GPS/MET误差分析及其在降水预报中的应用

GPS/MET反演的大气可降水量产品具有近实时、全天候等优点,可为全国水土保持领域的组网监测提供更多的数据支持,GPS/MET的数据质量对降水预报分析尤为重要.本研究将GPS大气可降水量与探空、微波辐射计进行对比,分析GPS/MET的数据质量;同时,分析GPS大气可降水量与地面降水的关系,探索GPS/MET在邻近降水预报中的作用.结果显示:1)2015年GPS大气可降水量与探空、微波辐射计的演变趋势总体一致,波峰和波谷有很好的对应性,全年看整层大气水汽含量存在着明显的月际变化,随时间呈单峰曲线分布;因此GPS/MET能较好的反映大气中可降水量随时间的变化.2)虽然GPS/MET与微波辐射计、探空2种探测手段的平均偏差较大,但是离散程度不大,说明GPS/MET与其余2种探测方法之间存在稳定的系统误差.3)大气可降水量在地面降水发生前十几个小时开始增大,随后维持在一个高值的水平上,说明在降水前大气中有一个明显的水汽积累的过程.地面降水发生时大气可降水量达到最大值,降雨强度的极大值与可降水量的极大值有很好的对应.地面降水过程结束后,可降水量量迅速下降.4)大气可降水量的极大值是降水产生的必要条件.综合考虑降水次数和降水概率后,选取大气可降水量连续4h增加6 mm以上为判断降水发生的依据之一;因此,GPS/MET数据质量较可靠且在降水预报中具有指示性作用,作为气象和水土保持学科交叉的纽带,可为水土保持业务和决策部门决策分析和制定方面提供数据支撑.     

湖南省近50年降水特征分析

利用湖南省21个站点1961—2010年的日降水量数据和数理统计方法分析了近50 a湖南省年、季、月降水特征,以期为水资源的开发和防洪等提供数据参考。结果表明:（1）湖南省降水量主要集中在4—8月,占全年的63.09%;春夏两季多雨,约占全年降水量的36%和35%,秋冬两季少雨,仅占17%和12%。（2）降水最大年份2002年达1 964.95 mm,最小年份1974年仅为1 104.19 mm,各年代年平均降水量比较接近,介于1 354.00~1 513.08 mm之间;（3）全省多年平均暴雨量为305.75 mm,主要集中在5—8月,50 a年平均暴雨发生次数为4.1次;年暴雨量最大值为572.07 mm,出现在2002年,而最少的年份仅有150.12 mm,出现在1985年。总之湖南省降水量和暴雨量年内分布不均匀,季节变化明显,年际变化幅度较大,应按降水时空特征合理利用水资源且做好防洪措施。     

成熟期降水对贺兰山东麓酿酒葡萄果实品质的影响

以种植面积较广的酿酒葡萄品种"赤霞珠"为研究对象,利用电控移动式人工模拟降水系统进行人工降水,研究成熟期降水对酿酒葡萄果实品质的影响。试验于2017年9月5-7日(连续3d的阴雨天气)在宁夏回族自治区永宁县某酒庄葡萄园内进行,此时酿酒葡萄处于成熟中期。以当地9月1日至采收期的自然降水量(10.3mm)为对照(CK),4个增雨处理的总降水量为自然降水与人工模拟降水之和,分别为P1(20.3mm)、P2(40.3mm)、P3(50.3mm)、P4(60.3mm)。并于9月28日进行葡萄成熟期采样,观测对比不同处理葡萄浆果中包括可溶性固形物、还原糖、可滴定酸、总酚、单宁和花色素6种品质指标的变化情况。结果表明:在所设置的降水范围内,随着降水量的增加,葡萄可溶性固形物、还原糖、糖酸比和总酚含量呈先增加后降低的变化趋势;可滴定酸和花色素含量呈现先降低后增加的趋势;单宁含量呈波动变化趋势,但各降水处理的单宁含量均高于对照(CK)。总的来说,10.3mm以下和40.3mm以上降水均会对酿酒葡萄品质产生不利影响。     

封育对黄河源头玛多高寒草原水源涵养的影响

为探讨封育对高寒草地水源涵养能力的影响,以黄河源头玛多高寒草原封育和未封育的样地为研究对象,通过对降水、土壤湿度、渗漏量的观测,利用水平衡法计算草地的实际蒸散量,得到以下结果:植物生长期内的5月1日-9月28日,0-40cm土壤实际贮水量在16.89~98.16mm之间,封育与未封育条件下差异极小;5月1日-9月28日40cm深层处封育与未封育渗漏量分别为6.70mm和8.55mm,占同期降水量的3%和4%,依此推算年内约11mm的降水渗入地下。5月11日至9月下旬,封育与未封育植被蒸散量分别为272.95mm和299.36mm,自然放牧的植被蒸散量比围栏封育地高,考虑到冷季降水全部用于蒸发,可推算玛多高寒草原年实际蒸散量约为334.86mm,稍大于降水量(318.5mm)。围栏封育后,0-40cm整层平均容重降低6%,土壤毛管持水量和饱和持水量分别增大了16%和14%;近10a的封育不仅降低了土壤容重,而且使土壤毛管持水量和饱和持水量分别按每年1.95mm和1.77mm的速率增加,表明封育在一定程度上提高了土壤的水源涵养能力,对草场恢复有利。     

基于CMORPH CRT产品的太行山区降水时空格局

为有效利用太行山区降水资源,实现科学的水资源管理和生态建设,本研究利用1998—2017年CMORPHCRT卫星降水产品数据探究山区降水的时空格局和变化趋势,并通过18个地面雨量站的数据验证山区多年来降水趋势变化。结果表明:在年尺度上, 1998—2017年太行山区年均降水量和各季节降水量无明显变化趋势,太行山区南坡和东坡降水量高于北坡和西坡;在月尺度上,7月是全年降水的主要贡献时段,占全年总降水量的7.2%～32.4%,其次是8月和6月。太行山区南部和西北部降水呈现下降趋势,年均降水量减少2～6mm;山区西部和北部降水呈现增长趋势,年均增加量大于8mm;7月是山区降水趋势差异最大的月份,趋势变化范围在-8.6～8 mm·a~(-1)。根据地面实测数据验证降水变化趋势,在年尺度上,两者数据计算得到的降水趋势呈现极显著相关(P0.01);在季节尺度上,冬季(干季)和夏季(湿季)降水趋势变化与地面实测数据的降水趋势具有极显著相关性(R=0.902,P0.001;R=0.550,P=0.018),但在春季和秋季相关性不显著。根据1998—2017年降水趋势的空间分布栅格图,提取每一栅格的像元值,再将提取所得的降水趋势(PT)划分为6个区间(PT≤-5 mm·a~(-1)、-5 mm·a~(-1)PT≤0 mm·a~(-1)、0 mm·a~(-1)PT≤5 mm·a~(-1)、5 mm·a~(-1)PT≤10 mm·a~(-1)、10 mm·a~(-1)PT≤15mm·a~(-1)和PT15mm·a~(-1)),在不同的趋势区间探索20年来的降水趋势变化特征,研究发现在降水趋势5mm·a~(-1)的区间,降水量从1998年到2017年呈现显著增加的趋势。基于高分辨率卫星数据阐明太行山区降水时空格局和变化趋势,能够为该区域水资源合理利用和生态恢复提供建议和支持。     

青海湖流域高寒草甸壤中流水分来源研究

通过对青海湖流域高寒草甸壤中流水分来源进行研究,以期揭示青海湖流域高寒草甸系统壤中流的产流机制。收集了大气降水、土壤水和壤中流中δ~(18)O和δD及实测降水数据,对比分析了大气降水、土壤水和壤中流的氢氧同位素特征,并使用了二源线性混合模型对壤中流进行了产流来源计算。结果表明:青海湖高寒草甸分布区大气降水线(LMWL)的斜率和截距均高于全球大气降水线(GMWL),降水较多的月份δ~(18)O、d-excess值较低;壤中流的水分来源与地形及其土壤深度密切相关,具体表现为:(1)壤中流在坡下土壤上层(0—40cm)和下层(40—80cm)产流氢氧同位素值相对聚集,并具有较明显的蒸发富集特征,表明该部分壤中流多源于降雨前储存于土壤中的水分,雨前土壤水对于壤中流在坡下土壤上层(0—40cm)和下层(40—80cm)产流的平均贡献率为85.88%和83.48%;(2)坡中壤中流水分来源因土壤深度而异,雨前土壤水对壤中流在坡中土壤下层(40—80cm)产流的平均贡献率为57.59%,表明大气降水和雨前土壤水贡献相当;壤中流在坡中土壤上层(0—40cm)产流与当地大气降水的季节变动基本一致,雨前土壤水对该层壤中流产流的平均贡献率为39.90%,表明其主要受到大气降水的驱动,与坡中金露梅灌丛根系和土壤孔隙分布有关。同时,随着雨前含水量、降水量和降水特征的不同,雨前土壤水和大气降水对于壤中流的贡献特征也会发生变化。     

引进先进治理技术 实现小流域快速治理

辽宁省沈阳市东陵区祝家镇青草沟小流域自然条件是：降水集中,雨热同季,年平均气温9℃,积温3 388.1℃,平均无霜期160 d,多年平均降水量650 mm,其中6～8月份降雨占全年降雨量的80%.     

黑龙江省近50年降水变化趋势及空间分布特征

依据黑龙江省呼玛、孙吴、齐齐哈尔、富锦、安达、哈尔滨、鸡西和牡丹江8个气象站1960—2012年的降水资料,运用线性回归、Mann-Kendall秩相关检验法和GIS空间插值等方法,分析该区近50多年来降水变化趋势和空间分布特征。结果表明:1)黑龙江省年代际降水表现为2降1升或2升1降30 a左右的周期,且从2012年开始转为多水期;2)除齐齐哈尔、呼玛站和安达站外,多年平均降水量在500 mm以上,降水集中在夏季,约占全年的64%,所有站点多年平均月降水量均呈现单峰曲线变化;3)仅孙吴和鸡西站年降水量呈显著减少趋势;4)多年降水空间分布以孙吴站和牡丹江为中心向周围递减,春季空间分布与多年降水空间分布较为一致;5)黑龙江省南部和北部年降水量均发生2次突变,分别为20世纪80年代初中期和21世纪初期,东、西部不存在明显的突变。研究结果可为该区的降水研究、水资源配置和生产实践等提供参考。     

1952—2017年出山店水库上游降水时空变化

为了探究出山店水库上游流域近65 a来降水的时空变化特征,基于出山店水库上游流域13个雨量站1952—2017年的逐日降水资料,运用气候倾向率法、Mann-Kendall趋势检验、Morlet小波分析和反距离权重IDW插值法等多种方法,研究了降水的年际变化、周期性与空间分布特征。结果表明:(1)流域1952—2017年多年平均降水量为1 028.3 mm,年降水量的气候倾向率为-20 mm/10 a(p<0.05),呈显著下降趋势,从季节上看,春、夏、冬降水随时间变化呈现减少趋势,秋季的降水呈现增加趋势;(2)年降水量呈现南高北低的空间分布,而年降水量的气候倾向率的变化趋势则与之相反;(3)流域降水量变化呈现20 a左右的第一主周期,同时流域的周期性变化也存在一定的空间分布特征。近65 a来,出山店水库上游年降水量变化趋势为先增加后减少,在整个时间域上有显著的下降趋势,并呈现20 a左右的周期性变化。     

基于Anusplin秦岭地区近50多年来的降水时空变化

为了更精确地评估山地生态系统,降水栅格数据的获取显得尤为重要。基于澳大利亚专业气象插值软件Anusplin,以秦岭1959—2015年31个气象站点的降雨资料为基础,获得秦岭地区降水栅格数据以揭示秦岭地区降水的时空变化规律。结果表明:(1)秦岭地区年均降水的变化范围为545.44～1 155.46 mm,平均降雨量为824.76 mm;南坡平均降雨量为847.37 mm,北坡平均降雨量为737.25 mm,南北坡平均降水差异为110.12 mm;秦岭山地四季平均降水量大小依次为:夏(403.76 mm)秋(237.26 mm)春(169.11 mm)冬(25.62 mm),且南坡降水大于北坡降水。(2) 1959—2015年秦岭地区年均降水变化率为-3.02～0.83 mm/10 a,并未通过显著性检验,降水减少区域主要在秦岭主峰太白山和秦岭南坡的安康等地,平均海拔分布在1 177 m;而降水增多发生地主要在秦岭南坡的略阳、商南和石泉等地,平均海拔分布在811 m。其中秦岭地区东部商南地区变化率最大,达到0.83 mm/10 a。     

东北黑土区降水特征及其对土壤水分的影响

水分是东北黑土区农业生产的主要限制因子,为了探讨东北黑土区可持续的土壤水分管理方式,该研究以中国科学院海伦农田生态系统野外科学观测研究站内为基础,利用SPI（standard precipitation index）值（标准降水指数）研究了该地区1952－2008年的大气降水情况,同时分析了土壤水分对大气降水（1999－2008年）的响应。1952－2008年平均年降水量为540 mm,标准差为121 mm,生长季内平均降水量为473 mm,占年平均降水量的87.60%。利用标准降水指数（SPI）将1952－2008年大气降水划分为7个不同的干/湿状态,分别是极端干旱,严重干旱、中等干旱、平常年份、中等湿润、非常湿润和极端湿润。分析近10 a（1999－2008）大气降水的SPI值发现极端干旱的年份有增加的趋势,同时对生长季末期土壤含水量的影响表现为湿润的年份（2003年,SPI值=1.5）能够显著增加土壤含水量（639.70 mm）,而在极端干旱的年份（2004年,SPI=-2.6）土壤含水量达到了最低值（512.21 mm）。年际间降水量的差异也影响了土壤的供水特征特,同时肥料的施用增加了作物对土壤中水分的消耗。根据降水合理地管理东北黑土区的土壤水分对农业的可持续发展具有重要意义。     

长武塬区大气降水中氢氧同位素特征分析

通过测定长武塬区2005年降水水样的氢氧同位素组成,分析了该区降水氢氧同位素组成的基本特征。结果表明,长武塬区大气降水线方程为δD=7.44δ~(18)O 1.69,其斜率和截距与全球以及我国大气降水线相比均偏小,这与研究区地理位置和气候条件有关;降水氘盈余d值4—6月份较大,大于或接近10,7—10月份则小于10;以天为时间单位采集的次降水,其氢氧同位素组成的温度效应和降水量效应均不显著,而连续2 d长历时降水的雨量效应极显著;降水氢氧同位素组成季节变化明显,春季降水的氢氧同位素值较高,夏季同位素值降低,秋季同位素值最小,这在以次降水量为权重的加权平均值中表现得更加明显。     

朝阳市旱情、雨情分析及抗旱对策探讨

朝阳地区全年平均降水量约450～580 mm,且年内分布不均,是辽宁省缺水比较严重的地区之一,通过对朝阳地区历史降水及近8 a降水数据的分析,就如何充分利用有限水资源,满足人民群众生产生活用水及工农业用水的需求,提出了通过水情预报及水情检测以及兴修小水利工程,将丰水期的雨洪资源转化为可利用的水资源,最大程度的提高水资源利用率。     

近59年来贵州省不同地貌类型的降水变化特征

为了解和分析贵州省气候变化的特征，以期为当地的生态旅游发展规划、环境保护和灾害防治提供参考，根据1960—2018年贵州省17个气象站的月降水数据，运用线性倾向估计法、滑动平均法及反距离权重插值的方法，对贵州省59年不同地貌类型降水的时空变化进行研究，并采用有序聚类法和Mann—Kendall法对降水量进行突变性检验。结果表明：贵州省59年降水趋势系数为-0.102，表明全省降水量总体呈下降趋势。岩溶峡谷和非喀斯特区的年均降水量虽递增，但增加的趋势并不显著。其他4个地貌区（岩溶槽谷、峰丛洼地、岩溶高原和岩溶盆地）的年降水量均呈下降趋势，其中下降趋势最显著的是岩溶盆地，其递减速率为-37.57 mm/10 a，是其他3个地区的1.37~2.25倍。全年降水倾向率为-16.50 mm/10 a，降水倾向率在空间上呈现由东北向西南逐渐减小的趋势。全省秋季、冬季的降水量呈波动上升，而春季、夏季的降水量呈下降趋势，年降水日数和最大日降水量均呈递减趋势，在20世纪80年代以后，平均最大日降水量下降至60年代的1/10左右。此外，非喀斯特区和岩溶高原年均降水量在1985—1986年左右发生突变，岩溶峡谷、岩溶槽谷、峰丛洼地的年平均降水量无突变现象，岩溶盆地约在2001年发生突变。     

基于孢粉数据的全新世青藏高原降水定量重建

[目的]定量重建青藏高原全新世以来的百年分辨率的降水序列,为青藏高原环境演变及其预测未来的气候情景提供基础数据资料。[方法]利用青藏高原若尔盖盆地和塔若错湖芯高分辨率孢粉数据,采用加权平均偏最小二乘回归(WAPLS)和现代类比法(MAT)重建了全新世以来青藏高原东、西部的降水变化。[结果](1)高原降水变化明显分为3个阶段,早全新世(10.5～8.9kaBP)降水呈波动较大,平均降水量略高于现代;中全新世(8.9～3.2kaBP)是旺盛的湿润期,东西部地区达到极值时间分别是6.7和7.4kaBP,降水分别高出现代42.4和200mm。晚全新世(3.2kaBP以来)期间东部降水持续下降,较前期下降约70mm,而西部地区降水有所增加,约与现代相当;(2)降水百年尺度变化:高原降水较少发生时间较为一致,在1.8,3.4,6.2和9.5kaBP前后。[结论]全新世早中期高原降水量整体高于现代,全新世晚期东、西部降水量均有下降趋势,在1.2kaBP左右西部降水出现回升。重建序列与其他高低分辨率环境记录有很好的可比性,说明重建序列有很好的代表性和一定的准确性。     

冀北地区近50 a马铃薯需水量及水分盈亏时空变化特征

为高效利用水资源,提高农业生产效益,根据联合国粮农组织(FAO)推荐的参考作物蒸散计算方法和相关作物系数法,利用河北省马铃薯主要种植区域(冀北地区)23个地面气象站的资料,计算了冀北地区近50a(1969—2018年)马铃薯生育期内的需水量和缺水量,并分析了马铃薯生育期内降水量、有效降水量、需水量、缺水量变化趋势,以及不同区域不同生育期马铃薯需水量、缺水量的变化特征。结果表明:1)近50 a冀北地区马铃薯生育期内降水量、有效降水量年际变化可分为2个阶段:1969—2003年呈减少趋势,气候倾向率分别为–15.68 mm·(10a)~(–1)、–6.61 mm·(10a)~(–1);而2004—2018年呈显著增加趋势,气候倾向率分别为60.07 mm·(10a)~(–1)、9.68 mm·(10a)~(–1)。近50 a平均降水量、有效降水量分别为356.5 mm和148.6 mm;空间上均呈自西向东逐渐递减的带状特征。2)近50a马铃薯生育期需水量和缺水量年际变化也表现出1969—2003年减少、2004—2018年增多的趋势,且需水量多的年份缺水量也多,近50 a平均需水量和缺水量分别为497.8 mm、349.1 mm;空间分布上均呈自坝上高原向坝下山地增多特点,且需水量大的地区缺水量也多。3)马铃薯块茎膨大期需水量最多,期间也是缺水量最多的时期。研究结果显示1969—2018年冀北地区马铃薯生育期内水资源一直处于严重亏缺状态,在生产中需充分考虑马铃薯需水量对气象要素变化的响应,加强水分管理,确保水资源高效利用。     

西安市污染气象特征和大气环境容量分析

利用2010年西安市环境监测资料及同期气象资料,分析了3种主要污染物(SO2,NO2,PM10)的时空分布特征以及各种气象条件对城市大气污染的影响;采用A—P值法计算大气环境容量。结果表明:(1)西安市区低空大气全年以较稳定—稳定为主,污染物浓度随稳定度频率的增大而增大;(2)风速对污染物浓度的影响非常显著。随风速增大各污染物浓度相应减小;而在春季大风沙尘天气里,PM10浓度随风速增大而增大;(3)降水对污染物的稀释作用很强,降水量小于1mm时浓度不降反增,大于10mm时稀释作用却相对减弱;(4)受气象条件的综合影响,污染物排放造成环境容量的利用率高甚至出现超负荷现象。     

基于M-K法的朝阳市降水量时空演变特征分析

以朝阳地区77个降水站点1963—2016年实测降水数据,应用M-K非线性统计方法对朝阳市近54a降水量时空变化特征进行了分析。分析结果表明:从1963~2016年朝阳市年降水量略微下降,下降趋势不显著,M-K统计值为-0.7684,未通过90%的显著性检验,年降水量突变点分布出现在1965年、1976年、1984年;汛期降水量呈现下降趋势,非汛期降水量则呈现上升趋势,M-K统计值分别为-1.1652和1.037,也均未能通过90%的显著性检验,汛期降水量突变年份和年降水量突变年份一致,非汛期降水突变点分别出现在1991年和2005年。朝阳市各年代际降水总体呈现南部大北部偏小的分布趋势,从1980年代开始,朝阳市降水量空间分布呈现较为明显的10 a丰、枯变化趋势。研究成果对于朝阳市水资源量的定量评估提供参考价值。     

黄土丘陵区不同降水梯度对草地群落化学计量学特征的影响

[目的]研究草地群落各组分(植物叶片、根系和土壤)碳氮磷化学计量特征对降水量变化的响应规律,以揭示降水量对黄土丘陵区草地生态系统化学计量学特征的影响。[方法]以黄土丘陵区自然恢复草地为研究对象,于2017—2018年在安塞试验站建立野外控雨试验平台,分别设置减雨60%,减雨40%,减雨20%,自然降水,增雨20%,增雨40%,增雨60%共7个处理,采用遮雨棚法研究降水改变对植物的叶片、根系以及土壤生态化学计量特征的影响。[结果]①随降水量增加,植物生长水分限制得到有效缓解,水分胁迫作用逐渐减缓,从而使叶片N,P含量整体呈现显著下降趋势(p0.05)。叶片C/N,C/P整体呈现显著下降趋势(p0.05)。②降水梯度改变对根系P化学计量特征影响较为显著(p0.05);同时,对根系C/P,N/P也有显著影响(p0.05)。③控雨处理仅对土壤C含量有显著影响(p0.05),可能因为极端降水影响了土壤微生物的活性,导致土壤有机C积累减缓。[结论]水分是黄土丘陵区草地植物对N,P吸收利用的制约因子;降水量可以改变草地群落的养分限制格局,随着降水量的增加,植物生长受P的限制越强烈,植物生长由同时受N,P两者的限制转为受P限制。     

渠江流域降水时空分布特征

基于1961-2020年渠江流域13个气象站点降水数据,运用累积距平、Mann-Kendall检验、小波分析和Kriging插值等方法研究分析了流域降水量及暴雨事件的时空分布特征。结果表明:渠江流域60年年均降水量1 126.17 mm,年降水量整体呈缓慢上升趋势,降水倾向率为6.9 mm/10 a。年降水量波动剧烈,存在27年、15年的周期性变化。年均降水量呈现由西部向东北部递增的趋势,降水量高值区位于流域东北部万源地区,低值区位于西部巴中地区。年降水量倾向率呈现由西北部向东南部递增的趋势,东部及南部降水倾向率为10~15 mm/10 a。渠江流域降水呈季节性变化,春季、秋季降水量呈下降趋势,夏季、冬季降水量呈上升趋势。5年滑动平均数据表明,夏季降水倾向率为16.9 mm/10 a,秋季降水倾向率为-7.7 mm/10 a。季节降水量波动明显,突变点较多,春、夏、秋季突变点主要集中于1961-1980年和2010-2020年间,冬季突变点集中于1985-2005年间。渠江流域春、夏、秋、冬四季降水倾向率最高值分别位于流域南部、东北部、东南部和西部。渠江流域汛期暴雨年均日数为4.28日,暴雨日数整体呈上升趋势,60年内暴雨日数以0.21 d/10 a的速率增加。汛期暴雨日数年际波动明显,1965年、1983年、1984年呈显著增加趋势。汛期暴雨日数存在14年、21年的周期性变化。渠江流域多年平均暴雨日数呈现由西南部向东北部递增的趋势,流域南部达川地区的上升趋势最快,较流域整体上升趋势高0.15 d/10 a。