Statistical properties of the temperature, relative humidity, and net solar radiation in the Blue Nile-eastern Sudan region

This paper presents the results of the first stage of an ongoing project of evaluating the spatial and temporal variability of soil water as fundamental factors for vegetation regeneration in the arid ecosystems in the Blue Nile-eastern Sudan. The specific aim of the present study is to understand the temporal and spatial variations of the major climate variables in the region and discuss its relevance to regional climate variability and changes. In this case, we systematically analyze the major climate variables (maximum and minimum air temperature, relative humidity, and net solar radiation). To evaluate the different characteristics of the climate variables, Mann–Kendall method, two-phase regression scheme, and wavelet transform technique are used; each method has its own strength and weakness, and the results of the three methods complement each other. The results show that the annual and seasonal maximum temperatures are increasing significantly. The annual minimum temperature and minimum temperature in dry seasons are decreasing. The minimum temperature in rainy season is increasing with a smaller rate as compared with the increase of maximum temperature in the season. The difference between maximum and minimum temperature is increasing in all the seasons. Net solar radiation in the region shows a significant increasing trend in all seasons, which corresponds well with the changes of maximum temperature. Besides, significant decreasing trends can be identified for relative humidity in all the seasons.     

Modeling to evaluate the response of savanna-derived cropland to warming–drying stress and nitrogen fertilizers

Many savannas in West Africa have been converted to croplands and are among the world’s regions most vulnerable to climate change due to deteriorating soil quality. We focused on the savanna-derived cropland in northern Ghana to simulate its sensitivity to projected climate change and nitrogen fertilization scenarios. Here we show that progressive warming–drying stress over the twenty-first century will enhance soil carbon emissions from all kinds of lands of which the natural ecosystems will be more vulnerable to variation in climate variables, particularly in annual precipitation. The carbon emissions from all croplands, however, could be mitigated by applying nitrogen fertilizer at 30–60 kg N ha^???1 year^???1. The uncertainties of soil organic carbon budgets and crop yields depend mainly on the nitrogen fertilization rate during the first 40 years and then are dominated by climate drying stress. The replenishment of soil nutrients, especially of nitrogen through fertilization, could be one of the priority options for policy makers and farm managers as they evaluate mitigation and adaptation strategies of cropping systems and management practices to sustain agriculture and ensure food security under a changing climate.     

边界层温度廓线遥感反演的本地化改进研究

采用MODIS资料和美国发展的MODIS大气温、湿度廓线统计反演算法,估算大气温度、湿度廓线作为初始场,应用101层快速透过率模式(PFAAST)估算了大气透过率,并采用Newton非线性迭代算法反演中国西北荒漠戈壁地区大气温度廓线。结果表明:该方法对边界层高度及以上部分的大气温度反演得比较好,误差基本都在2 K范围内,边界层范围内的温度反演误差较大,反演误差与气溶胶光学厚度增量和地表温度估算误差呈显著正相关关系,与大气水汽混合比的关系较差。文中从敏感性试验和理论分析角度阐述了地表温度和气溶胶光学厚度估算误差对大气温度反演误差的影响,发现不同光谱波段的地表温度权重均随地表温度的增加有不同程度增加,地表温度反演误差增加将增加地表温度权重,提高地表温度估算误差有助于提高地表温度权重的精度;荒漠戈壁地区大气边界层中气溶胶浓度较高,光学厚度较大,使边界层大气透过率降低,进而降低卫星红外遥感波段的地表温度权重和空气温度权重。由于该模式没有很好地考虑边界层中沙尘气溶胶的影响,使卫星反演的大气透过率偏高,以至于高估地表温度权重和大气温度权重,使得反演的表面温度和空气温度偏低。该研究结合太阳光度计获得的光学厚度资料,采用统计方法对气溶胶效应引起的大气透过率误差和表面温度估算误差进行校正,并对物理算法进行本地化改进,实现了边界层温度廓线的反演。     

2007年5～10月黄土高原陆面能量通量特征研究

在稀疏植被区陆面过程遥感参数化基础上,利用MODIS/500m分辨率的资料反演黄土高原2007年5～10月陆面过程的特征参数。分析得出:(1)受多种气候系统的影响,黄土高原降水、植被分布以及土壤湿度等存在南北、东西差异,导致反照率呈现出从东南到西北部逐渐增加的趋势;5～10月,频率峰值所对应的反照率值呈现出先降低后增加的特征,到7月反照率值达到最低。(2)由于土壤湿度和植被覆盖度空间分布的差异,出现了3种反照率和能量分布型,即宽频低峰型、高频窄峰型和多峰型分布。(3)由于2007年8～10月黄土高原降水量比较充沛,大部分区域的土壤湿度都在60%以上,使得净辐射量、感热通量、潜热通量频率分布比较集中。     

东亚冬季风与中国南方冬季降水的关系分析

由850hPa的风场资料和海平面气压资料计算两个东亚冬季风强度指数,结合月平均降水资料,分析我国南方冬季降水对冬季风响应的空间分布型及其在冬季各月的差异。结果表明:12月东亚冬季风强度比1、2月的弱,同期的降水对其响应不明显;1月冬季风比2月强,同期降水对季风的响应比2月更强些。在1、2月,强(弱)东亚冬季风易造成南方冬季降水偏少(多),但这种响应是时间和空间的函数,随时间变化且有明显的区域特征。1月的强响应区基本上连成一片,强响应中心散布于其中;最明显的中心区在淮河以南附近,区域中心值-0.5;响应强度由此中心向南变弱,但依然分别在湖南东北部、江西东北部以及四川东北部都出现了较强中心区,区域中心值都为-0.35左右;2月的响应区相对1月作了总体的顺时针偏转和稍微的北缩。分析发现,响应区的空间分布可以从地形和地势分布解释,响应区的时间变化与850hPa的风场有关。     

祁连山区冬半年积雪分布及变化的遥感研究

利用国家卫星中心提供的1996—2002年冬半年(11月～翌年4月)的旬积雪数据、地面气象站温度和实测积雪数据,以及结合祁连山区DEM数据,研究了同期祁连山区积雪时空分布及其变化特征。结果表明:祁连山区冬半年积雪大多随山脉走向呈带状分布在山脊区,而山谷和南面盆地分布较少;积雪西段最多,东段次之,中段最少。祁连山区不同积雪频率所分布的平均高度的基本趋势为积雪频率越大分布的高度也越高。就不同频率的积雪而言,频率越低所占比例越大,频率越高所占比例越小;总体上祁连山区在1998/1999年冬季积雪达到最小值,在1998/1999年冬季之前呈波动变化,之后呈持续显著增加的趋势,但主要贡献在低频率。对祁连山东、中、西三段而言,东、中两段在1998/1999年冬季前呈减少趋势,1998/1999年冬季后呈增加趋势,东、中两段平均积雪频率变化量很接近;而西段从1996/1997年冬季开始呈缓慢增加的趋势,而且积雪平均出现频率明显要比东、中两段高很多。祁连山东、中、西三段积雪覆盖度随着高度增加而增大,只有中段在1999—2001年随着高度的递增积雪覆盖度增加不明显,变化趋势比较复杂,这可能与中段所受天气系统和地形等的影响比较复杂有关。     

陇中黄土高原地表能量不平衡特征及其影响机制研究

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)2008年夏季的观测资料,分析了陇中黄土高原地表能量不平衡特征及其影响机制,计算了地表和5 cm深处土壤热通量板之间的热储存,并对地表能量不平衡特征重新进行了计算和评价。当把土壤热储存作为地表能量收支的一部分考虑后,不平衡差额绝对值平均降低了23 W.m-2,能量不闭合度平均减小了0.104,利用最小二乘法(OLS)进行线性回归得到的平均不闭合度减小了0.085。从白天和晚上的能量不闭合度频率分布也能够看出,土壤热储存对地表能量收支平衡有很大改善。但即使考虑了土壤热储存项,地表能量不闭合仍然很明显。除了土壤热储存,边界层大气不同形式的输送能力作为对地气能量通量交换过程中的重要因素,对能量不平衡也会产生深远影响。结果显示,地表能量不闭合度分别与垂直速度w、水平风速u和对流速度尺度w*有较密切的关系。涡动相关法通量计算中常通过坐标旋转强迫垂直速度变为零,然而非零的垂直速度和垂直平流是真实存在的,忽略垂直平流热量输送是产生地表能量不平衡的重要原因。     

雾日期间边界层特性分析

利用常规观测资料、微波辐射仪和风廓线仪等资料对2007年10月25～27日期间雾天气过程进行分析。结果表明:(1)此次雾天气过程是在大的天气背景下形成的,高低空和地面形势均有利于雾形成和维持;(2)微波辐射仪反演产品可以清楚地看出高低空湿度的配置以及雾维持的机理;(3)进一步分析温湿特点可以看出,地面温度、2 000 m高度下的逆温厚度和最大强度变化与能见度、雾、浓雾、强浓雾之间的转换关系密切;雾出现对应地面降温幅度最大,雾期间有逆温(特别是贴地逆温);雾期间地面相对湿度均在83%以上,浓雾在90%以上,强浓雾在97%以上;雾刚生成并没有液态水,1 h后出现液态水,在天气系统接近前均是100 m高度上液态水含量最大;(4)雾期间边界层内600～700 m高度以下,水平风速比较小,在600 m高度上下水平风速切变很明显;(5)雾过程期间边界层维持微弱的上升和下沉运动。     

陕西飞机人工增雨效果统计检验方法研究

应用针对陕西省飞机人工增雨作业特点设计的区域回归统计方案,对2002、2003、2006年春、秋季飞机增雨分别进行效果分析,结果表明:春季11架次08?20时平均增雨量1.6 mm,作业后3 h平均增雨量0.3 mm;秋季13架次08?20时平均增雨量3.6 mm,作业后3 h平均增雨量1.3 mm;通过成对试验符号秩和检验,显著性水平均优于5%,表明作业效果显著;分析结果说明了统计方案的可行性。基于该区域回归统计方案开发的飞机增雨效果评估系统,实现对增雨效果的及时、客观、定量评估。     

风切变对飞行的影响及其预报时效分析

利用NCEP再分析资料和AMDAR资料,对2008年11月1日首都机场冷锋过境前后风切变现象及其可预报时效进行分析。分析认为:在冷锋过境前后,首都机场存在多种形式的风切变,有高空槽前后的水平风切变、高层和中层急流轴引起的水平风切变、冷锋前逆温层顶上下的水平风切变和地面锋面过境时跑道面上的水平和侧风切变。对各种风切变的可预报时效进行了分析。