不同互补模型对青藏高原多年冻土区地表实际蒸散发的模拟能力评估

蒸散发是地气水热交换的重要环节,其变化对水资源管理和生态环境具有重要的影响。气候变暖背景下,青藏高原多年冻土不断退化,多年冻土区近地表水热条件发生改变,进而影响着该区域的蒸散发过程。本文利用位于青藏高原多年冻土区腹地的唐古拉综合观测场2010年1月1日至2011年12月31日的气象和涡动等实测资料,选择基于互补蒸散原理的四种半经验模型,评估了不同模型率定参数前后模拟日实际蒸散发的能力,分析了不同模型中参数的敏感性。结果表明,模拟的实际蒸散发量对模型中参数α的取值非常敏感,不合理的参数取值会对模拟精度产生重要影响。使用默认参数值会导致日蒸散发量模拟值明显偏高,其中,S2017模型模拟精度最高,均方根误差值为0.44 mm·d^(-1);率定参数后各模型整体上均能较好地模拟出日实际蒸散发量及其变化特征,均方根误差值在0.3~0.4 mm·d^(-1),各模型中模拟精度最高的为C2016模型,其次分别为H2018模型、B2015模型和S2017模型,相较而言,H2018模型在率定前后模拟结果更为稳定,显示出该模型对参数的依赖性最低;另外,年内不同时期的模拟精度存在明显差异,完全融化期的模拟结果相较完全冻结期和日冻融循环期与实测值更接近,相对偏差均值分别为6.0%,82.3%和43.4%。本文旨在探讨不同互补蒸散模型在青藏高原多年冻土区地表实际蒸散发模拟的适用性,结果可以为该区域长时间序列蒸散发估算提供一定的参考依据。

洞庭湖流域夏季降水特征及旱涝年份大气环流分析

基于洞庭湖流域96个气象站点1961-2015年逐月降水数据和NCEP/NCAR再分析资料,对洞庭湖流域55年夏季降水的时空变化与典型夏涝年、夏旱年的大气环流特征进行分析。结果表明:55a间流域夏季降水存在明显的年际和年代际变化特征,存在准3a和20a周期。流域夏季平均降水量呈现由中北部平原地区向四周山区递增的空间分布特征。从大气环流和水汽输送及辐合形势来看,典型夏涝(旱)年,对应着西北太平洋副热带高压面积偏大、强度偏强和流域上空水汽的异常辐合(辐散)。

青藏高原表层土壤热通量的时空分布特征

利用青藏高原(简称高原)9个站点的实测数据分析了表层土壤热通量G0的季节变化、日变化特征,然后利用MODIS数据(MOD13Q1和MOD09CMG)、中国西部逐日1 km空间分辨率全天候地表温度数据集和同化数据(ITPCAS-SRad和ITPCAS-LRad),借助G0遥感估算模型Ma模拟了高原四期(2014年7月12日和10月16日,2015年1月1日和4月7日)的G0空间分布特征。结果表明:G0振幅随季节变化,夏季较大,冬季最小,站点之间振幅不同可能与下垫面有关,下垫面植被覆盖度越高,振幅越小;G0在春、夏季以及全年整体为正,而秋、冬季G0则为负。高原G0呈现倒立的"U"型的日变化曲线,夜晚的变化相对白天而言比较平缓;G0日变化曲线为正值的时长存在明显季节差异,四个季节的顺序是夏季>春季>秋季>冬季;高原G0的空间分布特征与高原地表温度的空间分布有较好的正相关,站点数据显示地表温度每增加1℃,G0随之增大2~5 W·m^-2。

1968-2017年湖南省冰雹时空分布特征

基于湖南省92个站点1968—2017年冰雹观测资料,采用回归分析、小波分析、主成分分析等方法,研究了湖南冰雹时空分布特征。结果表明,湖南近50年冰雹天气年际下降趋势显著,近20年来有记录的冰雹天气发生频次明显降低。湖南初次降雹的时间都集中在1—3月。冰雹月季变化显著,一年中以3月冰雹最多,2月的次之,从5月份起雹日骤然减少。春季是降雹最多的季节,占雹灾总数的56.06%,冬季的次之,夏季和秋季冰雹发生频率分别仅为全年的2.53%和0.69%。年冰雹日数主要存在4~5 a和19 a左右的振荡周期,20世纪90年代前还存在明显的9~10 a的振荡周期。各季节冰雹日数振荡周期不一。湖南冰雹空间分布呈自湘西北向湘东南递减的规律,年冰雹日数的空间分布特征与春季、冬季冰雹分布特征相似。湘北和湘中地区冰雹天气年际变化以下降趋势为主,湘南地区其气候趋势变化不明显。对湖南近50年冰雹日数进行主成分分析的前3个主要模态,在空间向量场上分别呈现出全省一致型、地势主导型和南北呼应型。

洞庭湖流域近54 a来冬季降水及其异常环流特征分析

基于洞庭湖流域96个气象站点1961~2015年逐月降水数据和美国NCEP/NCAR再分析数据,对洞庭湖流域近54 a来冬季降水的时空变化特征和典型冬涝、冬旱年的大气环流及水汽输送形势进行分析,并讨论逐年冬季降水与同期欧亚环流指数(EUCI)、可降水量和水汽通量散度的关系。结果表明:近54 a,流域冬季降水存在明显的年际和年代际变化特征,具体表现为20世纪60年代和70年代降水偏少,80年代降水开始增多,其后期至90年代中后期降水偏多明显,进入21世纪以来降水又呈波动减少的趋势。此外,流域冬季平均降水量和冬季降水标准差均呈现由南向北、由东向西递减的空间分布特征。从大气环流和水汽输送形势来看,典型冬涝年和冬旱年的空间分布大致相反,表明流域冬季异常降水是与大尺度环流形势的异常密切关联的。计算发现,逐年冬季可降水量、水汽通量散度和欧亚环流指数与流域冬季降水均具有较好的关系,相关系数分别达到0.43、-0.68、-0.53,通过0.01的信度检验。

洞庭湖流域冬季降水的时空变化及与全球海温的关系

论文基于1961—2015年洞庭湖流域96个气象站点逐月降水数据和英国哈德莱中心月平均海表温度资料,利用EOF、Morlet小波和偏相关分析等方法,对洞庭湖流域冬季降水的时空变化和周期特征进行分析,并探讨影响流域冬季降水的关键海区及其关键时段。结果表明:在年际时间尺度上,洞庭湖流域冬季降水主要存在全区一致型、南北反向型和中部-南北部反向型3个模态,各模态分别具有12 a、16 a和7 a左右的长周期以及3 a左右的短周期。在与全球海温的关系方面,流域冬季降水与ENSO和南海海温均存在显著相关,平均而言,在ENSO处于暖位相或南海海温偏高时,流域冬季降水易偏多,反之,则流域冬季降水易偏少;但ENSO和南海海温对流域冬季降水的影响范围及其关键时段存在明显差异,其中ENSO的影响范围主要分布在流域南部,其在前期10月与流域冬季降水相关性最好,而南海海温的影响范围集中在流域东部,其在次年2月与流域冬季降水相关性达到最高。

长江流域不同类型降水量的非均匀性分布特征

基于长江流域1963~2016年131个气象站点逐日降水资料,计算了年降水、强降水(极端降水和暴雨)的集中度(PCD)、集中期(PCP),并结合M-K非参数性趋势检验分析以及相关分析等方法对长江流域降水非均匀性分布特征及其趋势进行了分析,目的在于揭示不同类型降水量在流域内非均匀性分布的特征,加强对强降水在时空分布上的理解。结果表明:流域多年平均年内日降水量集中度(PCDDP)、集中期(PCPDP)均由下游向上游递增,PCDDP变化趋势不显著而PCPDP变化趋势在空间上差异明显,在流域中下游呈增长趋势、上游呈减小趋势;年降水量与PCDDP呈显著正相关的地区主要分布在四川盆地;流域年极端降水量PCDEP、PCPEP的多年平均分布及变化趋势与PCDDP、PCPDP相似。流域多年平均暴雨量(日降水≥50 mm)从下游向上游递减,在四川盆地较四周高,暴雨在流域东部呈增长趋势,在四川盆地呈减小趋势;年暴雨量集中度(PCDRP)、集中期(PCPRP)从流域东南向西北递减,在湖北、贵州以及四川东部PCDRP呈增加趋势,在流域东南部呈减小趋势;PCPRP在江浙、安徽、湖南及贵州地区呈不明显的增加趋势,在四川、云南等地呈减少趋势。

近53 a来长江流域极端降水指数特征

利用1963~2015年长江流域115个气象站点逐日降水数据,分析了不同极端降水指标的空间变化特点和时间变化趋势。结果表明,近53 a来,长江流域多年平均年极端降水量与年降水量从下游到上游逐渐递减,两者变化趋势大致呈现"增-减-增"的空间分布格局。年极端降水量对年降水量贡献(PEP)存在明显的空间分布差异,但贡献比例在流域内普遍呈现增加的趋势。持续1 d的极端降水事件的降水量分布及其变化趋势与年极端降水量的分布特征类似,其对年极端降水量的贡献比例高达65%以上,说明长江流域极端降水以持续1 d的极端降水事件为主。持续2 d及以上的极端降水事件主要集在中皖苏赣局部地区和四川中部地区,但其降水量对年极端降水量的贡献比例较小。从上游到下游,年最大日降水量(MDP)逐渐增大。其中,上游源头地区的沱沱河、曲麻莱和玉树3个站点MDP主要集中在0~25 mm之间,其他站点均以25~50 mm量级为主;长江流域中部地区的MDP大部分以50~100 mm的量级为主,处于100~150 mm之间的次之;长江流域东部地区主要以100~150 mm量级的MDP为主。

基于MODIS-EVI和CI的洞庭湖流域植被指数对气象干旱的响应

基于洞庭湖流域2000～2012年98个气象站点的综合气象干旱指数(CI)和MODIS增强型植被指数(EVI)数据,对研究时段内生长季干旱强度和EVI时空变化特征,典型春、夏、秋季干旱年月和湿润年月干旱强度和EVI的空间分布及相关性进行分析,旨在研究EVI指数能否反映大范围气象干旱事件,探讨该指数作为流域干湿状况度量标准的潜力。结果表明:(1)在年际变化上,EVI在2001、2005、2009年出现低谷值,与其对应年份的干旱强度出现高峰值;在季节变化上,干旱强度的高值段主要集中在夏秋季,低值段主要集中在冬春季;夏季EVI值最大,冬季EVI值最小;(2)去除年际变化和季节性影响的生长季干旱强度、EVI和森林覆盖率年际波动变化明显,并且干旱强度高峰值的年份对应EVI和森林覆盖率出现低值的年份;(3)典型干旱年月干旱强度高值区的空间分布与EVI距平低值区的空间分布存在高度一致性,其中夏、秋季干旱年月的干旱强度和EVI的相关系数分别通过了0.01、0.1的显著性水平检验;(4)除部分地区外,典型春夏秋季湿润年月的干旱强度空间分布与EVI距平的空间分布对应较差,两者的相关系数未通过显著性检验。上述结果表明,在典型干旱年月,流域植被的生长状况能够响应大范围的区域气象干旱情况。

iGCM模拟全球典型站点降水中δ18O的效果评价以及香港站δ18O年际震荡的原因探讨

为了评价不同的稳定同位素大气环流模式（iGCM）在不同气候区的适用性，利用8个水稳定同位素大气环流模式（CAM2、ECHAM4、GISSE-F、HADAM3、ISOGSM、LMDZ4、GISSE-N和MUGCM）的数据和全球降水同位素监测网（GNIP）的实测数据，分析了全球13个气候大区（高山高原、热带季风、热带雨林、热带海洋、热带草原、地中海、亚热带湿润、亚热带季风、温带海洋、温带大陆性干旱、温带大陆性、亚寒带针叶林和寒带冰原气候）的典型站点降水中δ18O的季节变化，评价了模式的月数据相对于GNIP实测数据的模拟效果。结果表明，LMDZ4、GISSE-N和ECHAM3这3个模式的整体模拟效果较好，且不同站点降水中δ18O的季节变化原因可以从不同季节水汽来源的差异和水汽在输送过程中降水量的季节差异来分析。为了深入分析单站降水中δ18O的年际变化，利用香港站的长时间序列数据分析了降水中δ18O的年际变化与大气环流异常的关系，并对实测和模拟结果进行了分析。结果表明，ECHAM4和LMDZ4这两个模式能够模拟出香港站降水中δ18O与南方涛动指数（SOI）的负相关关系。通过分析1998年和1999年大气环流异常对香港站降水中δ18O的影响，得出水汽来源的年际变化以及水汽输送带上游地区降水的多寡可能是造成香港地区降水中δ18O年际变化的主要原因。

洞庭湖流域生长季气象特旱对植被覆盖的影响

基于洞庭湖流域2000~2017年97个气象站点的综合气象干旱指数(CI)和MODIS增强型植被指数(EVI)资料,结合植被类型数据,采用最大值合成、相关分析等方法,分析了近18年来洞庭湖流域生长季(4~10月)植被(自然和人工植被)EVI与特旱强度的时空变化特征,探讨了自然植被和人工植被对特旱响应的敏感性。结果表明:在年际变化上,自然植被和人工植被区域的特旱强度最大值和EVI的最小值均出现在2011年;在季节变化上,生长季特旱强度分布为秋>夏>春季,自然植被EVI值明显高于人工植被,季节分布均为夏>春>秋季;比较而言,人工植被对特旱的敏感性高于自然植被,但两类植被对特旱的敏感性均随植被生长阶段而变化,其中两种植被EVI与特旱强度之间的最显著相关性均出现在8月;特旱强度和EVI能够很好地反映2011年春旱和夏秋连旱的时空变化过程。