塔克拉玛干沙漠腹地冬季积雪下垫面地表反照率及土壤温湿度变化特征

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站西站10 m梯度探测系统气象和辐射观测数据,分析了塔中积雪下垫面地表反照率、土壤温度、土壤湿度的变化特征及其相互关系。结果表明：塔中积雪覆盖期间地表反照率0.18~0.97,日均值为0.60;有积雪覆盖的地表反照率日变化更偏向反"J"型,呈现出上午大于傍晚的形态,平均早晚较差为0.13;积雪使0~40 cm深度土壤温度下降,积雪消融后土壤湿度增大使各层土壤温度趋于接近,并使0、10、20 cm深度的土壤温度日变幅呈减小趋势,减小幅度分别为41%、39%、39%;积雪地表反照率与地表温度表现出负相关关系,反照率越高地表温度越低,二者相关系数为-0.71;积雪地表反照率与5 cm深度土壤湿度负相关,高地表反照率对应低土壤湿度,低地表反照率对应高土壤湿度,二者相关系数为-0.74。     

塔克拉玛干沙漠腹地辐射平衡和反照率变化特征

辐射平衡直接影响地气系统物质和能量交换,辐射平衡研究极其重要。本研究使用了2006年8月至2011年12月位于塔克拉玛干沙漠腹地塔中的塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站地表辐射和反照率观测资料,分析了辐射平衡和地表反照率季节变化和年变化以及各种典型天气下日变化的特征,并与其他地区进行了对比。结果表明：沙漠腹地辐射平衡各分量最小值均出现在1月,各分量最大值出现时间不一致,其中短波辐射5月最大,长波辐射7月最大,而净辐射最大值在6月。各辐射分量夏季最大,冬季最小;总辐射四季平均日变化极值低于青藏高原,与黑河戈壁相差不大;反射辐射春季与夏季、秋季与冬季差值较小。短波辐射和净辐射各季日峰值出现在12：00,长波辐射各季日峰值出现时间比短波辐射滞后1～3 h。大气长波辐射各季日振幅较小,约为地面长波辐射的1/5～1/4,且地面长波辐射各季日变化为不对称分布;长波辐射各季日最小值都出现在日出前1 h。多云、浮尘和沙尘暴天气辐射平衡日变化不规则,云量和沙尘对辐射各分量影响明显;沙尘暴日,大气长波辐射峰值可增加18%,而总辐射、反射辐射、地面长波辐射和净辐射峰值分别衰减了57.8%、54.0%、55.8%和21.9%。地表反照率3月最大（0.30）,7月最小（0.25）,平均值为0.27;夏季小,冬季大;晴天早晨和傍晚大,沙尘暴日最大。     

利用TM影像分析天山北坡三工河流域地表反照率的时空变化

下垫面状况是影响地表反照率分布的主要因素之一。利用遥感方法获取地表反照率时空特征是研究地表下垫面状况的有效手段。天山北坡具有典型的山地－绿洲－荒漠景观和山盆地貌格局,这一独特且复杂多样的地表下垫面特征形成了特有的垂直分布的地表反照率。通过对三工河流域TM影像进行地形校正,基于6S(Second Simulation of Satellite Signal in the Solar Spectrum)模型分析地表反照率的时空分布。结果表明:基于中空间分辨率遥感数据的地表反照率反演适合于地表起伏明显的天山北坡地表反照率的分析。由于受到地表覆被类型及地表干湿程度的影响,三工河流域地表反照率呈明显的垂直地带性分布。中山森林带和低山干草原带受地形起伏和阴阳坡作用,其地表反照率表现出有规律的上下波动。绿洲区随着地表覆被类型、作物结构和作物物候的变化,地表反照率波动较大。     

2000—2017年中国区域地表反照率变化及其影响因子

在全球气候变暖的背景下,地表反照率已成为地表辐射平衡和气候研究的重要参数之一。利用中国陆地生态系统研究网络（Chinese Ecosystem Research Network,CERN）提供的34个站点辐射数据、GLASS地表反照率产品、ERA-Interim再分析资料、MODIS EVI（MOD13A3）和中国气象数据共享网提供的气象数据,基于Sen's Slope趋势分析方法,分析不同生态系统地表反照率的变化特征;利用全子集回归和分层分解方法计算地表反照率与各要素之间的相关性和相对重要性;探讨各气候因子对地表反照率的影响。结果表明,2000—2017年裸土地和裸岩砾石地变化率最大,冬季斜率达-0.083% yr^-1。生长季地表反照率与降水、增强型植被指数（Enhanced Vegetation Index,EVI）、土壤水分和气温显著相关的像元分别占总像元的73%、79%、56%和86%。EVI是干旱和半干旱地区地表反照率变化的主导因素,其对地表反照率变化的独立贡献率分别为41%和56.18%。7月东北地区降水量和气温对地表反照率的影响大约滞后2个月;内蒙古沙漠地区和长江中下游平原土壤水分对地表反照率的影响大约滞后1~2个月。     

青藏高原土壤水热分布特征及冻融过程在季节转换中的作用

利用GAME-Tibet期间所取得的高分辩率土壤温度和含水量资料，对青藏高原（主要是藏北高原）土壤水热分布特征及冻融过程在季节转换中的作用进行了分析。指出藏北高原4cm学深处土壤在10月份开始冻结，次年4-5月份开始消融，冻结持续时间长达5-7个月。冻结过程有利于土壤维持其水分，因此，在刚刚开始消融时土壤含水量仍然很高。从而为夏季风爆发前土壤通过蒸发向大气提供水分打下了基础。指出土壤冻融过程可能在高原季节转换中起着重要作用。     

西大滩地区积雪对地表反照率及浅层地温的影响

利用西大滩2007年气象和辐射观测数据研究了积雪对地表反照率和浅层地温的影响.结果显示:相对积雪日数和气温与反照率相关性显著,反照率随相对积雪日数的增大而增大,随气温的增大而减小.冷暖季降雪对地温的变化具有阻隔作用,冷季地温和气温都在-10℃左右时,<10 cm厚的积雪对地温变化的影响不明显,地温和气温的变化趋势一致,地温的变幅不是很大;在暖季积雪厚度>10 cm而且积雪持续时间达10 d时,与气温相比积雪对地温变化的隔热绝缘作用较明显;雪深与积雪持续的时间均与地温呈反向变化.     

锡林郭勒草原地表反照率对气候变化的响应

在对锡林郭勒草原地区MODIS的地表反照率产品(MCD43C3)的可靠性进行评估的基础上,利用该产品分析了2002～2009年锡林郭勒草原地表反照率的变化及其与温度和降水的关系。结果表明:(1)MODIS的反演结果能够很好地反映地表反照率的季节变化和年际变化特征;(2)锡林郭勒草原可见光波段反照率的季节变化呈V字形,低谷出现在8月上旬,近红外波段的则呈U字形,低值时段为6～9月;(3)可见光和近红外波段反照率的年际变化特征基本一致,其与温度和降水的年际波动有显著相关关系,其中,温度与地表反照率仅在生长季初期和末期显著相关,分别是负相关(相关系数为-0.67)和正相关(0.63),降水量与地表反照率在整个生长季都显著负相关(-0.54～-0.76),并且其影响效果有2～3个月的滞后期。     

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。     

基于HJ-1B/CCD地表反照率的估算

地表反照率是入射太阳能被地表反射的比分,决定地表吸收太阳辐射能的多少,是影响地表能量收支的关键参数.该文使用6S大气辐射传输模型对环境星的多光谱CCD数据进行大气纠正,并利用其观测角度信息,分别基于统计模型和BRDF模型估算研究区不同地表覆盖类型的窄波段地表反照率,并实现窄波段向宽波段反照率的转换.将宽波段反照率与MODIS反照率产品数据进行对比分析,对不同的地表覆盖类型选择模型的适宜性做出分析评价:对于水体,基于朗伯面假设采用统计模型效果较好,相对误差为9.2％;对于植被及非植被覆盖区,采用二向反射模型较合适,相对误差分别为4.02％和5.6％,都能够满足应用需求.     

青藏高原西部地面反射率的日变化以及与若干气象因子的关系

根据1997年10月至1998年11月青藏高原西部改则和狮泉河两个自动气象站连续观测的大气、辐射和土壤资料,在分析高原西部地面反射率冬、夏季日变化特征的基础上,重点研究了地面反射率与土壤和大气若干重要因子(如土壤湿度、土壤温度、空气相对湿度、空气温度)的关系。研究结果有助于改进气候模式和卫星遥感中高原地面反射率的参数化方案。     

近30年来青藏高原西大滩多年冻土变化

结合1975年已有勘探资料,对青藏高原多年冻土北界西大滩进行了雷达勘探。勘探发现,近30年来青藏高原多年冻土北界发生较大规模的多年冻土退化,多年冻土面积从1975年的160.5 km²退化成现在的141.0 km²,缩小约12%;开始出现多年冻土的最低高程为4 385 m,比1975年升高了25 m。近30年来研究区的气候变化是造成北界多年冻土退化的主要原因。相同气候背景下,多年冻土腹部地温有升高,但在30年尺度上不会发生明显的退化。本次冻土区域调查的结果可为检验冻土－气候关系模型的可靠与否提供依据。     

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.     

Temporal and Spatial Distribution of Evapotranspiration and Its Influencing Factors on Qinghai-Tibet Plateau from 1982 to 2014

Evapotranspiration is the key driving factor of the earth’s water cycle, and an important component of surface water and energy balances. Therefore, it also reflects the geothermal regulation function of ecohydrological process. The Qinghai-Tibet Plateau is the birthplace of important rivers such as the Yangtze River and the Yellow River. The regional water balance is of great significance to regional ecological security. In this study, ARTS, a dual- source remote sensing evapotranspiration model developed on a global scale, is used to evaluate the actual evapotranspiration (ET) in the Qinghai-Tibet Plateau from 1982 to 2014, using meteorological data interpolated from observations, as well as FPAR and LAI data obtained by satellite remote sensing. The characteristics of seasonal. interannual and dynamic changes of evapotranspiration were analyzed. The rates at which meteorological factors contribute to evapotranspiration are calculated by sensitivity analysis and multiple linear regression analysis, and the dominant factors affecting the change of evapotranspiration in the Qinghai-Tibet Plateau are discussed. The results show that: (1) The estimated values can explain more than 80% of the seasonal variation of the observed values (R² = 0.80, P < 0.001), which indicates that the model has a high accuracy. (2) The evapotranspiration in the whole year, spring, summer and autumn show significant increasing trends in the past 30 years, but have significant regional differences. Whether in the whole year or in summer, the southern Tibetan Valley shows a significant decreasing trend (more than 20 mm per 10 years), while the Ali, Lhasa Valley and Haibei areas show increasing trends (more than 10 mm per 10 years). (3) Sensitivity analysis and multiple linear regression analysis show that the main factor driving the interannual change trend is climate warming, followed by the non-significant increase of precipitation. However, vegetation change also has a considerable impact, and together with climate factors, it can explain 56% of the interannual variation of evapotranspiration (multiple linear regression equation R² = 0.56, P < 0.001). The mean annual evapotranspiration of low-cover grassland was 26.9% of high-cover grassland and 21.1% of medium-cover grassland, respectively. Considering significant warming and insignificant wetting in the Qinghai-Tibet Plateau, the increase of surface evapotranspiration will threaten the regional ecological security at the cost of glacial melting water. Effectively protecting the ecological security and maintaining the sustainable development of regional society are difficult and huge challenges.     

青藏高原盐湖战略性钾资源元素含量变化特征及影响因素

青藏高原盐湖赋存着丰富的钾资源元素。近年来,在全球变暖和大规模人工开发背景下,青藏高原盐湖卤水钾含量和矿化度发生显著变化。系统对比了青藏高原31个盐湖近年来和1990s之前卤水的钾离子含量和矿化度变化情况,分析其主要影响因素。结果显示,近年来青藏高原盐湖钾离子含量和矿化度总体呈现下降趋势,但不同盐湖变化程度不同;藏北高原、可可西里高原、西昆仑等地区盐湖主要受气候-构造-水文等自然因素影响,钾离子和矿化度下降明显;柴达木盆地盐湖受资源开发和人为干预等因素影响,卤水钾离子含量下降,而矿化度略有增加。     

青藏高原观测地表温度与ERA-Interim再分析资料的差异及归因分析

再分析资料评估对观测资料稀少的青藏高原具有重要意义,是开展青藏高原相关研究的基础。本文分析了2012—2016年观测与ERA-Interim再分析地表温度资料在青藏高原的时空分布差异,同时讨论了产生差异的可能原因。结果表明,两种资料变化趋势基本一致,极值出现月份相同,相关性的空间分布表现为北高南低。ERA-Interim再分析资料对地表温度存在低估,年平均值比观测资料低8.86℃,其中春季绝对误差最大。年平均绝对误差呈北低南高的空间分布形态,且绝对误差极值中心的强度及范围具有明显的季节变化。ERA-Interim与观测地表温度之间的偏差随气象站海拔高度的变化是非单调的,分析认为气象站与所在格点的海拔差是导致偏差出现南北差异的原因之一,而春季青藏高原南部的偏差异常可能与积雪有关。ERA-Interim再分析地表温度资料在青藏高原北部具有较好的适用性,南部受地形影响适用性相对较差。     

1971-2011年青藏高原干湿气候区界线的年代际变化

气候变化是沙漠化的重要影响因素,了解青藏高原的气候背景变化是探讨高原沙漠化的基础。利用1971-2011年青藏高原81个站点逐日气温、降水等多种气象要素资料,采用面积权重方法研究了近41a高原干湿气候变化的年代际波动特征。结果表明：近年来高原气温持续升高,降水显著增加,于20世纪90年代中后期变得更暖更湿;平均风速由显著下降趋势转变为平稳变化;相对湿度由上升趋势转为下降趋势,且下降幅度明显;日照时数自80年代开始显著下降,进入21世纪转为上升趋势。在这5个因子共同作用下潜在蒸发量于90年代中后期发生明显转折,由下降趋势转为上升趋势。20世纪90年代中后期是高原气候变化的重要节点。高原干湿界线年代际波动明显,不同干湿气候区的面积存在年代际差异,整体表现为各界线均向西北方向移动,极端干旱区、干旱区面积有所减小,半干旱区、半湿润区及湿润区面积有所增大。干湿指数0.5线与高原沙漠化界线重合,干湿界线波动变化在一定程度可反映高原沙漠化变化情况。