卫星遥感中国对流层中高层大气甲烷的时空分布特征

利用美国Aqua 卫星的AIRS 遥感资料, 分析了2003~2008 年中国地区对流层中高层大气甲烷的时空分布特征. 研究发现, AIRS观测结果与近地面观测资料变化趋势一致, 与地基遥感的误差在1.5%以内. 受近地层自然排放与人为活动的共同影响, 中国对流层甲烷在垂直分布上呈现典型的变化趋势: 随着高度的增加甲烷浓度下降. 甲烷在我国东部和北部地区具有明显的双峰季节变化特征, 最高值存在夏季, 次高值出现在冬季, 与近地面观测结果一致, 而南部地区冬季没有显著增加的人为来源, 西部地区人为活动稀少, 因此在南部和西部地区的甲烷高值只出现在自然源排放强烈的夏季. 中国地区的对流层中高层的甲烷与北半球的几个主要地区变化趋势一致, 均在2007 年之前保持相对稳定, 在2007 年后有一个明显的增长, 但是中国的增长速度较其他地区更为显著, 其中2006~2008 年期间的增长速率与我国近地面观测结果相近.     

重建千年东亚夏季风干湿分布型指数

利用中国气象局整编的中国1951~2008 年160 站月平均降水量和美国NCEP 再分析月平均风和湿度资料, 建立了我国东部地区夏季干湿分布型与东亚夏季风向北推进的关系. 利用王绍武建立的公元950 年以来的我国东部历史时期6 种夏季干湿分布型, 重建了过去千年东亚夏季风干湿分布型指数序列. 高(低)指数指示东亚夏季风气流偏强(弱), 推进位置偏北(南), 对应北方(南方)降水偏多的分布型. 东亚季风干湿分布型指数具有60~70 年的周期性年代际变化. 过去千年中, 我国北方出现过连续10 年的区域湿润期和连续10 年以上的区域干旱期. 当前东亚夏季风干湿分布型指数正处于年代际的低谷时期, 对应着我国南方降水偏多,北方降水偏少的分布格局.     

中国区域土壤湿度变化的时空特征模拟研究

建立基于气象台站观测资料的陆面模式(CLM3.5)大气驱动场(ObsFC), 驱动CLM3.5 模拟了中国区域1951~2008 年的土壤湿度变化. 其结果与站点观测和遥感反演及不同陆面模式模拟的土壤湿度比较检验表明CLM3.5/ObsFC 合理再现了中国区域土壤湿度的时空特征和长期变化趋势, 并且基于观测资料建立的大气驱动场在一定程度上能够提高CLM3.5 模拟土壤湿度的准确度. 土壤湿度模拟分析显示中国区域土壤湿度空间分布具有由东南向西北逐渐减小的总体特征和干湿相间分布的带状结构. 土壤湿度的低值区主要分布在新疆南部和内蒙古西部地区, 高值区主要分布在东北平原、江淮地区和长江流域. 土壤湿度的长期变化, 干旱和湿润地区湿度呈增加趋势, 干旱区20 世纪70 年代中期至90 年代中期变化最为强烈, 湿润区除1970 前后和2003 年之后变化较明显外, 整个序列比较稳定; 半干旱地区呈减小的趋势, 且20 世纪90 年代以后下降趋势更加明显. 1951~2008 年干旱、半干旱和湿润典型区平均体积百分比土壤湿度分别变化了2.35, -1.26 和0.08. 不同区域土壤湿度变化趋势和强度有明显差异,变化最显著的区域主要分布在35°N 以北的干旱、半干旱区.     

气候变化对华北农业水资源影响的研究进展

水资源是制约华北平原农业稳定和可持续发展的主要因素。气候变化对华北平原水资源和农业需水影响显著。1950年以来,华北平原气候总体趋向于暖干化,潜在蒸散呈下降趋势。近30年实际蒸散量呈现弱的上升趋势,与潜在蒸散有互补关系。未来气候变化情景下,区域水分盈余量下降,华北地区干旱化趋势加重。作物生育期耗水量和灌溉需水量增加,其中北部地区水量亏缺更为严重,南部地区水量盈余则减少。调整春季高耗水作物种植面积和空间布局,减少农业用水量,是适应气候变化的必要途径。     

大气污染加剧对中国区域散射辐射比例的影响

利用我国47个站点的晴空散射辐射比例(sunny diffuse radiation fraction,SDRF)资料,结合CO2排放、气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)和日照时数等对我国地区的SDRF时空分布、区域特征及其成因做了分析,结果表明:(1)我国SDRF有明显的区域性特征,大值区主要分布在我国中部的四川盆地,而在云南、新疆、西藏和东北等地SDRF值偏小;(2)大部分的站点SDRF呈显著上升趋势,其中以我国中东部地区的站点上升更为显著;(3)区域特征分析表明华北、华东和华中等地区SDRF上升较为显著,而华南、东北、西北和西南地区SDRF上升幅度相对较轻;(4)日照时数与散射辐射比例高度相关.其中在大气污染较为严重的华东、华中和华北地区,其相关系数均超过-0.8,大气中气溶胶粒子浓度升高对日照时数和散射辐射比例有重大的影响.     

1736年以来长江中下游梅雨变化

利用清代雨雪分寸资料, 复原了1736~1911年长江中下游地区的梅雨入出日期、雨期长度, 重建了1736年以来长江中下游地区梅雨雨量变化序列, 分析了梅雨的变化特征; 并根据梅雨期长度与东亚夏季风指数之间的关系, 分析了1736年以来东亚夏季风的强弱及与之对应的雨带位置阶段性变化特征. 结果表明: 长江中下游地区入、出梅日期及雨期长度均存在明显的年-年代际变化, 雨期长度除具有2, 7~8, 20~30及40 a的年际与年代际周期外, 还具有百年波动的信号. 1736年以来, 雨期长短、中国东部季风雨带位置移动与东亚夏季风强弱变化有较好的对应关系, 1736~1770, 1821~1870及1921~1970年等时段东亚夏季风偏强, 中国东部夏季风雨带多位于华北和华南, 梅雨期偏短; 1771~1820, 1871~1920及1971~2000年等时段东亚夏季风偏弱, 雨带多位于长江中下游地区, 梅雨期偏长.     

近30年我国干湿状况变化的区域差异

以全国616个气象站点1971~2000年的气象数据为基础, 应用修正的FAO-Penman-Monteith最大可能蒸散模型, 计算近30年的最大可能蒸散和干湿指数; 分析降水量、最大可能蒸散和干湿指数的变化趋势及年代际距平变化, 研究我国近30年来干湿状况变化的区域差异. 结果表明, 各要素的变化趋势存在较大的区域差异, 年代际变化明显. 近30年来全国大部分地区年降水量呈增加趋势; 最大可能蒸散和干湿指数呈减少趋势. 说明我国大部分地区近30年来湿润程度有所增加, 在新疆北部和藏东川西滇北地区变化趋势显著. 我国地理环境复杂, 全国的平均状态掩盖了区域间的差异, 在研究气候变化及其影响时应分区域描述. 分析区域的干湿状况必须综合考虑水分的收支.     

中国陆地生态系统服务功能的时空变化分析

自Westman(1977年)和Ehrlich(1982年)分别提出"自然的服务"和"生态系统服务功能"概念以来,如何对其进行科学的价值核算和应用就成为该领域研究的热点.在对相关研究成果进行综述的基础上,我们提出了3点科学假设:陆地生态系统既提供正向的服务功能,也提供负向的服务功能;陆地生态系统服务功能的变化不仅体现在生态系统类型的数量或面积上,还应反映出其质量或品质的变化;陆地生态系统服务功能的价值应该从存量和增量两个方面来衡量.因此,本文在收集了中国1999～2008年土地利用和基于GIMMS遥感影像的NDVI数据基础上,计算和分析了近10年内中国陆地生态系统服务功能价值的时空变化,并得出了一些有意义的结论.首先从时间变化来看,中国陆地生态系统服务功能总价值存量从1999年的6.82万亿元减少到2008年的6.57万亿元;其中正价值减少了2401.7亿元,负价值增加了88.5亿元;减少的价值主要体现在水分调节、土壤形成和废物循环功能上;从其总价值的增量来看,2000年中国陆地生态系统服务功能价值净增43.1亿元,2008年则变为负增长,为?1.3亿元.其次从空间角度来看,中国陆地生态系统服务功能的供给主要集中在东北部和南部地区,且近10年空间变化并不显著;人类活动影响下山西和甘肃生态服务功能价值的亏损较为严重,陕西盈利较为明显;而单位面积陆地生态系统所提供的服务功能强度则是中、东部地区较高,西部地区较低,且近10年空间变化较为显著.最后讨论了导致中国陆地生态系统服务功能时空变化的原因,希望对未来中国陆地生态系统的管理提供一些建议.     

新疆天山大气桦木花粉与气象因子的相关分析

大气花粉的运移和沉降与各地的气象因子间存在着密切的联系.通过在新疆中天山地区处于不同植被带的3个研究点(新疆天池气象站、阜康荒漠生态系统定位站及北沙窝草炭试验站)安装花粉收集器,进行了长达5年(2001年7月～2006年7月)的大气中桦木属花粉的监测,目的是为了探讨桦木属花粉的数量变化和时空分布动态特征,以及与各个气象因子之间的响应关系.研究结果表明:(1)桦木属花粉组合与植物的花期相对应,具有季节性变化.在2003年, 3个研究点的桦木属花粉浓度都最低,可能与2003年年平均温度降低有关,低温致使花粉减产.(2)由桦木属花粉含量与主要气象因子的相关分析得出,天池研究点和阜康研究点的年平均温度高低直接影响着桦木属花粉浓度大小,年平均降水和日照时数则在不同地区表现出相反的影响,风速和风向对桦木属花粉的散布有一定影响.(3)新疆天池地区大气中桦木属花粉的产量能反映其植物分布情况;而中天山地区一些表土和全新世地层中的桦木属花粉含量偏高,应能直接表明其古植被中的植物区系成分的组成,且与全新世气候变化及人类活动的影响密切相关.该项研究有助于新疆地区古气候重建、大气环境监测和生态文明建设.     

夏季青藏高原与其东部平原的热力差异对中国降水的影响

亚洲东部存在二级热力差, 即高原-平原和大陆-海洋的热力差. 现有研究中讨论大陆-海洋热力差异变化对中国东部地区降水影响的工作很多, 而讨论高原与其东部平原热力差异对中国夏季降水影响的工作很少. 为此, 本文利用1951~2007年NCEP再分析资料和中国160站降水资料, 以500 hPa高原地区(27.5°~40°N, 80°~100°E)平均温度和平原地区(27.5°~40°N, 110°~120°E)平均温度之差近似表示高原和平原的热力差, 并将其作为东亚副热带地区高原和平原热力差指数, 探讨夏季高原-平原热力差异与东亚大气环流和中国降水的关系. 诊断分析和数值模拟结果表明：夏季高原-平原热力差异变化和中国西部90°~110°E地区夏季降水有显著相关. 高原-平原温差的高指数年表示高原-平原温差加大, 高原上空的热低压加强, 西北太平洋副热带高压位置偏南, 这往往对应着90°~110°E地区的南涝北旱, 低指数年则反之. 近57年来, 高原-大陆温差指数变化表现出显著的上升趋势和波动特点, 与此相应, 中国90°~110°E地区也经历了由北涝南旱向南涝北旱变化的过程. 这些结果为加深认识亚洲东部特殊地理环境造成的二级热力差异对中国夏季降水年代际变化的影响也具有参考意义.     

2013年北大西洋破纪录高海温与我国江淮-江南地区极端高温的关系

2013年7月,我国江淮-江南地区持续高温,多个地区气温打破历史纪录,影响重大.本文从气候学的角度开展了其归因研究,结果发现在2013年7月,北大西洋中纬度地区海温持续偏高,打破160年的历史纪录,海温的异常通过遥相关波列与东亚上空纬向西风和西太平洋副热带高压产生联系,进而可能影响到我国江淮-江南地区夏季气温的变化,这可能是造成该地区2013年7月破纪录高温事件的重要原因.对于江淮-江南地区的极端高温,一般关注的是西太平洋副热带高压的影响.本研究指出,江淮-江南地区上空纬向西风的变化也是影响该地区夏季气温变化的重要气候因子,尤其是2013年7月,该地上空纬向西风破纪录的偏弱与夏季气温破纪录的偏高密切相关.这意味着,对于我国江淮-江南地区夏季气温和极端高温事件的研究,不但需要关注西太平洋副热带高压的作用,还需要关注高层纬向风的变化.     

中等强度ENSO对中国东部夏季降水的影响及其与强ENSO的对比分析

选取1979年以来6次主要ENSO事件, 并按其强度划分为强和中等强度, 合成分析了ENSO对东亚夏季风和中国东部夏季降水的影响, 发现ENSO的影响随夏季季节进程有明显变化, 6月影响较弱而8月影响最强, 这显示ENSO的影响有很长的滞后效应. 此外, 强ENSO造成的环流和降水异常强度大, 影响开始的时间也较早, 而中等强度ENSO的影响在8月才较为明显. 同时, 中等强度ENSO年的合成结果显示, 中国东部夏季降水为北方型, 这也与经典的ENSO型降水分布有很大差异. 在合成分析的基础上, 选取2个相似的中等强度ENSO年(1995和2003年)做进一步的对比分析, 发现在6~7月期间, 亚欧大陆中高纬度环流和南半球环流的变化可在相当程度上调制东亚夏季风环流对中等强度ENSO的响应, 并进而在中国东部形成不同的降水分布. 与1983年的强ENSO事件对比表明, 强ENSO不仅造成中国东部夏季降水异常, 而且能进一步控制其他因子对东亚夏季风的影响, 这与中等强度ENSO是不同的.     

中国东部城市化与地面非均匀增暖

利用1979～2008年中国东部312个站点均一化调整后的地面气温观测资料及DMSP/OLS夜间灯光数据, 运用滑动空间距平方法, 对冬夏地面气温变化趋势在不同空间尺度下的非均匀性进行检测, 并分析了城市化对地面增暖的影响. 结果表明, 中国东部夏季和冬季的增温高值中心分别集中在长三角和京津冀地区, 其中长三角地区夏季的增暖主要是由夏季最高气温的增加所导致, 城市增温率为0.132～0.250℃/10 a, 增温贡献率为36%～68%; 京津冀地区冬季的增暖主要是由冬季最低气温的增加所导致, 城市增温率为0.102～0.214℃/10 a, 增温贡献率为12%～24%. 城市群增暖的时空差异可能与区域气候背景及人为热排放的变化有关.     

黄河上游过去1234年流量的树轮重建与变化特征分析

利用青海省阿尼玛卿山地区祁连圆柏树轮宽度年表资料, 分析树木生长与黄河上游唐乃亥水文站平均流量的关系, 结果表明前一年8月到当年7月的平均流量与当年轮宽密切相关, 相关系数为0.656, 在此相关关系的基础上, 重建了黄河上游过去1234年以来的流量变化. 经11年滑动平均后曲线, 定义流量低于均值1个标准差的时段为枯水期, 流量高于均值1个标准差的时段为丰水期. 在重建的黄河上游过去1234年流量变化中存在18个丰水期和12个枯水期, 丰水期主要分布时段为: 846~873年、1375~1400年, 枯水期主要分布时段为: 1140~1156年、1295~1309年、1473~1500年、1820~1847年. 其中15世纪末是过去1234年以来黄河上游流量最低的时段, 该时期青藏高原东北部发生了大范围的干旱现象. 重建的流量变化包含较多的低频信息, 枯水期与都兰、乌兰、德令哈等地树轮资料和其他代用指标记录的干旱期一致. 多窗谱分析表明黄河流量变化存在2~5年, 22年, 35~38年, 55~62年和114~227年左右的周期, 其中最显著的是159和36年的周期.     

塔里木沙漠公路沿线地下水位的时空变化及其影响因素分析

在沙漠公路沿线设置了地下水监测断面,获得了定位实测的地下水位数据,实测资料结合水文资料、地下水地表水相互转化理论以及地下水动力学原理,分析了地下水位的时空变化规律.认为地下水位埋深空间分布主要受沙丘高度和地形变化影响.地下水位随时间变化的主要影响因素可分为4类,就影响水位变化的幅度而言,防护林工程抽水>垂直排泄作用>河流流量变化>渗流补给作用;而就影响范围而言则渗流补给作用影响范围最大,防护林工程抽水影响范围最小.地下水位的年际变化呈自然波动状态.     

重庆库区旧石器时代至唐宋时期考古遗址时空分布与自然环境的关系

采用GIS空间分析方法,对重庆库区旧石器时代至唐宋时期考古遗址时空分布特征从遗址的时间分布、平面空间分布和垂直空间分布3个方面进行了分析.采用神农架大九湖旧石器时代以来连续沉积泥炭地层的孢粉记录,并结合前人对历史时期自然环境演变研究,对本区旧石器时代至唐宋时期自然环境背景进行了重建.通过考古遗址时空分布与自然环境的对比,对本区新石器时代至唐宋时期考古遗址分布的时空变化与自然环境演变、自然环境灾变的关系进行了探讨.研究表明,重庆库区旧石器时代至唐宋时期677处遗址时空分布的总趋势是从西往东、从高往低逐渐增加的.遗址多沿江河分布,且在河流交汇的区域呈聚集状态.史前的旧石器时代和新石器时代遗址分布高度明显高于历史时期.分析认为:(1)各时代人类都需要选择既靠近水源、又便于抵御洪水的河流1～2级阶地为生存地点.全新世以来,受区域构造抬升作用,河流相对下切,时代较早的史前遗址往往被置于较高的海拔位置;(2)重庆库区地形起伏较大,在受河流侧旁侵蚀与堆积形成的宽谷和阶地才有更多适于古人生存的空间,故遗址多沿江河分布;(3)本区早期经济以渔猎和农业为主,但在山地地区陡峭的地形限制了耕作业发展,而在河流交汇处地势平坦,土地肥沃,鱼类资源丰富,因而成为人们较为理想的耕作和渔猎场所;(4)本地区人类遗址时空分布变化受气候条件影响较大.     

四角果科植物的分布与水热条件及种子散布的关系

东亚与热带亚洲共有科四角果科包括四角果属和蜘蛛花属,主要沿喜马拉雅山南麓-云南高原西南-东南缘分布.通过传粉控制实验和不同年份种子萌发实验证明四角果以自花传粉为主要交配方式,当年采收的四角果和蜘蛛花种子有80%的萌发率,前一年种子的萌发率不足25%共同证明它们的种子都没有休眠期,属瞬时种子库.通过野外观察和它们蒴果的开裂状态证明其种子缺乏有效的传播机制.文中分析了1971~2000年历年有四角果科分布和邻近没有分布的部分地点的气温和降水量数据,结果显示降水量、最冷平均气温和月极低气温对四角果科分布影响较大,年平均气温的影响相对较小.四角果科植物分布范围狭窄与其花粉传播距离较短、瞬时种子库,种群易受气温、水分条件变化影响等多重因素共同作用有关.     

21世纪初中国人工建设不透水地表遥感监测与时空分析

进入21世纪中国快速的城市化、工业化受到世界瞩目.基于国家资源环境遥感时空信息平台动态更新的中国土地利用/覆盖变化(LUCC)数据集以及人工建设不透水地表(ISA)空间数据集,在国家尺度监测21世纪初(2000~2008年)人工建设用地与不透水地表的增长.结果表明,我国21世纪初8年间受新一轮国土开发战略、社会经济高速增长等因素的影响,全国人工建设用地与不透水地表面积分别以3468.30,2212.24km2/a的速度高速增长,到2008年不透水地表面积占国土总面积的0.86%.2000~2008年城市用地扩张速度是20世纪90年代的2.18倍,以1788.22km2/a的平均速度扩张了2000年面积的43.46%,其中城市不透水地表面积以1348.85km2/a的速度增长了2000年面积的53.30%.总体上,8年间中国城市不透水地表面积呈现高速增长的态势,京津冀、珠三角与长三角三大城市群以及西部地区属于快速增长的区域.8年间,我国七大流域地表水环境均不同程度地受到不透水地表增长的潜在影响,而且不透水地表面积比例大于10%的子流域面积显著增加,集中分布在海河、长江、珠江三大流域.到2008年我国国土流域面积的14.42%不同程度地受到不透水地表分布的影响.     

西风急流的季节转换特征: 希夏邦马峰达索普冰川6900 m 处实地观测

为了解极高海拔地区的气候特征和气候变化, 2005 年8 月4 日, 在喜马拉雅山中段希夏邦马峰达索普冰川(28°23.04′N, 85°43.72′E, 海拔6900 m)架设了一台自动气象站(AWS), 对极高海拔地区的气候进行了连续自动观测. 探讨了此AWS 记录的一整年的观测结果, 分析了风向、风速、气温、气压和湿度等指标. 分析结果发现: 该区自2005 年10 月10 日至2006 年4月21 日期间受到西风急流的强烈影响, 而5~9 月受到印度季风的影响. 西风急流的季节转换以各气象要素发生突变为特征. 受西风急流的影响, 研究区冬季风速极高, 风速波动剧烈, 多大风日. 气温和气压波动剧烈, 气温的日较差减小而气压的日较差增大. 相对湿度和比湿剧减, 空气干燥. 夏季受印度季风的影响, 相对湿度和比湿处于高值状态. 此外, 还分析了AWS所在位置的再分析资料, 结果证实AWS 所在位置在2005 年10 月10 日至2006 年4 月21 日期间受到西风急流的强烈影响, 西风急流的季节转换是以各气象要素发生突变为特征的观测事实.     

北京市夏季降水的日变化特征

利用北京市1961~2004年逐时自记降水资料, 分析了北京市夏季降水日变化的基本气候特征及其长期演变趋势. 分析结果指出, 北京市夏季降水日变化在降水量和降水频次上表现出较为一致的变化特征, 均以午后至次日清晨为高值区, 而在中午前后达到最低值; 高值区可以进一步划分为2个峰值区间, 一个峰值位于午后至傍晚, 另一个峰值发生在清晨. 结合每次降水的持续时间对日变化的气候特征进行分析, 可以对降水量的2个峰值进行区分. 下午至前半夜的降水主要表现为持续时间少于6 h的降水事件, 而后半夜至清晨的降水峰值则主要由持续时间大于6 h的降水事件累积而成. 在近40多年间, 北京市夏季降水发生了结构性调整, 短持续性降水的降水总量逐步增多, 而长持续性降水事件的降水总量却大幅减少.