用GPS遥感资料分析大气水汽特征及与降水的关系

在呼和浩特及二连浩特布设三套双频GPS做水汽观测实验,首先对观测数据进行了质量检验,证明三个观测站数据有效可靠。其次利用2008年1-10月的观测数据对两站的水汽状况进行了分析,结果表明:两站均表现为夏季平均水汽含量最大,达到25mm左右,秋季次之,春季第三,冬季含量最少,仅5mm左右甚至更低。第三,与探空计算的水汽值进行了对比,GPS反演的水汽高于探空计算值,在呼和浩特站大约高2mm,在二连浩特站高4.996mm。第四,分析发现水汽同本站月降水变化趋势一致,且在降水发生前后有很好的对应关系。     

利用MODIS卫星资料监测内蒙古地区大气总水汽量方法研究

由于大气可降水量在人工影响天气、天气预报、气候影响、大气辐射传输等方面都具有非常重要的作用,所以准确精细地监测水汽优为显得重要。随着卫星技术的日益发展壮大,很多地球观测技术从地基观测逐步发展成空基观测。卫星观测时空分辨率很高,而且精度也在不断地提高,逐步成为最主要的地球观测手段。文中利用GPS资料和地面湿度参量(地面水汽压、地面露点)修正了利用地面湿度参量、地理纬度和海拔高度等参量计算大气总水汽量的关系式的基础上研究建立了适合内蒙古地区的MODIS卫星近红外通道监测大气总水汽量方法。     

天山山区一次强降雪过程GPS可降水量特征分析

利用2012年新建成的天山山区地基GPS遥感大气水汽总量（GPS PWV）资料、再分析资料、自动站逐时降雪量资料等,对2012年11月6-9日新疆北部地区、天山山区一次强降雪过程发生、发展前后GPS PWV演变特征进行分析。结果表明：GPS PWV的持续上升对未来一段时间内出现降雪过程有一定的预示意义,降雪发生前GPS PWV有十几个小时的持续上升（增幅为近10 a该月平均大气可降水量的1倍左右）,在其达到峰值前后3 h内出现降雪;GPS PWV空间分布大值区与降雪落区有较好的对应关系。随着水汽汇聚和堆积,天山山区各站点GPS PWV随时间持续上升;水汽随偏西气流进入北疆及沿天山地区。与之对应,GPS PWV也呈现出自西向东逐渐增加的空间分布型,说明GPS PWV能够较准确的从时间和空间上反映大气中水汽的特征。     

乌鲁木齐夏季水汽日变化及其与降水的关系

利用2008年6-8月微波辐射计的观测资料和探空数据,对反演得到的温、湿度廓线进行对比分析,得出温、湿度廓线与探空数据具有很好的相关性,两种设备观测的水汽廓线总体趋势一致。微波辐射计观测的乌鲁木齐夏季水汽总量（PWV）呈明显的日循环特征,PWV平均为21.66 mm,从04：00-15:00逐渐减小,从15:00-23:00逐渐增加,最大值为22.44 mm,最小值为20.89 mm,日变幅为1.55 mm,变化率7.1%。乌鲁木齐夏季降水主要发生在夜间,尤其是后半夜,这与PWV的日变化基本一致。降水前有一定的水汽积累,等达到一定量值时,在相应的动力机制影响下发生降水,降水结束后PWV值减小且急剧下降。     

近60年河西走廊绿洲农作区近地面水汽变化特征分析

根据河西走廊地面气象观测时间最长的敦煌、瓜州、玉门、酒泉、高台、张掖、山丹、武威、民勤9个站的水汽压观测资料,运用线性回归、小波和Mann-Kendall方法对绿洲农作区近地面水汽变化特征进行趋势、周期及突变分析。结果表明：近60 a河西走廊绿洲农作区近地面水汽均呈波动上升趋势,线性递增率为0．123 hPa·10a-1。夏、秋两季上升幅度最大,线性递增率分别为0．192 hPa·10a-1和0．198 hPa·10a-1,春季递增率仅为0．056 hPa·10a-1属最小;年水汽变化存在3 a主周期和30 a较长主周期,还有10 a较弱周期。春、夏季水汽变化有5 a主周期和20～30 a左右的较长周期尺度;秋季水汽变化有5 a主周期,还存在30～40 a长周期;冬季水汽变化存在5 a周期,随着时序延长,周期也在延长,2000年以后有15 a周期。年水汽含量在1985年出现突变;春季水汽含量在1980年出现突变;夏季水汽含量在1986年出现突变;秋季水汽含量1994年出现突变;冬季水汽含量在1983年出现突变。水汽含量对气候变暖响应明显,年、季水汽压与平均气温之间相关显著,年平均、春、夏、秋、冬季相关系数分别为0．592、0．192、0．551、0．532、0285。说明河西走廊年、夏、秋、冬季近地面水汽变化与河西走廊平均气温有显著正相关。     

近50 a天山乌鲁木齐河源1号冰川变化分析

乌鲁木齐河源1号冰川是我国监测时间最长、资料最为完备的一条冰川.1962年以来,采用5种观测方法共开展过9次地形图测量和3次乌鲁木齐河源区的航空摄影测量.通过对乌鲁木齐河源1号冰川已有观测数据的分析,结合2012年最新观测资料对该冰川近50 a的变化特征进行了深入研究.结果发现,乌鲁木齐河源1号冰川1962年和1980年的面积数据存在偏差.对原始测图重新数字化后,得到1962年和1980年该冰川面积分别为1.91 km2和1.86 km2.2012年采用GPS-RTK测量技术,对乌鲁木齐河源1号冰川进行详细的地形测绘和末端变化观测,结果显示,冰川面积为1.59 km2,其中东支和西支面积分别为1.02 km2和0.57 km2.近50 a来,该冰川退缩率为16.8％.冰川整体处于消融状态,但冰面消融程度存在显著差异.冰面坡度10°区域消融最为强烈.东支南北坡退缩普遍较强,西支北坡退缩快,东北坡面积有所增加,消融速度加快主要受气温和地形共同影响.     

青藏高原东部一次大暴雨过程分析

利用常规高空、地面观测数据,NCEP再分析资料以及FY-2C卫星云图资料,对2005年7月1日晚到2日发生在青藏高原东部的区域性暴雨、大暴雨和陕西关中东部的局地性暴雨、大暴雨天气过程进行分析,结果表明:这次暴雨、大暴雨过程发生在深厚的上升气流中,有明显的水汽通量散度辐合和水汽通量输送,同时伴随有一次M β CSs的生消过程,在这次大暴雨过程当中,M C Ss有复杂的辐合-辐散双重结构,而且随着能量的释放,对流层中、高层的辐合-辐散结构不断增强,而低层的辐合-辐散结构不断减弱.     

天山山区及周边地区水汽含量的计算与特征分析

利用1976-2009年天山山区周边伊宁、库车和乌鲁木齐3个探空站实测资料,计算逐月平均水汽含量,并建立了与地面水汽压的关系式;利用这个关系式计算了天山山区及周边地区1961-2009年44个站水汽含量,分析了水汽的时空分布特征及其与降水量的关系。结果表明：①天山山区及周边地区水汽含量有3个高值区,主要分布在天山北麓的河谷平原地带和吐鲁番盆地,水汽含量在12~21 mm;南天山及东部的阿克苏地区、库尔勒地区和东天山南部的哈密地区是水汽含量的次高值区,水汽含量在5~13 mm;而中天山和东天山是水汽的低值中心,水汽含量在4~8 mm。② 水汽含量的月际变化呈单峰型,夏季最大,冬季最小,季节变化非常明显;其中2-7月为增长期,3月增长率最大,7月最小,增长率分别为65.8%和17.6%,而8月到次年1月为递减期,12月减少率最大,8月最小,分别为38.5%和7.8%。 天山山区内部月均水汽（7.83 mm）低于全区平均水平(10.51 mm),其中西天山月均和夏季水汽含量均最高,分别为9.88 mm和18.94 mm。③ 49 a间水汽含量年代际变化较小,1986年以后变化波动大且上升趋势明显。④ 水汽和降水量并不具有很好的对应关系,而呈现区域差异。
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宁夏近44年水汽时空分布及环流差异特征分析

利用NCEP/NCAR(1961-2004年)月平均再分析资料,对宁夏水汽含量(通量)的年际、年代际演变特征及不同区域和不同季节的分布特征进行分析;同时,结合同期宁夏24个气象站降水实况资料,通过对夏季水汽输送偏多年和偏少年环流差异特征的合成对比诊断分析,结果表明:1961年以来,宁夏水汽含量呈明显减小趋势,2001年后有所增加,中部干旱带水汽含量最小,固原市水汽含量最大;从60年代到70年代中期,不同区域纬向水汽通量总体为增加趋势,之后,均在波动中减少;引黄灌区和固原市60年代到70年代经向水汽通量有所增加,之后显著减小,中部干旱带近40多年经向水汽通量为逐渐减少趋势。同时,水汽输送偏多年,宁夏处于东高西低的环流背景下,河套地区受纬向西风控制,南风偏强,且从太平洋到孟加拉湾上有较大的水汽由南向北输送;水汽输送偏少年,河套地区处于平直气流里,东风气流较强,水汽输送较偏多年显著偏弱。     

新疆艾比湖绿洲土地退化遥感动态监测

层次分析法是一种将决策者对复杂系统的决策思维过程模型化、数量化的过程.采用层次分析法,对影响和指示土地退化的生物量、归一化植被指数、土壤水分指数和土壤盐碱化4个影响因子进行分析.通过计算每个影响因子的权重,基于ASTER,SPOT,TM,MODIS产品以及野外调查数据等多源数据,对新疆艾比湖地区2000年8月至2004年8月的土地退化状况进行了评价,并且分析了层次分析法应用于土地退化研究的适用性及其优缺点.研究表明:艾比湖地区耕地退化现象普遍,占耕地总面积的55.78%,分布广,程度重.     

JICA项目地基GPS大气可降水量资料精度检验

利用中日JICA项目2011—2012年位于青藏高原及其东部山区6个GPS探测的逐时大气可降水量(GPSPWV)以及探空观测计算得到的每日2个时次(0:00 UTC和12:00 UTC)的大气可降水量资料(RS-PWV),验证GPS-PWV资料的准确度,分析了其误差的分布特征,并初步探讨了地面气温对误差的影响。结果表明:(1)受海拔高度的影响,GPS-PWV普遍比RS-PWV偏高;受水汽含量的影响,12:00 UTC的偏差普遍大于0:00 UTC,但两者之间逐日变化具有很好的一致性,其相关关系通过了0.001的显著性检验。(2)各站GPS-PWV和RS-PWV的平均均方根误差(RMSE)在0.23~0.33 cm,平均相对误差(MRE)在9.13%~29.01%,RMSE(MRE)随着站点海拔高度降低而增大(减小)。(3)各站PWV存在明显的季节差异,其PWV偏差同样具有明显的年变化特征:在7—9月最大,在12月至次年3月较低。(4)各站PWV偏差频率分布在0:00 UTC的峰值中心位于0 cm,偏差主要集中在-0.1~0.1 cm,而12:00 UTC的峰值中心相对右移,峰值要比0:00 UTC低,偏差值分布较分散。(5)在一定温度范围内,随着地面温度升高,PWV偏差有所增加。     

乌鲁木齐地区大气降水中δD和δ18O的变化特征

本文研究了乌鲁木齐地区近17年(1986—2002)大气降水的氢氧同位素组成,提出了大气降水线方程为δD=7.21δ18O+4.50,并与全国及全球降水线方程进行对比,揭示了该降水线方程的特征。研究表明,乌鲁木齐水分来源复杂,主要是西风带输送的海洋水汽和局地的蒸发,大气降水的加权平均18O与月平均气温相关关系显著,与雨量效应(降水量效应)较相关,降水中温度效应明显,且在一定时期很大程度上其影响掩盖了雨量效应。乌鲁木齐降水中δ18O的季节变化与温度的季节变化几乎一致,温度是制约降水中稳定同位素变化的主要影响因子。     

乌鲁木齐市近47年气温降水特征与突变分析

利用乌鲁木齐市的气温和降水资料,运用气候趋势系数、一元回归分析法和5年趋势滑动,进行了气候变化的趋势分析。结果表明:乌鲁木齐市气温和降水的变化趋势基本与西北地区气候变化趋势一致;春季和夏季气温呈下降趋势,秋冬季呈上升趋势,冬季增温幅度最大;四季降水量呈增加趋势,冬季降水量增加趋势最明显。在此基础上,利用滑动T检验法、YAMAMOTO检验信噪比(SNR)、Cram er法和M ann-Kendall法进行气候突变分析,结果表明:气温突变比降水突变明显,气温在1962年发生突变。     

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...     

Summer atmospheric boundary layer structure in the hinterland of Taklimakan Desert,China

Understanding the characteristics of the structure of desert atmospheric boundary layer and its land surface process is of great importance to the simulations of regional weather and climate.To investigate the atmospheric boundary layer structure and its forming mechanism of Taklimakan Desert,and to improve the accuracy and precision of regional weather and climate simulations,we carried out a GPS radiosonde observation experiment in the hinterland of Taklimakan Desert from 25 June to 3 July,2015.Utilizing the densely observed sounding data,we analyzed the vertical structures of daytime convective boundary layer and nighttime stable boundary layer in summer over this region,and also discussed the impacts of sand-dust and precipitation events on the desert atmospheric boundary layer structure.In summer,the convective boundary layer in the hinterland of Taklimakan Desert developed profoundly and its maximum height could achieve 4,000 m;the stable boundary layer at nighttime was about 400–800-m thick and the residual mixing layer above it could achieve a thickness over 3,000 m.Sand-dust weather would damage the structures of nighttime stable boundary layer and daytime convective boundary layer,and the dust particle swarm can weak the solar radiation absorbed by the ground surface and further restrain the strong development of convective boundary layer in the daytime.Severe convective precipitation process can change the heat from the ground surface to the atmosphere in a very short time,and similarly can damage the structure of desert atmospheric boundary layer remarkably.Moreover,the height of atmospheric boundary layer was very low when raining.Our study verified the phenomenon that the atmospheric boundary layer with supernormal thickness exists over Taklimakan Desert in summer,which could provide a reference and scientific bases for the regional numerical models to better represent the desert atmospheric boundary layer structure.     

用MODIS数据反演地表温度的基本参数估计方法

利用MODIS数据反演地表温度所需的2个基本参数(大气透过率和地表比辐射率)的估计方法,由MODIS的可见光近红外波段计算得到大气水汽含量,根据大气透过率与大气水汽含量的关系,用辐射传输模型MODTRAN模拟得到大气透过率.由于MODIS的扫描带宽为2 330 km,遥感视角和大气温度会对大气透过率有比较大的影响,因此,提出了大气透过率的遥感器视角校正函数和温度校正函数.地表比辐射率主要取决于地表物质构成,尤其是植被覆盖程度,为此,提出了根据地表植被覆盖差异来估计地表比辐射率的方法,其中还引入了辐射比率参数及其确定方法.     

天山北坡一次暴雨天气成因初探

利用常规气象资料、探空资料、多普勒雷达资料等对2007年7月16～17日发生在天山北坡的一次大暴雨天气过程进行分析。结果表明:(1)南亚高压双体型造成高低纬度槽脊叠加引导冷空气进入新疆,天山两侧的风切变产生的气旋性辐合加上地形的影响使冷空气堆积,为降水过程提供了有利的大尺度天气背景;(2)地面正负变压区的南北波动使准静止锋移动缓慢,孟加拉湾水汽持续向北输送造成天山地区有大面积水汽辐合区,导致降水持续时间长;(3)k指数的增大、沙氏指数的减小、高低空强烈的风切变以及涡度平流的高低空配置加强了垂直上升运动的发展,使局地大气潜能和不稳定度增加,具备触发暴雨天气发生的条件;(4)冷锋云系范围较大,最大TBB≥58℃。并在移动发展过程中得到了孟加拉湾热带气旋水汽持续补充,并以天山中部为轴呈逆时针旋转,造成大范围的降水;(5)雷达资料表现为混合云降水回波特征,回波呈反气旋方式旋转,在山区一带形成辐合,高低层冷暖平流以及中低层的风切变,为降水的产生及维持提供了有利的动力条件。     

内蒙古地区与全球云水资源分布情况研究

利用ISCCP-D2云资料、内蒙古116个气象站地面降水资料、NCEP同化资料,分析研究了全球云水时空分布特征及内蒙古地区云水时空分布特征、降水分布特征,研究表明:20年年均变化来看,可降水量在波动过程中有增多的趋势;降水量从1984年到1998年有增多的趋势,1998年到2001年有明显的减少趋势;从24年实际降水量空间变化趋势来看,内蒙古东部地区有明显的减少趋势,中西部地区有增多趋势,尤其中部地区乌兰察布市、呼和浩特市、包头市等地区有明显的增多趋势。