基于MODIS数据地表反照率时空变化特征及影响因子研究

地表反照率表征地球表面对太阳辐射的反射能力,是影响地表辐射能量收支平衡的关键参数。本文以淮河流域为例,利用MODIS（MODerate resolution Imaging Spectroradiometer）数据,采用网格趋势分析、异常变化分析、相关分析和灰色关联度分析等方法,分析了淮河流域2005～2015年地表反照率的时空变化规律,以及土地利用类型、地形因子、地表参数和气候等影响因子。结果表明:淮河流域年平均地表反照率整体呈“北高南低、东高西低”的空间分布规律,变化在0.043～0.223,平均值为 0.145。低值区主要集中于水体密集和山区丘陵地带,且标准差相对较小;高值区主要集中于流域中部及东部平原地带,且标准差较大。61.5%的区域地表反照率呈增加趋势,且存在季节性差异,夏季平均地表反照率最大,春季次之,秋季最小,冬季则由于降雪覆盖和农田利用的影响波动幅度较大。淮河流域地表反照率与归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）、地表温度、气温和降水在大部分区域呈正相关,面积占比分别达到90.23%、82.32%、85.41%和93.70%。灰色关联度分析表明,不同土地利用类型（水体除外）下年均地表反照率受各因子影响排序为:NDVI>气温>地表温度>降水,空间变化受各因子影响排序为:NDVI>降水>地表温度>气温>高程。     

SRES情景下多模式集合对淮河流域未来气候变化的预估

采用偏差修正/空间降尺度方法处理后的IPCC AR4中8个全球海气耦合模式的集合平均结果,分析了SRESA2、A1B和B1情景下淮河流域未来30 a(2011 2040年)相对于现状(1961 1990年)地面温度和降水的可能变化.结果表明:(1)多模式集合能较好地反映流域现状年、季温度和降水的大尺度空间分布特征;对温度和降水的年内分配过程模拟较好,各月温度集合平均与观测值相差0.2℃左右(冬季各月除外),而降水集合平均与观测值相对误差在5%左右(9月除外).(2)不同情景下未来流域年、季温度一致增加,年温度增加幅度在0.85～1.12℃之间;冬、春季温度增加相对明显,而夏、秋季温度增加并不显著;年际和年代际温度增加趋势显著.(3)不同情景下未来流域年降水有增加趋势,增加幅度为0.13%～5.24%,增幅不明显;降水季节变化有增有减,季节、年际和年代际降水变化较为复杂,不同情景下降水空间变化差异显著.     

近49年来淮河流域降水异常及其环流特征

本文在对淮河流域降水气候特征分析的基础上，侧重研究了淮河流域夏季降水异常的周期性特征、年代际和年际变化特征，以及淮河流域多、少雨年的流场特征。研究发现，淮河流域夏季降水70年代中期以前偏多，70年代中期以后偏少；在周期性特征上有2．3年左右的主要周期和8年左右的次周期；淮河流域夏季降水异常与印度西南季风、东亚副热带季风以及冷空气异常有密切关系。     

近60年淮河流域夏季降水的变化特征

利用淮河流域1961～2017年夏季降水量资料,运用线性回归、滑动平均、Morlet小波、滑动T检验和Lepage检验方法分析了流域夏季降水的周期性特征和年代际变化特征。结果表明:流域夏季降水在大部分时段都具有明显的年际振荡特征,从20世纪90年代开始年代际振荡特征非常突出;流域夏季降水具有2～3a的年际变化周期和18～24a的年代际变化周期,1961～1967年、1997～2006年期间2～3a的短周期振荡非常显著,1990年以后18～24a的周期变得非常明显;在2000年前后,流域33～35°N纬向带状区域发生了显著的年代际突变现象,突变后与之前相比夏季降水增多了40%～60%;在2009年,流域沿淮河一线以北至35°N范围内再次发生显著的年代际突变现象,突变后降水减少了20%以上,此次年代际突变范围更广也更加显著,其物理成因值得进一步研究。     

中国异常增暖来年江淮流域易发生大洪水

在1987年以来全球气温明显增高的同时,中国气温也显著增高,1997年达到了峰值,2006年又出现了次峰值.为搞清异常增暖对中国旱涝等灾害的发生可能带来的影响,本文重点统计分析了中国年平均气温对全球年平均气温的响应关系,并分析研究了1951～2006年期间中国月年平均气温的年际变化特征和汛期主要多雨带类型及发生严重洪涝区域之间的对应关系.结果发现：（1）3个中国年平均气温异常偏高但8月气温不高的来年汛期主要多雨带和严重洪涝区域都发生在淮河流域（3/3）;（2）5个年平均气温偏高且8月气温也明显偏高的来年汛期长江流域发生了大洪水和严重洪涝（5/5）,特别是其中2个8月气温特高的来年（1954、1998年）汛期长江流域发生了特大洪水和严重洪涝（2/2）.对这个前兆强信号的发现和揭示,不但证明了全球和中国异常增暖对来年中国汛期水旱灾害的重大影响,也对准确预测中国汛期主要多雨带分布类型和江淮流域的大洪水和特大洪水有特别重要的应用价值.     

淮河流域1914—2013年气候干湿变化特征

利用淮河流域1914—2013年标准化降水蒸散指数(SPEI)研究流域的气候干湿变化、干旱的时空分布和周期特征,结果表明：流域的年际和年代际变化均呈湿润化趋势;四季中,除秋季外均通过了Mann-Kenddall趋势检验(0.05显著性水平),秋旱最易发生。干旱空间分布非常不均匀,不同程度的干旱频率有较大的地区差异,中旱频率高值区位于流域西北以及东北部,重旱频率由北向南递增,极旱频率在流域内较小,高值区域位于流域的东南角。流域均呈湿润化趋势,但西部、东部和北部边界一带湿润化趋势不明显。淮河流域存在35～65 a、17～30 a、3～7 a的三类尺度的干旱周期,以55 a为第一主周期。     

分组Z—I关系及其在淮河流域雷达测雨中应用

本文使用713雷达及其数字化终端,对淮河正阳关以上流域进行了定量测量降雨的试验。用最优化处理方法,按DBZ值大小分组统计,得到了这一地区Z-I关系的序列。然后,用这组关系得到降雨的雷达估算值。试验结果表明,距雷达50－100km之间的区域雷达定量测雨的精度较好。和雨量计测值比较,雷达估算的单站一小时雨量的平均相对误差为46％,单站过程雨量的平均相对误差为30％。雷达定量测雨可以作为常规雨量站网的补充,准实时地提供多种雨情信息。     

淮河中游洪水演进模型

针对淮河流域的特点,建立了以水动力学方法为主的河道一维、行洪区二维及对无实测资料地区采用水文学方法为辅的流域洪水演进数学模型.并提出了河道一维、行洪区二维耦合的求解方法.对占相当大比重的无资料地区径流流入干流作了技术处理,这对模型的成功建立起着重要作用.通过9次洪水的验算表明,模型具有较高的精度、较强的通用性、灵活性和实用性.为淮河流域的防洪规划提供了工具.模型的主要思路同样适用于其它流域.     

淮河流域防汛实时水情信息传输系统

详细介绍了淮河流域防汛实时水情信息传输系统的形成,系统的信道、构成和功能,系统硬件配置及软件开发,运行情况和系统的效益。