山西省春季降水异常时空特征研究

采用主成分分析(EOF)、旋转主成分分析(REOF)、小波分析方法,对山西省1960~2004年春季降水标准化距平场进行分区,并对春季降水异常的空间分布特征、时间变化规律进行分析。结果表明:山西省春季降水的主要空间异常型表现为全省一致的多雨或少雨型,这是山西省春季降水异常的主要特征。降水异常区域大致可划分为3个区,即北部区、中部区、南部区。各异常区春季降水都存在10 a以上长周期和3~10 a短周期振荡,但其显著周期及其年代变化差异较大。     

SEBS模型在塔克拉玛干沙漠地区地表能量通量估算中的应用

利用SEBS(Surface Energy Balance System)模型,对塔克拉玛干沙漠及周边地区的地表能量通量进行模拟估算。通过修正适合于塔克拉玛干沙漠地表的参数化方案,结合该地区的MODIS遥感数据,将同期同化气象资料输入模型中,模拟出该地区的地表净辐射、地表土壤热通量、感热通量和潜热通量的空间分布。与塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站的实测数据对比,得出:1)SEBS模型在塔克拉玛干沙漠地区具有适用性;2)模型反演的沙漠腹地净辐射约为350W/m~2,感热通量在200W/m~2左右,潜热通量在±20W/m~2之间,其结果均与塔中站实测资料吻合较好。因此利用参数修正后的SEBS模型估计塔克拉玛干沙漠地区能量平衡各分量具有一定精度,可满足区域地表能量通量的计算要求。     

中国北方沙尘暴的气候特征及其对春季青藏高原地面感热异常的响应

选用中国185个常规气象观测站,建站～2000年历年沙尘暴日数资料,分析了近50年来中国北方沙尘暴的气候特征及其对青藏高原地面感热异常的响应。结果表明虽然单个沙尘暴过程属于一次中尺度天气过程,但年沙尘暴日数具有较好的空间一致性,在空间上有五个自然尘源区,即河西走廊、南疆盆地南缘、阿拉善高原、鄂尔多斯高原和浑善达克沙地等沙尘暴高发区。比较近50年来中国沙尘暴日数的年代际变化,总体趋势在减少,20世纪90年代是近5个年代中最少的。但20世纪末至21世纪初,中国沙尘暴日数有明显的回升趋势。进一步研究表明,中国沙尘暴与春季青藏高原地面感热关系密切,当春季青藏高原地面感热呈EOF1模态时,当年中国北方沙尘暴日数明显较常年偏多。     

中国主要沙漠(沙地)的氧同位素含量特征

为了解中国主要沙漠(沙地)的石英氧同位素分布特征,分别在各个沙漠(沙地)进行采样,采用同位素质谱技术分析样品的石英氧同位素组成。结果表明:中国主要沙漠(沙地)的石英δ~(18)O变化范围为7.8‰~14.9‰;各个沙漠(沙地)内部物质均质化程度差异较大,其中塔克拉玛干沙漠均质化程度最低,巴丹吉林沙漠均质化程度最高;中国主要沙漠(沙地)石英氧同位素空间变化特征明显,从中国北方沙漠(鄂尔多斯高原和阿拉善高原)至准噶尔盆地,到塔克拉玛干沙漠,再到柴达木沙漠,最后到乌兰布和沙漠呈现出依次增高趋势。     

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。     

中国西北地区气温异常的特征分析

根据1960-1999年中国西北地区114个观测站的季、年平均气温资料,分析了气温的空间分布特征.使用EOF,REOF分析方法和小波分析方法,讨论了西北地区年平均气温异常的空间分布特征,并分析了不同区域年平均气温变化、冬半年(1月)和夏半年(7月)极端气温变化及周期变化的特点.结果表明:西北地区年平均气温异常的一致性是主要特点,也存在南北差异和高大地形与沙漠盆地、河流、草原的差异;除陕西外西北其他地区年平均气温普遍呈上升趋势;冬季极端最低气温有明显上升趋势,冬半年极端最低气温在整个气温上升趋势中起主要作用;西北地区不同区域的年平均气温变化有各自不同的周期性.     

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。     

1979-2012年青藏高原地区地面气温时空分布特征

利用NCEP/NCAR再分析1979-2012年全球月平均地表气温格点资料(2.5°×2.5°),截取25°～40°N,75°～105°E作为青藏高原研究区域.利用自然正交函数分解(EOF)、旋转自然正交函数分解(REOF)方法,对其年平均、冬季平均及夏季平均气温的空间分布特征及时间变化趋势进行分析.青藏高原夏季平均气温分为柴达木盆地、西部、中东部及南部4个型.冬季分为东北部、西北部及南部3个型.研究表明:青藏高原在夏季受热力作用天气系统影响;冬季受到动力作用天气系统作用.分析青藏高原气温1979-2012年变化趋势表明,青藏高原夏季中东部型和南部型有微弱下降趋势,其他型呈上升趋势并有所减缓.分析同纬度带年平均地表气温距平变率分布状况得出,青藏高原地区能对全球气候变化作出较为迅速的响应.     

2000-2018年古尔班通古特沙漠EVI时空变化特征

基于MODIS-EVI数据,采用一元线性回归、经验正交函数(EOF)、变异系数,从时间和空间2个维度分析古尔班通古特沙漠增强型植被指数(EVI)的时空变化特征。结果表明:2000—2018年古尔班通古特沙漠整体EVI的年际变化呈显著增加趋势,增长速率为0. 016 0·(10a)~(-1)(P 0. 01),其中固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘中的EVI年际变化也呈显著增加趋势;生长季内沙漠整体及不同类型EVI的变化趋势大致相同,从3月开始,EVI逐渐增加,并在6—7月达到一年中的最高值;古尔班通古特沙漠大部分区域的EVI呈上升趋势,上升趋势明显的区域主要集中在沙漠南缘以及沙漠西缘的开荒区域,沙漠腹地EVI上升趋势较小,EVI降低的区域主要分布在沙漠北部;古尔班通古特沙漠EVI波动较大的区域在沙漠西缘与南缘,其中波动最大的区域在沙漠西缘的开荒区域,沙漠腹地EVI波动较小。EVI能够较好地反映以固定和半固定为主的沙漠区植被覆盖变化,其反映的植被状况对区域沙漠地貌类型的空间划分具有重要的参考意义。     

我国华西秋雨的气候变化规律及其影响因子

采用经验正交函数展开(EOF)、多锥度方法和奇异值分解(MTM-SVD)等方法,分析我国华西秋雨的气候变化规律及其影响因子。研究表明:我国华西秋雨EOF分析第一模态为全区一致型,解释方差贡献率为57.7%,是华西秋雨异常的主模态。我国华西秋雨在年际变化尺度上具有显著的准4 a周期;在年代际变化尺度上具有显著的准12 a周期。周期循环重建显示,准4 a循环的4个位相异常分布都与华西秋雨主模态类似,准12 a周期循环中的8个位相异常分布与主模态类似。南海副高强度指数、印缅槽指数、南方涛动指数和Nino 4区海温指数与华西秋雨强度在年际和年代际尺度上都有很好的相关关系。利用相关分析初步建立了多尺度、多因子的华西秋雨强度趋势预测模型,对比验证表明,该模型具有一定的预测能力。     

LAS测定显热通量的影响因子分析

利用 2 0 0 2年 3月 2 6日～ 7月 30日期间北京市昌平区小汤山镇裸地上大孔径闪烁仪 ( LAS)、涡度相关技术 ( Eddy)、波文比 ( Bowen)测定的显热通量及其它相关的观测资料 ,分析了 LAS测定的显热通量在不同的天气条件下的变化特征 ,并将 LAS测定的显热通量与各深度的土壤水分含量、土壤表面温度和水平风速作了相关性分析 ,通过对这些影响因子进行分析将有助于提高 LAS测定显热通量的精度。同时将 L AS测定的显热通量与涡度相关和波文比的观测值进行了对比分析 ,探讨了在均匀下垫面上 LAS测定的显热通量区域平均值与涡度相关和波文比测定的单点值之间的关系 ,有助于进一步研究均匀下垫面上显热通量的尺度转换效应     

卫星遥感结合地面观测估算中国西北区东部地表能量通量

采用定西麦田微气象观测站和试验区其它地区36个自动气象站、91个常规气象站资料,结合NOAA-16卫星的AVHRR资料,用地表能量平衡算法(SEBAL)推导中国西北区东部4~8月的日平均地表净辐射、感热、潜热、土壤热通量密度和波文比的区域分布特征,并按土地覆盖类型的不同分别统计沿黄灌区、冬春小麦雨养农田、草地、森林和沼泽草甸等不同地表的能量通量特征。结果显示:作物不同生育期,自南向北由湿润的常绿林区经半干旱雨养农业区直到干旱的荒漠地带,地表能量输送存在巨大的地区差异。计算结果与实测值之间的平均绝对百分误差为4%~21%,两者基本相符,该方法在算法上解决了用卫星资料反演地气温差的难点问题,提高了感热通量区域分布的计算精度。     

额济纳绿洲柽柳灌丛辐射特征与热量平衡研究

根据黑河下游额济纳绿洲柽柳灌丛波文比-能量平衡法的实测资料,分析了该地区的辐射特征,研究了热量平衡各分量的变化特征及热量平衡规律。在绿洲内部,其太阳辐射、净辐射具有明显的日进程和季节变化规律;太阳辐射月总量最大值(2133325.0kW.m-2)出现在6月份,最小值(133325.0kW.m-2)出现在10月份;在柽柳灌丛生态系统的热量平衡中潜热通量占能量支出量的62.85%,感热通量占32.85%,土壤热通量占4.44%。在日变化中,潜热在上午大于感热,在下午,由于湍流加剧,感热交换大于潜热。     

城市公园绿地水热通量的小波特征

在北京海淀公园架设涡度相关仪,连续观测下垫面和大气之间的显热和潜热通量,定量研究城市公园绿地影响下的水热通量变化趋势,并利用连续小波变换研究其时间尺度结构及变化特征.结果表明:城市小气候环境显热和潜热呈现多尺度结构,其变化包含不同时间尺度准周期分量,存在不同的显热和潜热相干结构;时间尺度准周期分量在春夏初秋较小,而在深秋和冬季较大.显热和潜热变化越剧烈,对应越小时间尺度的准周期分量.在均匀下垫面,利用该方法可进一步研究显热和潜热的空间尺度结构.     

New evidence for the links between the local water cycle and the underground wet sand layer of a mega-dune in the Badain Jaran Desert,China

Scientists and the local government have great concerns about the climate change and water resources in the Badain Jaran Desert of western China. A field study for the local water cycle of a lake-desert system was conducted near the Noertu Lake in the Badain Jaran Desert from 21 June to 26 August 2008. An underground wet sand layer was observed at a depth of 20–50 cm through analysis of datasets collected during the field experiment. Measurements unveiled that the near surface air humidity increased in the nighttime. The sensible and latent heat fluxes were equivalent at a site about 50 m away from the Noertu Lake during the daytime, with mean values of 134.4 and 105.9 W/m2 respectively. The sensible heat flux was dominant at a site about 500 m away from the Noertu Lake, with a mean of 187.7 W/m2, and a mean latent heat flux of only 26.7 W/m2. There were no apparent differences for the land surface energy budget at the two sites during the night time. The latent heat flux was always negative with a mean value of –12.7 W/m2, and the sensible heat flux was either positive or negative with a mean value of 5.10 W/m2. A portion of the local precipitation was evaporated into the air and the top-layer of sand dried quickly after every rainfall event, while another portion seeped deep and was trapped by the underground wet sand layer, and supplied water for surface psammophyte growth. With an increase of air humidity and the occurrence of negative latent heat flux or water vapor condensation around the Noertu Lake during the nighttime, we postulated that the vapor was transported and condensed at the lakeward sand surface, and provided supplemental underground sand pore water. There were links between the local water cycle, underground wet sand layer, psammophyte growth and landscape evolution of the mega-dunes surrounding the lakes in the Badain Jaran Desert of western China.     

荒漠-绿洲芦苇地蒸散量及能量平衡特征

运用波文比-能量平衡法,对荒漠绿洲芦苇地的蒸散量及能量通量进行了连续的测定,并对芦苇地蒸散特点和能量平衡特征进行了分析和探讨。结果表明:①芦苇的蒸散速率日变化表现出明显的昼夜变化,蒸散量随着芦苇的不同生长阶段存在明显的季节变化,生长季芦苇地总蒸散量为252.5 mm,各阶段降水量均不能满足蒸散发的需水要求,需要地下水的补给。②地下水作为干旱区绿洲的主要水源,其对绿洲蒸散发耗水的影响也是极为重要。净辐射是芦苇地蒸散耗水的能量来源和驱动力,气温是蒸散发的主导影响因子。风速在这些主导因子的影响下,起到加速的作用。③荒漠绿洲芦苇地平均感热通量峰值一般在250~300 W/m2之间,潜热通量平均最大值120~230 W/m2,平均土壤热通量峰值约20 W/m2。6月感热通量在地面能量交换中占主要地位,感热通量占净辐射的52.7%,潜热通量占净辐射的42.6%。7月潜热通量占净辐射的55.0%,感热通量占净辐射的40.4%。9月感热通量占净辐射的60%以上,潜热通量仅占净辐射的30%。土壤热通量约占净辐射的8%。     

荒漠下垫面陆面过程模式中重要参数的修正及模拟效果分析

通过对内蒙古阿拉善左旗荒漠下垫面观测数据的分析和模拟,重新修正了陆面过程模式Co LM中的重要参数值和参数化方案,并按照不同的组合方式设计了控制实验和敏感性实验,对比分析重要参数对该下垫面陆气相互作用的敏感性。主要结论有:(1)基于Monin-Obukhov相似性理论的最大频数法,优化了地表动力学粗糙度,重新计算和选择符合研究区域地表热力学粗糙度和土壤热导率的参数化方案;(2)参数优化和参数化方案修正后,提高了Co LM模式对土壤温度,感热通量和地表净辐射的模拟能力;(3)改善前后Co LM模式的模拟值与观测值对比表明,地表动力学与热力学粗糙度和土壤热导率分别在春夏季和秋冬季对地表温度影响较大,感热通量在夏半年主要对地表动力学粗糙度敏感,而土壤热导率对其影响很小。     

西北地区春季沙尘暴地面加热场基本特征

利用 NCEP/NCAR1 958-2 0 0 0年月平均全球再分析网格点资料 ,对西北地区春季典型沙尘暴年和典型非沙尘暴年的感热通量场、潜热通量场的差异进行了对比分析 ,找出了感热和潜热通量场与沙尘暴发生的关系。结果表明 ,春季典型沙尘暴年中沙尘暴发生区上游和西北区东侧是影响沙尘暴发生的关键区。西北地区春季典型沙尘暴年上游区为热汇区 ,沙尘暴发生区主要为热源区。     

沙漠化对内蒙地区水热通量及降水影响的数值研究

ＲＡＭＳ模式被应用于内蒙干旱地区气系统水热通量交换及水循环过程研究。本文通过敏感性试验,模拟了在半沙漠化和土壤含量变化的情况下内蒙地区地气通量交换的变化及其对降水的影响。     

西北地区冬季地面风速特征及其与春夏季地表感热的关系

利用EOF、气候突变检测及相关统计方法,分析我国西北地区近37年（1970-2006）冬季地面风速的时空异常,并对近25年（1982-2006）西北干旱区春、夏季地表感热的时空异常变化及其与前期冬季风速的关系进行相应的研究。结果表明：近25年西北地区冬季风速下降趋势显著,20世纪70年代冬季地面风速普遍较大,80年代风...