地形因素对降水分布影响的研究

在有限降水资料的基础上，研究影响降水的因素，建立降水量与各因素之间的关系，为流域内的水资源和水环境研究提供了良好的基础。以数字高程模型（DEM，Digital Elevation Model）为出发点，计算出高程、坡度、坡向，直接或间接用DEM和有限的降水资料来推求无资料地区的降水状况。将该方法和系统应用于石羊河流域，用该区域内的20个雨量站的降水资料建立模型，另外6个站点的降水资料做校核，并用模型模拟该区域内均匀分布的230个点的降水量，结果表明所建立的模型取得了理想的模拟效果。     

中尺度地形对暴雨降水影响的数值模拟研究

利用PSU／NCAR的中尺度模式MM4就1991年7月2日江淮暴雨进行模拟研究,主要考察了中尺度地形对暴雨降水的影响。在模拟工作中,人为地将模式地形中长江中游的大别山地区及其紧邻地域的海拔高度降为50m以下,而并不改变大尺度环境的各要素场。数值试验结果表明,地形的改变使中尺度暴雨中心位置和强度发生了变化。但是局地地形的改变也只在有限区域内对局地中尺度降水系统产生影响。     

基于GLDAS-2数据的中国极端降水事件时空变异性研究

全球气候变化导致极端降水事件频发,为了做好应对极端事件的准备,利用GLDAS-2.0数据集进行可靠性分析后,提取9个极端降水指标,使用M-K检验方法分析了1948—2014年中国极端降水事件时空变化特征及其突变趋势。结果表明：全国发生极端降水事件的频率增高,西北、西南和中南地区的年降水量增强趋势明显,连续湿润天数变少,强降水变多,其中西北地区变化最为明显;西北地区中西部,中南与西北、华东的两个交界范围,极端降水相关指标突变趋势明显。结果显示西北地区中西部,西南和中南交界地区以及中南和华东交界地区发生极端降水的频率高,应提前做好应对各种自然灾害的准备。     

TRMM降水数据在复杂山地的精度评估——以重庆市为例

在地形复杂的重庆地区,利用研究区内34个气象站点实测数据,分别从年、季、月3个尺度,对2000-2011年间TRMM 3B43降水数据精度进行了验证,并分析了高程和坡度对月尺度验证结果的影响,同时利用主成分分析法比较了高程与坡度对TRMM 3B43降水数据的影响程度。研究表明:(1) 年尺度上,TRMM 3B43年降水数据普遍高于气象站点的实测结果(平均偏高5.86%),渝西、渝南的结果比渝东北的准确。季尺度上,秋季拟合效果高于其它3个季节。月尺度上,相关系数R=0.85,两者之间存在显著相关性。(2) 逐站点验证,研究区TRMM 3B43月降水数据具有较高精度(相关系数均大于0.80)。(3) 随着海拔的升高,相关系数呈"增加-减少-增加"的变化趋势,绝对偏差呈减小趋势;随着坡度的升高,绝对偏差呈"增加-减少-增加"的变化趋势,绝对偏差呈线性增加的趋势。(4) 利用主成分分析方法得出,高程对数据精度的影响大于坡度。     

多源降水融合分析产品在重庆复杂地形下的精度评价

利用2020-2021年两套多源降水融合分析产品FAST和FRT产品、经过质量控制后的重庆地区35个国家气象站逐小时降水量资料,结合各站点地形因子对两套产品进行相关性和误差检验,为复杂地形下的水文气象研究提供数据支撑。结果表明：（1）FAST、FRT产品与观测值的相关性较好,呈正相关,误差较小,产品整体比观测值偏低,两者略有差别。（2）在月、季时间尺度上,春季的精度最好,汛期5-9月的误差和离散程度最大。（3）随着降水等级增大,产品的误差、相关性以及TS等级评分的分布越离散,误差绝对值逐渐增大,TS等级评分逐渐降低,相关性则先降低后增大,其中降水等级0.1～1.9mm、≥20mm的相关性较好。（4）在地形因子上,产品精度略有差别,其中斜坡上产品的精度最优,其余依次为平坡、陡坡以上和缓坡;起伏度大于70m产品的精度最优;随着海拔增加,产品精度先降低,当海拔大于700m时,产品精度提升;坡向为西南、东的产品精度更优,其中西南坡向最优。FAST和FRT降水产品在重庆地区具有较高的精度,可以为自动站点稀少地区的降水数据提供有效补充。     

基于空间插值逐日降水格点数据的福建省降水时空变化分析

构建可靠的高时空分辨率降水数据集,揭示全球变暖背景下的降水时空变化特征,对于水资源管理与水土流失预防与治理至关重要。利用组合空间插值方法,以福建省1979—2018年400余个站点观测逐日降水数据为原始数据源,得到研究区0.05°×0.05°高空间分辨率逐日降水格点数据集。以此数据集为基础,计算8个极端降水指数和3个降水集中程度指标,分析福建省降水时空变化特征。结果表明：提出的组合空间插值方法可以有效提高逐日降水插值精度,并且数据精度高于目前常用的再分析与卫星遥感降水数据产品;福建沿海地区、闽江下游1日最大降水量、5日最大降水量、强降水量、降水总量、降水强度5个极端降水指标有大面积显著上升趋势;全区域降水集中期以鹫峰山脉-闽江下游-戴云山脉一线为界,西北地区早于6月11日,东南地区则晚于6月11日,与福建省前后汛期时段基本相符;西北地区前汛期雨季有后推趋势,东南地区后汛期雨量有增多趋势。     

复杂地形下TRMM降水数据的降尺度研究：以四川省为例

TRMM数据是目前应用最广泛的卫星降水产品,其准确性已得到广泛验证和认可。但其相对较低的空间分辨率制约和阻碍了在各领域的进一步应用。本研究以降水空间分异显著的四川省为例,在综合考虑空间位置、地形等多个影响因素及其空间非平稳性特征的基础上,采用混合地理加权回归（MGWR）与克里格插值（Kriging）相结合的方法,建立一个兼顾多因素空间非平稳性特征的降尺度模型（MGWRK）,对研究区域的TRMM年降水数据进行降尺度研究,并通过41个气象站点的实测数据对不同降尺度方法的结果进行对比验证。结果表明：（1）经过降尺度处理后,TRMM降水数据的空间分辨率从0.25°（约26km）提升至1km,数据的精细程度有了明显提升;（2）MGWRK模型综合运用了空间位置、地形等多个高分辨率的辅助信息,并进一步探究了不同影响因素对TRMM降水影响关系的空间非平稳性类型与特征。从多年平均及两个典型年份的验证结果看,MGWRK法比传统的重采样方法Bilinear法及基于OLS的全局回归克里格法具有更高的精度,降尺度结果的精度更接近TRMM原始数据;（3）构建的降尺度模型兼顾了提升空间分辨率和保持数据精确度两方面的要求,适用于四川省TRMM降水数据的降尺度研究,可为TRMM数据在小尺度的应用研究提供有效的数据支持。     

宁南山区不同降水年型与地形的施肥模式研究

采用回归饱和最优设计 ,对宁南山区 3种不同立地农田生态系统影响春小麦产量的氮肥和磷肥用量进行了长期定位研究 ,并建立了春小麦施肥效益函数模型。通过对函数模型分析 ,确定了最大产量效应和最佳经济效应的施肥组合方案 ,明确了模型因素效应顺序和高产施肥的关系。     

川北地形过渡带地形因子对土地利用与景观格局变化的影响

[目的]基于地形特征分析不同用地类型时空分布变化,不仅能解释土地利用时空变化规律,并能更进一步为优化土地利用结果,生态环境保护奠定基础。[方法]基于四川省北部江油市2003,2010,2018年3期遥感影像,运用土地利用转移矩阵法,分析不同用地类型之间的转化情况;接着利用地形位指数法、分布指数法,分析地形因子影响下不同用地类型分布指数变化特征;之后利用移动窗口法,探究景观格局中斑块密度与Shannon多样性指数时空变化规律;最后结合双变量空间相关性分析,分析地形因子与景观指数间的空间相关性特征。[结果](1)在2003—2010年期间,水田面积减少最多(减少面积2 238.98 hm~2),建设用地面积增加最多(面积增加3 360.36 hm~2);在2010—2018年期间,水田面积减少1 175.84 hm~2,建设用地面积增加1 614.78 hm~2;2003—2010年期间江油市土地利用的变化量整体高于2010—2018年。(2)北部山区主要由旱地转移为林草地,南部平原地区主要为水田转移为建设用地,中部丘陵区域旱地和水田相互转化强烈。(3)随时间变化,旱地和未利用地优势等级向中地形位等级靠拢;低地形位等级上建设用地、水田和水域优势度逐渐降低,并具有优势等级向较高地形位等级扩展趋势。(4)山区河流沿岸以及山地平原交汇处斑块密度与Shannon多样性指数较高,且呈线性分布;随时间变化,丘陵区域斑块密度增加,主城区附近Shannon多样性指数呈下降趋势。(5)高—高聚集区主要表现为向山地丘陵交汇处聚集;城区附近景观指数因受其他因素影响较多,导致该区域景观指数与地形位指数呈现出不显著相关性。[结论]在地形过渡带区域,不同地貌对于各类用地变化的影响在时空上存在差异性,其地形因子与景观指数的空间相关性差异明显。     

点云数据抽稀与加密对微地形数据分析的影响

针对不同观测尺度下,大起伏(20cm耕作处理)、微起伏(耙平裸坡处理)两种地形的点云数据进行抽稀、加密处理,选取地表曲率、坡向、地表糙度3种直观的指标对抽稀、加密处理对微地形数据分析的影响进行了评价。结果显示:抽稀与加密处理对于起伏较大的地形曲率影响更为明显,对于起伏较小的地形则影响不显著。5,10mm数据抽稀与加密处理后坡向变化不显著。1mm尺度抽稀地表糙度的影响十分规律,5mm加密与抽稀对于大起伏地形的影响十分复杂,10mm加密对于大起伏地形糙度变化较为复杂,裸坡变化则相对规律。     

近52年黑龙江省不同级别降水特征分析

利用黑龙江省28个气象站点1959—2010年逐日降水资料,采用气候倾向率、ArcGIS中的反距离加权插值等方法分析了黑龙江省不同级别降水日数、降水量和降水强度的气候特征及变化趋势。结果表明:近52a来,黑龙江省年平均降水量呈微弱的减少趋势,雨量的减少主要是由于夏季微雨和小雨雨量显著减少;降水强度呈显著减弱趋势,主要是源于微雨和小雨降水强度的减少;年雨日数及四季(夏季除外)的雨日数均呈增加趋势。雨日的增加主要是由于微雨、小雨及中雨日数显著增加;降水量空间分布特征总体表现为中部最多,南部其次,西部和北部相对较少。     

渭河流域降雨结构时空演变特征

为研究气候变化背景下渭河流域降水结构的时空变化,利用渭河流域71个气象站1981—2012年汛期(5—9月)逐时降水资料,选取降水发生率和降水贡献率两个指标,结合线性倾向率和非参数Mann-Kendall检验法探讨了流域降水结构的变化趋势及不同降水历时和不同降水等级的空间变化特征。结果表明:(1)渭河流域各历时降水发生率随历时增加呈指数形式快速递减,降水贡献率随历时增长先快速增大,后波动减小。流域上游短历时降水发生率和贡献率较高,而流域中下游长历时降水发生率和贡献率较高。(2)渭河流域1~6h的短历时和48h以上长历时降水发生率和贡献率均表现为减小趋势,7~24h历时降水发生率和贡献率为增加趋势,这种变化趋势在流域的中下游更加显著。(3)渭河流域降水发生率随降水等级的增加呈指数下降,小雨发生率最高,而暴雨的发生率最低。比较而言,流域上游小雨和中雨的发生率和贡献率较高,而流域中下游大雨和暴雨发生率和贡献率较高,特别是在渭河干流,暴雨贡献率在25%以上。(4)渭河流域小雨级别的降水事件发生率和贡献率均表现为显著的下降趋势,而暴雨级别降水发生率和贡献率表现为增加趋势,这种变化趋势将可能使流域防洪形势趋于严峻。     

江西省降水集中程度的变化特征

根据《江西省双季稻气象灾害指标》中降水集中期的定义,从降水集中期、降水集中期内的站次和平均单站雨量三个角度,探讨江西省83个气象站1971-2008年历年4-9月降水集中程度的变化特征。结果表明:江西省降水集中期的时空分布比较集中,赣西北地区的降水集中期平均每年只有赣东北地区的50%,6月中旬-7月上旬是降水集中期的主要时段;出现降水集中期的站次和平均单站雨量随年份变化均呈增多趋势,年倾向率分别为8.2站/10a和3.7mm/10a;20世纪90年代的降水集中期站次和平均单站雨量多于其他年代,而每年出现在6月中旬-7月上旬的降水集中期站次和平均单站雨量均多于其余时段。     

1960—2017年黄土高原昼夜降水变化特征

为了探究黄土高原气候暖干化背景下的昼夜降水变化规律,利用黄土高原55个气象观测站1960—2017年逐日降水数据,使用线性拟合和空间分析法研究了年际及雨季(5—10月)降水量、降水日数、降水强度及夜雨率等降水指标的变化特征。结果表明:(1)黄土高原历年和雨季的昼夜降水量、降水日数均呈下降趋势,降水强度则呈上升趋势。历年降水量和降水日数下降幅度高于雨季,降水强度上升幅度低于雨季。(2)黄土高原地区雨季昼夜降水指标的空间格局差异明显。雨季降水量和降水强度自东南向西北递减,昼降水日数呈西南和东北偏多、西北偏少,夜降水日数呈西南偏多、西北偏少的空间特征。(3)黄土高原历年及雨季的平均夜降水率分别为50.44%,50.34%。晋豫交界及六盘山以西区域夜雨率高于50%; 陕西西部及中北部、内蒙包头至呼和浩特、祁连山以东等区域夜雨率呈上升趋势,山西中部及东北部、宁夏银川至内蒙鄂托克旗等区域下降趋势明显。综上,黄土高原地区未有明显的夜雨现象。     

降雨因子对沂蒙山区不同土地利用方式径流小区产流产沙的影响

[目的]研究降雨量、降雨强度、降雨历时等降雨因子对沂蒙山区小流域不同土地利用方式径流小区产流产沙的影响,为该区水土流失防治、水土保持规划、生态建设等提供参考。[方法]对沂蒙山区不同土地利用方式径流小区(自然荒坡和荞麦、野生牧草和花生)两两对照并且进行连续3a的定位观测,对观测数据进行统计分析和显著性检验。[结果](1)降雨量与各径流小区产流量的相关性显著(p0.01),与荞麦小区和花生小区产沙量的相关性显著(p0.01),与自然荒坡小区和野生牧草小区的产沙量相关性较差。(2)平均降雨强度(I)与各径流小区的产流量和产沙量的相关性均不显著。10 min最大降雨强度(I10)和30min最大降雨强度(I30)与各径流小区产流量以及荞麦小区、花生小区的产沙量均具有较好的相关性,其中30min最大降雨强度(I30)的相关性最好。(3)降雨历时与荞麦径流小区的产流量和产沙量相关性显著(p0.01),与其他径流小区的产流量和产沙量虽皆呈正相关但相关性均不显著。[结论]降雨量(P),10min最大降雨强度(I10),尤其是30min最大降雨强度(I30),降雨历时等降雨因子在沂蒙山区坡面产流产沙过程中都起到了不同程度的作用,不同的土地利用方式也是影响坡面产流产沙的重要因子。     

不同降雨条件下沂蒙山区耕层土壤团聚体特征

降雨强度和时长对土壤团聚体的影响至关重要,不同降雨特征下沂蒙山区耕层土壤团聚体时空变异特征仍不清晰。基于模拟降雨试验,研究了不同降雨强度(16 mm/h,43 mm/h,71 mm/h)和降雨时长(10 min,30 min,60 min)下沂蒙山区褐土耕层土壤团聚体特征。结果表明:降雨强度16 mm/h,10 min降雨时长下仅对0—5 cm土层土壤团聚体产生影响,>5 mm粒级团聚体含量迅速降低。其他雨强和时长下,0—5,5—10,10—20 cm土层团聚体含量均发生变化。在43,71 mm/h的降雨强度下,随着降雨时长的增加,0—5 cm土层微团聚体含量均表现出先增加后降低的趋势。与供试土壤相比,雨强为71 mm/h,降雨时长60 min时,0—5 cm土层>5 mm粒级团聚体含量减少了93%,而<0.25 mm粒级团聚体含量增加了42%。土壤团聚体的平均重量直径(MWD)随降雨强度及时长的增加而减小,在降雨强度71 mm/h,降雨时长60 min时各土层MWD趋于一致。说明,随降雨强度及时长的增加,雨滴打击和雨水湿润作用对土壤大团聚体的拆分作用增强,大团聚体含量逐渐减少,微团聚体含量逐渐增加,土壤稳定性先降低后趋于稳定。     

陕西黄土高原15时段降水特征分析

采用陕西黄土高原区38个气象站近几十年的时段降雨量数据,分析了15个时段降水量的分布、变化特征。得到时段降雨量的变化周期、趋势等。对当地农业、水土保持等工作有参考作用。结果表明:陕西黄土高原15个时段最大降水量变幅明显,同时段降水最大值与最小值之间相差11.6～18.5倍之多。最大降水强度为0.2～4.4 mm,曲线呈指数分布,时间越短,降水强度越大。15个时段最大降水量以盛夏的7—8月居多,一日内12:00—20:00出现次数在70%以上。两个或以上县的各时段降水极值很少出现在同一次降水过程中,说明陕西黄土高原高强度降水范围较小,以影响1个县为主。各站降水累积距平变化趋势不相同,但近几年普遍有增强趋势。存在突变的县比较少,淳化在2004年出现突变。降水序列具有3 a,6～8 a,16 a的周期变化现象。     

不同类型原始红松林对降雨水化学特征的影响

针对小兴安岭林区不同类型原始红松林对降雨水化学特性影响进行研究。结果表明:穿透雨中K+、Mg2+含量在红松人工林中最高,年均含量分别为6.803,1.352mg/L;Ca2+、Na+、Cl-含量在枫桦红松林中最高,分别为12.200,2.513,3.436mg/L;Fe、Mn、SO24-、NH4+含量在椴树红松林中最高,分别为0.036,0.011,3.598,0.483mg/L。树干茎流中K+、Na+、Mn、SO24-、Cl-和NH4+平均含量在枫桦红松林最高,分别达9.138,6.180,0.338,9.861,7.209,2.181mg/L;Ca2+、Mg2+、Fe含量在椴树红松林中最高,年均含量分别为17.860,3.320,0.131mg/L。各红松林型穿透雨中K+、SO24-、Cl-含量在秋季达最高值,Na+、Ca2+、NH4+含量在春季达最高值,Mn、Mg2+、NH4+含量在夏季达最低值。树干茎流中K+、Na+、Mg2+、Mn、SO24-、Cl-含量均表现出明显的春季含量高、夏秋季含量低的趋势,其中Na+、Mg2+、Mn、SO24-夏季含量与秋季含量差异较小(P>0.05)。不同元素大气降雨、穿透雨、树干茎流三者间关系不同。Mg2+、Fe、Mn、SO24-含量呈现树干茎流>穿透雨>大气降雨的趋势。各林冠对Ca2+春季产生淋溶作用,夏季产生吸附作用,秋季枫桦红松林和椴树红松林表现为吸附作用,云冷杉红松林和人工红松林为淋溶作用。各林型穿透雨中NH4+含量均低于大气降雨,树干茎流中NH4+含量均高于大气降雨,其中3种原始红松林树干茎流中NH4+含量明显高于红松人工林。春季除椴树红松林外,其他林型对Na+产生吸附作用。     

干旱区不同降雨模式对藻结皮覆被区土壤碳释放的影响

[目的]探究干旱区不同降雨模式对藻结皮覆被区土壤碳释放的影响,为精确估算干旱区生态系统土壤碳释放量提供科学依据。[方法]以乌兰布和沙漠为例,通过人工增雨和改变降雨频率来模拟全球气候变化,对藻结皮覆被区土壤碳释放量进行长期野外监测。[结果]降雨能够刺激藻结皮覆被区土壤呼吸速率迅速大幅度提升,并在1 h内达到峰值,12 h左右降至较低水平。但随着干湿交替次数的不断增大,土壤再湿润后所产生的呼吸脉冲逐渐减弱,最后1次降雨与第1次相比土壤呼吸峰值降低了40%～60%。在降雨后16 h累积碳释放量、总碳释放量都随着降雨量的增大而增大,但当降雨量增大到一定程度后,其对土壤碳释放量的促进作用不再明显。就单次降雨而言,低频率、大雨量的降雨事件所引起的碳释放量明显高于高频率、小雨量的降雨事件。但总降雨量一致的情况下,则是高频率的小降雨事件所释放的总碳量最高,其次为低频率的大降雨事件,正常降雨频率下最小。[结论]气候变化所引起的降雨量增加和降雨频率的变化将会增加藻结皮覆被区的碳排放量,在预测碳收支时,也应将藻结皮的碳排放量变化作为考虑因素之一。