基于开源GIS的长江流域晴日辐射反演

以开源GIS软件GRASS为平台，首次通过辐射过程模型r.sun和编程语言Shell实现长江流域500 m分辨率的晴日辐射反演（包括直接辐射、散射辐射和反射辐射），为了解长江流域辐射时空分布规律和相关宏观气候、生态建模奠定基础。结论如下：（1）精度验证表明，晴日辐射反演结果较理想；相关晴日指数的误差指标MPE、MAPE和RMSE分别为37%、75%和64%，r.sun模型可进一步用于中国其它区域；（2）长江流域晴日辐射年均日值为2424±245 MJ/(m2·d)，其各组分差异显著，直接、散射、反射辐射分别占总辐射的842%、156%和02%；（3）晴日辐射空间分布梯度明显，沿三级地形阶梯向东辐射值及变异逐渐减小，海拔变化引起的大气衰减因素在决定晴日辐射分布时起重要作用；（4）晴日辐射季节分布不对称，月际变化总体呈倒“U”形分布；直接辐射和散射辐射变化趋势基本一致，但二者比例随大气浑浊度的变化波动剧烈。     

长江流域月降水的EEMD多时间尺度遥相关分析

基于长江流域138个气象站1961~2016年的逐月降水观测资料，应用集合经验模态分解（EEMD）方法，分别对各站点的月降水序列进行EEMD分解，然后，运用时滞相关分析和逐步变量选择的方法，以识别长江流域月降水周期振荡和长期趋势的显著影响因子，并构建多元线性回归模型对长江流域月降水进行预测。结果表明：（1）近50多年来，长江流域各站点的月降水呈现出显著的季节、年际和年代际尺度振荡特征。（2）流域内各站点月降水的长期变化趋势存在着较大的空间差异性，表现为金沙江、雅砻江、大渡河以及鄱阳湖流域是月降水长期趋势显著增加的集中区，而岷江中游以及洞庭湖流域的南部是月降水长期趋势显著减少的集中区。（3）厄尔尼诺1+2区的平均海表温度（NINO1+2）的过去模式是影响长江流域月降水周期振荡的主要气候因子，而全球平均气温距平（GlobalT）是影响长江流域月降水长期趋势的主要气候因子。（4）基于已识别的影响因子构建的月降水量预测模型在旱季的预报性能高于雨季，并在长江上游地区的预报性能高于其中下游地区。     

江西省耕地土壤氮素空间变异特征及其影响因素

为定量探讨省域尺度下土壤氮素空间变异特征及其影响因素。以江西省2012年测土配方施肥项目采集的16 582个耕地表层(0~20 cm)土壤样点数据，运用普通克里格、单因素方差分析与回归分析方法，对土壤氮素空间变异特征及其影响因素进行分析。结果表明：（1）江西省土壤全氮(TN)含量在026~375 g/kg之间，平均值为158 g/kg，变异系数为3101%；碱解氮(AN)含量值域范围为1160~39970 mg/kg，平均值为16431 mg/kg，变异系数为3460%；二者均呈中等程度的变异性。（2）经半方差分析，TN与AN的变程分别为31489和3030 km，TN的空间自相关范围大而AN较小。（3）在空间分布上，高值区主要分布在新余市、抚州市与景德镇市。（4）回归分析与单因素方差分析结果表明，地形因子、耕地利用方式、成土母质、土壤类型和秸秆还田方式对土壤氮素空间变异影响极显著(P<001)。秸秆还田方式对土壤TN与AN空间变异的独立解释能力最高，分别为271%与42%，是影响江西土壤氮素空间变异的主要因素。     

长江流域年平均气温的时空变化特征

利用长江流域146个气象站点1960~2005年的逐年气温资料，选用EOF和REOF方法识别长江流域年平均气温空间变化特征，并对长江流域年平均气温变化敏感区域进行时间演变分析和突变检测。研究表明:长江流域年平均气温主要有2种空间振荡型（即全流域气温变化趋向一致型和流域内气温变化存在东西向差异型），3个变化敏感区域（长江流域中下游地区、长江流域南部和金沙江流域）。3个变化敏感区域的年平均气温都在20世纪90年代明显升高，且均在90年代后期呈突变增加，其中金沙江流域升温趋势最为明显，气候倾向率为0.20℃/10a。全流域1991~2005年年平均气温距平空间分布表明，自1991年以来全流域都为升温趋势，其中长江流域中下游地区和金沙江流域是升温幅度最大的地区。     

四川盆地丘陵山区局地水系空间格局与地形因子的耦合

应用ArcGIS技术，结合分形分维理论和统计分析方法，选取了重庆市忠县拔山镇的石门水系和五一水系作为研究对象，探讨了局地水系与地形因子的耦合影响关联度。结果表明：（1）岩石地层显著地影响局地水系空间格局。水道级别越高，越趋近分布于地势较低的地层中；（2）海拔高度、坡度、地形起伏度、地表粗糙度和地表切割深度与局地水系空间格局的关系拟合较好。水系发育程度越高，其空间格局与地形因子的耦合特征表现得越明显，各不同级别间水道的空间格局分布越呈现出一致变化的趋势 ；（3）五一水系的分维数〖WTBX〗DB=105，石门水系的分维数DB〖WTBZ〗=100，两水系的地貌形态都正处于幼年期，五一水系地面分割比石门水系更为破碎，局地水系的分形维数值可以用来判定局地地貌的侵蚀发育阶段     

WRF模式中城市冠层参数化方案在重庆气象环境模拟中的性能比较

目前,耦合在WRF模式中的城市冠层方案包括单层冠层方案（UCM）、多层冠层方案(BEP)以及考虑室内外大气能量交换的多层冠层方案(BEP+BEM)。以2006年高温伏旱天气为背景,典型的拥有高密建筑物的山地城市重庆为研究对象,采用高分辨率的GIS数据替换USGS地形数据,对WRF中的3种城市冠层方案进行了两天的模拟。结果表明：（1）在不采用城市冠层方案时模拟的气温场和风场效果较差,2 m气温模拟值与观测值的均方差达到32℃;（2）在10个城市站点2 m气温的模拟中,BEP+BEM、BEP、UCM方案与观测值的模拟值与观测值的均方差为13℃、14℃、21℃,UCM方案相对较差,BEP+BEM方案最好;（3）在10 m风速的模拟中,单层方案结果偏大,两种多层方案与观测值有较好的一致性,二者差别较小。3种方案都能模拟出大致的风向     

变化中的参考作物蒸散量及其对气候的响应

作为重要的水文气象参数，参考作物蒸散量（ET0）在全球生态系统中发挥重要作用。为深化认识湿润气候区ET0变化，基于湖南省87个气象站1960~2015年逐月气候资料，应用Penman Monteith（P M）模型估算ET0，利用线性趋势、Mann Kendall检验、反距离加权插值等分析了ET0及主要气候因子的时空变化，采取逐〖JP〗步回归函数来确定P M方程所涉及的气候因子对ET0变化的贡献。研究表明：年均ET0降幅为-3346 mm/10 a，〖JP+1〗日照时数和风速下降是ET0减少的主要原因，而相对湿度下降提高了ET0。春、夏、秋、冬四季ET0变化幅度分别为2966、-5451、-0922、-0207 mm/10 a，春季ET0增加是由相对湿度下降和最高气温上升引起的，夏、秋、冬三季ET0减少主要与日照时数和风速下降有关。风速、相对湿度、日照时数呈下降趋势，而气温、降水、湿润指数呈上升趋势，后者表明气候暖湿化趋势。气候变化背景下ET0显示出不同时间尺度（年、季）空间分布的多样性     

汉江上游金水河流域近50年气候变化特征及其对生态环境的影响

利用5年滑动平均距平分析、线性回归分析、相关分析及Autoregression 模型等统计分析方法，分析了近50年（1957~2004年）汉江上游金水河流域年度和春、夏、秋、冬4季气温和降水变化特征及其对流域生态环境的影响。结果显示：近50年来金水河流域气候变化呈现气温升高、降水量减少的暖干化趋势。年平均气温总体上升了111℃，同时在上世纪90年代到本世纪初，年平均气温增幅最大，达到06℃；季节变化中，冬季增温最显著（〖WTBX〗p〖WTBZ〗<001）。年平均降水量总体下降了1196 mm，在1985~1997年间，降水量呈现显著波动下降趋势，最大降幅为3452 mm；而季节变化中，夏季下降最明显。在未来10年，流域内气温将持续增加，年平均气温将增加013℃，降水量将逐年减少，年平均降水量将减少78%。金水河流域过去近50年的气候变化对流域内的生态环境产生了较大的影响，从而加剧了流域生态系统的脆弱性，从一定程度上对南水北调中线工程的水资源安全构成了威胁。     

汉江上游金水河流域近50年气候变化特征及其对生态环境的影响

利用5年滑动平均距平分析、线性回归分析、相关分析及Autoregression 模型等统计分析方法，分析了近50年（1957~2004年）汉江上游金水河流域年度和春、夏、秋、冬4季气温和降水变化特征及其对流域生态环境的影响。结果显示：近50年来金水河流域气候变化呈现气温升高、降水量减少的暖干化趋势。年平均气温总体上升了111℃，同时在上世纪90年代到本世纪初，年平均气温增幅最大，达到06℃；季节变化中，冬季增温最显著（〖WTBX〗p〖WTBZ〗<001）。年平均降水量总体下降了1196 mm，在1985~1997年间，降水量呈现显著波动下降趋势，最大降幅为3452 mm；而季节变化中，夏季下降最明显。在未来10年，流域内气温将持续增加，年平均气温将增加013℃，降水量将逐年减少，年平均降水量将减少78%。金水河流域过去近50年的气候变化对流域内的生态环境产生了较大的影响，从而加剧了流域生态系统的脆弱性，从一定程度上对南水北调中线工程的水资源安全构成了威胁。     

基于MODIS-EVI数据的长江三角洲地区植被变化的特征

基于2001~2010年MODIS EVI植被指数产品数据，结合国家标准气象站逐月气温、降雨及日照时数资料，对长江三角洲地区植被的时空变化特征进行分析。结果表明：（1）空间分布上，该区域西南部以林地为主，而东北部以农田为主，近10 a植被变化面积占总面积的32%，以农田的转出和城镇的转入为主；（2）区域年最大EVI整体呈减少趋势（-0028/10 a），不同季节下，夏冬季均呈减少趋势（以2月和8月份最为显著），春秋季则呈增加趋势（以5月和10月份最为显著）；（3）不同植被类型下，城镇和农田EVI呈不同程度减少趋势，以城镇EVI下降速度(-0076/10 a）最为显著（R2=077），而林地变化较弱；(4)研究区湿润气候环境下，农田和林地年最大EVI与日照时数和气温多呈正相关性，与降雨多呈负相关性，其中以林地EVI与2~4月份日照时数的正相关性较为显著，城镇EVI与气象因子的关系相对较弱，更多的是受城镇化等人类活动的影响     

长江流域年平均气温的时空变化特征

利用长江流域146个气象站点1960~2005年的逐年气温资料，选用EOF和REOF方法识别长江流域年平均气温空间变化特征，并对长江流域年平均气温变化敏感区域进行时间演变分析和突变检测。研究表明:长江流域年平均气温主要有2种空间振荡型（即全流域气温变化趋向一致型和流域内气温变化存在东西向差异型），3个变化敏感区域（长江流域中下游地区、长江流域南部和金沙江流域）。3个变化敏感区域的年平均气温都在20世纪90年代明显升高，且均在90年代后期呈突变增加，其中金沙江流域升温趋势最为明显，气候倾向率为0.20℃/10a。全流域1991~2005年年平均气温距平空间分布表明，自1991年以来全流域都为升温趋势，其中长江流域中下游地区和金沙江流域是升温幅度最大的地区。     

长江流域上游气候变化的模拟评估及其未来50年情景预估

利用WCRP的耦合模式数据和长江上游流域63个气象站点的观测数据,评估了全球气候模式对长江上游流域的温度、降水的模拟能力,基于A2、A1B、B1情景对长江上游流域未来50 a平均温度、降水的可能变化进行了预估研究。结果表明：全球模式可较好的反映出流域温度、降水的时间和空间变化趋势,但模拟地面温度总体上低于实况值〖HT5〗。〖HT5"〗三种情景下2011~2060年上游流域平均温度的增幅（相对于1971~2000年）分别为1.7℃、2.1℃、1.3℃。A1B、B1情景下区域内表现为一致的增温趋势,而A2情景下在嘉陵江流域出现降温的趋势。三种情景下平均降水的增幅分别为50.0、83.5、29.5 mm;A1B、B1情景下降水增加的空间分布形比较一致     

汉江流域1960~2014年降雨极值时空变化特征

深入研究降雨极值的时空变化规律和特点，有助于提高应对极端灾害的能力。通过构建PDS/GP模型，并引入降雨极值变化指标，结合统计检验分析汉江流域15个气象站点1960~2014年春、夏、秋季以及全年月降雨超定量系列的年际变化特征；利用复杂网络理论的聚类系数和节点度，结合各站点在典型年份春、夏和秋季的降雨极值变化指标，分析月降雨极值的空间分布特征。分析结果表明：从时间上看，汉江流域月降雨极值年际变化的季节性差异较大，近55 a没有明显的一致性变化趋势。受季风气候影响，夏季的月降雨极值年际变化与春、秋季相反，而秋季的变异指标年际波动最大。从空间上看，受季风气候、下垫面条件和人类活动等多种因素的综合作用，中下游月降雨极值变化的差异性要高于上游。随着相关阈值的增大，流域站网总体关联度有所降低。相同阈值下的结果表明空间上相邻的站点其关联性差异较大，部分相距较远的站点具有更大的关联性，分析结果可为降雨极值的空间插值提供参考。     

赤水河赤水段鱼类早期资源调查研究

赤水河是长江上游右岸一级支流，是长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区的重要组成部分。为了解赤水河鱼类的繁殖情况，为保护区鱼类的相关研究和保护工作提供本底资料，于2007和2008年3~7月在赤水河赤水市江段进行了鱼类早期资源的调查工作。结果显示：至少有34种（亚种）鱼类在赤水市江段繁殖，其中包括长江上游特有鱼类4种，产漂流性卵的鱼类8种。鱼类繁殖期从3月持续到7月，盛期为5~7月。两年调查期间，分别经历了7次和5次繁殖高峰；在4~7月，漂流性鲫的资源量分别为3.26×108粒和5.26×108粒。复兴、丙安和太平3个江段为产漂流性卵鱼类的主要产卵场。鱼类繁殖盛期的水温范围为21℃~245℃，流量的增加可以促进产漂流性卵鱼类的繁殖。     

长江上游月降水人工神经网络预测模型

长江上游月降水量预测对于三峡库区及整个长江流域水资源管理具有重要意义。根据长江上游不同气候区降水差异，选取玉树、九龙和宜宾3个代表性气象站点近60 a的月降水量数据，运用反向传播神经网络、径向基函数神经网络、广义回归神经网络和多元线性回归法，确定降水时滞和降水月份，建立月降水预测模型，来预测未来一个月的降水量，并采用均方误差和判定系数来验证和对比各种模型的模拟效果。结果显示：人工神经网络模型总体上优于多元线性回归，特别是反向传播神经网络的模拟结果各站表现较好，在确定合理的输入变量和网络结构后，可以尝试作为长江上游各站月降水预测模型。〖     

长江流域月降水的多尺度随机特征及其分区

提出了一种基于集合经验模态分解的多尺度信息熵方法来分析长江流域138个气象站1961～2016年的月降水在不同时间尺度下的随机性,然后,采用模糊C均值聚类(FCM)算法对流域月降水进行空间区划,最后,探讨各区平均月降水序列与厄尔尼诺1+2区的平均海表温度(NINO1+2)之间的时滞相关性.结果表明:(1)长江流域月降水存在明显的季节、年际和年代际变化特征;(2)流域月降水在不同时间尺度下的随机性均呈现出东部高-西部低的空间分布模式,并且流域月降水的IMF分量的随机性随时间尺度的增大而降低,且不同地区间其随机性的差异越来越大;(3)流域月降水在各IMF分量上的随机性沿纬向自西向东逐渐增大,而沿经向呈现出拟均匀性;(4)流域月降水在空间上可划分为6个一致性子区域:西部高原区、西南部横断山区、北部低山盆地区、南部低山丘陵区、东南部鄱阳湖平原区和东部长江三角洲区;(5)流域各区平均月降水对NINO1+2的最佳响应时滞自东南沿海向内陆地区依次由2个月延长至4个月.     

基于Kriging插值的1961~2005年淮河流域降水时空演变特征分析

利用淮河流域4省170个气象站点1961~2005年的降水观测数据，采用Kriging法对淮河流域各季及年降水量进行了插值，得到了1 km×1 km降水栅格序列。在此基础上，对淮河流域降水的时空格局及其变化特征进行了分析。结果表明：淮河流域降水量的空间分布基本呈南高北低、山区多于平原、近海多于内陆的格局。近45 a来淮河流域降水量的年际波动较为强烈，而变化趋势不显著。流域内汛期和年降水量的年代际变化则具有明显的阶段性，主要表现在20世纪90年代前基本为下降趋势，2000年后明显上升。当前，淮河流域正处于降水的高气候变率时期。45 a来，降水的空间格局发生了一定的变化，表现在淮河中上游和干流沿岸地区的降水量升高，而流域东北部的降水则呈下降趋势     

气候变化下SPEI指数在嘉陵江流域的干旱评估应用

基于嘉陵江流域1962~2010年实测月降水和月平均气温数据,利用不同时间尺度(3、6、9、12个月)的SPI和SPEI指数分析了近50a来流域干旱趋势的时空演变规律。对不同时间尺度的SPI及SPEI指数分析表明,1962~2010年嘉陵江流域整体呈干旱增加趋势,特别是流域西部和北部呈现出明显的干旱增加趋势,而流域东部的干旱增加趋势并不明显,个别站点附近还呈现出微弱的干旱减少趋势。SPI及SPEI指数的变化还表明,嘉陵江流域在大时间尺度上的干旱增加趋势更为明显,大时间尺度的干旱事件主要由降雨量决定,而气温变化对干旱趋势的影响则在小时间尺度上更为显著。此外,对于相同的时间尺度,SPEI指数相较于SPI指数检验出更为明显的干旱增加趋势,表明考虑气温影响的SPEI干旱指数更能够检测干旱事件的变化规律,因此SPEI干旱指数更适用于气候变化条件下流域干旱演变特征分析。