基于Wavelet-ANFIS和MODIS地表温度产品的青藏高原0cm土壤温度估算方法

0cm土壤温度是冻土模型的上边界条件,连续的、高质量的青藏高原0cm土壤温度数据是进行准确冻土模拟的必要条件.然而受复杂下垫面的影响,遥感手段无法获取可靠的0cm土壤温度.利用自适应网络模糊推理系统(ANFIS)结合青藏高原实测资料建立遥感地表温度产品(LST)与0cm土壤温度的关系,以实现通过LST估算青藏高原逐日0cm土壤温度.研究了ANFIS的各种参数组合,发现筛选合适的小波函数、小波窗口、小波层数建立起来的Wavelet-ANFIS模型能较准确实现估算0cm土壤温度的目的.验证表明,估算结果与气象站点实测0cm土壤温度绝对误差在2K以下,相关系数0.98以上.考虑到原始MODIS LST误差在0～2K之间,该方法可以获取较为理想的0cm土壤温度,为冻土模型提供准确的上边界输入.

红松阔叶混交林林隙0cm地温的地统计学分析

[目的]揭示小兴安岭红松阔叶混交林林隙0 cm地面温度的时空变化规律。[方法]以小兴安岭原始红松阔叶混交林林隙为研究对象,采用网格法布点,通过对生长季内林隙各样点0 cm地面温度的连续观测,利用基本统计学和地统计学的方法研究林隙0 cm地面温度的时空分布格局。[结果]林隙地面温度不同,空间样点之间存在异质性,且异质性的强度、尺度和空间结构组成随时间的延长而改变,各月0 cm平均地面温度斑块形状复杂,林隙0 cm地面温度从大到小依次为6、7、8、9月,月平均0 cm地温的最大值和最小值分布位置不固定,同一月份地面温度从大到小为空旷地、林隙、郁闭林分。[结论]该研究可为红松阔叶混交林的可持续经营提供基础数据和理论参考。

近45a山西冬季0cm地温时空分布及气候分区

利用1965—2009年山西省59个气象站冬季逐月0 cm地温资料,应用多种统计方法,对近45 a山西冬季0 cm地温时空分布及其次区域特征进行研究。结果表明:(1)近45 a来,山西区域冬季平均0 cm地温为显著升温趋势,升温幅度达0.52℃/10 a;从其年代际变化看,20世纪60年代中期到70年代初略呈下降趋势,70年代中期以后呈现明显上升趋势,并在1993年发生突变,进入温度偏高期。从各站点看,全省大部分地区冬季0 cm地温升温趋势显著。(2)山西冬季0 cm地温的空间分布主要表现为全省一致偏高或偏低,其次是北部和南部盆地偏高、南部山区偏低或相反的分布。(3)山西冬季0 cm地温可分为北部、西南部、东南部3个气候区;近45 a来,各区均为显著升温趋势,东南部、西南部、北部分别在1989,1993,1994年发生突变,突变后各区进入0 cm地温偏高期。

基于MODIS LST的0cm地温空间扩展研究

将MODIS反演的地表温度与气象站观测的0 cm地表温度对比分析,发现尽管两者间存在一定的系统偏差,但二者的空间相关性很好。以气象站实测0 cm地表温度资料为基准,集成MODIS陆面温度,建立了月平均0 cm地温空间扩展计算模型。结果表明:模型模拟结果的宏观分布连续性好,区域分布特征细致,加密站验证总体误差较小,除个别月份以外,大部分月份月平均0 cm地温误差小于1℃。这充分体现了卫星遥感资料宏观连续和气象站实测数据直接可靠的双重优势,该研究结果对高原、高山、荒漠等观测台站稀缺地区的相关研究具有重要意义。

气候变化背景下1958-2017年陕西省0 cm地温时空变化特征

利用陕西省1958—2017年18个气象观测站逐月0 cm地温和气温数据,结合线性回归、Mann-Kendall非参数检验、空间插值等方法,分析了陕西省0 cm地温时空变化趋势。结果表明:(1)近60 a来,陕西省年及四季平均0 cm地温除夏季外均呈显著增加趋势(P<0.01),气候倾向率呈冬季[0.42℃·(10a)^(-1)]>春季[0.38℃·(10a)^(-1)]>年[0.27℃·(10a)^(-1)]>秋季[0.23℃·(10a)^(-1)]>夏季[0.07℃·(10a)^(-1)]的规律。(2)陕西省年和四季平均0 cm地温均发生突变增温,主要集中在20世纪90年代后期,地温突变后较之前升温幅度为春季>冬季>年>夏季>秋季。(3)陕西省年及四季平均0 cm地温均表现为“南高北低”的空间分布特征,所有气象站点年际、春季和冬季地温及33%的站点夏季地温、83%的站点秋季地温呈现显著上升趋势(P<0.05)。(4)陕西省年及四季地气温差除夏季外均呈上升趋势,其中气候倾向率呈冬季[0.17℃·(10a)^(-1)]>春季[0.1℃·(10a)^(-1),P<0.01]>年均[0.07℃·(10a)^(-1),P<0.01]>秋季[0.02℃·(10a)^(-1)]>夏季[-0.01℃·(10a)^(-1)]的规律。(5)陕西省近60 a年均温及四季气温与0 cm地温均呈显著正相关关系,其显著性呈现秋季>春季>年>夏季>冬季的特点。

河北省0 cm地温变化特征分析

【目的】利用河北省20个气象观测站的逐月0 cm地温,对河北省0 cm地温变化特征进行研究。【方法】采用数学统计法,利用一元线性回归分析等方法进行河北省0 cm地温变化特征分析。【结果】1960—2020年河北省年平均地温呈显著波动上升的趋势,地温倾向率为0.36℃·(10 a)-1(P<0.01),与我国其他地区地温时间变化特征相似。【结论】河北省年均地温升高主要受春季、冬季和秋季的季节影响。春季为四个季节中平均地温变化相差最大的季节。

石河子绿洲棉区覆膜内5cm地温变化与气温的关系及预报

膜内5 cm地温稳定通过10-12℃为棉花适宜播种的温度指标,找出地膜内5 cm地温与气温的定量关系并进行地温预报,同时确定对应的日平均气温的稳定界限指标值,就成为开展棉花适宜播种期预报的关键所在。以石河子绿洲覆膜栽培棉区为研究对象,分析了2008—2014年棉区春播期膜内5 cm地温、气温的变化趋势以及气温与覆膜内、外地温的关系,并建立了膜内5 cm地温预报模型。结果表明：近年来石河子棉区春播期内气温和膜内外5 cm地温变化趋势一致,均有所上升,且膜内5 cm地温显著高于膜外地温和日平均气温。棉田覆膜内外5 cm地温与气温之间显著相关（P≤0.01）,石河子棉田覆膜内5 cm地温稳定通过10-12℃时,对应的日平均气温界限范围为6.3-8.2℃;利用逐日气温建立膜内5 cm地温预报模型,回代检验绝对误差平均为1.01℃,2014和2015年预报检验绝对误差分别为0.5、0.7℃。预报模型可为更好地开展棉花播种期气象服务提供参考依据。

1960—2017年黄土高原地表温度时空变化特征

以黄土高原59个气象站1960—2017年0 cm地表温度实测资料为基础,采用线性回归、Mann-Kendall检验和滑动t检验等方法,分析了年际、四季地温的时空变化规律。结果表明:(1)黄土高原年际及四季地温均呈显著上升趋势(P<0.01),气候倾向率冬季[0.531℃·(10a)^(-1)]>春季[0.497℃·(10a)^(-1)]>年际[0.397℃·(10a)^(-1)]>秋季[0.311℃·(10a)^(-1)]>夏季[0.276℃·(10a)^(-1)]。(2)年际及四季地温突变集中发生在1990s中期—2000s中期,突变后较突变前升温幅度:春季>冬季>年际>夏季>秋季。(3)黄土高原年际及四季地温均呈东南高、西北低的空间分布,所有气象站点年际、春季、冬季地温和67.80%站点的夏季、91.53%站点的秋季地温呈显著上升趋势(P<0.05)。

1961-2020年内蒙古赤峰市地温和气温、降水变化特征及关系分析

利用1961-2020年赤峰市巴林左旗站、赤峰站、林西站共3个站点的气象资料,使用气候倾向率、累计距平法和信噪比法等方法对赤峰市近60a年季平均地温(0cm高度)、平均气温(200cm高度)的变化趋势、年代际变化特征进行了分析,对气候因子的突变年份进行了判定,并对地温与气温和降水量的相关性进行了分析。结果表明:1961-2020年赤峰市地温和气温均呈波动性上升趋势,三站点地温平均气候倾向率为0.39℃/10a,气温平均气候倾向率为0.29℃/10a,冬季地温对气温升高响应最为强烈。1961-2020年来赤峰市地表温度和气温均经历由“冷”—“暖”的变化趋势。突变年份集中在1986-1996年间,地温突变相对滞后于气温突变。1961-2020年赤峰市3个气象站采集的年累计降水量均存在二次突变的现象,通过Pearson相关性分析发现降水突变与地温突变具有一定的负相关性,当降水量发生突变呈减小趋势后,0cm地温则有升高趋势,这种现象在夏季(雨季)最为突出。

1961—2018年中国极端最高地温的月际时空动态与变异研究

基于1961—2018年中国545个气象观测站点的0 cm极端最高地温,采用多种数理统计方法,诊断了近58 a来中国不同月份极端最高地温的时空演变特征。结果表明:①1961—2018年中国不同月份极端最高地温具有纬度地带性,呈现南低、北高的空间分异特征,且多数月份的极端最高地温空间格局具有相似性。2—11月份的极端最高地温在1990年后相比之前以偏大为主,而1月和12月份则以偏小为主。②1961—2018年中国多数月份、多数地区的极端最高地温以增加趋势为主,并呈现次区域分异特征,且3—5月份的增加趋势面积最大,12月份和1—2月份的减少趋势面积最大。中国多数地区多数月份的极端最高地温在1991—2018年的变化趋势明显大于1961—1990年。③中国极端最高地温的波动特征在1961—2018年具有南低、北高的空间分异特征,且4—10月份波动较大,1—3月份和11—12月份波动较小。1990年前后中国极端最高地温波动差异较大的地方主要集中在1—2月份和12月份的高纬度地区。

青藏铁路沿线地面气温和地温的年际变化趋势及与地形的关系

利用青藏铁路沿线常规气象观测站自建站至2002年月平均地面气温和地表温度,通过插补建立了1960—2002年青藏铁路沿线各站各季及年平均温度资料完整的序列。分析表明,青藏铁路沿线温度近40年来的变化是明显的,升温最显著的是冬季、秋季,升温率分别达到0.41℃/10a和0.40℃/10a,春季升温率只有0.23℃/10a。年平均气温和地温的升温率分别为0.33℃/10a和0.37℃/10a,地温的升高比气温要快。升温率与海拔高度呈负相关,其相关系数为-0.807。升温率随海拔高度的升高而减小。盆地升温率比高山大。铁路沿线地温与气温变化间的相关系数达0.767。在相对冷期,气温的波动幅度大于地温;在相对暖期,地温的升高明显比气温快。

青藏高原及铁路沿线地表温度变化趋势预测

青藏高原及其铁路沿线各站的年地表温度具有很好的互相关性,特别是各站10年滑动平均温度互相关系数达到0.92,以此建立了1961-2003年青藏铁路沿线平均地表温度序列.研究表明:青藏高原地表温度的升高是明显的,40年来升高1.1～1.5℃,其升温率为0.44℃/10a.大气CO2浓度的增加有利于青藏高原地表温度的升高,而太阳黑子周期长度(SCL)的变长则起相反作用.地表温度对大气CO2浓度和SCL的最好响应约滞后10年.若根据SCL的变化和IPCC第三次评估报告给出的新的温室气体排放情景SRES-B1预测,目前青藏高原地表温度的升温到2010年前后达到最强,此后可能会出现一个明显的降温过程,到2030年前后可能低于20世纪70～90年代的平均值.新一轮的升温开始于2040年代.若综合考虑CO2和SCL两者的共同影响预测,未来50年平均最低、最高和年地表温度与1971-2000年的平均比较,分别升高0.2,1.0和0.6℃.

山西省地表温度时空变化及其与地质灾害的关系分析

利用山西省107个国家气象站1981—2018年0 cm地表温度及崩塌、滑坡地质灾害的资料,采用线性回归、M-K检验、滑动t检验和经验正交函数(EOF)时空分离等方法,对山西省0 cm地表温度时空变化以及与地质灾害的相关性分析得出:山西省年际及四季地温均呈增温上升趋势;地温在1999年春季、2002和2004年夏季、2004年秋季、1993年冬季分别发生由冷转暖的突变,年均地温无突变。利用EOF经验正交分析得出:年和四季第一模态空间变化具有较好的一致性特征,时间序列年和四季都是从2004年之后一致表现为以正位相为主;第二模态南部和北部具有反位向变化的特征。春季崩塌、滑坡地质灾害与年、春季和秋季地温呈正相关(通过95%的检验),即年、春季和秋季地表温度由冷变暖时,春季地质灾害的发生会由少变多。夏季降水量与年和夏秋季地质灾害呈正相关(通过90%和95%的检验),但年和夏秋季地质灾害的发生略滞后于夏季降水的发生,由此也可推断夏季降水是年、夏秋季崩塌和滑坡地质灾害的主要诱发因素。

三江平原佳木斯草温和雪温变化分析

利用2007 ～ 2011年佳木斯逐日草温、雪温、0 cm地温、气温资料,研究草温和雪温变化规律.结果表明,近5年佳木斯年平均草温和雪温分别为5.7和-11.7℃,草温最高出现在夏季,雪温在春季;1年中5～ 10月观测草温,其他季节雪温和草温交替观测,月平均草温最高在7月,雪温在4月,最低均出现在1月;1d中草温和雪温的最大值均出现在12：00,到次日日出前后出现最小值.草温和雪温各季晴天时日较差最大,且明显大于气温日较差;月平均草温（或雪温）与气温、地温变化趋势基本一致,草温和雪温与气温、地温呈明显的正相关,其相关系数分别为0.990、0.999.

1961—2020年中国不同区域0 cm地温时空变化特征

地温是地-气系统的一个重要参数,了解地温变化特征对加深认识气候变化和生态系统适应气候变化有重要意义。基于全国640个气象站1961—2020年逐日0 cm地温观测资料,本文采用线性趋势、突变性检验等方法分析了10个不同区域地温的时空变化特征,揭示了新的气候基准时段1991—2020年的地温特点。结果表明:1961—2020年,全国年、春、夏、秋、冬季平均0 cm地温增加速率分别达0.41、0.42、0.16、0.34、0.70℃·(10 a)^(-1),且1991—2020年的均值较1961—1990年增加了0.52~2.12℃;年和季节平均地温均呈从南往北减小的分布形式;1961—1990年内仅少部分地区地温呈明显增加趋势,1991—2020年大部地区呈明显增加趋势,且北方地区增加速率大于南方地区。不同区域年、春、夏、秋、冬季地温1991—2020年较1961—1990年的增幅分别达0.23~2.16、0.24~2.18、-0.21~1.69、0.18~1.52、0.20~4.35℃,其中东北、内蒙古和新疆最为明显,且冬季增幅大、夏季增幅小;不同区域地温在1961—1990年增加趋势不明显,但1991—2020年呈显著增加趋势,且以冬季增加速率最大,其次是春季、秋季、夏季;年和季节地温显著性差异的突变年份普遍在1991年之后。