能量参数在中川机场雷暴预测中的应用

我国目前的大气探空网, 其时空观测密度尚不足以捕捉强对流天气信号.采用中尺度数值模式MM5对发生在兰州中川机场的5次雷暴天气进行模拟, 利用模拟结果并结合地面观测资料, 计算、分析了雷暴发生、发展过程中一些对流活动指数的变化, 结果表明, 对流有效位势能量(CAPE)和对流抑制能量(CIN)对中川机场雷暴预测有较好的指示意义, 当CAPE＞20 J·kg -1 时就可能出现雷暴, ＞100 J·kg -1 时雷暴较强;经过地面资料修正的CAPE能够更准确地预测雷暴发生时间, 描述雷暴发展过程中的能量积累和释放过程;同时指出, 使用数值模式预测雷暴时, 积分时间不易过长.     

黑河流域陆地—大气相互作用研究的几点思考

陆地和大气之间是相互作用、相互影响的,不仅陆面分布与地表过程对大气变化有着响应过程,而且陆面物理过程、地表特征分布对大气过程也有着重要影响。我国西北地区地形分布极不均匀,是水资源变化和气候变化的敏感区与脆弱地区。这里,由于海拔高度起伏造就了以水为主线的上游山区冰雪、冻土—中游森林、绿洲—下游戈壁荒漠的多个自然景观带共存的内陆河流域,是开展陆—气相互作用研究的理想场所。文章集中黑河流域水循环过程、冰雪/冻土与大气相互作用、降水异质性、人类活动影响以及尺度等问题,阐述了流域研究现状以及研究热点,指出发挥各学科优势,将大尺度的大气过程与中间尺度和小尺度的陆面水文/生态过程结合,建立流域尺度大气—水文—生态过程真正的双向耦合模式,不仅研究气候变化对陆面水文、生态的影响,同时探讨陆面小尺度过程对大气的反馈机理,探索流域尺度的水循环过程和驱动机理,为水资源合理利用提供理论基础。     

基于不同土地利用产品的华东地区夏季陆气相互作用模拟研究

土地利用和土地覆盖变化(Land Use and Land Cover Chang,LUCC)通过影响局地陆面过程及陆气相互作用进而影响局地天气和气候。为探究LUCC产品对陆气相互作用的影响,本文采用了三套LUCC产品,包括USGS、Landsat和MODIS,模拟研究不同LUCC产品对华东地区土壤和近地面温度、湿度的影响。结果表明,不同LUCC产品的土地利用类型差异主要在城市、农田和以草地、森林为主的自然植被。与USGS产品相比,Landsat和MODIS产品的城市和森林面积分别增加了2%和15%以上,农田面积则减少了17%左右。模拟结果表明,Landsat和MODIS产品的城市面积增加导致该区域的土壤温度和湿度增加,感热通量分别增加了28.1 W·m^-2、68.3 W·m^-2,潜热通量分别减少了28.3 W·m^-2、81 W·m^-2,这使得2 m气温增加了1.5℃左右,相对湿度减小了约9%。USGS产品中的农田和草地在Landsat和MODIS中改变为森林也使得土壤温度、湿度和近地面能量通量、温...     

华东地区主要地形因子对极端小时降水峰型的影响研究

在全球持续增温的背景下,极端降水事件频发,给人民的生产生活和社会的经济发展造成了严重威胁。本文利用华东315个气象台站2011—2018年的小时观测数据,按照降水日峰值特征将华东地区极端小时降水分为单峰型和多峰型,基于多尺度地理加权回归模型,探讨了两种峰型极端小时降水空间分布与地形因子的关系。研究表明两种峰型极端降水分别对应常规年份和厄尔尼诺年,地形起伏度在两类峰型的降水中都为最重要的地形因子,主导区域主要为浙江北部及浙闽山脉北部;其他地形因子在两类峰型的降水中作用存在显著差异。单峰型降水中,第二重要的地形因子为地形坡度,主导区域位于浙闽山脉东南侧;而在多峰型降水中,第二重要的地形因子为离海岸线距离,且主导区域位于沿海地区。对二者差异的机理分析发现,单峰型降水以午后对流为主,浙闽山脉东南侧地形坡度较大处的对流有效位能值较大,容易促发对流;而在多峰型降水中清晨降水以平流为主,水汽输送明显较单峰型降水大,因此,离海岸线距离对该类型降水有重要影响。     

内陆河高寒山区流域分布式水热耦合模型（Ⅲ）：MM5嵌套结果

利用中尺度气候模式MM5计算黑河山区流域2003年2月11日到6月30日的日降水量、2.0 m高度的日平均气温和潜热，并将其嵌套到DWHC模型中。MM5运行周期为10 d，积分步长为3 s，空间分辨率为3 km。保持DWHC模型土壤参数、植被参数、经验参数和可调参数等不变，仅对模型初始参数进行了调整，利用最近距离法（nearest）将MM5输出结果插值到1 km×1 km格点上，所计算的黑河干流出山口日平均流量与实测序列的NSE＝0.79，B＝-0.79（％），EV＝0.79，R2＝0.81。利用基于三角网格的立体插值法（cubic）所获结果与此相当，NSE＝0.79，B＝-0.65（％），EV＝0.79，R2＝0.80。这说明利用MM5 DWHC嵌套模型来模拟流域日平均流量是可行的。MM5 DWHC嵌套模型在径流模拟方面，比利用地面资料驱动结果要好。MM5 DWHC嵌套模型的计算结果表明，内陆河高寒山区流域存在明显的浅表产流特征，这与地面观测资料驱动结果一致。模型调试结果表明，MM5输出结果存在某种奇异性，且输出的非汛期降水量明显偏大。     

黑河上游环境要素场对降雨汇流过程的响应

运用包含土壤、植被陆面过程OSULSM的中尺度大气模式MM5,将分布式水文模式DHS—VM中汇流参数化方案与其耦合,成功地模拟了：?002午?月黑河流域上游的洪水事件,在大气模式中实现了地表水的再分布。综合考虑了陆地水文状况与气候之间的相互影响,分析了地表特征场以及大气要素场随汇流过程的变化。     

阿拉善荒漠典型植物功能群氮、磷化学计量特征

氮（N）、磷（P）作为荒漠生态系统重要的养分元素和限制性因子,在维持植物功能群组成及结构稳定、生态系统内养分循环中发挥着重要的作用。本研究沿水热梯度从东至西在阿拉善荒漠设置52个调查样地,通过对优势植物的调查取样,分析了荒漠植物不同功能（类）群N、P元素的生态化学计量特征,并就N、P含量及N：P值对荒漠植物的限制性作用进行了检验和讨论。结果显示：（1）所调查阿拉善荒漠区植物叶片的N、P含量分别为10.65±7.91 mg·g^-1和1.04±0.81 mg·g^-1,N：P值为11.53±5.06,叶片N含量与P含量及N：P值均显著正相关,P含量与N：P值显著负相关;通过对比分析认为该区植物同时受到N、P双重制约,且更易受N限制。（2）从植物生活型比较,认为草本植物叶片N、P含量均高于灌木植物叶片,而灌木植物叶片的N：P值大于草本植物;对光合作用途径分析发现,C₃植物叶片N含量高于C₄植物叶片,而C₄植物叶片P含量高于C₃植物叶片;从系统发育类型方面分析,认为单子叶植物叶片N含量低于双子叶植物叶片N含量,而P含量则高于双子叶植物叶片P含量。     

中国干旱沙区的生态重建与恢复:沙坡头站60年重要研究进展综述

中国科学院沙坡头沙漠研究试验站建站60年来,服务于国家需求,推动了沙漠科学的发展。在沙害治理、沙漠生态重建与恢复、荒漠生态系统长期生态学、沙地生态水文学\,人工植被稳定性及干旱胁迫生理生态学方面取得了重要进展\.解决了在降水量小于200 mm的干旱沙漠地区植被建设的关键技术,证实了通过人为促进生态恢复是可行的,创造了人类活动(治理和利用)与沙漠自然和谐持续发展的模式;探讨了干旱沙区土壤水循环的植被调控机理,提出了生态恢复的关键技术及其应用模式;理论上探明了人工植被稳定性维持的生态学机理,提出了荒漠系统生态恢复的理论模型;揭示了荒漠生态系统碳、氮循环及其对环境因子的响应;引领了生物土壤结皮的生理生态功能及其水文学研究;拓展了干旱逆境生理生态学的研究。沙坡头站已成为国际沙漠科学与荒漠长期生态学研究的重要平台。     

人工固沙植被区土壤水分动态及空间分布

土壤水分是干旱区固沙植被生长发育最主要的限制因子,了解其动态变化特征对沙区人工植被建设具有重要意义。本研究利用EnviroSMART土壤水分监测系统,于2009-2013年对宁夏沙坡头地区人工固沙植被区的土壤水分动态进行连续监测。结果表明:(1)降水对土壤水分状况及动态变化有较大的影响。土壤水分总体处于过度消耗状态,在非生长季,土壤水分没有明显的回升现象。(2)生长季初期(4-5月)为土壤水分弱消耗阶段;生长旺盛期(6-8月)为土壤水分快速消耗阶段,水分变化波动较剧烈,空间异质性最强;生长季末期(9-10月)的土壤水分处于相对稳定状态。(3)土壤水分随深度增加呈“S”形变化趋势,浅层的土壤含水量明显高于其他深度,200 cm深度土壤含水量较低且年际间变化不大(1.53%~2.10%)。湿润年份土壤水分剧烈变化的土层深度为0～100 cm,而干旱年份为0～20 cm。(4)相对于干旱年份,湿润年份的土壤含水量不但较高,而且水分变化波动较为剧烈。当土壤水分较低时,其变异性会随着土壤水分含量的增加而增加。(5)试验区灌木盖度在5年间呈下降趋势,一年生草本受降水量影响年际变化较大。受降水时空分布影响的土壤水分是沙坡头人工植被演替的重要驱动力。     

荒漠人工固沙植被区浅层土壤水分动态的时间稳定性特征

试验在地表由生物土壤结皮覆被的荒漠人工固沙植被区进行,通过对0.45 hm2试验样地浅层（0—15 cm,0—30 cm）土壤水分连续动态（2005年4—10月）测定,基于经典时间稳定性理论分析,来揭示荒漠人工固沙植被区浅层土壤水分动态的时间稳定性特征。结果表明,无论在干旱或湿润条件下,浅层土壤水分都具有明显的时间稳定性特征,并且在土壤剖面30 cm深度表现得比剖面深度15 cm更为显著;在干旱条件下,两种土壤剖面深度的土壤水分时间稳定性特征均比湿润条件下显著。根据研究结果,初步确定了试验样地平均土壤水分含量的代表性测点。