长江三角洲地区昼夜降水变化及其差异

厘清长江三角洲(长三角)地区昼夜降水变化规律有助于加深当地降水特征、过程和机制的理解。基于长三角地区202个气象站1973—2017年昼夜降水资料,详细分析了该地区昼夜降水时空变化特征。结果表明:(1)年尺度上,日总、白昼、夜间降水均表现为由南向北递减;降水昼夜差异区域性特征明显,南部白昼降水显著多于夜间降水,而北部情况相反,且昼夜差异较大地区多对应复杂下垫面。降水昼夜差具有明显的季节性差异,春、夏季明显,其中以夏季最大。(2)整体而言,年和各季节(除春季)的日总、白昼、夜间降水均呈不同程度增加趋势,以夏季增加最为明显。年、秋和冬季的日总降水变化由夜间降水主导,春、夏季则由白昼降水主导。(3)夏季极端降水大值区位于浙江东南沿海和安徽西南部山区,且长江以北(南)的极端降水以夜间(白昼)降水为主导。夏季极端降水以增加趋势为主,其中长三角南部和北部的极端降水变化分别由白昼和夜间降水主导。

应用三种模型对浙江省植被净第一性生产力(NPP)的模拟与比较

运用Miami模型、Thornthwaite模型以及综合模型,计算浙江省植被NPP,并与国际生物学计划(IBP)推荐值进行比较,旨在找出最适用于浙江省的一种植被NPP计算模型;分别分析三种模型模拟的植被NPP的年际及年代际变化特征;利用站点的经纬度、DEM及其衍生数据建立多元回归方程对浙江省植被NPP进行空间插值,并分析其空间分布特点。结果显示:(1)综合模型模拟的浙江省植被NPP与国际生物学计划(IBP)推荐值最接近,为952.722～1376.971g.m-2.a-1,并且NPP随时间呈波动上升趋势;20世纪60-70年代植被NPP增幅最大,为33.31g.m-2.a-1;(2)对于三种模型,北部嘉兴市的植被NPP最小,南部温州市的植被NPP最大;植被NPP的空间分布形态一致,全省范围内均表现为西北低、东南高;(3)比较得出,综合模型在模拟计算浙江省NPP时更具有实用性。

环杭州湾地区城市扩张的遥感动态监测

以环杭州湾地区为研究对象,应用决策树和形状指数相结合的方法从TM影像中分别提取了2003年和2006年的城镇用地信息,并对杭州市、绍兴市和宁波市的城市扩张特点进行了分析和研究。通过精度检验,城镇用地总体Kappa系数都在0.87以上,说明该方法提取城镇信息是行之有效的。2003年环杭州湾地区的城镇用地面积为914.04km2,2006年为1286.1km2,4年间城镇用地净增了372.06km2,主要城市用地净增了192.6km2;杭州市、绍兴市、宁波市市区面积增加了43.7 km2;而其它县城与开发区增加了145.6 km2;说明小城市在环杭州湾地区城市化进程中处于主导地位;而大城市的作用则相对较小。杭州市、绍兴市城市扩张明显,其中尤以杭州市下沙区和绍兴市袍江工业园区的扩张最显著;宁波市城市扩张最小,特别是余姚城区。扩张方向上,杭州市主要向西北和北面扩张;宁波市在各个方向上的扩张比较平均。

淮海地区降水周期及突变特征分析

利用淮海地区1955—2004年23个气象站点的逐日降水资料,分析了淮海地区降水的主要周期振荡以及突变点,结果表明:该地区降水均有多个时间尺度的周期变化特征,降水周期变化显著,干湿交替现象明显;降水的年代际以及年际尺度的主要周期:年降水为12a、9a、5a,春季降水为14a、6a、3a,夏季为10a、4a,秋季为21a、10a、7a,冬季为18a、5a。年降水减少趋势明显,在1967年发生了突变,由相对多雨期转入相对少雨期;春季、夏季、秋季降水都有不同程度的减少趋势,而冬季降水则表现为增加的趋势。

江西省域蒸发皿蒸发量变化特征及其成因

为了探讨气候变化对陆面水文过程的影响,该文利用江西省79个气象站1960-2005年的常规观测资料为基础,结合修正的Penman公式,得出了日照百分率、风速、实际水汽压、最低温度、最高温度变化对蒸发皿年蒸发量变化的贡献。结果表明:在过去46a中,全流域的平均蒸发皿年蒸发量呈显著下降趋势,其速率为-4.57mm/a;日照百分率和风速的减小是导致流域平均蒸发皿年蒸发量下降的主要因子,其贡献分别为-2.06、-2.58mm/a,实际水汽压的减小、最低温度和最高温度的升高导致流域平均蒸发皿年蒸发量上升,但作用相对较小,分别为0.12、0.50、0.30mm/a,各占观测的蒸发皿年蒸发量变化趋势的45.08%、56.46%、-2.63%、-10.94%、-6.57%。因此,影响江西省蒸发皿年蒸发量变化的气候因子的主次关系为:风速>日照百分率>最低温度>最高温度>实际水汽压。

典型干湿区植被与气候因子的相互响应关系研究

根据中国干湿区分布图,选取典型的干旱地区(额济纳地区)、半干旱/半湿润(关中盆地/黄土高原)和湿润地区(鄱阳湖地区)为研究区域。基于1982～2000年的NDVI数据和1981～2000年3个研究区气象观测资料,探讨了不同干湿分布区植被NDVI与气候因子(温度、降水)之间相互响应关系。结果表明,植被对气候因子的响应关系中,干旱地区(额济纳地区)植被对降水的变化较为敏感;半湿润/半干旱地区(关中盆地/黄土高原地区)植被对温度和降水的变化均较为敏感;而湿润地区(鄱阳湖地区)植被对温度的变化敏感;植被对气候因子的影响中,干旱地区(额济纳地区)前一年冬季植被NDVI与当年夏季温度、降水的分别呈显著的负、正相关;而半干旱/半湿润地区(关中盆地/黄土高原地区)当年植被NDVI与当年温度呈显著正相关。

应用Penman公式对江西省太阳总辐射变化特征的探讨

利用1961-2000年赣州站、南昌站的年太阳总辐射与相关气象要素资料，结合Penman公式，运用6种计算净长波辐射的方法估算了两站的年太阳总辐射；建立了估算该地区年太阳总辐射的绝对误差权重法（Method of Absolute Errors，MAE），并给出了适用于江西省的绝对误差权重系数，以此方法计算了江西省其他76站的年太阳总辐射；并分析了该地区年太阳总辐射的时空分布特征及其变化趋势，发现：（1）1961～2000年间，江西省大部分地区太阳总辐射在3800-4400MJ·m-2·a-1；南部偏东地区较大，且存在有一大值中心；西部地区为江西省太阳总辐射最小的地区；（2）40年间，江西省年太阳总辐射呈明显下降趋势，每10年减少143．70MJ·m-2。78站中，有63站的太阳总辐射的下降趋势通过了a=0．05的显著性检验，8站表现为上升趋势；江西省北部及南部地区太阳总辐射下降较大；中部地区下降相对较小，且在鄱阳湖东侧有一低值中心。

环杭州湾地区自然植被净初级生产力的变化特征及其成因

利用1971—2006年环杭州湾地区25个气象站的降水、温度和云量资料及全球CO2年平均体积分数资料,采用LPJ全球动态植被模式(Lund-Potsdam-Jena Dynamic Global Vegetation Model),通过模拟环杭州湾地区的植被年净初级生产力(Annual Net Primary Productivity,ANPP),分析了该地区ANPP的变化特征,并探讨了植被ANPP变化的可能原因。结果表明:1)就环杭州湾地区,36a间植被ANPP均表现出不同程度的增加,尤其以嘉兴市北部、绍兴市东部较明显;全区平均增加速率为1.5243g·m-2·a-2;2)通过多元线性回归分析发现,环杭州湾地区平均云量与植被ANPP的关系最为密切,偏相关系数为-0.5175,而温度、降水与植被ANPP的关系不明显;同时,植被ANPP对气候变化的响应存在一定的地域性差异;3)在全区平均情况下,36a间由温度下降、降水增加、云量减小、CO2体积分数升高引起的植被ANPP变化趋势分别为-0.0813、-0.0171、0.7601、0.8673g·m-2·a-2,其对应的贡献率分别为-5.18%、-1.09%、48.38%、55.21%。由此可见,该地区植被ANPP变化的主要强迫因子是CO2体积分数和云量,而降水变化对植被ANNP的变化作用不大。

杭州湾地区生态-气候监测预警系统及其应用

基于3S技术、中尺度模式及动态植被模式建立了生态-气候监测预警系统,其中包括4个子系统:土地覆盖动态监测系统、城市热岛动态监测系统、城市气候监测系统和植被NPP模拟与监测系统。利用土地覆盖监测系统可以精确地获取各种土地覆盖类型,并分析土地利用覆盖变化;利用土地覆盖监测系统结果、Landsat-TM红外影像及常规气象资料构建城市热岛监测系统,分析该地区城市热岛效应的时空变化;利用土地覆盖分类结果,对改变下垫面进行敏感性试验,模拟城市发展对城市气候的影响,构建城市气候监测系统;利用LPJ模拟杭州湾地区植被NPP及对气候变化的响应,构建植被NPP模拟与监测系统。生态预警系统可以实时监测土地覆盖、城市热岛、城市气候、植被NPP变化,对保护耕地资源、改善生态环境、提高城市人居环境、合理利用气候资源、保持农林业的可持续发展有着重要的指导和现实意义。

气候和流域特征变化对淮河流域地表水文过程的影响

定量认识和理解气候与流域特征变化对淮河流域地表水文过程的影响,可以为科学管理淮河流域水资源提供重要的理论参考和技术支撑。评估了多控制因子联立求解归因方法的适用性,以此量化了淮河流域气候和Budyko参数n对不同年代蒸散发(ET)、径流变化(较基准期1961-1980年)的贡献,并且进行了归因分析,结果表明:1)多控制因子联立求解法可以准确有效地分离气候和参数n对ET和径流变化的贡献。2)在气候和参数n变化的共同影响下,20世纪80年代、90年代的ET和径流在沂沭泗河各水文分区均呈减小趋势,而在上游和中游各水文分区的变化则表现出明显的时空差异性。3)就各年代控制ET变化的主要因子,多数水文分区为参数n,其次为降水和潜在蒸散发(PET),分别集中在沂沭泗河地区和淮河上游。20世纪80年代,中游水文分区径流变化的主控因子为PET,其他水文分区则多为降水;而20世纪90年代和21世纪初多数水文分区的主控因子为参数n,其次为降水。总之,控制淮河流域ET和径流变化的物理机制具有明显的空间差异和年代际变化特征。

流域总量控制下赣江流域控制单元划分技术

作为"控制单元的总量控制技术"的关键环节,控制单元的概念、内涵及划分方法一直存在较大分歧,其重要性没有得到应有的体现.在分析欧美控制单元的基础上,提出了控制单元的概念(基于"控制单元的总量控制技术"的理念,为实现水环境容量总量的计算、分配和管理等目标,综合考虑水文、水环境、水生态和水体使用功能等因素而人为划分的水质目标管理单元),并阐述了其内涵.基于GIS技术,采用多指标空间叠加分析和专家判断方法,提出了不同尺度流域的控制单元的划分原则、指标体系及技术路线,并以赣江和锦江流域为例进行了控制单元的划分,赣江流域划分为17个1级控制单元、57个2级控制单元;锦江流域划分为4个控制单元.对锦江流域开展了非点源参与下动态水环境容量计算及控制单元总量动态分配,丰水期CODMn和NH4+-N水环境容量分别占研究区年总容量的63.4%和60.6%.假设总量利用率为70%,将控制单元的分配结果作为SWAT(soil and water assessment tool)模型的点源输入,验证控制单元划分方案的可行性,模拟结果显示,良田和均车断面的ρ(NH4+-N)均满足GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质标准的要求,说明划分方案可行.

鄱阳湖流域典型树种夏季气孔导度模型及影响因素比较

植物气孔是调控土壤-植被-大气连续体间物质和能量交换的关键环节,其变化对植物蒸腾作用有着重要的影响,进而对环境湿度和温度等起着重要的调节作用.基于鄱阳湖流域5种典型树种叶片气体交换观测数据,对14种组合的气孔导度模型〔Jarvis模型12种,Ball-Berry-Leuning(BBL)模型2种〕的参数进行了拟合,筛选出5种典型树种夏季最优气孔导度模型;结合多元逐步回归技术,分析了大气温度(Ta)、叶片与空气间饱和水汽压差(De)、光合有效辐射(PAR)、大气CO2浓度(Ca)4种环境因子对气孔导度的影响.结果表明:杉木(Cunninghamia lanceolata)、湿地松(Pinus elliottii)、马尾松(Pinusmassoniana)的最优模型均为BBL-B2模型;沉水樟(Cinnamomum micranthum)的最优模型为BBL-B1模型;柑桔(Citrusreticulata)的最优模型为Jarvis-J12模型;饱和水汽压差(De)为影响鄱阳湖流域5种典型树种夏季气孔导度的最敏感因素.

近25a气候变化对江苏省粮食产量的影响

利用1986—2010年江苏省63个气象站的常规气象数据和粮食单产统计资料,分析了苏北、苏中、苏南地区和江苏全省三种时间尺度的气候变化特征;基于自助抽样(bootstrap)和一元线性回归的方法,研究了各区和全省粮食产量对作物年(11月—次年10月)、夏粮—秋粮生长季(11月—次年5月和6—10月)和月尺度气候要素的响应;并定量评价了过去25a气候变化对各区和全省粮食产量的影响以及各气候要素的贡献。结果表明:1)在作物年、夏粮—秋粮生长季以及月尺度上,三区和全省各气候要素均发生了不同程度的变化,且存在一定的时空差异。在不断发展的农业管理措施和技术以及气候的共同作用下,三区和全省粮食单产显著(p>0.01)增加,其中,全省增加趋势为66.89kg·hm-2·a-1。2)除苏南地区对作物年尺度上的气候变化响应不显著外,粮食产量对降水的不随时间变化的负响应关系(即随降水的增加而减小,减小而增加)均在不同时间尺度和地区得到了体现,说明降水对这些地区粮食生产的影响十分重要;其中,苏北、苏中和全省粮食产量随作物年降水的增加(减少)而减小(增加),平均速率分别为0.19%·(10mm)-1、0.09%·(10mm)-1和0.11%·(10mm)-1。3)三类模型结果均显示气候变化使得苏北、苏南和江苏粮食产量减小,但结果略有差异,其中,利用月气候要素建立的模型C的结果显示气候变化对粮食单产(总产)的影响最大,其均值分别为-6.51%·(10a)-1(-11.28×108kg·(10a)-1)、-3.27%·(10a)-1(-2.36×108kg·(10a)-1)和-1.34%·(10a)-1(-4.45×108kg·(10a)-1)。另外,为了系统而全面地评估气候变化对粮食产量的影响,考虑月尺度的气候变化的影响是十分必要的。

武汉区域百年地表气温变化趋势研究

考虑气温序列的非均一性,并对缺测数据进行合理插补,建立武汉区域1905～2005年、季3项气温序列。序列结果表明,100a来年均气温、年均最低气温均呈上升趋势,增温速率分别为0.014℃/10a和0.026℃/10a;年平均最高气温变化呈现微弱的下降趋势,变化速率为-0.003℃/10a,表明百年来武汉区域夜间增温趋势比较明显,白天气温变化不大;年平均最高气温与最低气温的变化具有不对称性。年平均气温、年平均最高气温存在两个暖期,时段为1920～1940年、1990～2005年,第一个暖期主要是夏、秋季气温偏高,冬、春季不明显,热在白天;第二个暖期则四季气温均偏高,冬、春季最明显,夏季较弱,暖在夜间。

近49年来湖北省极端高温事件及其对区域增温的贡献

收集了湖北省1961—2009年76个站点的逐日温度数据,选择其中通过均一化检验的33个站点作为研究对象,分析了湖北省年极端高温的发生频率、强度变化及对区域性增温的贡献。研究表明:湖北省年极端高温发生频次与海拔高度相关性较好,极端高温发生频次呈东西减少、中部增加的趋势;极端高温发生频率的地理分布一致性较好,江汉平原及东北部易出现极端高温事件;西南部的极端高温强度较弱;极端高温事件的发生频率与夏季平均气温呈正相关,东北部的相关程度较西部显著。

江西省近46年蒸发皿蒸发量变化特征及其影响因素分析

利用江西省79个常规气象站1960-2005年的观测资料,综合分析了蒸发皿年蒸发量的变化特征及其与相关环境因子包括日照百分率、云量、气温(日平均温度、日较差、最高温度、最低温度)、10m风速、饱和水汽压差、年降水量和相对湿度的相关关系,试图找出蒸发皿年蒸发量变化的主要原因。结果表明:(1)江西省西部及中部年蒸发量较小;南部及鄱阳湖周边地区年蒸发量较大。在过去46a中,蒸发皿年蒸发量呈显著下降趋势,其速率为-4.57mm/a;79站中,有68站蒸发皿年蒸发量下降趋势显著;(2)以日照百分率为代表的能量供给因子与蒸发皿年蒸发量的相关系数最大,其次为动力因子(10m风速),以相对湿度为代表的湿度因子相对较小,三者的完全相关系数分别为0.37、0.33、0.23;(3)空间上,整个江西省受日照百分率影响均比较大,风速、相对湿度对江西省的影响在鄱阳湖附近、西南部分地区更大,日照百分率、风速的降低以及相对湿度的增加导致了蒸发皿蒸发量的减小;(4)利用日照百分率、风速、相对湿度拟合的蒸发皿年蒸发量多元回归方程,能够反映该地区平均年蒸发量的情况,精度较高。

杭州城市热岛空间分布及时域-频域多尺度变化特征

利用杭州20个自动气象站逐时数据计算2006年四季各站平均热岛强度,用薄盘样条函数法研究杭州城市热岛的空间变化,发现:夏秋季时较强,而春冬季强度较弱;总体趋势是杭州市主体城区最大,向外辐散,逐渐减弱。利用2006年2月～2007年2月逐时气象数据,结合Morlet小波变换方法分析了杭州热岛周期变化特征,发现:其在频域上具有多尺度的周期振荡,尺度主要是24h(日)、168h(周)和1490h(2月)。以日为周期的热岛强度与局地气候系统、地面长波辐射、近地层热量交换、人为热的日周期变化有关;而以周为周期的热岛强度变化成因主要与人类活动及城市大气污染物排放的"周末效应"有显著的关系;以2个月为周期的变化特征与一些较大尺度的自然变化相关。结果表明,杭州城市热岛时空变化是天气系统、地面长波辐射、下垫面、大气污染、人为热、人类活动、近地层热量交换等共同作用的结果。

利用树木年轮重建川西松潘高原5月降水变化特征

利用四川省松潘县西部牟尼沟二道海采集的树木年轮样本,建立了该地区173年树木年轮年表序列,并依据响应函数、相关与偏相关方法,分析了该年表与气象要素之间的关系,发现该年表对5月降水较敏感,并由此重建了1837-2009年松潘高原地区5月降水序列。结果表明,1837年以来松潘高原地区先后经历了5个偏湿阶段和3个偏干阶段;以重建的1971-2000年30年气候平均值为基准,在重建的16个气候时段中1961-1990年是降水最少的气候时段,而1837-1860年则是降水最多的气候时段;降水发生了多次正负突变,比较可靠的突变点出现在1863年前后、1874年前后、1890年前后、1904年前后、1958年前后和1994年前后;重建序列周期变化明显,存在2～4年、16年和32～50年为主的周期振荡。

华中区域气温变化的模拟评估及未来情景预估

利用WCRP的耦合模式比较计划-阶段3的多模式数据(CMIP3数据),模拟分析基于A2、A1B、B1排放情景下华中区域2011—2100年平均气温的可能变化,结果表明,模式模拟的结果可较好地反映出气温线性变化趋势。模拟冬季增温速率略高于夏季,但夏季增温速率与观测序列呈相反变化趋势;总体能模拟出华中区域气温线性趋势的空间分布特征,但模拟数值偏高。3种情景下21世纪末华中区域平均气温的增幅(相对于1961—1990年)分别为3.7、3.4、2.0℃。21世纪中叶前夏季增幅大于冬季,21世纪末冬季增幅大于夏季;两个时间段内春、秋季基本一致。

无气象观测地区的电线覆冰厚度推算

利用湖北省1962—2008气象数据与电线积冰数据,建立了各种气象要素与电线覆冰厚度的回归模型,该回归模型充分考虑了形成电线覆冰需具备相应的气候条件。通过动力降尺度计算了灾情发生地的气象数据,结合已建立的回归模型,推算出电线覆冰厚度。与实测电线覆冰厚度相比,推算准确率在62.8%～75.9%。表明依据建立的回归方程并结合动力降尺度的方法,在无气象台站观测的地区推算电线覆冰厚度是可行的。从全省覆冰极值厚度分布图上看出,江汉平原及以北区域覆冰厚度较大,而湖北东西部较小。