寒区典型下垫面冻土水热过程对比研究(Ⅰ)：模型对比

冻土水热传输和水热耦合过程是寒区水循环的核心环节和重要组成部分,土壤温度和湿度(含水量)的观测和模拟是冻土水热过程分析的基础. 以中国科学院寒区旱区环境与工程研究所黑河上游生态-水文试验研究站葫芦沟试验小流域为依托,选取季节冻土区的高寒草原、高寒草甸和多年冻土区的沼泽化草甸、高山寒漠等4种典型寒区下垫面,分别布设自动气象站,并调查相关土壤和植被参数,利用SHAW和CoupModel模型对试验点的土壤水热条件进行模拟计算.结果表明：4个试验点多层土壤含水量和地温SHAW模型计算值与实测值对比平均相关系数R²分别为0.65和0.90;CoupModel模型计算值与实测值对比平均R²为0.72和0.93. 总体上,地温的模型估算结果略好于含水量;相对于SHAW模型,CoupModel模型是更适合寒区各种下垫面的一维SVATs模型.     

祁连山TRwS204与中国标准雨量筒降水观测对比研究

山区降水类型、过程和气候条件复杂多变,不同雨量筒观测结果均存在一定的误差,亟需了解常用人工和自记雨量筒之间及其与实际降水量之间的差异。针对中国标准雨量筒[无防风措施(CSPG_(UN))和配备单层Alter防风圈(CSPG_(SA))]和在祁连山常用的TRwS204称重式雨雪量计[配备单层Alter防风圈(TRwS_(SA))],于2014年9月至2017年8月在祁连山黑河上游葫芦沟小流域开展了同步降水观测对比试验,以按照世界气象组织推荐的固态降水测量标准安装的中国标准雨量筒的修正值作为标准降水量。结果表明:(1)CSPG_(UN)、CSPG_(SA)和TRwS_(SA)降雨观测的平均动力损失(平均动力损失与平均标准降雨量的百分比)分别为0.21 mm(3.4%)、0.12 mm(1.9%)和0.61 mm(9.8%),雨夹雪分别为0.37 mm(7.6%)、0.16 mm(3.3%)和0.51 mm(10.5%),降雪分别为0.27 mm(10.2%)、0.09 mm(3.4%)和0.57mm(21.4%)。(2)CSPGUN和CSPG_(SA)动力损失的差异主要与防风圈的使用有关,而CSPG_(SA)和TRwS_(SA)动力损失的差异主要与雨量筒形状不同有关,同时本研究结果还可能受到TRwS204特定误差的影响。(3)当风速高于2.0 m·s~(-1)时,各雨量筒降雨捕捉率出现明显的降低。因雨夹雪和降雪期间的平均风速较低,只有CSPGUN降雪捕捉率随风速的增加出现一定的降低。     

我国喜马拉雅地区适应气候变化能力建设的需求调查与分析

喜马拉雅地区是全球潜在关键区,过去几十年的气候变化已导致该地区冰川消融,与冰川有关的灾害风险与日俱增,随着气候的持续变暖,冰川消融将对该地区水资源供给产生负面影响.基于社会调查和实地考察,分析了我国喜马拉雅山地区冰川消融对灾害的可能影响,对水电发展的现实和潜在影响,并详细分析了气候变化对农业、牧业和林业的影响.根据调查问卷,分析了当地在适应冰川消融方面的迫切需求,社会经济不同部门适应气候变化的需求.以位于珠峰北坡朋曲河流域的定日县为典型区,探讨了在该县增强适应气候变化能力建设问题.当地应首先加强气候防护基础设施建设,以应对目前强降水增加引发的山洪、冰川加速消融导致的冰川洪水和泥石流危害、气候暖干化导致的农牧业干旱;开展以水能为主,多能互补,能源多样化建设,既可加快当地社会经济发展,又可促进当地居民适应气候变化能力的提高;吸引本地人才回流,加强各级岗位人才培训,提高管理水平和技术水平;大力开展科普宣传,提高农牧民对气候变化及其影响的了解和认识,增强其防御和应对能力.     

祁连山高寒灌丛苔藓持水性能

苔藓层的持水性能是衡量林地蓄水能力大小的重要指标,对森林生态水文过程的研究极为重要。以祁连山南坡高寒灌丛苔藓层为研究对象,采用野外与室内实验相结合的方法,对苔藓层持水性能进行了研究。结果表明:5种灌丛中,山生柳灌丛苔藓蓄积量最大,依次为鬼箭锦鸡儿、金露梅、高山柳和沙棘灌丛。灌丛苔藓单位面积最大持水量为13 790~18 980 g·m-2,苔藓最大持水率为386.94%~782.51%,表明高寒灌丛苔藓具有很强的吸水性能。苔藓持水量随着浸泡时间的增加而增加,浸泡开始0.5 h后苔藓持水量显著增加,12 h后趋于稳定,苔藓持水量与浸泡时间呈显著自然对数关系。灌丛苔藓层吸水速率在浸泡2 h内急速下降,2~6 h内呈缓慢下降,6 h后吸水速率趋于饱和,苔藓的吸水速率与浸泡时间呈极显著幂函数关系。研究结果可为高寒山区生态环境保护提供资料,并为流域生态水文模型提供有效参数和经验公式。     

多卫星遥感降水数据精度评价

利用中国650个台站降水数据,在日、月、年尺度上,分析了多卫星降水分析数据(TMPA3B42)在中国大陆50°N以南地区的适用性,并利用MODIS逐日积雪数据评估了冬季TMPA数据在以青藏高原为主体区的精度。结果表明:TMPA日降水数据精度存在时空不稳定性,且随着时间尺度的增加,TMPA降水数据的精度提高;在同一时间尺度上,TMPA数据精度在降水量大的地区要明显好于降水稀少地区,但年尺度降水大于2500mm地区存在明显低估;TMPA数据冬季区域降水空间误差平均水平在15%,当只考虑积雪区时的降水空间误差平均水平在40%,这说明TMPA对冬季降水空间量较差,但同时这也意味着可以利用MODIS积雪数据修正TMPA冬季降水数据。     

固液态降水分离方法探讨

降雨径流和融雪径流在水文循环中是截然不同的,当前大多数水文模型采用临界气温法来分离降雨和降雪,但这个临界值是用户自定的,没有统一的临界值.根据1961-1979年全国643个基本和基准气象站日平均气温和降水数据(1980年以后数据库中未标记降水形态而无法应用)来统计降雨和降雪的临界气温值.选取单站降雨和降雪均为98.5%的保证率所对应的日平均气温值,作为固液降水分离的临界气温值,绘制我国范围的临界气温等值线图.同时,引进月降雪比率分离法,判断流域内某月是否有降雪,降雪量多少,但该方法易受站点分布的影响.两种方法可结合使用,后者可以作为前者的辅助.     

高山寒漠带水文、生态和气候意义及其研究进展

高山寒漠带在青藏高原和天山地区的面积比率约为20%~30%,在高海拔山区面积分布广阔,是山区流域降水的高值区,下渗迅速,产流系数高,是山区流域的主要产流区。由于其海拔高、气温低、地形陡峭、植被稀疏,是重要的水文功能区和极端寒区生态脆弱区,附生在其中的稀疏植被和低温微生物是高山生命带的重要组成部分,对气候变化也有指示意义,但国内相关研究很少。人类活动对高山寒漠生境植被的影响比低海拔区要小,因而为我们提供了一个可以进行气候变化效应比较监测的机会。提出高山寒漠带在我国冰冻圈水文、生态和气候等方面的重要性,并对相关进展进行初步总结,建议将高山寒漠带作为一个特殊的生态、气候和水文功能区,专门进行研究。     

黑河高山草甸冻土带水热传输过程

以黑河源区高山草甸冻土带的基本气象参数、植被参数和土壤水热性质参数为输入条件,利用CoupModel模型计算了试验点两个完整年度日尺度上的各种基本水热状况,计算结果较符合实测值(7层地温和土壤液态含水量平均R2分别为0.95和0.83).利用模型输出的土壤热通量和土壤水迁移分析了试验点季节性冻土区的水热传输过程:在土壤层开始冻结期,下层土壤液态水向冻结锋面集结,集结期向上的地热通量急剧增加;在冻结期,土壤热传导主要与上下层的土壤温度有关,土壤水迁移基本处于零通量状态;在融化期,在融化锋面未出现液态水分集结现象,融化层土壤水热传输过程迅速改变并与非冻结土壤一致,向下的地热通量急剧增加.     

基于延时数字摄影测量的积雪过程4D监测技术研究北大核心CSCD

为实现4D(时间+空间)多目标、高精度的积雪监测,本次试验研究采用单台相机延时拍摄结合运动结构重建算法(Structure from motion,SfM),分别获取了祁连山黑河上游站裸露山坡坡面尺度单次降雪的雪深、逐日积雪空间分布和面积,以及祁连山八一冰川1.5m×1.5m的斑块尺度全年雪深及雪面特征数据。坡面尺度积雪观测研究表明:本方法可以准确获取积雪分布信息,但其雪深空间分布获取精度较差。斑块尺度雪深监测研究表明:本方法能够很好地获取连续的雪面特征信息和雪深,且获取雪深与SR50观测雪深的绝对误差小于3.4cm。在不同季节,本方法对积雪监测能力略有差异:春季快速积累期雪面纹理少,照片组对齐并获取点云数据和DEM数据的成功率较低,而冬季和消融季雪面纹理丰富,相应的对齐成功率比例和精度较高。本研究表明基于单台相机的4D摄影测量方法能够实现小范围、连续、高精度、多目标的积雪监测,未来应用前景广泛。     

实际地形下30min太阳辐射模拟及误差分析——以祁连山马粪沟流域为例

借鉴国内外实际地形条件下的太阳辐射计算方法,基于数字高程模型,建立了任意地形实际天气下30min太阳辐射估算模型。在此基础上利用2008年9月—2009年6月祁连山高山区马粪沟流域实测辐射资料对模型精度进行了验证,并分析了模型误差来源。结果表明,由于DEM数据误差造成30min太阳辐射模型计算的遮蔽度与实际的遮蔽度存在...