西北干旱区降水中 δ18O变化特征及其水汽输送

以IAEA/WMO提供的乌鲁木齐(1986～2003年)、张掖(1986～2003年)与和田(1988～1992年)大气降水稳定同位素观测数据和相关气象要素为基础,通过回归分析得到西北干旱区大气降水方程,并对降水中稳定同位素的时空变化特征及其与气温和降水量的相关关系进行了分析;采用HYSPLIT4.9模型对3个站点水汽来源进行追踪,建立了西北干旱区的水汽输送模式,并对冰冻圈δ18O的记录进行了探讨.结果表明,该区大气降水方程为δD=7.24δ18O+1.96‰,局地蒸发较强烈;乌鲁木齐、张掖与和田降水中δ18O分别波动于-20.58‰～-5.4‰、-18.58‰～-2.46‰和-20.33‰～-0.01‰,均表现出冬低夏高的特点,而d值则表现为冬高夏低;从空间分布来看,δ18O张掖最高,和田次之,乌鲁木齐最低,d值则乌鲁木齐最高,和田次之,张掖最低;降水中δ18O温度效应显著,相关系数分别为0.85、0.81、0.86,而降水量效应不存在;水汽来源轨迹表明,该区全年有两条水汽路径,分别为西风带输送的大西洋海源水汽以及极地北冰洋地区水汽,受其影响δ18O冬半年较低,夏半年则较高;由于冰冻圈环境的独特性,该区冰川雪冰中δ18O的变化与相应的气象站记录对应关系良好,很好地反映着气温的变化.     

西北内陆区降水稳定同位素时空分布特征及其水汽来源

综合分析西北内陆区97个研究站点的降水稳定同位素数据,并结合相关气象资料,揭示了西北内陆区降水稳定同位素δ¹⁸O、δD和d-excess时空分布特征,明确了海拔、经纬度、温度和降雨量对降水δ¹⁸O的影响;利用水汽通量和HYSPLIT模型追踪了大气降水的水汽来源.同时,根据关键自然地理要素的空间差异将西北内陆区划分为4个子区域,对上述内容分区域进行系统分析和对比.结果表明：(1)西北内陆区降水δ¹⁸O和δD的变化范围分别为-21.20‰～1.70‰和-144.20‰～5.21‰,d-excess波动范围为-20.37‰～46.48‰,δ¹⁸O、δD和d-excess均存在显著的空间变化和季节变化特征,河西内陆区和塔里木地区δ¹⁸O和δD值相对偏正,柴达木-青海湖区和准噶尔-吐哈地区δ¹⁸O和δD偏负.(2)西北内陆区大气降水线方程的斜率和截距均小于中国和全球大气降水线,4个子区域亦低于全球水线,其中塔里木地区斜率最低.(3)西北内陆区海拔效应为-0.04‰·...     

降水量与城市大气环境关系——以113个环保重点城市为例

为研究降水量与大气污染物之间的关系,依据2017年全国113个环保重点城市大气质量数据,得出城市聚类空间分布规律及两者之间线性拟合方程。基于南北降水量分布特性与城市空气污染指数,采用模糊聚类法对具有不同亲疏程度的城市进行类别划分,运用Spearman相关性与拟合方程对大气污染特征值与降水量进行分析。结果表明：随着聚类种数增多,城市聚集在空间分布上由“环环相套”发展为“依流域分布”,降水量与大气污染物浓度呈现负向关联性,晋冀鲁豫陕省份污染最严重。采用Kolmogorov-Smirnov检验法,得出NO₂、O₃、PM_2.5总体分布符合正态分布,SO₂、PM₁₀、CO既不符合正态分布,也不符合均匀、指数分布,它们与降水量的相关系数为：-0.316、-0.238、-0.332、-0.617、-0.574、-0.695;线性拟合方程系数处于 [-0.031, -0.008] 之间,降水量与大气污染物浓度之间负相关性明显。研究结果有助于了解和认识降水量对城市大气环境变化的影响。     

干旱区城市化对生态系统碳库的影响——以乌鲁木齐市为例

城市化是影响区域生态系统碳循环的主要原因,也是评估生态系统碳循环的最大不确定因素。论文利用1990与2010年Landsat TM数据,基于V-I-S城市土地覆被模型和决策树分类法,获得乌鲁木齐土地变化时空格局;结合野外实测数据和文献检索得到研究区不同土地覆被类型的土壤与植被碳密度,估算了城市土地变化对生态系统碳库的影响。结果表明：1）1990—2010年间,乌鲁木齐城市不透水地表（impervious surface areas, ISA）以中部南部内部填充与北部扩张的形式约增加62%,主要占用农田（27%）与荒漠（62%）。2）乌鲁木齐市生态系统碳库主体（95%）分布在土壤中,城市土地覆被变化导致约25%的碳库损失,由农田、裸土/残存荒漠以及城市绿地转变为ISA解释了68%的土壤有机碳和63%的植被碳损失量,其空间分布与ISA的扩张相一致。城市植被及其土壤具有较高的碳密度,合理的城市规划可以抵消部分因土地变化而损失的生态系统碳。     

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。     

四川空中水资源的稳定性与可开发性研究

利用1948—2008年的NCEP/NCAR逐月再分析资料,计算了四川地区大气中的可降水量、水汽含量相对变率、水汽输送通量和水汽输送通量散度,分析了四川空中水资源的稳定性与可开发性。结果表明:水汽含量的稳定性特征与水汽含量有密切关系,水汽含量高的东南部,水汽含量稳定;水汽含量相对低的西北地区,水汽含量不稳定。盆地月水汽含量的平均年际变化特点为:夏季小、冬季大,东部小、西部大,1948—2008年以来,区域平均的年大气可降水量总体呈偏多—偏少—偏多—偏少的趋势。大部分水汽集中在对流层中下层,主要来自印度季风区孟加拉湾和南海,而对流层中上层,则以中纬度西风带输送为主。春、秋、冬季四川东南地区有较强的水汽辐合中心,结合大气环流和大气湿度分布揭示了区域上空水汽汇聚,可以较好地指导云雨作业。     

基于农牧民生计资本的干旱区草地适应性管理——以准噶尔北部的富蕴县为例

草地适应性管理是有效解决我国“三牧”（牧业、牧区和牧民）问题的重要路径。论文以准噶尔北部的富蕴县为例,采用系统（分层）抽样、参与性农户评估方法开展农牧户调查,建立生计资本量化指标体系及系统耦合协调度模型,测算农牧户生计资本及其耦合协调度。基于评估结果,提出干旱区草地适应性管理策略。研究表明：1）农牧民过度依赖天然草地放牧,普遍缺乏发展型生计,其生计资本水平低、生计转换能力弱、生计脆弱性高;2）农牧户间同质性较大,5项生计资本间属性分异明显,缺乏牧业合作经济组织,是研究区农牧户生计资本耦合协调度较低的主要原因;3）推进牧民生计多样化,转变牧业生产方式,发展牧区草产业,优化草地生产功能与生态功能的时空配置,有助于增强草地畜牧业人文-自然耦合系统的恢复力/弹性力。因此,加快培育新型职业牧民,加快发展现代草牧业,加快建设良好的农牧民组织,加强草地科学放牧管理,成为干旱区草地适应性管理的迫切任务。     

GPS遥感塔克拉玛干沙漠腹地水汽含量与降水关系

利用2009年7月和9月塔中站的地基GPS观测数据,运用GAMIT软件解算反演的大气水汽含量与局地降水之间的关系进行了分析,得到了塔克拉玛干沙漠腹地大气水汽含量的变化与降水的相互关系,这对于气象研究以及天气预报有着重要意义.结果表明:48 h GPS遥感的大气水汽含量增量和本站是否发生降水关系密切,大气水汽总量最大值出现时刻与地面小时降水有很好的相关性.采用前期的大气水汽总量平均值和短时大气水汽总量增量2个条件进行降水的判断,认为降水是否出现与水汽的高值区有很好的对应关系.     

黄河流域内蒙古段1951—2012年气温、降水变化及其关系

黄河流域内蒙古段是内蒙古自治区重要的经济发展区,研究其气候因子变化对流域水资源、区域经济社会发展及生态环境保护有重要意义。论文利用研究区及其周边地区52个气象站点1951—2012年气温与降水量资料,采用回归分析、年代均值比较、5 a滑动、气候倾向率和Mann-Kendall检验等方法,对气温与降水变化及其关系进行了分析。结果表明：近62 a来,研究区域平均气温、平均最高和最低气温均呈明显上升趋势（0.283 ℃/10 a、0.235 ℃/10 a、 0.590 ℃/10 a）,尤以20世纪90年代增温最为明显,冬季增长速率最快,对气温升高贡献最大。3类气温分别在1988、1989、1982年发生了突变,平均气温、平均最高气温突变时间均晚于平均最低气温。多年降水量年际变化较大,总体呈下降趋势（-1.48 mm/10 a）,但下降幅度不明显。年降水量与平均气温、平均最高气温、平均最低气温在20世纪80—90年代相关性较好,均呈上升趋势,而其他时期则呈阶段反对称变化。从季节上看,春季降水量与3类气温年值相关性最好;夏季降水量与3类气温的年际变化趋势类似;秋季降水量与3类气温呈阶段反对称性变化;冬季降水量与3类气温在20世纪90年代到21世纪呈反对称变化,其他年代则呈现一致的变化趋势。     

北京气态污染物变化与空中水汽变化的比较研究

气态污染物(SO2、NO2、CO)是形成PM2.5的主要来源。水汽是影响天气变化的关键要素,也是导致霾灾害天气发生的关键因子。水汽的变化是否影响空气中气态污染物的质量浓度变化?该文通过北京2013年地面气态污染物和无线电探空水汽的比较,发现:秋冬春季节PWV变化与SO2、NO2、CO变化呈显著正相关(相关性0.5),与O3变化呈负相关;这一相关性在降水较多的夏季并不明显。秋冬春季节无线电探空分层水汽与气态污染物变化的比较中,第3、4、5层水汽变化与气态污染物变化的相关性最佳,由此推断:空中水汽层在较为湿润的时候是地表气态污染物(SO2、NO2、CO)无法向上扩散;而O3与大气层水汽相互融合,因而呈现负相关特性。根据这一推断可知:在少雨的秋冬春季节,当空中水汽层较为湿润,地表气态污染物(SO2、NO2、CO)无法向上扩散,因而形成地表霾天气。     

近50 a西北干旱区冬季积雪日数变化特征

论文基于西北干旱区104个站点1961—2010年的日积雪深度、日平均气温、日降水量数据和NCEP/NCAR数据,利用K-means聚类分析、Mann-Kendall法等方法,对西北干旱区冬季积雪日数的时空变化特征及其变化原因进行分析。结果表明:1)冬季积雪日数大值主要集中在阿尔泰山和准噶尔盆地地区,西辽河流域、鄂尔多斯高原、天山、塔里木、阿拉善高原地区冬季积雪日数相对较少,内蒙古高原地区冬季积雪日数基本呈由高纬地区向低纬地区减少的趋势。2)近50 a,西北干旱区冬季积雪日数呈增加趋势,且各区域主要在1984年发生突变现象。内蒙古高原地区内站点冬季积雪日数变化较大,其他分区内站点的冬季积雪日数基本无变化。3)西北干旱区各分区周期变化主要集中在5、10、25 a左右,其中25 a的周期变化最为明显。4)冬季东亚大槽、南支槽的减弱与西风的增强使西北干旱区降水量增加是导致西北干旱区冬季积雪日数增加的主要原因。     

川渝地区夏季降水异常水汽输送差异

利用川渝地区1960—2006年34站逐月降水量资料和美国NCEP/NCAR同期逐月风场、比湿场和地面气压场资料,网格距2.5°×2.5°,采用EOF分解、区域降水指数、合成分析等方法,详细讨论了川渝地区夏季降水量多、少雨年水汽通量的纬向、经向、整层输送及水汽通量散度的差异。川渝地区夏季降水量标准化距平EOF分解结果表明把川渝地区夏季降水量作为一个整体来分析是合理的。区域降水量指数能很好地揭示出川渝地区夏季降水量的多寡。合成分析表明川渝地区夏季降水量多、少雨年水汽输送通量的纬向、经向、整层输送及水汽通量散度存在着明显差异,多雨年孟加拉湾、南海、西太平洋的水汽输送通量显著增强,水汽输送通量辐合比少雨年显著增强,为川渝地区夏季降水提供了丰沛的水汽条件,有利于川渝地区夏季降水量的异常偏多;少雨年则反之。     

我国东北地区大气降水稳定同位素特征及其水汽来源

依据全球大气降水同位素观测网络(GNIP)中我国东北地区的月大气降水氢氧稳定同位素资料,并结合相关气象资料,分析了该地区大气降水稳定同位素时空分布特征及其影响因子,并建立了局地大气水线方程.结果表明,东北地区大气降水中δ18O值总体上较低,在时间变化上,表现为冬低夏高;从空间分布来看,由南至北加权平均δ18O值呈减小趋势;降水δ18O与温度线性关系显著,而与降水量则不存在线性关系,利用降水δ18O与温度、降水量、高程、经度和纬度等气候因子建立的多元线性回归关系可以对降水δ18O进行定量估算;采用HYSPLIT 4.9模型对GNIP观测点水汽来源进行追踪,气团聚类轨迹表明,该区全年有两条水汽路径,分别为西风带输送的大西洋、极地北冰洋冷湿水汽和太平洋暖湿水汽.     

中国西北地区持续干期日数时空变化特征

采用1961-2011 年111 个地面观测站逐日降水量资料,分析了中国西北地区近51 a 四季持续干期日数变化趋势。结果表明：近51 a 来西北全区春季和冬季持续干期日数都呈明显的下降趋势,冬季的下降幅度达到-1.6 d·(10 a)^-1,而夏季和秋季变化趋势不太明显。空间分布上该区大部分地区持续干期日数变化倾向率春季呈减少趋势,变化倾向率在-5.0～5.0d·(10 a)^-1之间;夏季不同的区域变化趋势不同;秋季西北西部呈减少趋势,而西北东部则呈增加趋势;冬季除陕西南部的关中平原和秦巴山地外,其他大部分地区呈减少趋势,变化倾向率在-6.0～3.0 d·(10 a)^-1之间。持续干期日数年代际变化和空间变化趋势在不同自然区变化趋势也存在差异。     

1965—2013年渭河流域降水时空变化分析

利用1965—2013年渭河流域及其周边22个气象站点的降水数据,采用线性回归、经验正交函数(EOF)分解和Mann-Kendall突变性检验等方法,分析了渭河流域近50 a降水的时空分布特征。结果表明:1)从时间变化来看,在0.05显著性水平上,除春季降水呈现明显减小趋势外(-6.23 mm/10 a),其他季节和全年降水量的变化均不明显。同时,突变分析表明春季降水存在明显的突变,1991年为其突变点,其他季节和年降水均不存在显著的突变。2)渭河流域降水空间分布不均,总体呈现由东南向西北减小的趋势,从变化趋势空间分布来看,上游的减少趋势大于中游地区。3)EOF分解结果表明,渭河流域全年和四季降水的空间分布存在总体一致型和东南—西北区域反位相型的分布类型。     

西北地区近50a气温和降水极端事件的变化特征

采用1960-2009年西北地区124个气象站点的逐日最高气温、最低气温和日降水量资料,对该地区极端气候变化进行了研究探讨,并在此基础上尝试预测了未来该地区极端气候变化的情形。研究表明:近50 a以来,西北地区夏季天数、生物生长季、热夜天数、高温天数分别以2.31、2.98、1.07、0.45 d·(10 a)^-1的速度显著增加;结冰天数、最大连续霜冻天数、低温天数分别以-2.51、-1.79、-3.62 d·(10 a)^-1的趋势在显著减少;极端气温年较差也以-0.39℃·(10 a)^-1的速度在减少;除极端气温年较差外,极端温度指数和年平均气温有很好的相关性;最大的1和5天降水总量、逐年平均降水强度和持续干旱天数呈增加趋势,而中雨天数和持续降水天数呈减少趋势;除持续干旱天数外,年降水总量与其他极端降水指标有很好的相关;从空间分布和各气候区来看,极端气候增加或减少的趋势及其与年平均气温或年总降水量相关性不尽相同。     

中国十大流域近40多年降水量时空变化特征

利用中国1956～2000年月降水量资料,按流域将全国划分为10个区域,分析了各流域年、季降水量的多年平均状况和年代际变化特征以及长期变化趋势。分析结果进一步证实,中国北方流域降水量少,年际变化大,水资源缺乏且不稳定;南方流域降水较多,年际变化较小,水资源相对充足且比较稳定。分析结果还表明,近45年来,北方外流河流域年降水量一般趋于减少,特别是20世纪90年代以来降水明显减少;南方流域以降水增加为主,90年代降水均较80年代增多,特别是长江流域以南地区更为明显。季节降水减少主要出现在夏秋季,冬春季降水有微弱增加趋势。近20年来,中国绝大多数流域降水的增减趋势与近45年长序列的变化趋势基本一致。北方大部分外流河流域年降水量减少,南方流域多为增加。夏、秋季,大部流域降水较前20年减少,冬春季则相反。中国西北诸河流域是十大流域中惟一四季降水均有增加的流域。