Quantifying temporal variations in water resources of a vulnerable middle eastern transboundary aquifer system

Freshwater resources in the arid Arabian Peninsula, especially transboundary aquifers shared by Saudi Arabia, Jordan, and Iraq, are of critical environmental and geopolitical significance. Monthly Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) satellite‐derived gravity field solutions acquired over the expansive Saq transboundary aquifer system were analysed and spatiotemporally correlated with relevant land surface model outputs, remote sensing observations, and field data to quantify temporal variations in regional water resources and to identify the controlling factors affecting these resources. Our results show substantial GRACE‐derived terrestrial water storage (TWS) and groundwater storage (GWS) depletion rates of ?9.05 ± 0.25 mm/year (?4.84 ± 0.13 km³/year) and ?6.52 ± 0.29 mm/year (?3.49 ± 0.15 km³/year), respectively. The rapid decline is attributed to both climatic and anthropogenic factors; observed TWS depletion is partially related to a decline in regional rainfall, while GWS depletions are highly correlated with increasing groundwater extraction for irrigation and observed water level declines in regional supply wells.     

Characteristics of GLDAS soil-moisture data on the Tibet Plateau

In this paper, the applicability of soil-moisture (SM) datasets of GLDAS (Global Land Data Assimilation System) in an alpine region (Tibet Plateau, TP) is investigated. The relations and discrepancies between the GLDAS-NOAH SM (0~10 cm) and the observations are compared; the possible reasons for errors over the TP are explored. The results show that GLDAS SM biases mainly show up in errors of values in the nonfrozen period (April to October) and changes of SM along with the temperature, especially during the freezing-thawing process in the frozen period (November to March). The biases of GLDAS SM in the nonfrozen period are mainly caused by the GLDAS precipitation-forcing data. The errors of GLDAS SM in the frozen period are speculated to be induced by the freeze-thaw parameterization scheme in the land-surface model.     

利用GRACE监测中国区域干旱及其影响因素分析

利用2003-01~2012-12的GRACE时变地球重力场模型计算我国长江中下游平原、西南地区和华北平原陆地水储量变化的时间序列。结果表明,长江中下游平原和华北平原的陆地水储量变化量最低值在2011-05,西南地区最低值在2010-03。根据陆地水储量变化的水平衡原理计算3个区域地下水储量变化情况。结果表明,长江中下游平原和西南地区地下水储量呈缓慢增长的趋势,增长速率分别为0.54 mm/月和0.34 mm/月;华北地区呈缓慢减小的趋势,减小速率为0.33 mm/月。3个区域干旱时期地下水储量的亏损情况分别为：长江中下游平原-21.31 mm/月,华北平原-19.88 mm/月,西南地区-15.72 mm/月。最后,用NOAA发布的月降雨和气温数据对3个区域干旱期间的降雨量和蒸发量进行量化,分析3次干旱产生的原因。结果表明,西南地区2010年春季干旱的主要原因是气温异常,长江中下游平原和华北平原2011年干旱的主要原因是降雨量偏少。     

GRACE估算陆地水储量季节和年际变化

利用最新公布的GRACE GFZ RL04数据,分析了2003年1月～2007年12月全球27条流域和陆地水储量的季节性和年际变化.结果表明,相近流域季节性变化相位接近.2003年1月～2007年12月陆地水储量季节性变化为1572.4 km3,其中变化最大流域为亚马逊河,其次分别为鄂毕河、尼罗河和尼日尔河等流域.5年来 GRACE陆地水储量的年际变化为-75.4±40.3 km3/a,其中亚马逊河、勒拿河和马更些河等流域的年际变化呈现正增长,而刚果河、密西西比河、恒河、育空河和雅鲁藏布江等流域则相反.GRACE与GLDAS数据均表明2006年后陆地水储量年际变化存在明显增加.     

GRACE时变重力位系数扇形滤波算法分析

卫星重力探测技术为监测全球陆地水储量变化提供了新的技术手段。采用Level-2 Release-05版本GRACE时变重力场模型数据计算了2010年全球陆地水储量的月变化;着重研究了扇形滤波对反演结果的影响;并结合GLDAS水文模型数据对反演结果进行了验证分析。实验结果表明:GRACE反演结果 GLDAS水文模型结果在时空分布上符合较好;扇形滤波能够削弱GRACE时变重力场模型的高阶项误差影响,有效去除反演结果中的条带状噪声。     

青藏高原中部冻融强度变化及其与气温的关系

使用青藏高原中部野外22个站点2010-2014年观测数据结合GLDAS-NOAH陆面模式1960-2014年3 h 0.25°×0.25°格网数据,通过线性拟合等方法分析了高原中部的冻结强度变化并探讨了其与气温的关系。选取典型站点资料,结合GLDAS-NOAH数据对四次冻融过程进行分析比较,结果表明:(1)冻结强年和冻结弱年,高原中部季节冻土区各站点冻结、消融过程的持续时间差异大。(2)1960-2014年,高原中部平均气温呈上升趋势,其速率为0.39℃·(10a)⁽-1;冻结起始日以0.91 d·(10a)^-1的速率延后,冻结结束日则以2.88 d·(10a)⁽-1的速率提前,冻结结束日对气温变暖的响应更迅速。(3)垂直方向上,不同冻结强度年表层5 cm处土壤温度、湿度差异最大,差值随土壤深度的增加逐渐减小。冻结强、弱年土壤水分相变速率不同引起的热量差使得各层土壤温度的日变化产生明显差异。