基于TRMM订正数据的横断山区降水时空分布特征

鉴于高时空变异地区降水观测的需求,论文提出了基于ISODATA动态聚类法和最大似然法分区逐月回归的TRMM数据订正方法,并以横断山区为例,利用地基台站降水数据对1998-2012 年的TRMM 3B43 V7 数据进行了实验研究,并探讨了过去15 a 横断山区的降水时空分布特征及变化趋势。结果表明,TRMM 3B43 V7 数据在横断山区的总体精度较高,单站精度较低。订正后的TRMM 3B43 数据,与实测值偏差大为减少,降水相对偏差大于10%的站点由原始数据的16 个(42.1%)减少为7 个(18.4%),有81.6%的站点年降水量相对偏差小于10%,且相对偏差大于等于20%的站点仅3 个,能够基本满足横断山区降水时空分布特征研究的精度需要,有效地弥补了有限站点观测的不足。研究区内年降水量从东南向西北递减,与东亚季风在该区域的走向一致;1998-2012 年横断山区的降水量主要呈减少趋势,减少地区主要分布在南部以及中西部地区。夏季降水减少趋势最为突出,秋季次之,冬春变化趋势不明显。横断山区大部分区域的降水量与东亚夏季风指数正相关,与东亚冬季风指数负相关;最近15 a,研究区东亚季风指数持续变小,恰好与研究结果中的降水减少趋势一致。     

The influence of mountain meteorology on precipitation chemistry at low and high elevations of the Colorado Front Range,U.S.A.

We explored the seasonal characteristics in wet deposition chemistry for two sites located at different elevations along the east slope of the Colorado Front Range in Rocky Mountain National Park. Seasonally separated precipitation was stratified into highly concentrated (high salt), dilute (low salt), or acid-dominated precipitation groups. These groups and unstratified precipitation data were related to mean easterly or westerly zonal winds to determine direction of local transport. Strong acid anion associations were also determined for the stratified and unstratified precipitation data sets. We found that strong acid anions, acidity, ammonium, and high salt concentrations originate to the east of Rocky Mountain National Park, and are transported via up-valley funneling winds or convective instability from differential heating of the mountains and the plains to the east. These influence the composition of precipitation at Beaver Meadows, the low elevation site, throughout the year, while their effect on precipitation at Loch Vale, the high elevation site, is felt most strongly during the summer. During the winter, Loch Vale precipitation is very dilute, and occurs in conjunction with westerly winds resulting from the southerly location of the jet stream.     

1960年-2014年天山北麓气温和降水变化趋势及预测研究

利用天山北麓17个气象站点1960年-2014年的气温和降水资料,采用Morlet小波分析、R/S分析等,研究了天山北麓气温和降水的时间变化.结果表明,(1)天山北麓年平均气温和年降水量分别以0.035℃/a和0.881 mm/a的倾向率呈上升趋势;季节变化明显;(2)年平均气温和年降水量有明显的周期性,年平均气温在55 a尺度内存在13 a的强显著周期,年降水量在55 a尺度内存在8 a的强显著周期.(3)未来一段时间内,天山北麓气温和降水均呈上升趋势,且与过去的变化趋势持续性较强.     

基于TRMM降水订正数据的祁连山地区最大降水高度带研究

采用TRMM卫星反演月降水数据和气象台站实测降水数据,通过误差评估等数理统计方法验证数据,并结合Kriging法对TRMM降水数据进行订正,以此研究了祁连山地区最大降水高度带的时空变化。结果表明：（1）TRMM降水数据在祁连山地区的整体适用性较好。其中TRMM降水数据与台站实测值的年均降水量相关系数达0.94;季节平均降水量的相关系数分别为春季（0.87）、夏季（0.89）、秋季（0.88）、冬季（0.70）。（2）祁连山地区27个气象台站实测值与TRMM降水数据的相关性较好,但在个别台站误差较大且存在低值高估、高值低估的现象。（3）祁连山地区年均降水量自东向西呈减少趋势。东、中、西三段最大降水高度带分别为4100 m、4500 m、4700 m,年均降水量的垂直变化率分别为16.6 mm/100 m、10.8 mm/100 m、9.8 mm/100 m。（4）1998-2016年祁连山地区东、中、西三段降水量均呈波动增加,最大降水高度带也呈波动上升趋势,祁连山地区年内各季节最大降水高度带按夏、春、秋、冬的次序降低。     

秦岭南北降水空间分异研究

为了探讨秦岭南北降水空间分异特征,本文以秦岭山脊线南北22个气象站点2011～2018年间的逐日降水量及全球资料同化系统风向数据为基础,借助协同克里金插值和混合单粒子拉格朗日积分扩散传输模型(HYSPLIT模型)的后向轨迹模式等方法,对秦岭山区降水进行了空间格局分析、水汽轨迹追踪及水汽源地贡献率计算.结果 表明:①秦岭...     

天山山区TRMM降水数据的空间降尺度研究

山区降水是干旱区水资源的重要补给源,但由于山区地形复杂、监测困难造成资料缺乏,水文预报的误差较大。近年来,TRMM3B43降水数据得到了大量应用,但受其较低空间分辨率的影响,使得应用精度受到限制。论文以2001—2010年TRMM3B43数据为基础,结合提取的7个数字地形因子（经度、纬度、坡度、坡向、海拔、地形开阔度、地形起伏度）,构建了天山山区年、季的降水主成分-逐步回归降尺度模型。分析结果表明：主成分-逐步回归降尺度模型有效地将TRMM3B43数据的空间分辨率由0.25°×0.25°提高到1 km×1 km。通过站点实测降水数据对比验证,决定系数均在0.85以上,降尺度后的数据精度显著优于原始TRMM3B43数据。该方法对研究干旱区空间降水精细化具有一定参考意义。     

中国沙区周边山地降水资源及其对绿洲的贡献

我国从东北到西北长约4500km的大部分沙区为山地所环绕,山地阻挡了水汽的输入,大部分降水在山地迎风坡降落,而沙漠中年降水量只有200～300mm,西北沙漠中心地带年降水量只有几十毫米甚至十几毫米。但山地截留的降水又源源不断地输入沙漠而形成片片绿洲。山地成为绿洲主要的水源供给地。水是绿洲的命脉,无水即无农业,而山地可称得上是绿洲的“命根”了。从山地到绿洲之间有一个植被稀少的荒漠地带,成为山地到绿洲之间的缓冲带。从宏观、整体、综合的角度,将山地、沙漠(戈壁)、绿洲看成一个庞大的生态系统,它们是相互依存、相互关联、又相互制约的。必须从宏观的角度,处理好它们之间的关系,才能使这个庞大的生态系统趋向稳定和巩固,走向良性循环,使绿洲农业得以持续发展。     

1961—2017年青藏高原极端降水特征分析

基于青藏高原78个气象站点的逐日降水数据,采用百分位阈值法确定极端降水阈值,计算极端降水指数并分析其时空分布特征,以期为区域气候变化预测及防灾减灾对策的制定提供参考。结果表明：（1）1961—2017年青藏高原年降水量表现出上升趋势,上升速率为8.06 mm/10 a,多年平均降水量达472.36 mm。78个站点的年降水量倾向率最小值为-25.46 mm/10 a,最大值为43.02 mm/10 a,有15.38%的站点降水在下降,较为集中地分布在高原的东部和南部,其余84.62%的站点降水量在上升。（2）青藏高原各站点极端降水阈值的平均值为23.11 mm,取值范围为7.84~51.90 mm。高值中心出现在横断山区的贡山和木里,低值中心出现在柴达木盆地及昆仑山北翼区。（3）青藏高原各站点的极端降水量、极端降水日数和极端降水贡献率均表现出了明显的上升趋势,极端降水强度虽然也在上升但趋势并不明显,表明青藏高原极端降水量的上升并非是极端降水的强度引起的,而是由极端降水频次的上升引起的。柴达木盆地的极端降水量和极端降水日数虽然并没有表现出高值水平,但该地区的极端降水贡献率却表现出较高水平,表明该区域虽然降水量较少,但是降水往往以极端降水的形式产生。     

Atmospheric pollutant deposition to high-elevation ecosystems

Current knowledge regarding deposition of atmospheric pollutants to mountain ecosystem is reviewed focusing on the mountains of eastern North America. Despite a general paucity of published data on the subject, some generalization emerge. Wet deposition (i.e. precipitation input) of SO₄²⁻, NO₃⁻, H⁺ and Pb tends to increase with elevation, primarily because of the orographic increase in precipitation amount. Cloud water deposition of these substances can be very significant for mountain forests, but is highly variable spatially because of its strong dependence on wind speed, cloud characteristics, and vegetation canopy structure, which are all heterogeneously distributed. Dry deposition has not been quantified sufficiently to draw empirical generalizations, but the processes involved are discussed with regard to expected elevational trends. Based on the few studies in which total annual deposition (wet, dry, plus cloud water inputs for an entire year) has been measured, it appears that some high-elevation sites in the Appalachian Mountains receive substantially more SO₄²⁻, NO₃⁺ deposition than do typical low-elevation sites. The amount of elevational increase depends largely on the amount of cloud water deposition at the mountain site. Data from two clusters of sites in the northern Appalachians indicate that total deposition of SO₄²⁻, NO₃⁻, and H⁺ to mountaintop sites is typically 3–7 times greater than deposition to nearby lowland sites. Similarly, some studies of Pb accumulation in organic soil horizons suggest a two- to four-fold increase from lowlands to mountaintops. Deposition in mountain areas can be highly variable over short distances because of the patchiness of meteorological conditions and vegetation canopy characteristics, and also because exposed trees and forest edges can receive deposition loads much higher than the landscape average. Night-time and early-morning O₃ concentrations are greater at high-elevation than at low-elevation sites. Daytime O₃ levels are equal or slightly higher at high-elevation sites. Additional studies are suggested which would allow better characterization of pollutant exposure along elevational gradients.     

黄土高原历史时期沟谷侵蚀量计算方法探讨

历史时期沟谷侵蚀量的计算多采用传统实地测量或计算方法,而现代地理信息技术的发展为沟谷侵蚀量计算提供了更为简便、快捷、高效的方式。等高线图形概括法即为一种将传统制图学与现代地理信息技术相结合的方法。本文以神木县东山旧城冲沟为切入点,采用等高线图形概括方法,基于30 m 分辨率ASTER DEM,利用Arcgis10 平台计算历史时期沟谷侵蚀量,并将其与基于野外测量计算侵蚀量进行对比。结果对比发现,基于野外测量的沟谷侵蚀量约占基于DEM 侵蚀量的89.11%,两者之间存在一定差距,但是可被接受的。进一步分析显示,等高线简化前后,DEM 平均坡度、等高线长度和表面积均发生变化,平均坡度、等高线长度变化率分别为2.78% 和4.3%,表面积变化不是特别明显。三维分析显示,简化后等高线更加平滑,平均坡度趋于平缓,坡度的分布更为均匀。总体而言,等高线图形概括方法在沟谷侵蚀量计算方面具有较高的可靠性,对更大时空尺度内的沟谷侵蚀量计算具有借鉴意义。     

全球变暖背景下中亚兴都库什、喀喇昆仑及天山气候变化研究进展

中亚兴都库什、喀喇昆仑及天山山脉（HKT）是气候变化敏感区,其在全球变暖背景下的气候变化对区域生态和经济系统的稳定性及可持续发展有重要意义。目前对中亚高海拔地区的研究多集中于局部区域,有关HKT地区气候变化的综合对比分析较为缺乏。本文对HKT地区现代气候变化的相关研究成果进行简单梳理和回顾,重点总结了HKT地区气候变化特征、影响机制及其与全球变暖的联系。结果表明：（1）近60 a,HKT地区不同区域气候的时空特征存在差异,从时间上看,天山的年均温及年降水量均呈上升趋势,而兴都库什-喀喇昆仑山的年均温呈不显著增加趋势,其年降水量变化趋势不稳定;从空间上看,HKT地区山脉南坡气温高于北坡,但北坡降水量高于南坡,且天山南北坡年降水均呈上升趋势。（2）HKT地区的气候变化除了受西风环流、南亚印度季风及局地条件等影响外,还受到北大西洋涛动和厄尔尼诺-南方涛动等大尺度气候模态的调制,如兴都库什-喀喇昆仑山脉在NAO正（负）位相和ENSO暖（冷）位相降水趋于增加（减少）。     

中国森林植被生物量空间网格化估计

森林是陆地生态系统的重要碳库之一,在全球碳循环中发挥着巨大作用。森林生物量是核算森林碳储量的主要因子,其数量及空间分布是评估森林生态系统碳汇潜力的重要参数。论文以中国第8次森林资源清查资料为基础,以影响森林生物量空间分布的气候（气温、降水）、地形（高程、坡度）和植被因子（NDVI）为辅助,利用降尺度方法估算了1 km×1 km格网分辨率下的中国森林生物量,并从不同空间尺度对研究结果进行了验证。结果表明：1）中国森林生物量总量约为13.56 Pg,平均生物量密度为65.3 t/hm²,各省森林生物量总量差异较大,总量较高省份主要集中于西南和东北内蒙古地区,其中西南地区（西藏、四川、云南）最高,为4.5 Pg,占总量的33%;东北内蒙古地区（黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古）次之,为3.58 Pg,占总量的26%;2）在省级尺度构建的森林生物量与相关影响因子的回归关系可用于栅格尺度下森林生物量的降尺度估算,多尺度验证分析表明网格化估算结果基本合理;3）中国森林生物量空间格局区域分异规律明显,大致以东北至西南为界,与水热条件空间分布格局基本一致,生物量高值区主要集中于东北地区（大小兴安岭、长白山地区）、西南地区（横断山脉）、新疆山区（阿尔泰山、天山、昆仑山）、秦岭和东南武夷山等地区。     

1957-2007年新疆天山山区气候变化对径流的影响

利用天山山区1957-2007年的气温、降水量及径流数据,借助非参数检验、小波变换等方法分析了天山山区气温、降水量及年径流量的变化趋势及多时间尺度相关。结果表明:玛纳斯河与塔里木河源流区年径流量、气温与降水量均呈显著增加趋势;在年代际上,塔里木河源流区气温存在11、18和22 a的主周期,降水量存在10、20与22 a的主周期;玛纳斯河气温在10与22 a处存在明显周期,降水量在20与22 a处周期性明显;同时,两源流区气温和降水量皆存在3~6 a的年际周期变化;塔里木河年径流量、气温和降水量的突变点分别发生在1993、1993和1992年,而玛纳斯河分别在1995、1988与1996年发生显著性突变;两流域源流区年径流量与气候因子存在显著的多时间尺度相关关系。     

基于格点数据的西北干旱区极端降水事件分析

根据国家气象信息中心发布的0.5°×0.5°中国地面逐日降水格点数据集,选取最大1 日降水量(RX1day)、最大5 日降水量(RX5day)、R95 极端降水量(R95)、湿天降水量(PRCPTOT)、持续干旱日数(CDD)和日降水强度(SDII)等指数,利用Sen 斜率法、相关分析法等方法分析了1961-2011 年中国西北干旱区极端降水特征,并探讨了各极端降水指数与北极涛动的关系,此外还与早期基于气象台站观测数据的相关研究结果进行了对比。结果表明:在时间尺度上,除CDD显著下降(P<0.01)外,其他指数均呈微弱上升趋势。在空间上,RX1day、RX5day、R95、PRCPTOT和SDII 在研究区内主要呈现西部明显增加、东部微弱减小的趋势,但CDD则整体呈现减小趋势。基于NCAR资料的夏季北极涛动指数与西北干旱区的CDD有很好的相关性(P<0.05),表明夏季北极涛动与该区的干旱事件发生之间存在一定联系。与早期站点数据的研究相比,格点数据覆盖度更好,能更为细致地描述空间变化特征,特别是在天山、阿尔泰山等山区的细节刻画上表现出一定的优势。     

Acid deposition models for detecting the effect of changes in emissions: an exploratory investigation utilizing meteorological variables

Two models are presented that incorporate meteorological variables to improve the assessment of the effects of emissions reductions on the concentration of sulfate in precipitation. We obtain results using these models from 12 sites in the NADP/NTN network for the 10-year period 1979–1988. In both models, we estimate the emissions effect and discuss appropriate measurements of error. Although we use historical data to evaluate the models, this methodology is developed to improve the assessment of anticipated future emission reductions under the Clean Air Act amendments of 1990. The emphaseis of this research is not on the actual estimates of the effect of emission changes. Rather, we show that the incorporation of meteorological variables offers some hope for improving the assessment of the effects of emission reductions. We provide a preliminary evaluation of the improvement in the methodology utilizing meteorological variables at 12 NADP/NTN sites in the eastern U.S.A.     

卧龙巴郎山高山灌丛降雨和穿透水稳定性氢氧同位素特征研究

论文对巴郎山区夏季降雨和不同海拔样地穿透水的H、O同位素特征进行了研究。由于8月底9月初冷气团的到来较大地改变了降雨的同位素特征,该地区夏季大气降水线为δD=9.93δ^{18,/sup>O+26.07,偏离全球降水线(GMWL)较多。降雨的温度效应和雨量效应表现出相互交叉的现象,表明该地区温度和雨量是交替起主导作用而引起降雨同位素组成变化的。H的同位素效应比O明显,其原因是H同位素分馏比O剧烈,从而对环境因子的响应比O灵敏,因此H同位素在森林水文研究中比O更有用。H同位素值在不同样地穿透水间存在差异,这是由它们不同的植被结构及周边微环境因子引起的水分蒸发状况和对雾水截获能力差异导致的。穿透水和降雨同位素值间存在较强线性关系。穿透水的同位素值不一定大于降雨,表明影响穿透水同位素值的因素不仅仅是水分蒸发和植被对雾水的截获,而应是多种因素的综合效应,对这些因素的全面了解将对同位素技术在森林水文研究中的进一步应用有重要意义。}     

横断山区季风期水分盈亏量时空变化特征及其与若干气候指数的相关性分析

基于横断山区27 个气象台站1961-2012 年的实测数据,应用Penman-Monteith 模型、气候倾向率空间插值、交叉小波和相干小波变换等方法分析横断山区季风期水分盈亏量的时空变化趋势及其与若干气候指数之间的相互关系。结果表明:近52 a 来,横断山区季风期水分盈亏量在波动中呈增加趋势,其增加速率为5.87 mm/10 a;且在整个时段内,横断山区季风期水分盈亏量均呈盈余状态。该区季风期水分盈亏量空间差异也较为明显,水分盈亏量从南到北逐渐降低,但其增加趋势却从南到北逐渐增大。季风期水分盈亏量与海拔呈现负相关,即水分盈亏量随着海拔的升高而降低;在海拔相对较低的区域,水分盈亏量较高;反之,水分盈亏量较低。此外,该区域季风期水分盈亏量与北极涛动(AO)、太平洋年代际振荡(PDO)和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)气候指数等存在多尺度的显著相关性。     

阴山北麓草原生态功能区植被覆盖度遥感动态监测

为揭示植被覆盖度时空动态变化及其与气候因子的相关关系,以2011年国务院印发的《国家主体功能区规划》中划定的防风固沙类型的阴山北麓草原生态功能区为研究区域,以MODIS长时间序列的植被指数产品为数据源,采用像元二分法、一元线性趋势法以及相关分析法等,对阴山北麓草原生态功能区植被覆盖时空变化及其与气温和降水的关系进行分析.结果表明:阴山北麓草原生态功能区植被覆盖较差,其中以察哈尔右翼中旗的植被覆盖度为最高,数值在30%~60%之间;乌拉特后旗植被覆盖度为最低,处于2.31%~8.89%之间.2000-2010年研究区植被覆盖整体呈波动下降趋势,以低等级（0~20%）和较低等级（20%~40%）为主,两等级面积占90%以上;处于高等级（60%~80%）和较高等级（80%~100%）水平的区域面积总和仅占研究区总面积的0.62%.2000-2010年植被覆盖度由高等级向低等级的转化趋势明显,植被退化面积占研究区总面积的53.4%,植被改善面积仅占1.63%,基本不变的区域占44.97%.相关分析显示,研究区植被覆盖度与同期降水响应关系良好,大部分区域二者呈正相关;植被覆盖度与同期气温关系不明显,大部分区域二者呈负相关,说明降水是影响阴山北麓草原生态功能区植被覆盖度变化的主要自然因素.      

A methodological framework for improving air quality monitoring network layout. Applications to environment management

This work aims to provide a methodology framework which allows to improve the performance and efficiency of an air quality monitoring network (AQMN). It requires to be constituted by a minimum and reliable number of measurement sites. Nevertheless, the AQMN efficiency should be assessed over time, as a consequence of the possible emergence of new emission sources of air pollutants, which could lead to variations on their spatial distribution within the target area. PM₁₀ particles data monitored by the Community of Madrid's (Spain) AQMN between 2008 and 2017 were used to develop a methodology to optimize the AQMN performance. The annual spatial distribution of average PM₁₀ levels over the studied period monitored by all current stations vs those more representative was provided by a geographic information system (GIS), and the percentage of similarity between both postulates was quantified using simple linear regression (> 95%). As one innovative tool of this study, the practical application of the proposed methodology was validated using PM₁₀ particles data measured by AQMN during 2007 and 2018, reaching a similitude degree higher than 95%. The influence of temporal variation on the proposed methodological framework was around 20%.The proposed methodology sets criteria for identifying non-redundant stations within AQMN, it is also able to appropriately assess the representativeness of fixed monitoring sites within an AQMN and it complements the guidelines set by European legislation on air pollutants monitoring at fixed stations, which could help to tackle efforts to improve the air quality management.     

Comparison of measurements and model results for airborne sulphur and nitrogen components with Kriging

Comparisons have been made between calculations from the Lagrangian model for acid deposition at Meteorological Synthesizing Centre-West (MSC-W) of EMEP and measurements at EMEP sites. Annual averages of aerosol sulphate, sulphate in precipitation and nitrate in precipitation were calculated and compared for selected sites. Site selection was based on data completeness and on results from EMEP interlaboratory exercises. The comparison for sulphates in precipitation and air led to a model underestimation in the north and model overestimation in a belt through the major source regions in central Europe. The comparisons also indicate irregularities at some sites which may be due to influence from local sources, or the data quality, although this is not substantiated. The model estimates of nitrate in precipitation compare well with the measurements, although some characteristics differences occur also for this component.