speed variables have a significant effect at the significant level of 0.05 on the overall mean monthly potential evapotranspiration of the Blaney-Criddle, Pan Evaporation, and Jensen-Haise, therefore, the equation which has developed for estimating potential evapotranspiration in Al-Hassa is based on these six variables (evaporation class “A” pan, air temperature, sunshine hours, radiation, relative humidity, and wind speed).     

多年冻土区下垫面条件对坡面关键水循环过程的影响分析

为从整体上认识多年冻土流域水循环过程基本规律及其对下垫面条件变化响应,以长江源区风火山小流域为例,基于2016—2019年的水文气象要素的野外观测与计算,分析了坡面尺度上水分入渗、蒸散发、活动层内部水热条件以及冻结层上地下水等关键水循环过程的变化特征及其对下垫面条件变化的响应。研究结果表明：(1)风火山小流域生长季实际蒸散发的多年平均值为472.1±42.9 mm,实际蒸散发的气象影响因子排序为：净辐射(敏感系数S_Rn=1.22,相关系数R=0.93)>气温(S_Ta=0.33,R=0.84)>相对湿度(■,R=0.46)>风速(S_U=-0.25,R=-0.27),坡面尺度上实际蒸散发与植被覆盖度以及海拔高度正相关;(2)初始和稳定入渗速率均随坡位的升高而增大,对于稳定入渗率,初始融化期、完全融化期和初始冻结期,坡顶(1.07 mm/min、0.63 mm/min、0.88 mm/min)>坡中(0.29 mm/min、0.45 mm/min、0.21 mm/min)>坡底(0.11 mm/m...     

长江源区小冬克玛底冰川区积雪消融特征及对气候的响应

2005年使用花杆法在小冬克玛底冰川上进行了两轮积雪融化观测,结果显示:6月中、下旬,冰川区积雪消融基本与气温同步变化,但到7月上旬积雪消融发生了变化:其融化时间提前了2 h,在12:00融化量就达到一定高度;融化量大,日平均融化量较6月中下旬大0.71 mm水当量;最大积雪融化量出现时间滞后于气温最高时间约2 h,于18:00达到最大值.雪坑雪层剖面真实记录了积雪积累与融化过程中的雪层变化.积雪融化除受温度影响之外,还与风速等其它因素有密切关系.温度越高,融化量越大;风速与积雪融化量的关系相对复杂.积雪融化量只与1.5 m高度风速有关.在2h尺度上,近地面风速大,积雪融化量也大;在日尺度上,风速与积雪融化量的关系较好,但在两个观测时段表现出不同的相关关系.研究区积雪量很少,受昼夜气温变化与下垫面状况的影响,积雪融水几乎不产生径流,对河川径流的影响程度极小.     

Soil thermal properties at Kalpakkam in coastal South India

Time series of soil surface and subsurface temperatures, soil heat flux, net radiation, air temperature and wind speed were measured at two locations in Kalpakkam, coastal southeast India. The data were analysed to estimate soil thermal diffusivity, thermal conductivity, volumetric heat capacity and soil heat flux. This paper describes the results and discusses their implications.     

The influence of dust storms on solar radiation data,aerosol properties and meteorological variables in Central Arabian Peninsula

Dust storms are one of the natural sources for aerosol particles, especially in desert regions. The arid and semi-arid regions around Saudi Arabia are some of the most important sources of global dust. In this paper, we have quantitatively studied the influence of several dust storms on solar radiation components and meteorological variables. Global, direct and diffuse solar radiation data, in addition to measurements of relative humidity, air temperature, precipitable water vapor, aerosol optical depth and an Angstrom exponent for the period between 1999 and 2002, were used for the purpose of this study. During this period, 34 dusty events were selected, and their effects on these parameters were characterized. We have found that, dust storms significantly increase aerosol optical depth and the diffuse radiation and decrease the global and direct solar radiation components and Angstrom exponent. On the other hand, dusty events affect air temperature, relative humidity and precipitable water vapor differently. They intensify these variables in some events and reduce them in others. We have found that the amount of changes in these variables varies from one event to another. Several possibilities, such as the source of the dust storm and the season in which it occurred, have been suggested to explain these variations.     

枫丹白露砂土的环境箱蒸发试验

为研究土壤水分的蒸发机理,自主开发了大型环境箱试验装置,并以枫丹白露砂土为研究对象,室内模拟土壤水分的蒸发过程。该试验在控制大气参数和保持土壤底部水位稳定的条件下,对蒸发过程中大气参数（空气温度、相对湿度和流量）和土壤参数（土壤温度、基质吸力和体积含水量）的变化,特别是土壤表面基质吸力的变化进行了研究。同时根据试验结果对蒸发速率及累积蒸发量进行了计算分析。研究结果表明:蒸发主要限制在土壤浅层区域,浅层土壤的体积含水量和温度的变化均较大;空气温度和土壤蒸发过程对土壤温度的变化具有较大的影响;土壤表面空气相对湿度与蒸发过程具有相关性;土壤基质吸力随着蒸发的进行逐渐增大; 实际蒸发速率呈现3个阶段。     

土体-大气相互作用下土质边坡稳定性研究

土体-大气相互作用是指在多种气象要素共同驱动下,地表浅层土体与大气之间进行物质交换与能量传递的复杂过程.受全球气候变化影响,近年来极端气候事件频发.土体的工程性质在日益严峻的气候环境下发生剧烈变化,产生了大量滑坡灾害,给岩土和地质工程领域带来许多新挑战.系统总结了降雨、气温、空气湿度、风以及太阳辐射5个主要气象要素影响边坡稳定性的机制,分析了土体龟裂、地表植被和土体-大气相互作用之间的关联效应.通过介绍各因素在改变边坡稳定性过程中发挥的作用,构建了一个包括气象要素、土体龟裂以及地表植被的土体-大气相互作用分析体系.该体系为今后土体-大气相互作用下土质边坡稳定性研究确定了关键研究问题,所揭示的作用机理可为今后同类研究提供参考.针对该课题的研究现状,笔者提出了今后的研究方向和重点,包括土体-植被-大气相互作用的理论模型、气候作用下冻土坡体失稳机理、极端气候工程地质作用的生态调控措施三个方面.