近50年来黄河源区极端气候事件趋势分析

为了解黄河源区极端气候变化规律,基于黄河源区及附近17个气象站1961~2013年逐日最高、最低气温和日降水量数据,利用极端气候指数并结合Mann-Kendall(M-K)趋势法分析了黄河源区极端气温和降水事件的变化趋势。结果表明,近50年来黄河源区极端冷指数(霜冻指数、冰封日数和冷夜指数)呈显著性减小趋势,线性减幅分别为-5.2、-4.35、-2.18d/10a,温度日较差以0.16℃/10a显著性减小,极端暖指数(暖昼日数)呈显著性上升趋势,线性增幅为1.4d/10a;最大连续干日天数有减小趋势,而平均雨日降水强度、中雨天数、1d和5d最大降水量及年总降水量有增加趋势。     

黄河上游地区辐射收支及土壤热状况季节变化特征

利用"玛曲气候与环境综合观测研究站"2006年7月～2007年5月的观测资料,分析研究了黄河上游地区 辐射及土壤热状况年变化特征.结果表明:该地区各辐射分量均存在显著的季节变化,4～9月份显著增加,10月份一来年3月份明显降低,年变化呈典型的单峰结构.地表反照率除冬季降雪期外,季节变化不是很明显,年平均地表反照率约为0.26;其日变化与太阳高度角关系密切.一年中,土壤温度梯度1月份最大,4月份最小.土壤温度梯度和净辐射相关系数为-0.61,通过了0.01的置信度检验.2.5～30cm浅层土壤热通量振荡明显,而30cm以下深层土壤热通量变化缓慢,10月份一次年5月份日平均土壤热通量从地表以下2.5～75cm土壤层几乎均为负值,说明更深层土壤释放热量,上层的土壤吸收热量;而其余月份则为正,土壤热量从浅层向深层传导.冬季由于土壤含冰量的影响,土壤导热率在1月份最大,而3、4月份相对较小;季节平均土壤导热率分别为:春季0.27、夏季0.38、秋季0.55、冬季0.83W·(m·K)-1.     

三江源区高寒湿地生态水文过程研究进展

结合三江源区高寒湿地生态系统的水文循环和生态过程的特点,探讨了三江源区高寒湿地水文循环过程、土壤水热过程、碳循环系统、高寒湿地的退化机制、湿地资源的保护与修复的研究进展,并分析了三江源区高寒湿地生态水文过程研究未来需关注的热点和发展趋势,供借鉴.     

改进的SIMHYD模型在黄河源区高寒气候的适应性研究

气候变暖使得区域水文循环过程加快,尤其在高纬度、高海拔地区,温度升高将使积雪、冰川融水量增加,这将给高寒区的水资源管理带来一定的挑战。以黄河上游的高寒气候区为研究对象,先采用5年滑动平均法从流域干燥指数(P/P_(ET))序列中识别出流域水资源最枯、最丰时段;然后,采用度日因子方法耦合SIMHYD模型,提出一种改进的SIMHYD模型(简称SIMHYD_snow模型);最后,对比评估SIMHYD_snow与传统SIMHYD模型的水文模拟过程,并揭示二者在月尺度水资源量评估上的差异。结果表明,黄河源区水资源整体呈"由丰转枯再转丰"的时程变化特征,1990年代最枯;改进的SIMHYD_snow模型显著提高了非汛期水文模拟精度,且湿润期更优;传统SIMHYD模型低估了非汛期的径流量,高估了汛前径流量。研究结果可为高寒气候区流域水资源量的精准评估提供重要的支撑。     

藏北高原湿地地表辐射的变化特征

利用位于藏北高原典型湿地的MS3478站1a的实测辐射资料和自动气象站资料,分析了地面辐射平衡各分量的季节平均日变化、季节变化和年变化特征和规律。结果表明:总辐射和反射辐射的春季日变化明显大于其它季节,年变化均呈双峰型,但相位不一致。地面长波辐射的日变化和年变化均呈不对称变化。地面有效辐射的年变化呈双峰型,两个峰值分别对应于冻土消融的3、4月份和冻结的10月份。净辐射量主要集中在5～7月份,占年总量的40.14%,表明该地区春末夏初地表获得的净能量最多,对地面热源的形成及其对大气的加热具有决定性作用。     

黄河源区季节冻土最大冻结深度估算方法

鉴于黄河源区实测季节冻土最大冻结深度资料极其匮乏,基于1996~2008年黄河源区及其周边气象站点季节冻土数据,分析了季节冻土最大冻结深度与负积温的关系及时空变化规律,建立了最大冻结深度估算公式,对气温空间插值并由最大负积温和高程估算季节冻土最大冻结深度。结果表明,在季节冻土的迅速发展期,冻结下界深度与负积温呈线性相关;最大冻结深度和最大负积温相关性显著;最大负积温可反映季节冻土随时间的变化趋势;黄河源区仅阿尼玛卿山及其周边存在山地多年冻土,季节冻土最大冻结深度由西北向东南方向递减;气温较高年份中东部地区最大冻结深度明显变小,最大冻结深度小的地区对气候变暖更加敏感;1996~2007年间,最大冻结深度随时间推移呈减小趋势。     

气候变化对黄河源区水文情势的影响

在CMIP5多种GCM模式和VIC模型基础上,结合水文指标法(IHA)和趋势分析法,研究了未来气候变化对黄河源区水文情势的影响。结果表明,黄河源区的年降水和年平均气温在未来时期(2036~2065、2070~2099年)总体上呈现显著增长趋势,各季气温增幅相当,然而降水季节变化存在较大差异,夏季降水较秋冬季节增长更为显著;黄河源区的汛期径流量呈增加趋势,剩余月份呈减小趋势,该趋势在冬季尤为显著;年极端最小径流有减小趋势,年极端最大径流有增加趋势,可能会对部分鱼类繁殖等产生影响,不利于水生生物的生存。     

利用多源遥感数据改进地面太阳直射辐射估算

通过夏冬两季不同时间分辨率的气溶胶和大气可降水数据对太阳直射辐射估算进行敏感性分析,结果表明,气溶胶产品对太阳辐射估算结果的敏感性更高。融合MODIS与FY-3A的两种气溶胶产品来优化新疆地区气溶胶数据,尤其是高反射的沙漠与戈壁地区的气溶胶信息得到较大改善;同时通过引入FY-2D云类型数据更好地刻画了不同类型云层对太阳辐射估算精度的影响,以便更准确地估算新疆地区的地面太阳直射辐射。以喀什和乌鲁木齐站的观测值为参照,验证结果表明优化后的估算比优化前精度有明显提高。     

三种基流分割方法在黄河源区应用中的对比分析

基于黄河源区唐乃亥水文站1961~2004年的实测逐日径流量资料,分析基流年内分配规律,分别选取典型年径流量过程单峰型(2003年)、双峰型(1963年)、多峰型(1967年)进行标准化处理,运用数字滤波法、加里宁试算法和改进的经验斜割法计算基流过程和基流指数(BFI),并对比分析了气候、冰川(积融雪)和冻土过程对各种方法分割结果的影响。结果表明,黄河源区径流年内分配规律受自然条件的影响不同于其他流域;基流计算中数字滤波法计算结果稳定,加里宁试算法更贴合实测径流过程,经验斜割法在枯水年份基流分割中更为简便,应根据不同的年内径流过程及基流计算目的选择合适的基流分割方法。     

西北地区近地面水汽特征及其与区域蒸发关系

针对现有水文循环要素研究中较少关注近地面水汽的问题,以西北地区为例,应用NCEP/NCAR再分析资料分析了水汽垂直分布特征,采用趋势分析法研究了近地面水汽分布特征及其与区域蒸发的响应关系。分析结果界定了西北地区的近地面水汽层,水汽空间分布受地形地势影响十分显著,近50年来近地面水汽含量呈减少的趋势,并与区域蒸发量的变化呈正相关关系,蒸发量减少是造成近地面水汽含量减少的主要因素。     

统计降尺度法在黄河源区未来降水变化分析中的应用

利用统计降尺度方法对黄河源区的未来气候变化中可能产生的降水变化进行了模拟分析,采用黄河源区的10个水文站点共41a的日降水资料为预报量,以NCEP再分析资料和英国HadCM3模式的大气变量为预报因子,研究了黄河源区月降水的降尺度方法。结果表明:采用建立回归关系和逐步线性回归分析方法可很好地选出有效的预报因子;SDSM模型可有效模拟黄河源区月降水过程,但SDSM模型对降水模拟的量值偏小;在2021～2050年间,黄河源区的降水将会出现一个较大变化,夏季降水呈上升趋势,降水集中于8月附近,上半年降水减少更易发生干旱,下半年发生极端降水事件的频率增加更易发生洪水。     

黄河中下游湿地动态演变及影响因素分析

为探究黄河中下游湿地格局演变特征及其影响因素,选取黄河国家级自然湿地保护区内的典型区域三门峡至小浪底库区为研究区域,以1989、1997、2008、2018年四期卫星遥感影像为基础,结合黄河中下游重要水文控制站点小浪底站的水文变化对其进行系统分析。研究发现,黄河中下游典型区域湿地总面积在1989～2018年经历了“先减后增”两个阶段,但总体呈增长趋势;利用Mann-Kendall非参数统计检验法和小波分析法得到区域年降雨量于2006年发生突变,变化主周期为11年,年径流量于2010年发生突变,变化主周期为9年;利用相关分析得到年降雨量、年径流量与各类型湿地面积均呈正相关,但相关性较弱。     

HBV模型与新安江模型在黄河源区的应用比较

为强化黄河源区水资源管理及生态环境规划等问题,采用HBV模型、新安江模型对其流量过程进行模拟。HBV模型中共有15个参数,参数率定采用蒙特卡罗法(MC)和遗传算法(GA),发现敏感参数有5个,且HBV模型中应用遗传算法计算得到的结果与实测过程更加接近。新安江模型共有17个参数,参数率定采用了蒙特卡罗法(MC)、拉丁超立方分层抽样(LHS)、次数多的蒙特卡罗法,发现敏感参数共有10个,大多数时候拉丁超立方方法率定结果与实测值更接近。两个模型应用结果对比发现,HBV模型对枯季的模拟流量偏低,新安江模型对枯水年的模拟比HBV模型好,且对枯水年的模拟均处于可接受范围之内。     

广义极值分布模型在黄河源区枯季径流中的应用

为研究广义极值分布模型(GEV)在黄河源区独特的寒区自然环境与冻土覆盖状态环境中的应用价值,基于黄河源区4个站点1956～2011年逐日径流量资料,分别以两参数对数正态分布曲线(LN2)、皮尔逊Ⅲ型曲线(P3)、对数皮尔逊Ⅲ型曲线(LP3)、GEV 4种枯水径流理论频率分布对最枯1、3、7、30、90d平均枯水流量进行拟合分析,并采用概率点距相关系数法(PPCC)和改进的均方根误差法(RMSE)进行量化裁定。结果表明,GEV已具备适应寒区枯水径流频率分析的能力,并在一定程度上优于LN2、P3、LP3概率分布函数,对高流量、高变差系数、长历时均表现出较好的稳定性能。     

利用我国气象卫星遥感资料估算黄河源区净辐射辐照度的研究

以黄河源区为研究区域,利用我国静止气象卫星(FY-2D)及极轨气象卫星(FY-3A)资料,估算黄河源区一天中不同时刻的净辐射辐照度的空间分布。在晴天条件下,利用计算的向下太阳辐射照度,结合卫星遥感资料估算的地表反照率,得出地表太阳辐射收支。利用卫星遥感估算地表发射率和地表温度资料,结合地面观测站的气象观测资料,得到大气向下的长波辐射和地面向上的长波辐射值。在阴天条件下,借助FY-2D云顶的反照率资料,根据太阳辐射在大气中的衰减过程,推求透射比系数,进而得出阴天条件下地表净短波辐射照度。     

近40年来中国大陆总辐射的演变特征

利用1961~2002年中国大陆地区60个站月平均总辐射资料,讨论了我国大陆地区总辐射在年际—年代际时间尺度上的演变特征。研究表明:我国大部分地区总辐射的变化特征有很好的一致性。大部分地区总辐射自20世纪60年代开始呈现减少的趋势,这一趋势一直持续到1990年前后,其后大部分地区总辐射有明显增加的趋势。同时分析了各区总辐射的线性倾向系数以及其演变趋势的地理分布。     

1961—2017年黄河源区日照时数变化趋势响因子分析

利用黄河源区7个气象站1961—2017年的日照时数、平均总云量、降水日数、相对湿度等地面气象观测资料,对近57年黄河源区日照时数的变化趋势及影响因子进行分析。发现黄河源区年日照时数的空间分布呈北多南少的特点,位于北部的玛多、兴海日照时数最多,而位于南部的久治、红原最少;各季节日照时数的空间分布特征与年日照时数相似。黄河源区日照时数的年际变化表现为兴海、红原的年日照时数呈下降趋势,下降趋势分别为-28.6 h/10 a、-18.4 h/10 a,其余各地均呈上升的趋势,玛多上升趋势最明显,为22.4 h/10 a。黄河源区日照时数的月际变化表现为明显的三峰二谷的特征,4、8、11月份为3个高值时段,6、9月份为2个低值时段,其中9月份日照时数为全年最低。周期分析结果表明：黄河源区日照时数的周期变化主要以2 a、4~6 a、10~13 a和22~30 a周期为主。源区日照时数和平均总云量、降水日数、相对湿度呈明显的负相关;空间分布上随总云量、降水日数、相对湿度自南向北的减少日照时数明显增多;日照时数与总云量的相关性最好,尤其季节总云量的变化对年日照时数的变化影响最敏感。源区总云量与日照时数在空间分布上恰好相反。降水日数、相对湿度的减少也是源区日照时数增加的一个重要原因。黄河源区太阳能资源丰富,且黄河源头—吉迈区间日照时数呈持续增加的趋势,有利于太阳能资源的开发和利用。     

热湿地区直膨式辐射顶板空调系统模拟分析

以广州地区某办公楼为例,利用Energyplus对直膨式辐射顶板空调系统进行模拟,并与风机盘管+独立新风空调系统、双冷源新风机组+辐射顶板空调系统进行能耗对比分析。结果显示,在直膨式辐射顶板空调系统中,辐射顶板承担系统69.2%的显热负荷;相对于风机盘管+独立新风空调系统,系统节能率为20.09%,相对于双冷源新风机组+辐射顶板系统,系统节能率为7.16%。     

藏北高原典型草甸下垫面与HEIFE沙漠区辐射平衡气候学特征对比分析

利用中日合作“全球能量与水分平衡试验一青藏高原季风试验(GAME—Tibet)”和中日合作“黑河地区地一气相互作用野外观测实验研究(HEIFE)”IOP、FOP资料,计算分析了藏北高原典型草甸下垫面安多站和HEIFE沙漠站的辐射平衡各相关特征量时频变化的气候学特征。结果表明：无论是高原安多站还是黑河沙漠站,夏季均出现超太阳常数现象(只是安多更为明显);总辐射、大气逆辐射、地表长波辐射、地表有效辐射和地表辐射平衡等的日变化(晴天)无论是安多站还是沙漠站均表现为早晚出现最小值而正午附近(地方时)达到最大值,而地表反照率的日变化(晴天)相反表现为早晚大而正午附近小的规律;上述各分量均表现有程度不等的季节变化规律：总辐射、大气逆辐射、地表长波辐射和地表辐射平衡均表现为夏半年增大达到最大值百而冬半年降低量出现最小值;另外,大气长波辐射、地表有效辐射和地表反照率在沙漠站的年际变化的振幅较安多站更为显著和有规律。