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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

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河北旱碱麦不同生育时期气候变化及对产量影响的双重量化分析

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麦类作物学报 2025年第1期45卷 130-137页

作者：秦俊灵索春男任妙春李琛孙萌萌魏秀梅河北省气象与生态环境重点实验室河北石家庄050021 中国气象局雄安大气边界层重点开放实验室河北雄安新区071800 河北省沧州市气象局河北沧州061000 河北省黄骅市气象局河北黄骅061100

为了探究河北旱碱麦不同生育时期气候变化特征及其对旱碱麦产量的影响,选取2009—2022年旱碱麦主产区气象观测资料和产量资料,利用四分位和气候倾斜率等方法对旱碱麦不同生育时期气候特征及变化趋势进行分析,再采用二次曲线法分离气象产... 详细信息

为了探究河北旱碱麦不同生育时期气候变化特征及其对旱碱麦产量的影响,选取2009—2022年旱碱麦主产区气象观测资料和产量资料,利用四分位和气候倾斜率等方法对旱碱麦不同生育时期气候特征及变化趋势进行分析,再采用二次曲线法分离气象产量,利用灰色关联度法进行不同生育时期气象因子对旱碱麦产量影响的双重量化分析。结果表明:(1)旱碱麦各生育时期平均气温、最高气温、最低气温和日照时数均有明显的分布规律,而降水量变化较大;(2)旱碱麦不同生育时期各气象因子的变化趋势存在明显差异;(3)经单重量化分析,对旱碱麦气象产量影响最大的气象因子在播种期、分蘖期、越冬期和抽穗期均为降水量,出苗期和灌浆期均为日照时数影响最大,返青期为平均气温,拔节期为最低气温;(4)经双重量化分析,对旱碱麦气象产量影响排名前五的气象因子依次为分蘖期降水量、越冬期降水量、分蘖期最低气温、拔节期最低气温、抽穗期降水量。因此,河北旱碱麦种植应根据生育期降水情况采用保墒、灌水等水分管理措施,同时预防小麦分蘖期和拔节期的低温危害,以促进小麦生长发育和高产。

关键词：旱碱麦气象因子气象产量灰色关联度量化分析

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近62年我国极端高温事件的时空变化特征

高原气象 2025年第1期44卷 201-213页

作者：卢珊胡泽勇沈姣姣王百朋王能辉赵乾甲陕西省气象服务中心陕西西安710014 中国科学院西北生态环境资源研究院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室甘肃兰州730000 陕西省突发事件预警信息发布中心陕西西安710015 陕西秦盾防雷技术有限公司陕西西安710014

利用1961-2022年全国664个地面观测站的逐日最高气温资料,系统分析了全国和各分区极端高温事件及其起讫日期的时空分布及演变特征。结果表明,我国有近9成极端高温事件集中在夏季,其中出现在7月的极端高温事件占全年总数的39.3%。全国极... 详细信息

利用1961-2022年全国664个地面观测站的逐日最高气温资料,系统分析了全国和各分区极端高温事件及其起讫日期的时空分布及演变特征。结果表明,我国有近9成极端高温事件集中在夏季,其中出现在7月的极端高温事件占全年总数的39.3%。全国极端高温事件在近62年迅速增加,极端高温日数和高温极值在9成以上的站点监测到增加趋势。极端高温事件在高海拔地区的增加更为明显,青藏地区的极端高温日数每10年增加2.9天,高温极值增幅为0.34℃·(10a)^(-1)。极端高温事件开始日期和结束日期在全国大部分站点分别呈现出明显的提前和推迟趋势,受起讫日期的反向变化影响,极端高温事件持续期的增加趋势更为突出。西南地区是各分区中极端高温事件持续期增加最快的地区,其增加速度达10.8 d·(10a)^(-1)。长时间维持的连续性极端高温过程对人民生产生活造成严重威胁,进入21世纪以来,连续性极端高温过程在我国呈现出高发态势。华南和西南地区的连续性极端高温过程的增加较为明显,其中华南地区的连续性极端高温过程频次和累积日数每10年分别增加0.5次和2.5天,均为各分区中最高。

关键词：极端高温事件连续性极端高温过程起讫日期时空演变

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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

东北虎豹国家公园生态环境质量动态评价及其气候响应

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生态学报 2023年第7期43卷 2614-2626页

作者：马云飞陈长胜袁福香吴迪李建平郝禹吉林省气象科学研究所长春130062 长白山气象与气候变化吉林省重点实验室长春130062 吉林省气象信息网络中心长春130062

人类活动及气候变化对东北虎豹国家公园生态环境产生深刻的影响,探究该地区生态环境质量的时空演变规律对园区可持续发展具有重要意义。在原有遥感生态指数基础上,选用增强型植被指数代替原绿度指标中的归一化植被指数,构建2001—2020... 详细信息

人类活动及气候变化对东北虎豹国家公园生态环境产生深刻的影响,探究该地区生态环境质量的时空演变规律对园区可持续发展具有重要意义。在原有遥感生态指数基础上,选用增强型植被指数代替原绿度指标中的归一化植被指数,构建2001—2020年植被生长季遥感生态指数,探讨园区内核心保护区、虎豹潜在栖息地及主要人口聚集区三大管控区生态环境质量时空变化特征,并基于像元尺度分析其对气候因素的响应。结果表明:(1)近20年虎豹公园生态环境质量呈波动微弱下降趋势,2015年后生态环境质量逐步提升,2020年达到良好水平;(2)园区内各管控区生态环境质量具有明显的空间分异性,东部核心保护区中部及虎豹潜在栖息地中部以南地区生态环境质量较好,主要人口聚集区相对较差。(3)近20年虎豹公园生态环境质量稳定性较差。未来生态环境质量变化趋势为上升的面积占60.86%,表明未来生态环境趋势总体向好,但局部地区仍存在持续恶化态势。(4)虎豹公园生态环境质量主要受降水的影响,与降水呈显著正相关关系,与气温及日照的相关性较弱。

关键词：生态环境东北虎豹国家公园 Google Earth Engine 遥感生态指数气候响应

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东北地区入春日期变化特征及前期信号场

大气科学 2024年第4期48卷 1392-1404页

作者：李尚锋邵祺多尹路婷高枞亭廉毅吉林省气象科学研究所长白山气象与气候变化吉林省重点实验室/中高纬度环流系统与东亚季风研究开放实验室长春130062 东北冷涡研究重点开放实验室沈阳110016

本文利用1961~2020年水平分辨率为0.25°×0.25°的CN05.1日平均气温资料、NCEP/NCAR逐日再分析数据和NOAA逐日海表温度资料,对东北地区入春日期变化特征及前期信号场进行了分析,结果表明:(1)东北地区入春呈由南向北推进的特征,大部地... 详细信息

本文利用1961~2020年水平分辨率为0.25°×0.25°的CN05.1日平均气温资料、NCEP/NCAR逐日再分析数据和NOAA逐日海表温度资料,对东北地区入春日期变化特征及前期信号场进行了分析,结果表明:(1)东北地区入春呈由南向北推进的特征,大部地区集中在第26和27候。东北地区入春日期近60年来呈显著提前的特征。(2)入春偏早典型年份,3月份东北地区地表温度和降水均呈现正距平特征,入春偏晚典型年份则相反;500 hPa环流场上,入春偏早典型年份,西西伯利亚平原、贝加尔湖和勘察加半岛存在一个低压槽、高压脊和低压槽的Ω形态环流配置,而入春偏晚典型年份,乌拉尔山地区存在一个高压脊,其东侧为一个强的斜槽,槽底位于东北地区上空,该环流配置从第22候持续到第26候。(3)入春偏早典型年份,前冬北太平洋最明显的关键区海温信号为赤道中东太平洋呈现类La Niña的模态,北大西洋格陵兰岛以南的海域和西太平洋菲律宾以东的海域为明显的海温正距平,入春偏晚典型年份则位相相反,通过相关分析发现,前冬北大西洋和西北太平洋关键区海温均对东北地区入春日期有较好的指示性。

关键词：东北地区入春日期前期信号环流配置

1961-2019年东北地区作物生长不同阶段极端干期时空分布特征分析

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自然灾害学报 2022年第2期31卷 242-251页

作者：曲美慧涂钢冯喜媛吉林省气象科学研究所中高纬度环流系统与东亚季风研究开放实验室吉林长春130062 长白山气象与气候变化吉林省重点实验室吉林长春130062

基于1961-2019年东北地区87站逐日降水资料,分析了该区作物苗期、营养和生殖生长期、成熟期3个阶段极端干期长度的时空分布特征。结果表明,极端干期多年平均的空间分布反映了该区域的相对干湿状况,干旱、半干旱区干期较长,半湿润—湿润... 详细信息

基于1961-2019年东北地区87站逐日降水资料,分析了该区作物苗期、营养和生殖生长期、成熟期3个阶段极端干期长度的时空分布特征。结果表明,极端干期多年平均的空间分布反映了该区域的相对干湿状况,干旱、半干旱区干期较长,半湿润—湿润区干期较短,但非严格对应,与山脉地形、不同阶段降水异常区关系密切。近10-20年东北地区整体来看,苗期阶段干旱趋势有所缓解,干期缩短,而营养和生殖生长期、成熟期阶段则表现为变干的趋势。气候倾向率的空间分布显示整体和局部变化有所不同,苗期阶段全区大部分区域的春旱有所缓解,但局部区域的半湿润区仍存在变干趋势;营养和生殖生长期、成熟期阶段全区几乎一致的干期延长,尤其是东北南部的湿润区变干趋势比较突出。此外,各阶段极端干期开始日序近10年来均呈延后的趋势。

关键词：东北地区作物生长不同阶段极端干期时空特征干旱灾害

云和降水扰动对黄土高原半干旱草地辐射收支及能量分配的影响

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物理学报 2013年第20期62卷 553-566页

作者：岳平张强赵文王劲松王润元姚玉壁王胜郝小翠阳伏林王若安中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室兰州730020

地表辐射收支和能量分配对陆-气系统的反馈是气候模式中最重要的物理过程之一.认识半干旱地区云和降水的扰动对辐射收支和能量分配的影响规律,是提高数值模式中评估地表辐射收支和能量平衡参数化效果的关键环节.利用兰州大学半干旱气候... 详细信息

地表辐射收支和能量分配对陆-气系统的反馈是气候模式中最重要的物理过程之一.认识半干旱地区云和降水的扰动对辐射收支和能量分配的影响规律,是提高数值模式中评估地表辐射收支和能量平衡参数化效果的关键环节.利用兰州大学半干旱气候与环境观测站2008年的观测资料,研究了云和降水的扰动对辐射收支各分量的削弱作用及对地表能量平衡的影响规律.年平均结果表明,多云状况可以作为年平均的气候背景;云和降水对短波辐射削弱最强,大气向下长波辐射随天空云量的增加而增强,地表向上长波辐射随着云量的增加而减小,净辐射占总辐射的比率受云和降水的影响较小.季节平均结果显示,短波辐射日积分量在生长季和非生长季均随云量的增加而降低,生长季云和降水对短波辐射的削弱作用明显强于非生长季.生长季,晴天、少云和多云时向上长波辐射差异不大,阴天时向下和向上长波辐射明显减小.非生长季,地表向上长波辐射受云和降水的影响较小,日积分量变化不大,向下长波辐射随云量的增多而增强.地表反照率具有明显的日变化和季节变化,冬季大,秋季小;地表反照率日变化呈不对称的"V"形分布.生长季,感热通量和土壤热通量随云量增多而减小;潜热通量在晴天、少云和多云状况下随云量增多而增大;阴天时受降水影响,净辐射的严重削弱导致了潜热通量大大降低.非生长季,少云时净辐射日积分量最大,晴天时的净辐射与多云和阴天状况接近;感热和潜热通量随云量的增多而减小,土壤热通量日平均积分值在非生长季为负.生长季,多云状况的能量闭合度最好,能量不平衡差额占净辐射的3.9%;阴天时最差,不平衡差额占净辐射的16.8%;晴天和少云状况不平衡差额约占净辐射量的7%.非生长季受积雪影响,能量不闭合差额明显大于生长季.

关键词：半干旱草地云和降水的扰动辐射收支能量平衡

黄土高原中部秋季干湿的年际和年代际环流异常特征及与海温的多尺度相关性研究

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物理学报 2013年第21期62卷 527-541页

作者：刘晓云王劲松李栋梁岳平李耀辉姚玉璧中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室兰州730020

黄土高原地区作为气候敏感区和生态脆弱区地表干湿状况的年际和年代际变化特征十分明显.但以往主要是针对夏季进行分析,而对黄土高原秋季干湿变化规律及大气环流机理的认识非常有限.本文基于中国589站最近50 a(1961—2010年)月降水和气... 详细信息

黄土高原地区作为气候敏感区和生态脆弱区地表干湿状况的年际和年代际变化特征十分明显.但以往主要是针对夏季进行分析,而对黄土高原秋季干湿变化规律及大气环流机理的认识非常有限.本文基于中国589站最近50 a(1961—2010年)月降水和气温月平均资料、NCEP/NCAR提供的再分析资料以及NOAA提供的海表温度(Sea Surface Temperature,SST)资料,运用带通/低通滤波、小波分析、EOF/REOF和回归分析等方法,在对中国秋季干湿时空演化分类的基础上,通过研究秋季黄土高原中部干湿演变周期、大气环流特征及与海温的多尺度相关关系,以揭示影响黄土高原中部秋季干湿变化的物理机理,并确定影响该区域干湿状况的前兆信号.小波功率谱分析表明,黄土高原中部秋季干湿指数存在准4 a和准8 a的周期,1970—1990年准8 a尺度周期振荡尤为明显.年际(周期8 a)尺度上偏湿年的大气环流特征是,欧亚大陆中高纬呈"双阻型",200 hPa西风急流显著北移,日本海-鄂霍茨克海受反气旋控制,其底部的偏东水汽输送带将水汽输入研究区.年代际(周期>8 a)尺度上偏湿年的大气环流特征是,东亚大陆为一致的低值系统;200 hPa东亚副热带西风急流减弱北移,研究区主要水汽来源由经孟加拉湾在中南半岛转向的南风水汽输送及中纬度的西风水汽输送组成.整个序列上,Nino3区SST指数(Nino3I)超前5个月与秋季干湿指数已呈显著的负相关关系,而孟加拉湾—中国南海SST指数(BayI)则超前3个月与干湿指数呈现显著的负相关关系.年际尺度上,秋季Nino3I,BayI均与秋季干湿指数存在显著相关(准4 a,4—6 a),而年代际尺度上,只有BayI与秋季干湿指数存在显著相关性(准10 a).黄土高原中部秋季干湿的年际和年代际周期的确定、大气环流异常特征的认识及与海温的多尺度相关关系的建立,不仅揭示了影响该区域干湿变化的物理机理,也为干旱气候预测提供了重要的前兆信号.

关键词：黄土高原中部干湿特征海表温度小波分析