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基于指数滤波模型的青藏高原根系层土壤水分估算研究

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高原气象 2025年第1期44卷 134-149页

作者：宋雨曦苏建宾文军郑东海成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境全国重点实验室国家青藏高原科学数据中心北京100101

高精度、长时序的土壤水分数据对青藏高原陆-气相互作用研究十分重要。然而,当前青藏高原土壤水分研究大多聚焦表层土壤水分的卫星反演,根系层土壤水分的估算研究相对匮乏。基于青藏高原五个土壤水分观测网络(狮泉河、帕里、那曲、黑河... 详细信息

高精度、长时序的土壤水分数据对青藏高原陆-气相互作用研究十分重要。然而,当前青藏高原土壤水分研究大多聚焦表层土壤水分的卫星反演,根系层土壤水分的估算研究相对匮乏。基于青藏高原五个土壤水分观测网络(狮泉河、帕里、那曲、黑河上游、玛曲)数据,本文系统评估了指数滤波模型在青藏高原不同气候与下垫面区域估算根系层(10 cm/20 cm/40 cm)土壤水分的适用性,探讨了不同环境因素(土壤、气候、植被)对模型特征时长参数T值的影响,最后评估了利用三种方法(各观测网络或青藏高原站点最优T值(Topt)中位数、随机森林模型)获取的区域T值估算青藏高原根系层土壤水分的可靠性。研究发现:(1)随着土壤深度的增加,根系层与表层土壤水分的相关性降低,而其空间异质性增大,导致指数滤波模型的应用精度降低,而模型T值及其空间异质性增大;(2)空间上随着降水量和土壤含水量的增加,根系层与表层土壤水分的相关性增大,而其空间异质性降低,使得指数滤波模型的应用精度上升,而其在区域内不同站点应用精度的差异呈现降低趋势;(3)土壤性质尤其是砂土含量是控制青藏高原区域T值空间分布的主要因素;(4)T值的获取对指数滤波模型在青藏高原的应用精度影响较小,当前常用的区域Topt中位数和随机森林模型均能获取相对合理的区域T值和取得一致且相对准确的模拟结果。本研究的发现有望推动利用指数滤波模型基于卫星表层土壤水分资料准确获取青藏高原根系层土壤水分。

关键词：青藏高原指数滤波模型根系层土壤水分不同气候与下垫面区域

CLM5.0对青藏高原冻融过程土壤温湿度的模拟及评估

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高原气象 2025年第1期44卷 32-45页

作者：张哲浩赖欣张戈姚思源张粟瑜成都信息工程大学大气科学学院/高原大气与环境四川省重点实验室/气候与环境变化联合实验室/成都平原城市气象与环境四川省野外科学观测研究站四川成都610225

利用1979-2018年中国区域地面气象要素驱动数据集(0.1°×0.1°)作为大气强迫资料,驱动CLM5.0(Community Land Model version 5.0)模拟了青藏高原地区1979-2018年的土壤温湿度变化。将土壤冻融过程划分为冻结期和非冻结期,通过两个阶段... 详细信息

利用1979-2018年中国区域地面气象要素驱动数据集(0.1°×0.1°)作为大气强迫资料,驱动CLM5.0(Community Land Model version 5.0)模拟了青藏高原地区1979-2018年的土壤温湿度变化。将土壤冻融过程划分为冻结期和非冻结期,通过两个阶段的CLM5.0模拟与站点观测资料、同化资料(GLDAS-Noah)、卫星遥感资料(MODIS土壤温度资料和ESA CCI-COMBINED土壤湿度资料)的对比验证,探讨CLM5.0模拟土壤温湿度在青藏高原的适用性。结果表明:(1)CLM5.0可较准确地描述站点土壤温湿度的动态变化,CLM5.0模拟的土壤温湿度与观测资料具有一致的变化特征且数值上较为接近。CLM5.0模拟的准确性高于GLDAS-Noah。CLM5.0对站点土壤温度的描述更为准确。(2)CLM5.0能够较准确地描述高原冻融过程中的土壤温湿度特征,CLM5.0模拟土壤温湿度与MODIS和ESA CCICOMBINED遥感资料在高原总体呈显著正相关,相关系数大多在0.9以上。CLM5.0对土壤温度的模拟能力相对较好,对非冻结期土壤湿度的模拟能力优于冻结期。CLM5.0整体高估了土壤温度,平均偏差大多在0~4℃之间。土壤湿度的平均偏差大多在-0.1~0.1 m^(3)·m^(-3)之间,非冻结期的平均偏差相对较小。(3)CLM5.0模拟、GLDAS-Noah、MODIS和ESA CCI-COMBINED遥感资料的土壤温湿度均具有相似的空间分布,其中土壤温度空间分布特征相似度更高。CLM5.0具有较高的空间分辨率和更为精细的土壤分层,对土壤温湿度细节的刻画更为完善。(4)CLM5.0模拟资料在高原整体呈增温变干趋势,MODIS和ESA CCI-COMBINED遥感资料整体呈增温增湿趋势。CLM5.0模拟的土壤温度变化趋势相对准确,土壤湿度的变化趋势则存在较大偏差。

关键词：青藏高原 CLM5.0模拟冻融过程土壤温湿度

1971年以来安徽省秋季连阴雨特征及成因分析

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高原气象 2019年第4期38卷 829-844页

作者：何冬燕吴蓉田红邓汗青罗连升安徽省气候中心/安徽省大气科学与卫星遥感重点实验室

近年来安徽秋季连阴雨过程日数异常偏多、灾情严重,为此综合利用观测数据和NCEP\NCAR再分析资料,通过综合运用线性倾向估计、功率谱、PMFT、REOF、相关分析和合成分析等多种统计方法,试图厘清其变化规律和气候成因。研究结果显示:(1)安... 详细信息

近年来安徽秋季连阴雨过程日数异常偏多、灾情严重,为此综合利用观测数据和NCEP\NCAR再分析资料,通过综合运用线性倾向估计、功率谱、PMFT、REOF、相关分析和合成分析等多种统计方法,试图厘清其变化规律和气候成因。研究结果显示:(1)安徽秋季连阴雨呈现南多北少、山区多平原丘陵少的分布特征,主要可分为四个集中区:Ⅰ区位于淮北,Ⅱ区位于沿淮和江淮之间北部,Ⅲ区位于江淮之间南部、沿江东部和江南东北部,Ⅳ区位于皖南山区、大别山南麓和沿江西部。(2)历年区域性秋季连阴雨过程累计日数表现为:Ⅰ区略增加、Ⅲ和Ⅳ区略减少,Ⅰ区在2014年、Ⅱ区在2013年、Ⅳ区在2015年分别发生了突变,Ⅰ区具有明显的4年左右的变化周期。(3)影响安徽秋季区域性连阴雨过程的环流的垂直结构较深厚;弱冷空气反复渗透及充沛的水汽是其发生的必要条件,南海是主要的水汽源地,此外,来自东部沿海充沛的水汽是偏北地区发生区域性过程的重要原因,水汽的输送范围直接影响过程可能到达的北界。(4)夏季地表气温可以通过影响后期环流对秋季连阴雨产生作用,最明显的表现是夏季北非中部和西北印度洋气温偏低时,同年秋季巴尔喀什湖一带低压槽加深、西太平洋副高偏强,冷空气引导条件和水汽输送条件较好,有利于Ⅰ区区域性连阴雨过程的发生。

关键词：秋季连阴雨过程分区年际变化环流形势地表气温关键区

GIS支持下安徽省近35a参考作物蒸散量的时空变化

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农业工程学报 2010年第2期26卷 251-256页

作者：吴文玉马晓群陈晓艺杨太明张爱民安徽省气象科学研究所合肥230031 安徽省大气科学与卫星遥感重点实验室合肥230031

参考作物蒸散量是重要的水分资源分量。为了研究气候变化条件下安徽省参考作物蒸散量的变化,采用联合国粮农组织(FAO)1998年推荐的Penman-Monteith法,利用安徽省79个台站1971-2005年的气象观测资料,计算站点参考作物蒸散量。在此基础上... 详细信息

参考作物蒸散量是重要的水分资源分量。为了研究气候变化条件下安徽省参考作物蒸散量的变化,采用联合国粮农组织(FAO)1998年推荐的Penman-Monteith法,利用安徽省79个台站1971-2005年的气象观测资料,计算站点参考作物蒸散量。在此基础上采用克里格插值方法,生成基于GIS的安徽省参考作物蒸散量分布图。分析结果表明:安徽省近35a平均参考作物蒸散量空间分布特征为,平原大、山区小;由北向南逐渐递减,受气候、地形等因素的影响,具有较明显的地域性差异;从时间尺度上看,自1971年以来,参考作物蒸散量总体上呈随年代波动下降趋势,但存在地区差异;年内季节变化为夏季>春季>秋季>冬季;逐月变化呈单峰变化趋势,峰值出现在7月,5-8月份较多,11月至翌年2月最低,且不同区域之间存在着明显的差别。

关键词：蒸散量插值 GIS Penman-Monteith 公式时空分布特征克里格插值法安徽省

基于遥感数据的河谷地区气候水文变化特征及区域差异——以宝鸡地区为例

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水土保持研究 2025年第1期32卷 181-194页

作者：刘引鸽罗紫薇郭慧君李丹丹林茂琦吕欣怡宝鸡文理学院地理与环境学院陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室

[目的]探究不同分区气候水文多要素变化特征，为该地水资源管理及可持续开发利用提供区域性的科学依据。[方法]基于1950—2021年的卫星遥感数据，选取宝鸡地区9个县区的气温、地表温度、降水量、蒸发量、低层云量、总云量、紫外强度、... 详细信息

[目的]探究不同分区气候水文多要素变化特征，为该地水资源管理及可持续开发利用提供区域性的科学依据。[方法]基于1950—2021年的卫星遥感数据，选取宝鸡地区9个县区的气温、地表温度、降水量、蒸发量、低层云量、总云量、紫外强度、相对湿度、径流、地表径流和地下径流11种要素，采用自适应噪声经验模态分解法（CEEMDAN）和重标极差R/S分析方法，分析了近70年该区域多气象水文要素时空特征及区域差异，探讨了不同分区气候水文要素变化的延续性及未来趋势。[结果]（1）区域仅年气温和地温呈上升趋势，其余要素的年均趋势均呈下降趋势，各要素趋势率分别为0.27℃/10 a, 0.25℃/10 a,-40.97 mm/10 a,-0.59 mm/10 a,-1.14%/10 a,-0.17%/10 a,-4 060.4 J/（m2·10 a）,-0.99%/10 a,-3.6 mm/10 a,-1.61 mm/10 a和-1.94 mm/10 a。季节变化上，冬季气温和地温上升趋势最大，夏季降水减少幅度最大，紫外强度仅在春季表现为上升趋势，春季相对湿度减小最大，低层云量春季减小最大，径流和地表径流夏季的下降趋势最大，地下径流秋季的下降趋势最大。千陇丘陵区各要素的变率都较大；（2）空间上，年气温、地温、蒸发量和紫外强度的高值多分布于千陇丘陵区和渭河川塬区，年降水量、低层云量、总云量、相对湿度、径流、地表径流和地下径流的高值区多分布在秦岭关山区。除凤县和眉县的蒸发量外，其他要素在各县区的升降趋势均与其在整个地区的趋势一致；（3）各气象水文要素具有2～3 a, 4～5 a, 7～9 a, 11～13 a, 19～35 a为主的年代际振荡周期；（4）未来宝鸡地区各气象水文要素均延续历史的上升或下降趋势，但延续时长不同，其中千陇丘陵区、渭河川塬区和秦岭关山区均存在最长延续时长10 a和最短延续时长4 a。[结论]宝鸡地区气候整体朝暖干化方向发展，各分区气候水文变化具有明显差异，且均存在明显振荡周期和正持续特征。

关键词：气象水文要素时空变化自适应噪声分解法重标极差分析法遥感数据

基于水文模型与统计方法的中小河流致洪临界雨量分析

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自然灾害学报 2016年第3期25卷 38-47页

作者：卢燕宇谢五三田红安徽省气候中心安徽合肥230031 安徽省大气科学与卫星遥感重点实验室安徽合肥230031

以东津河为例,基于典型洪水过程的气象水文逐时观测资料,采用统计方法和水文模型建立了中小河流致洪临界雨量的分析方法流程,并进行了指标对比和效果检验。结果表明,东津河水位随雨量的变化与雨量累计时效明显相关,根据滑动累计相关分... 详细信息

以东津河为例,基于典型洪水过程的气象水文逐时观测资料,采用统计方法和水文模型建立了中小河流致洪临界雨量的分析方法流程,并进行了指标对比和效果检验。结果表明,东津河水位随雨量的变化与雨量累计时效明显相关,根据滑动累计相关分析结果确定16小时为临界雨量时效。通过回归分析建立了水位与累计面雨量的二次曲线关系,结合各等级洪水水位反算了对应不同前期水位的致洪临界雨量指标。与此同时,对TOPMODEL进行了模型率定和验证,经过率定后的TOPMODEL在东津河具备良好的适用性。基于水文模型和洪水水位-流量关系,采用试算法得到了另一套临界雨量指标。两种指标中,水文模型法相对而言更为敏感;实况检验表明,两种指标对洪水过程均有较好的指示意义,但预警等级与实况存在一定差异,统计方法倾向于低估,而水文模型指标则可能高估,综合两种指标在实际使用中应具有更好的预警效果。

关键词：临界雨量中小河流 TOPMODEL 统计方法风险预警

Himawari-8/AHI红外光谱资料降水信号识别与反演初步应用研究

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红外与毫米波学报 2020年第2期39卷 251-262页

作者：王根王东勇吴蓉安徽省气象台强天气集合分析和预报重点实验室安徽合肥230031 安徽省气象科学研究所安徽省大气科学与卫星遥感重点实验室安徽合肥230031 安徽省气候中心安徽合肥230031

在统计分析"降水"和"非降水"视场点的Himawari-8(H8)成像仪(Advanced Himawari Imager,AHI)红外不同光谱亮温梯度变化基础上,开展了H8/AHI资料反演降水初步应用研究。以安徽区域为例,当有降水发生时,AHI通道7至通道16亮温梯度均有变化... 详细信息

在统计分析"降水"和"非降水"视场点的Himawari-8(H8)成像仪(Advanced Himawari Imager,AHI)红外不同光谱亮温梯度变化基础上,开展了H8/AHI资料反演降水初步应用研究。以安徽区域为例,当有降水发生时,AHI通道7至通道16亮温梯度均有变化。采用字典学习和正则化约束法开展降水反演,首先构建匹配的AHI光谱"亮温"和GPM"降水"字典,作为历史样本库;其次基于"字典"利用K-最近邻法进行待反演红外光谱亮温"降水"和"非降水"信号识别;最后在降水信号"子空间"基于正则项约束完成红外资料反演降水。初步试验结果表明基于Gamma概率分布贝叶斯模型平均反演的降水与GPM降水具有较好的结构相似性,误差较小,临界成功指数值较高。进一步将该方法推广应用到AHI光谱亮温反演台风"玛莉亚"降水,得到此方法能够反演出台风的螺旋云雨带。

关键词： Himawari-8(H8)/AHI 降水信号 K-最近邻贝叶斯模型平均正则项约束

基于FloodArea模型的城市内涝灾害风险评估与预警

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长江流域资源与环境 2018年第12期27卷 2848-2855页

作者：谢五三吴蓉丁小俊安徽省气候中心安徽合肥230031 安徽省大气科学与卫星遥感重点实验室安徽合肥230031

近年来,城市内涝问题日益突出,严重影响着城市的可持续发展。运用合肥市气象数据、地理信息数据、社会经济统计数据以及历史内涝灾情数据,基于二维非恒定流水动力模型(FloodArea),开展城市内涝灾害风险评估与预警技术研究。研究表明:根... 详细信息

近年来,城市内涝问题日益突出,严重影响着城市的可持续发展。运用合肥市气象数据、地理信息数据、社会经济统计数据以及历史内涝灾情数据,基于二维非恒定流水动力模型(FloodArea),开展城市内涝灾害风险评估与预警技术研究。研究表明:根据城市内涝预警业务需求,综合暴雨强度公式和广义极值分布两种方法,推算出合肥市1、3、6、12、24 h下5、10、20、30、50、100 a一遇的降水量,应用FloodArea模型模拟得到不同历时下多个重现期的淹没水深图谱,耦合精细化的承灾体信息及脆弱性曲线,完成合肥市城市内涝风险评估,再结合强降水预报,开展城市内涝风险预警业务应用;由典型内涝过程的效果检验可知,风险评估结果与灾情调查数据较为吻合、可靠度高,进而建立了降水预报→淹没模拟→风险评估→预警发布→效果检验一套较为完备的城市内涝风险评估与预警业务流程,可用于城市内涝实时风险评估与预警业务。

关键词：城市内涝风险评估风险预警 FloodArea

近50年安徽省气候生产潜力演变及粮食安全气候承载力评估

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长江流域资源与环境 2017年第3期26卷 428-435页

作者：卢燕宇王胜田红邓汗青何冬燕安徽省气候中心安徽合肥230031 安徽省大气科学与卫星遥感重点实验室安徽合肥230031

安徽省是重要的粮食产区,在保障我国粮食安全中发挥着重要作用,研究该省气候生产潜力的演变特征,面向粮食安全分析其气候承载力具有显著的现实意义。本文从粮食生产与光温水等气候因子的关系出发,采用逐级订正的方法计算了安徽省的气候... 详细信息

安徽省是重要的粮食产区,在保障我国粮食安全中发挥着重要作用,研究该省气候生产潜力的演变特征,面向粮食安全分析其气候承载力具有显著的现实意义。本文从粮食生产与光温水等气候因子的关系出发,采用逐级订正的方法计算了安徽省的气候生产潜力及其变化特征,并根据不同生活水平下的粮食需求指标,分析了安徽省的气候承载力和剩余空间。结果表明,安徽省气候生产潜力的地理分异特征显著,其中北部高于南部、平原高于山区,高值区主要集中在沿淮及淮北地区,与耕种条件配合较好,有利于生产潜力的发挥。1961~2013年全省气候生产潜力基本呈一致下降趋势,近50年平均减少了约10%。安徽省目前粮食消费水平和结构属温饱型向小康型过渡阶段,在充分发挥气候生产潜力的前提下,全省气候资源所能承载的粮食产量均显著超过不同生活水平下的总需求量。小康水平下,气候承载力的相对剩余率总体呈东北向西南递减的趋势,除部分城市地区和山区外,全省大部地区气候承载力的剩余空间仍较富裕,能够较好的保障粮食需求。总的来看,由于安徽省光温水以及耕地等条件配合较好,气候承载力较高;虽然受太阳辐射影响,近年来气候生产潜力下降,但在保障未来小康社会的粮食安全方面,安徽省仍具有较好的气候承载力,粮食生产还有较大的提升空间。

关键词：气候生产潜力粮食安全气候承载力相对剩余率时空变化特征