CWT方法在中国夏季降水水汽来源识别中的应用

利用Traj Stat软件中的后向轨迹计算模块与浓度权重轨迹(CWT)方法,对中国西部(新疆乌鲁木齐、青海祁连和玛多)和东部(湖南长沙和广东广州)事件尺度的夏季降水水汽来源进行分析,并结合水汽通量进行补充分析。结果发现:(1)乌鲁木齐、祁连、玛多夏季降水受西风水汽影响显著,而长沙夏季降水受西太平洋水汽影响显著,广州夏季降水受印度洋水汽影响显著。(2)5个站点夏季降水均有局地再循环水汽参与。在西部,影响夏季降水的循环水汽主要分布在相对湿度较大的山区、盆地以及蒸发量较大的地区。而在东部,影响夏季降水的循环水汽主要分布在一些地表水体集中的地方。(3)在西部,由于水汽在运移过程中,下垫面起伏大,空气团水汽d值变化除受地表蒸发水汽影响外,还受下垫面地势起伏的影响。在东部,由于水汽在运移过程中,下垫面起伏小,空气团水汽d值变化一般只受地表蒸发水汽影响。     

喀什河流域降水同位素特征及水汽来源分析

利用喀什河流域山区2017-07—2018-06大气降水同位素数据,以及流域山区温度、降水气象资料,分析了降水中δ18O、δD和氘盈余(d-excess)变化特征,讨论了δ18O与气温、降水量的关系,通过利用HYSPLI模型追踪分析流域山区大气降水的水汽来源。结果表明:(1)流域内降水中δ18O季节变化明显,夏季δ18O同位素富集,冬季δ18O同位素贫化。(2)不同降水类型中δ18O、δD的关系差异明显,夏季δD蒸发分馏大于δ18O、降雨大气降水线斜率及截距较小;冬季δD蒸发分馏明显减弱,降雪大气降水线斜率及截距较大。(3)流域内大气降水同位素存在明显的温度效应,但是降水量效应不显著。(4)流域内大气降水水汽主要来源于大西洋,受水汽远距离输送,途中加入较多二次蒸发水汽的影响,氘盈余值(d-excess)整体上偏大,但是2月氘盈余偏低,与受北极气团源地温度低、空气湿度大、水汽输送路径短影响有关。(5)该流域夏季降水主要来源于西风环流和局地再循环水汽,冬季则受西风环流和北极气团共同影响,大西洋水汽形成的降水占研究区总降水量的68.6%,局地再循环水汽占17.1%,北冰洋水汽形成的降水占研究区总降水量的14.3%。     

渭南大气降水中氢氧同位素特征与水汽来源关系

利用渭南大气降水δD和δ~(18)O实测值及相关的气象观测资料,分析了降水δD和δ~(18)O的特征及其变化与水汽来源的关系。结果表明:大气降水的同位素值变化幅度大,且呈现春季高、其他季节较低的季节变化;大气降水线的斜率低于全球大气降水线,截距接近且略高于全球大气降水线;大气降水的δ~(18)O与温度效应相关关系非常弱,温度效应不存在,存在降水量效应,但春冬季不显著,夏秋季较显著;大气气团来源的后向轨迹显示,冬半年降水水汽主要受控于西风环流,同时存在少有的局地蒸发作用,夏半年水汽来源于东南和西南海洋蒸发水汽,明确了氢氧稳定同位素存在季节变化的原因。     

南疆西部降雪时空分布特征及其突变分析

利用新疆气象信息中心提供的南疆西部17个气象站1961—2010年的逐日降水资料,采用降水变率、降雪贡献率、线性趋势分析、R/S分析等方法,研究南疆西部近50 a降雪空间分布、年际变化及其持续性。根据南疆西部独特的地理气候特征,将其分成平原西部、东部及山区3大区域,利用Morlet小波变换分析不同区域周期变化,采用Mann-Kendall突变检验研究不同区域突变特征,结合滑动T检验和信噪比检验确定近50 a区域突变年份。结果表明:1南疆西部降雪空间分布不均匀,降雪呈现自西北向东南快速减少格局,降雪对年降水的贡献少,降雪年际波动明显,积雪不稳定。2南疆西部平均年降雪量呈增加趋势,年降雪日数呈减少趋势,平均年降雪量的增大主要与降雪强度有关。3空间上各站倾向率-0.01~0.16 mm·a-1,除巴楚站降雪呈弱的减少趋势外,其他站均为增加趋势;R/S分析显示,除伽师、岳普湖外,大部分测站降雪与过去变化一致,即南疆西部降雪保持持续增加趋势。4近50 a小雪贡献率显著减少,中雪贡献率趋于稳定而大雪贡献率显著增加;与其同步,小雪日数减少而中雪、大雪日数缓慢增加;年平均雪量主要由大雪量增加所致,即冬半年降雪具有极端化趋势,易发雪灾。5不同区域低频周期特征相似,高频特征有差异,50 a时间序列上确定1977年、2000年为平原西部突变年份,1995年为山区突变年份,平原东部突变特征不明显,主要以年际波动为主。     

新疆三工河流域气候暖湿化特征分析

对三工河流域近40a中山区、近山区、近沙漠区的气温、降水、蒸发资料进行月线性趋势分析，得出流域增温主要在2月和9月。2月增温趋势大于9月。流域春夏季气温多年变化较为稳定。降水增湿在1，2月和夏秋季节，夏秋季节降水增湿趋势大于冬季。整个流域夏季蒸发呈减小趋势，平原区蒸发减小趋势大于中山区。夏季降水增大与蒸发减小有较好的反相关性。流域冬季气候增温增湿显著，夏季增湿作用显著。各地暖湿化在空间和时间上有所差异，中山区相对较弱，平原区较强，近山平原区是气候暖湿化最为显著的地域。     

古尔班通古特沙漠NDVI时空变化特征

利用NOAA/AVHRR NDVI时间序列数据,分析1981-2003年古尔班通古特沙漠不同分区NDVI时空变化的特征。结果表明:23年来,古尔班通古特沙漠NDVI整体上呈波动上升趋势。NDVI增加区域略大于减小区域,且20世纪90年代NDVI增加幅度小于80年代。沙漠不同的植被、沙地类型可能造成了NDVI年内变化特征的空间差异性。沙漠中部和西部年内NDVI最高,呈单峰型;东南部最低,呈低值型;北部植物生长季期间NDVI变化非常平缓,为平稳型。从年内尺度看,水分和热量条件对沙漠植被生长的年内变化起着重要作用。从年际尺度看,降水对NDVI年际变化影响较大,降水丰沛的年份植被茂盛,反之植被稀少、生长缓慢;气温对植被生长的影响不明显。在空间分布上NDVI具有明显的纬向水平地带性分布规律:44.7°~45.6°N NDVI较高,在0.15以上,45.6°N以北和44.7°N以南的地区NDVI较低,其值小于0.15。     

三江源地表反照率时空变化及其与气候因子的关系

基于2001-2010年的MODIS地表反照率产品(MCD43A3),分析三江源地区地表反照率的空间格局和变化规律,并结合该地区14个气象站点的气温和降水数据,探讨地表反照率与气候因子的相关关系。结果表明：三江源地区地表反照率在空间上呈西高东低的分布特征,与该地区高程变化的趋势基本一致;10 a 间平均地表反照率为0.209,集中分布在0.15~0.25。从年际变化来看,研究区地表反照率整体呈增加趋势,但变化不显著;地表反照率的季节变化较为明显,从冬季到夏季逐渐减小,从夏季到冬季逐渐增加,低值时段为6-9月,变化近似于“U”字形。温度和降水能够通过影响植物的生长和土壤表层含水量进而影响地表反照率;在季节尺度上,地表反照率受春季和秋季气候条件的影响最为显著,二者存在显著的负相关关系,而在冬夏两季地表反照率与气候因子在空间上具有正相关和负相关共存的现象。     

基于GPM的新疆降水聚集区域提取及特征分析

气候暖湿化背景下，降水聚集特征与旱涝事件密切相关。基于2001-2020年逐日全球降水测量数据，根据空间热点分析方法提取新疆降水聚集区域，利用信息熵和相关系数分析了聚集区域降水集中度和地表特征。结果表明：新疆降水高值聚集区域占21.45%,降水量在130mm以上，主要分布在新疆西北部，低值聚集区域占27.97%,降水量在72mm以下，主要分布在塔里木盆地西南部、吐鲁番盆地和昆仑山中部山区；聚集区域降水量年内呈单峰变化，除显著冷点区域年降水量呈弱下降趋势外，其他区域年降水量呈增加趋势；聚集区域降水集中度呈现从西北向东南呈现出“低-高-低”的空间分布格局，且高值聚集区域降水集中度高于低值聚集区域，与降水量具有较高的相关性；低值聚集区域荒地面积占比最大，高值聚集区域草原和农田面积较大；高值聚集区域海拔、地表粗糙度和地面起伏度与降水量呈正相关，低值聚集区域呈负相关，且聚集性越显著，相关性越大。研究结果可以为防灾减灾、水资源的综合利用提供科学参考。     

西北干旱区大气水分循环要素变化研究进展

西北干旱区是对全球气候变化响应最敏感的地区之一。全球变暖加剧水循环,引起大气水分循环要素发生明显变化。借助最新资料对过去50 a西北干旱区大气水分循环要素变化特征和相关科学问题进行了梳理总结,其主要结论:(1)西北干旱区水汽和降水量有一致性变化趋势,在20世纪80年代中后期突变型增多,21世纪初有微弱的减小态势。受季风强度减弱的影响,西北东部地区水汽和降水量减小明显。(2)降水量增加站点占到95.9%,形成了天山、祁连山等增湿中心,具有明显的增湿海拔依赖性特征。(3)实际蒸散发量呈微弱的减小趋势,天山山区明显减少,而祁连山地区明显增加。(4)干旱区西部夏季降水以西风带水汽输送为主,但大尺度大降水过程发生时,低纬水汽输送尤为重要。全球气候变暖在影响着大气水分循环要素明显变化的同时,也加剧了干旱区水循环过程和水资源的不确定性。     

塔什库尔干河流域河谷大气降水同位素特征与水汽输送路径

利用塔什库尔干河流域河谷2018年9月—2020年5月的降水事件的大气降水同位素数据,以及流域河谷代表性气象站点温度、降水、相对湿度等气象资料,分析降水中δ¹⁸O、δ²H和氘盈余(d-excess)变化特征,探讨影响因素,并基于拉格朗日后向轨迹模型(HYSPLIT)追踪解析流域河谷大气降水的水汽输送路径。结果表明：(1)降水δ²H、δ¹⁸O值总体上呈现夏季富集、冬季贫化的季节变化特征,且具有显著的温度效应(1.33‰·℃-1),但未见显著雨量效应;(2)局地大气降水线方程为δ²H=7.63δ¹⁸O-3.55,呈现出显著的干旱气候特征;(3)HYSPLIT模拟结果表明研究流域降水水汽主要受西风环流和局地水汽再循环影响,其中夏半年局地水汽蒸发占比54.09%,冬半年西方路径中较长距离输送占比45.53%。8月源自印度洋的水汽可绕过青藏高原到达研究区域。成果可为塔什库尔干河流域水资源管理和气候应对提供参考依据。     

塔克拉玛干沙漠腹地灌溉土壤水分循环特征

通过对塔克拉玛干沙漠腹地三种灌溉方式土壤水分连续测定 ,研究了该土壤水分蒸发移动规律、灌溉周期动态和植物对土壤水分循环的影响。并对该地区植物固沙的灌溉制度进行了初步的研究 ,结果表明 ,虽然沙土水分蒸发移动性与一般规律相同 ,但蒸发强度及其衰减速度比质地较重的土壤大。沙漠腹地造林区土壤水分动态属灌水周期型 ,而不是一般的年周期型。植物对土壤水分循环过程的影响是巨大的 ,畦灌地、沟灌地和滴灌地在 8天时间内由于植物蒸腾损失的土壤湿度分别达到 2 .73 %、1 .70 %和 1 .82 %。三种固沙植物蒸腾水量顺序为 :甘蒙柽柳 >沙生柽柳 >沙拐枣。反过来三种固沙植物的抗旱能力则为沙拐枣 >沙生柽柳 >甘蒙柽柳     

Identifying water vapor sources of precipitation in forest and grassland in the north slope of the Tianshan Mountains,Central Asia

Identifying water vapor sources in the natural vegetation of the Tianshan Mountains is of significant importance for obtaining greater knowledge about the water cycle,forecasting water resource changes,and dealing with the adverse effects of climate change.In this study,we identified water vapor sources of precipitation and evaluated their effects on precipitation stable isotopes in the north slope of the Tianshan Mountains,China.By utilizing the temporal and spatial distributions of precipitation stable isotopes in the forest and grassland regions,Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory(HYSPLIT)model,and isotope mass balance model,we obtained the following results.(1)The Eurasia,Black Sea,and Caspian Sea are the major sources of water vapor.(2)The contribution of surface evaporation to precipitation in forests is lower than that in the grasslands(except in spring),while the contribution of plant transpiration to precipitation in forests(5.35%)is higher than that in grasslands(3.79%)in summer.(3)The underlying surface and temperature are the main factors that affect the contribution of recycled water vapor to precipitation;meanwhile,the effects of water vapor sources of precipitation on precipitation stable isotopes are counteracted by other environmental factors.Overall,this work will prove beneficial in quantifying the effect of climate change on local water cycles.     

河南省近20年土壤湿度的时空变化特征分析

利用自然正交函数（EOF）分解、相关分析、趋势倾向率分析等方法,对河南省近20a土壤湿度的时空变化特征进行了分析。通过建立土壤湿度同温度、降水的多元回归方程,来量化土壤湿度同温度、降水的关系。分析表明：土壤湿度的空间分布有比较明显的差异,总体上由南向东北和西北两个方向逐渐降低;土壤湿度的年际变化有不太显著的下降趋势;年内不同季节土壤湿度有不同的变化趋势,其中春季土壤湿度小,夏季开始升高,进入秋冬逐步保持在较高水平。土壤湿度与降水成显著的正相关,同温度成显著的负相关。各季节影响土壤湿度变化的主要因子为：春季受温度回升影响而降低;夏季随降水增多而增大;秋季继续缓慢上升,主要由降水的缓慢累积所造成;冬季由于温度低,土壤湿度变化不大。     

Spatial pattern of soil organic carbon in desert grasslands of the diluvial-alluvial plains of northern Qilian Mountains

The soil properties in arid ecosystems are important determinants of vegetation distribution patterns.Soil organic carbon(SOC)content,which is closely related to soil types and the holding capacities of soil water and nutrients,exhibits complex variability in arid desert grasslands;thus,it is essentially an impact factor for the distribution pattern of desert grasslands.In the present study,an investigation was conducted to estimate the spatial pattern of SOC content in desert grasslands and the association with environmental factors in the diluvial-alluvial plains of northern Qilian Mountains.The results showed that the mean values of SOC ranged from 2.76 to 5.80 g/kg in the soil profiles,and decreased with soil depths.The coefficients of variation(CV)of the SOC were high(ranging from 48.83%to 94.67%),which indicated a strong spatial variability.SOC in the desert grasslands of the study region presented a regular spatial distribution,which increased gradually from the northwest to the southeast.The SOC distribution had a pattern linked to elevation,which may be related to the gradient of climate conditions.Soil type and plant community significantly affected the SOC.The SOC had a significant positive relationship with soil moisture(P<0.05);whereas,it had a more significant negative relationship with the soil bulk density(BD)(P<0.01).However,a number of the variations in the SOC could be explained not by the environmental factors involved in this analysis,but rather other factors(such as grazing activity and landscape).The results provide important references for soil carbon storage estimation in this study region.In addition,the SOC association with environmental variables also provides a basis for a sustainable use of the limited grassland resources in the diluvial-alluvial plains of northern Qilian Mountains.     

近期新疆湖泊变化所示的气候趋势

由绿洲及其所在荒漠盆地平原与周边山地系统共同组成的新疆地域系统、是我国西北干旱区的主要部分之一。由于荒漠盆地平原系统不产生径流 ,因此 ,地表水、浅层地下水和泉水、湖泊都必然地以相邻的山地系统为供给水源地。从山地进入荒漠盆地平原的河流就成为主要供给渠道。博期腾湖、艾丁湖、艾比湖 1 995年以来 ,湖水水位明显升高 ,湖水面积的不断扩大 ,从湖泊水面面积的演变过程 ,主要水源变化 ,气温略微上升 ,降水显著增多诸因素综合系统分析 ,说明在全球气候背景下 ,区域气候和水文变化朝着有利新疆社会经济发展的方向演变 ,这种趋势将持续到 2 1世纪前 1 0年     

乌鲁木齐大气降水稳定同位素与水汽来源关系研究

利用GNIP（Global of Isotope in Precipitation）乌鲁木齐站点1986-2003年大气降水稳定同位素资料和美国国家环境保护委员会/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析资料,通过研究乌鲁木齐地区17年（1986-2003）大气降水的氢、氧稳定同位素组成,提出了局地大气降水线方程为...     

中国西北干旱荒漠区盐生植物资源与开发利用

盐生植物是指在3.3bar渗透压盐水的生境中生长并完成其生活史的植物，在我国西北干旱荒漠区中有12％的植物为盐生植物，共有208种，分属于31科、90属，占我国盐生植物总数的49％，具有丰富的盐生植物多样性。这些盐生植物不仅为农业生产提供了丰富的抗盐种质资源，为培育抗盐、耐盐的转基因作物品种提供基因库，而且在这些盐生植物中含有丰富的药用、食用、工艺以及绿化和固沙植物资源。在不能耕种的盐渍土上直接引种具有经济价值的盐生植物，可获得经济效益，以充分地利用西北干旱荒漠区大面积的土地资源，因此开发和利用盐生植物资源具有重要意义。     

Partitioning evapotranspiration of desert plants under different water regimes in the inland Heihe River Basin,Northwestern China

Plant transpiration (T), soil evaporation (E), and the proportion of evaporation in evapotranspiration (ET), and their patterns of change were analyzed in a desert habitat along the middle and lower reaches of the Heihe River Basin, Gansu Province, China. Typical desert plants with different life forms were selected and small lysimeter observations were conducted; various species were measured under two soil water regimes using 50% (FC 50%) and 20% (FC 20%) of field capacity in 2 years. Under the FC 50% treatment the observed ratio of T to ET of desert plants was less than one-third, making the ratio of E to ET greater than two-thirds; the proportion of T to ET of desert plants increased to above 40%, and that of E declined to below 60% under the FC 20% treatment. The lowest T of desert plants was 130–140 mm based on the plant crown projection area. The characteristic coefficient of ET of desert plants was twice that of the characteristic coefficient of transpiration. This study found that when ET was measured for the same desert plant species growing in different regions, the ET differed significantly (P < 0.05) under the same water regimes; when comparing different plant species in the same region no obvious differences in the transpiration water requirement and ET were observed. The proportion of T in ET increased significantly and E in ET decreased markedly (P < 0.05), if the soil moisture content declined to where the plants experienced water stress.     

地下水位下降对区域气候影响的虚拟试验

利用数值模拟方法,研究我国西北地区地下水位大幅度下降对干旱、半干旱气候变化的影响,并对地下水位变化和大气降水相互作用的反馈机制进行探讨.结果表明,地下水位大幅降落可以引发显著的气候效应,不仅引起降水的大幅度减少和近地面的增温,而且通过对土壤水状况的改变,引起了边界层结构和陆-气通量交换的变化.这些变化引起了局地对流层中低层大气环流的调整,进一步影响干旱气候.通过虚拟试验,反映了地下水变化对土壤水和大气降水等水分循环过程和干旱气候的巨大影响.