基于CMIP5的中国区域气溶胶变化及其对降水的影响

基于第5次国际耦合模式比较计划（CMIP5）提供的气溶胶光学厚度（AOD）数据和气溶胶单因子历史试验降水数据，采用线性趋势分析、相关分析、经验正交分解（EOF）方法，从时间和空间维度上分析了自工业革命以来中国AOD的变化及其对降水的影响。1860—2000年，中国区域的AOD整体呈显著增加的趋势（P<0.001），AOD的增加趋势以胡焕庸线为界呈现出“东高西低”的空间分布格局，并在1945年以后AOD的增加趋势〔0.380 7·(100a)^-1〕显著大于1945年以前的趋势〔0.029 0·(100a)^-1〕。在气溶胶单因子驱动试验中，中国有89.1%区域的降水呈显著减少的趋势（P<0.001），其中东南部、四川盆地以及青藏高原东南部是降水减少最明显的区域，西北地区降水减少趋势较弱，并在1962年以后降水的减少趋势〔118.04 mm·(100a)^-1〕显著大于1962年以前的趋势〔26.67 mm·(100a)^-1〕。气溶胶主要通过抑制弱降水显著降低了降水事件发生的频率与降水强度，降低速率分别为3.160 d·(100a)^-1、0.162 4 mm·d^-1·(100a)^-1。研究工业革命以来气溶胶对降水的气候效应，为更好的应对区域气候变化问题提供科学依据。     

近46 a六盘山东西两侧参考作物蒸散量特征

基于六盘山东西两侧甘肃平凉市7个气象站1965-2010年逐日气象要素,采用Penman Monteith模型计算了逐日参考作物蒸散量,应用Mann Kendall非参数检验法,分析了年际变化和季节变化特征。结果表明：① 1965-2010年,平凉市参考作物蒸散量多年平均在890～1 142 mm,全市西南部蒸散量最小,东部最大,年内夏季达到最大值,春、秋季次之,冬季最小;② 近46 a来,平凉市大多数站点参考作物蒸散量呈显著下降趋势;③ 影响平凉市参考作物蒸散量季节变化的主要气候因子是风速和日照,其中,风速是影响全市蒸散量呈下降趋势的主导因子。     

西藏参考作物蒸散量时空变化特征与影响因素

为深入认识西藏参考作物蒸散量(ET_0)的变化特征,采用联合国粮农组织1998年推荐的Penman-Monteith公式计算西藏37个气象站点32 a(1981—2012年)的逐日ET_0,通过联合国防治荒漠化公约提出的全球干旱指数(UNEP)进行气候评价,利用空间插值及Mann-Kendall趋势检验法对西藏及各气候区ET_0时空变化特征进行分析,并通过偏相关分析法对其主要影响因素进行探讨,结果表明:西藏共分为特干旱、干旱、半干旱、干旱半湿润、湿润半湿润和湿润气候区,主要为半干旱气候区。近32 a参考作物蒸散量整体呈减小趋势,变化趋势为-1.508 mm·a~(-1),可将32 a分为3个时段,1981—1989年处于高蒸散阶段,1989年后处于低蒸散阶段,2005年起又持续回升。西藏西部到东部,年际ET_0呈减小趋势。各气候区气象因子的影响基本符合平均气温日照时数平均风速相对湿度,且平均气温、日照时数及平均风速在干旱区的影响较湿润区更为显著。     

1971-2010年东北三省平均地面风速变化

利用1971-2010年逐月观测资料,分析东北三省年、季节和月平均地面风速变化的时空特征。结果表明：① 东北三省年平均地面风速变化呈显著递减趋势,变化速率为-0.23 m·s^-1·(10 a）^-1,1971-2000年（前30 a）、1981-2010年（近30 a）和1991-2010年（近20 a）平均地面风速变化均呈显著递减趋势,线性变化速率分别达-0.25 m·s^-1·（10 a）^-1、-0.20 m·s^-1_·（10 a）^-1和-0.17 m·s^-1_`（10 a）^-1,均通过了0.001显著性检验;② 近40 a东北三省各季和逐月平均地面风速变化趋势呈显著递减趋势,均通过了0.001显著性检验;春季递减速率最大,冬、秋季次之,夏季最小;③ 近40 a东北三省地面年平均风速的趋势变化除个别站点外,其他均呈现出比较一致的显著递减趋势,但最近20 a呈显著递减趋势的站点数在减少,递增趋势的站点数增多。     

北京地区参考作物蒸散量变化趋势及其主要影响因素分析

利用1951~2007年北京气象站的气象资料,采用FAO56 Penman-Monteith公式(PM公式),计算了北京地区每日的参考作物蒸散量(ET0),分析了北京地区各气象要素和ET0的变化趋势,利用敏感性分析找出影响ET0变化的主要因子。研究结果表明:在1951~2007年期间北京地区的平均相对湿度和日照时数呈下降趋势,平均温度呈升高趋势,平均风速呈现先增加(1951~1972年)后下降的趋势(1973~2007年);饱和水汽压差升高造成的ET0值正变化不仅抵消了净辐射降低对ET0造成的负影响,还使得参考作物蒸散量表现为逐渐增加趋势;敏感性分析显示相对湿度和温度是影响北京地区年ET0变化的主要因子;在年内,夏季(6~8月份)对ET0影响最大的因素为日照时数,在其它时间段内,温度对ET0的影响最大。     

印度河上游流域冰川度日因子变化及其影响因素

当前,基于正积温的度日模型广泛应用于冰川消融研究中,该模型的核心参数是度日因子。根据印度河上游Sachen、Gharko、Barpu冰川2014—2016年的物质平衡和气温实测资料,计算得到消融期内各冰川研究区的度日因子,并分析了度日因子的时空变化特征及影响因素。研究结果显示：Sachen、Gharko、Barpu冰川度日因子均值分别为2.83 mm?d^-1?℃^-1、3.74 mm?d^-1?℃^-1、3.91 mm?d^-1?℃^-1;各冰川度日因子皆随着海拔升高而递增,海拔递增率分别为0.003 7 mm?d^-1?℃^-1?m^-1、0.007 4 mm?d^-1?℃^-1?m^-1、0.004 1 mm?d^-1?℃^-1?m^-1;对于同一观测点而言,度日因子不是一个常数,会随着时间的变化而改变,冰川度日因子随着年际变化呈增加的趋势;度日因子受表碛影响显著,度日因子整体上随着表碛厚度的增加而递减。然而表碛厚度低于2 cm时,表碛的覆盖作用促进了冰川的消融,表碛覆盖区冰川度日因子大于裸露区冰川;冰川朝向的变化对度日因子产生了一定的影响,面向阳坡的冰川度日因子随海拔递增率大于阴坡。     

青藏高原不同植被类型草地蒸散量长期变化与适应性模型研究

文中利用遥感数据潜热通量LE和气象数据年均气温T计算出2006-2021连续16年间青藏高原灌丛、荒漠、草甸和沼泽四种草地植被类型实际蒸散量的变化，并利用Penman-Monteith模型、Priestley-Taylor模型、Mahringer模型、Irmak-Alle模型、Dalton模型等5种常用模型计算出4种草地植被类型参考蒸散量的变化，选出4种植被类型拟合较高的模型。结果表明：连续16年间，4种草地植被类型蒸散量均呈极显著上升趋势。且相对于其他植被类型，灌丛、沼泽和草甸蒸散量显著高于荒漠。气象因子中，相对湿度、温度、2m高风速和土壤热通量4种对蒸散量变化的贡献率最大，且分别可解释71.21%、71.29%、71.37%和71.55%的灌丛、荒漠、草甸和沼泽蒸散量的变化。模型计算结果显示Mahringer和FAO 56 Penman-Monteith两种模型与实际蒸散量之间的相关性最高。推荐适宜的蒸散量计算模型，精确模型研究，以期提供蒸散量变化研究的理论基础。     

1961—2010年青藏高原—黄土高原过渡区可能蒸散率的变化特征

利用位于青藏高原—黄土高原过渡区内18个气象站1961—2010年的月平均气温、月降水量等地面气象观测资料，采用Holdridge可能蒸散率(PER)计算方法，对区域内近50a（1961—2010年）地表干燥度的变化趋势进行了分析。发现在区域内存在极湿润区、湿润区、亚湿润区和半干旱区四个不同的气候区，PER在空间分布上有明显的自南向北逐渐上升的特点。区域内极湿润区、湿润区、亚湿润区和半干旱区PER的年际变化趋势分别为0.01·10a^-1、0.04·10a^-1、0.06·10a^-1和-0.02·10a^-1，从20世纪80～90年代开始，在湿润区、亚湿润区大部分地方出现了明显的暖干化趋势，而在半干旱区有暖湿化的趋势。区域东部PER升高的主要原因是由于降水量的减少和气温上升，区域西部在降水量增加的情况下，PER仍出现上升的趋势，其主要原因是由于气温上升导致蒸散量增加，且蒸散量增加的幅度超过了降水量增加的幅度；而处于半干旱区的青海省循化县，由于可能蒸散量的上升趋势和降水量的增加趋势非常接近，故其变化最小，有暖湿化的趋势。暖干化已经对青藏高原—黄土高原过渡区内的生态环境、水资源和农牧业生产造成了严重影响。     

黄河上游重要水源补给区参考作物蒸散量变化特征分析

利用甘南牧区4个气象观测站1971-2010年的地面气象观测资料,运用Penman-Monteith公式计算得出牧区四站逐月ET0值.通过统计分析、相关分析、小波及Mann-Kendall法等方法对甘南牧区ET0的变化特征进行了分析,并就高原上气象因子与ET0的相关性做了进一步研究.结果发现甘南牧区各县ET0年际变化呈逐年上升趋势,上升趋势达8.8～ 19.5mm/10a;1985年以前有明显的准10 a周期,2000年到2010年间出现了准5 a周期;在90年代以后的20年中上升更快,并于1996年以后出现了突增.牧区ET0夏季最大,并且逐年上升最快;冬季最小,逐年上升最慢.牧区ET0的空间分布不均匀除了与当地高原特殊地形地貌复杂性有关外,还与影响参考作物蒸散量的主要气象因子的不同有关.     

青藏高原低云量的年际变化及其稳定性

利用青藏高原80个测站1961-2000年1～12月低云量资料,分析了青藏高原低云量的年际变化规律.结果表明:青藏高原的低云量从东南向西北减少,云量的稳定性夏季高于冬季,南部高于北部.江河上游区域、藏东谷地、川西高原、甘南高原和祁连山区是青藏高原低云量多,且比较稳定的地区;青藏高原西部低云量月变化振幅大,尤以西南部为最,夏季云量最多;高原东南部江河上游区和藏东谷地3～9月低云量多,且起伏变化小,6月和9月出现峰值;高原东南部低云量稳定性较好;低云量的年际变化总体呈下降趋势, 江河上游区和高原东南部的低云量变化缓慢,高原西北部有显著上升趋势;变化趋势在季节上表现为冬、春、夏、秋西北上升西南下降,春、秋季中东部持平,夏、冬略降.     

近50年黄土地区气候与潜在蒸散量变化及其影响因素分析

根据黄土地区1951—2000年14个站点的日气象资料以及FAO56 Penman-Monteith公式,计算各站逐月潜在蒸散量,分析近50 a各站年平均气温、降水量、日照时数、风速和相对湿度等气候要素以及年潜在蒸散量的变化趋势和变化特征,并据此分析ET0变化的气候成因。结果表明:(1)近50 a来黄土地区基本都表现为显著的增温趋势,增温速率为0.039～0.396℃/10a,与全国平均水平0.22℃/10a相当;降雨量、风速、日照时数和相对湿度总体上均呈下降趋势;(2)潜在蒸散量年际间除驻马店和介休显著下降外,其他大部分站点呈显著上升趋势;(3)敏感性分析表明黄土地区潜在蒸散量的主要影响因素是相对湿度,其次是太阳辐射(日照时数)和气温,风速变化的影响最弱。     

黄土高原风蚀和风水蚀复合区的风蚀气候侵蚀力变化

利用黄土高原风蚀和风水蚀复合区30个气象站1961-2010年的观测资料,根据联合国粮农组织给出的风蚀气候因子指数（C值）的计算公式和线性趋势法、Pettitt变点检测、Morlet小波分析等方法,研究风速的空间分布、时空变化、突变特征和周期特性及其对C值的影响。结果表明：① 该区多年平均风速为2.2 m•s^-1,内蒙古和宁夏境内的部分地区风速较大,陕北、晋西北、陇东和青海部分地区较小。近50 a来风速整体呈显著减小趋势,1970s风速最大,2000s最小。② 年尺度83%的站点风速发生了突变,区域整体突变发生于1982年,四季风速突变时间与年尺度基本一致。③ 近50 a风速存在3次交替变化,1961-1977年和1995-2010年偏大,而1977-1995年偏小,季节尺度上也发现了类似的现象,未来一段时间内该地区风速仍然偏小。④ 该区多年平均C值的空间分布格局和时空变化趋势与风速较为一致,整体也呈现出显著减小趋势。⑤ C值与相对湿度和降水量呈负相关关系,与潜在蒸发量、干旱指数和风速呈正相关关系。风力增强（风速增加）和干旱加剧对于风蚀起到促进作用;温度上升及其造成的蒸发量增大也有助于风蚀的形成。     

1961-2017年柴达木盆地干湿状况及其影响因子

根据1961—2017年柴达木盆地8个气象站数据资料,采用联合国粮农组织FAO推荐的Penman-Monteith模型计算潜在蒸散量,继而算得湿润指数,辅以气候倾向率、M-K检验、Morlet小波周期和主成分分析等方法,探究柴达木盆地干湿变化特征及影响因素。结果表明:1961—2017年,柴达木盆地整体具有变湿趋势,变化倾向率为0.007·(10a)~(-1)(α≥0.001),且湿润指数年际变化波动较大,变异系数为30.73%,春、夏、秋、冬四季湿润指数均呈上升趋势,倾向率分别为0.003·(10a)~(-1)、0.009·(10a)~(-1)、0.004·(10a)~(-1)、0.003·(10a)~(-1);空间变化差异显著,盆地东部地区变湿趋势大于西部,德令哈和都兰变湿趋势最为显著;湿润指数在1981年和1986年发生突变,且存在2.8 a和3.6 a(α≥0.05)的变化周期,与大气环流2～4 a周期较吻合;主成分分析表明,降水量和平均气温是柴达木盆地湿润指数的主要影响因子。此外,湿润指数与北半球极涡面积和强度及亚洲区极涡面积和强度关系密切,相关系数分别为-0.46、-0.36、-0.49、-0.47,均通过99%的显著性检验。     

我国荒漠植被生产力动态及其与水热因子的关系

为了探讨近30 a来我国干旱区荒漠植被的净初级生产力(NPP)及其与水热因子相关性随时间的变化，运用CASA(Carnegie Ames Stanford approach)模型估算我国荒漠植被1982—2015年生长季的NPP，并运用线性回归和GIS空间分析方法分析了NPP的时空变化特征，利用滑动相关系数分析了荒漠植被NPP与水热因子的关系。结果表明：① 单位面积NPP均值为42 g·m^-2·a^-1，NPP整体水平较低。空间上呈西北部、东部边缘较高，中部、南部和中东部较低的分布特征。② 荒漠植被NPP年均总量为5.783×1013g·a^-1。从荒漠植被NPP的年际变化来看，1982—2015年中国荒漠植被NPP总量以1.64×1012g·(10a)^-1的线性速率（P=0.054）上升，荒漠植被生长状况总体上不断改善，但总量趋势呈现阶段性变化，1982—1993年荒漠植被NPP总量呈极显著增长态势（1.25×1012 g·a^-1，P<0.01）； 1993—2006年NPP总量呈极显著降低态势（-6.42×1011 g·a^-1，P<0.01）； 2006—2015年NPP总量缓慢增长（1.70×1011 g·a^-1，P>0.05）。从空间变化来看，47.65%的荒漠植被NPP呈增加态势，主要分布在阿拉善高原、天山北麓、塔里木盆地西部边缘、柴达木盆地的东南边缘、阿尔金山南麓和昆仑山脉。③ 从荒漠植被NPP与各气候因子之间的相关关系随时间的变化来看，NPP与气温的滑动相关系数随时间的变化保持为负相关，与降水、干燥度的滑动相关系数保持为正相关，与太阳总辐射的滑动相关系数随时间变化并未表现出显著的变化趋势。总体上，荒漠植被与水热因子的相关关系在研究时段均有进一步减弱的态势，即荒漠植被NPP对气候因子的变化愈来愈不敏感。     

近30年来甘肃气候变化趋势及其对干湿状况的影响

以1971-2000年甘肃地区33个气象台站的观测数据为基础,应用1998年FAO推荐的Penman-Monteith模型,根据甘肃实际状况进行了辐射项校正,模拟了甘肃地区近30年的潜在蒸散,并且根据Vyshotskii模型计算了干湿指数。通过线性拟合分析了甘肃省近30年来气候变化趋势,采用Mann-Kendall方法进行了趋势检验。利用基于薄盘样条函数的Anusplin模型对地表干湿指数进行了空间栅格化。结果发现:甘肃地区近30年气候变化总体特征是气温呈上升趋势,降水呈减少趋势,潜在蒸散呈增加趋势,北部与南部站点有由干变湿的趋势,而中部的部分站点有由湿变干的趋势,气候变化及地表干湿状况的区域差异比较明显。     

Relationship between thermal anomalies in Tibetan Plateau and summer dust storm frequency over Tarim Basin,China

The dust storm is the most important and frequent meteorological disaster over Tarim Basin,which causes huge damages on local social economics.How to predict the springtime and summertime dust storm occurrence has become a hot issue for meteorologists.This paper employed the data of dust storm frequency and 10-m wind velocity at 35 stations over Tarim Basin and the reanalysis data from the National Center for Environmental Prediction and the National Center for Atmospheric Research(NCEP/NCAR) during 1961-2007 to study the relationship between dust storm frequency(DSF) in summer over Tarim Basin and the thermal anomalies in Tibetan Plateau in May by using the statistical methods,such as Empirical Orthogonal Function(EOF),correlation and binomial moving average.The results show when negative anomalies in Tibetan Plateau and positive anomalies in its southern region are present along 30°N(the second mode of surface temperature anomalies by EOF decomposition) in May,the time coefficient(PC2) plays an important role in summer DSF variation and has a close relation with the summer DSF at both inter-annual and decadal time scales.When negative anomalies in Tibetan Plateau and positive anomalies are present in its southern region(PC2 in positive phase),there is an anomalous anticyclone in North China,which weakens the northwest wind and is not beneficial for cold air moving from high latitude to the Tarim Basin,and the circulation pattern is hard to result in dust storm weather.Furthermore,the sea level pressure(SLP) increased over Tarim Basin and the direction of SLP gradient reversed,which resulted in the 10-m wind velocity slowing down,so the DSF decreased.From above all,it can be conclude that the thermal anomalies in Tibetan Plateau in May has important effects on the summertime dust storm frequency over Tarim Basin and the PC2 can be used as a prediction factor for the summertime dust storm occurrence.     

基于MOD16数据的焉耆盆地蒸散量变化研究

蒸散量是水资源转化中非常关键的变量,特别是对当前变化环境下干旱区作物耗水量的时空变化与预测具有重要的作用。基于2001—2019年MOD16数据产品,通过遥感反演蒸散量数据,对焉耆盆地实际蒸散量(AET)和潜在蒸散量(PET)的时空变化进行分析,结果表明:(1)MOD16蒸散产品和小型蒸发皿实测数据较为一致(R2=0.94),其精度可以用于分析和探究焉耆盆地蒸散量的时空分布特征。(2)多年平均AET与PET分别为128.7 mm和1381.5 mm,年际变化尺度上AET呈上升趋势,PET呈下降趋势。(3)多年平均AET与PET在空间分布上呈现出明显的差异特征且表现出相反的趋势,年际AET与PET线性倾斜率处于基本不变趋势。(4)AET与PET的变化趋势与焉耆盆地膜下滴灌技术的普及与气象要素(蒸发量、相对湿度、平均气温)的改变具有内在的联系。     

基于ITPCAS再分析资料中国近地面风速时空变化特征

准确分析中国近地面风速时空变化规律对区域气候变化、蒸散发的估算、雾霾预报等研究具有重要意义。本文利用1979-2015年ITPCAS再分析资料的近地面风速(10 m)与中国110个气象站点的风速资料,分析该数据集在中国区域的适用性,并对2011-2012年风速数据进行修正,分析该区域近地面风速的时空变化特征。结果表明:①ITPCAS再分析数据集风速资料基本满足应用要求,但部分数据需修正。修正后的风速数据模拟精度得到较大提高,具有较好的应用前景,特别是在西北高寒、干旱地区;②1979-2015年中国62.12%的区域风速为下降趋势,全国平均风速每10 a变化速率为-0. 073 m·s^-1,其中东南诸河流域每10 a变化速率最大(-0.202 m·s^-1);③除珠江流域外,其他各流域风速均呈下降趋势。中国各月平均风速呈单峰形,最大值出现在4月,最小值出现在12月;④年平均风速变化主要表现在3-6月下降速率最大,风速变化趋势在各个流域、各月份保持不变。