湖南省年均降水量空间插值模拟方法比较研究

用反距离权重法、普通克里金法、协克里金法、径向基函数法、全局多项式法、局部多项式法对湖南省及其周边50个气象站点1971-2000年年均降水量进行空间插值,将插值估算结果与检验点作对比分析,结果表明,上述6种插值方法均能反映湖南省内平均降水量的空间分布特征,局部多项式法插值误差最小,精度最高.由于降水量是受多因素影响的复杂过程,还需要考虑更多的因素对现有插值模型的改进,进一步提高降水量空间插值的精度.     

天津降水数据的空间插值分析

采用反距离加权法(IDW)、梯度距离平方反比法(GIDW)、普通克里格法(OK)、协同克里格法(COKRING)插值方法,对天津市及周边地区四种频率年平均最大一日暴雨量数据的空间插值精度进行对比研究.交叉验证表明:四种频率降水量的插值平均绝对误差(MAE)为:15.77mm、18.42 mm、11.71mm、11.72mm;平均均方根误差(RMISE)为:22.02 mm、33.29 mm、19.43mm、19.71 mm;插值精度排序为OK>COKING>IDW>GIDW;OK与COKRING差别并不明显,GIDW精度远低于IDW;降水频率的高低影响插值的误差,二者呈显著负相关关系.天津一日最大暴雨量的空间分布特征为:由北部山地和东南部沿海向中部地区逐渐减少.     

细河流域不同等级降水量及降水强度变化特征

根据细河流域内雨量站1966—2015年的日降水量数据,采用趋势系数法和气候倾向率法计算细河流域近50a的不同等级降水量与降水强度的变化趋势,通过MannKendall突变检验法检验突变,利用反距离权重空间插值法研究了空间分布特征.结果表明:细河流域近50a年降水量呈逐年增加的变化趋势,增加速率为0.432mm/a;年降水强度呈逐年降低的变化趋势,降低速率为0.162(mm·d-1)/a.各等级降水中小雨降水量及小雨降水强度均呈减少趋势,且小雨降水强度减少趋势较为明显.2003年中雨降水量发生增加突变,1983年小雨降水强度发生了减小突变.在空间分布上,小雨和中雨降水量由东北向西南呈逐渐递减至逐渐增加的变化趋势,暴雨及大暴雨降水量由东南向西北呈逐渐递减至逐渐增加的变化趋势.     

1970-2012年华北平原大气可降水量时空变化及其影响因素

基于1970-2012年华北平原探空站和地面站气象资料,分析了大气可降水量的时空变化特征及其影响因素.结果表明:(1)1970-2012年,华北平原年均大气可降水量呈不显著下降趋势,速率为-0.10mm/10a.其中,秋季大气可降水量减少速率最高,为-0.18mm/10a.在空间上,华北平原东南部年均大气可降水量降低速率明显大于西北部.(2)近40多年来,华北平原年均降水效率基本稳定,速率为-0.01%/10a.(3)在年和季节尺度上,华北平原大气可降水量变化与降水量仅在冬季相关性不显著.在空间上,仅华北平原南部年均大气可降水量与降水量呈显著正相关性;而降水效率与降水量在各尺度上均呈极显著相关性.(4)北半球极涡面积和亚洲区极涡强度分别对春季和夏季大气可降水量的变化影响较大.而秋、冬季,大气可降水量与西伯利亚高压和亚洲经向环流关系密切.     

山西高原气温空间插值分析

基于山西高原及其周边区域共27个国家标准气象站1981—2005年的日气温资料,结合数字高程模型,利用反距离加权、全局多项式、局部多项式、径向基函数、样条函数、趋势面、普通克里金与协同克里金共8种空间内插方法对山西高原年均气温进行插值,然后用留一交叉验证法对各种插值方法进行精度对比,最后分析了山西高原多年平均气温的空间分布特征.结果表明:1)以高程为协同因子的协同克里金法精度最高,是适合山西高原气温插值的最优方法;2)基于地统计学的协同克里金和普通克里金比常规的插值方法精度要高;3)常规的插值方法按精度由高到低排序为径向基函数、局部多项式、反距离加权、全局多项式、趋势面、样条函数;4)山西高原气温在空间分布上具有明显的地域性特征,表现为从低纬度向高纬度递减的规律.     

甘肃省降雨侵蚀力时空变化特征研究

为了进一步研究甘肃省降雨空间变化整体趋势,探明降雨腐蚀力分布和变化规律。本文利用中国气象数据共享网上的降雨数据资料,对甘肃省降雨侵蚀力进行了分析研究,以2008-2013年和2014-2019年的月降雨量、年平均降雨量为研究对象,经过计算、分析得出各站点降雨侵蚀力。采用月降水量和年降水量侵蚀力模型的计算方法,结合研究区域的降雨数据以及其他的数据资料。运用ArcGIS软件进行普通克里金空间插值运算,得到甘肃省降雨侵蚀力空间分布规律。研究结果显示;在时间分布上,降雨侵蚀力呈现单峰型分布,7月是峰值拐点,超过7月后降雨侵蚀力逐渐下降。全年内1～4月和11～12月两个时间段内降雨侵蚀力较低。在空间分布上,甘肃省东南地区年均降雨侵蚀力一般高于2000 MJ·mm/(hm2·h·a),中部地区年均降雨侵蚀力一般介于150～2000 MJ·mm/(hm2·h·a)之间,西北部地区年均降雨侵蚀力一般小于150MJ·mm/(hm2·h·a)。本文研究结果可为甘肃省农业和生态保护,自然灾害控制等提供借鉴与参考。     

黄土高原地区植被覆盖时空演变对气候的响应

利用GIMSS/NDVI数据对黄土高原地区1982—2003年期间植被覆盖变化的研究表明:黄土高原地区植被覆盖整体呈现增加趋势,并存在明显的空间差异.植被覆盖改善区域主要分布在河套平原、鄂尔多斯高原、兰州北部等黄土高原的北部地区,而退化区从西峰、延安向东到离石、临汾以至太原以西呈条带状分布.值得关注的是虽然20世纪80年代植被覆盖增加趋势明显,但90年代中期以来植被覆盖退化趋势非常显著.降水是影响黄土高原地区植被覆盖变化的重要因素,月降水量小于40—60mm期间,植被NDVI和降水量呈线性关系,但当月降水超过60mm之后,植被NDVI不再有明显的增长趋势.     

巴尔喀什湖流域气候变化特征分析

根据巴尔喀什湖流域5个气象站20世纪的逐月气温和降水资料,利用滑动平均法和差积曲线法,分析流域20世纪的气候变化特征及其与巴尔喀什湖自身水文特征的联系,并从能量转换角度进行解释.结果表明:空间上,年均气温从南向北、从东向西逐渐降低,年际变化从南向北变大;年降水量从四周向中心腹地逐渐减小,年际变化从北向南变大.时间上,年均气温总体上升且大致具有10~23 a的周期性;年降水量整体上表现为增长,20世纪90年代初期略有减少.年内月均气温的最低和最高值分别出现在1月和7月,且低温月份气温上升趋势较高温月份明显;降水量的年内分布呈双峰型.20世纪50年代中期至70年代中期,整个流域的气候要素变化较大.     

降水“阈值”对黄土高原全新世以来C4/C3植物相对丰度的控制（英文）

黄土高原地区C4/C3植物相对丰度变化的主要驱动因素曾被广泛地争论,主要是由于对该区域现代C4/C3植被分布的空间特征及其驱动因素缺乏深入认识.本文总结了前人对黄土高原中部和东南部剖面的δ13Csom研究结果,并增加2个西北部剖面的δ13Csom结果,结合现代气象数据和表土δ13Csom变化特征,从空间变化讨论黄土高原地区C4/C3植被分布特征及驱动因素.末次冰期以来,西北部的古浪和靖远剖面主要发育C3植被,而中部和东南部的剖面则为C3-C4植被混合的特征,且C4植被含量从东南向西北递减.我们认为晚冰期以来,黄土高原地区的温度逐渐升高并达到C4植被生长的温度"阈值",同时大气CO2浓度也处在适宜C4植被生产的低浓度范畴,则夏季降水的梯度变化应该是控制全新世和现代黄土高原东西部植被类型变化的主要因素,并同样存在一个影响C4植被生长的降水"阈值",进一步通过现代夏季降水量对全新世C4植被扩张时期的夏季降水量进行定量恢复,我们发现,无论在全新世还是现代,当夏季降水超过360 mm时,C4植被会发生明显的扩张,而现代的360 mm降水线较全新世向东南方向偏移.     

中国北方中部地区近五十年气温和降水的变化趋势

基于中国北方中部地区150个气象站点的气象数据,对该地区近50年来气温和降水量的倾向率及其空间分布运用线性趋势分析和空间插值等方法进行分析.结果表明:该地区气温在近50年呈现出整体上升趋势,且2月份的升温最为显著;气温变化趋势的分布格局上,东南部升温速率较西北部低;平均最低气温上升趋势明显,对气温升高的贡献率较大;降水量呈下降趋势,下降区域主要集中在35~40°N之间,且主要与7、8月份降水量减少有关.     

降水空间插值方法应用研究——以黄河源区为例

使用反距离加权法、张力样条函数法和普通克里格法对黄河源及其周围地区65个气象站点1990～2001年12年间月平均降水数据进行空间插值,并对模拟结果进行了交叉检验和站点检验.3个检验标准的检验结果表明:3种插值方法的结果都基本能反映黄河源区降水的大体空间分布规律,而普通克里格法略优于其他两种方法.研究结果表明:样本本身的空间分布在很大程度上影响插值精度,台站的密度对插值效果的影响也非常显著.给出了黄河源区年平均降水空间分布图.     

基于Z指数的辽宁省洪涝灾害时空分析

根据辽宁省21个气象站点1958—2008年逐日降水观测数据,通过Z指数计算、区域旱涝等级评定对辽宁省近51年洪涝灾害的时空分布特征进行分析。研究结果表明:从时间变化方面来看,降水变化呈波动式下降趋势,减小趋势为1.963mm/a,且呈周期性变化,主周期约为9年,次周期约为24年和3年;从空间变化方面来看,年平均降水量变化是由辽东南沿海向西北内陆递减;而洪涝灾害频发区与降水集中区的空间分布并不相同,主要集中在辽北、辽中、辽西北部分地区的大、中河流的中下游平原,因受辽东西部高、中部低的地势影响,致使大量降水汇聚于此,因而造成不同程度的洪涝灾害。     

不同插值方法对降水量空间不确定性的影响

鉴于点状数据的降水插值方法在时间和空间两个方面具有不确定性,从空间角度出发,以山东省多年平均降水量为例,采用交叉验证方法,对反比距离权重法、克里金方法、径向基函数法、全局多项式法和局部多项式法5种常用插值方法的整体插值精度和分区后各分区的插值精度分别进行分析验证。研究认为:山东省整体插值的最优方法为反比距离权重法;分区插值的最优方法中,平原地区为克里金方法、丘陵地区为全局多项式法、鲁中山地为反比距离权重法。并在此基础上,对整体插值精度和分区插值精度作了比较。研究结果可为区域降水插值模型的选取提供指导,同时分区插值的思路可为后续相关研究提供借鉴。     

近48年长江源区降水时空变化特征分析

基于1966～2013年长江源区及周边在内7个气象站点的逐日降水资料,采用降水倾向率、Mann-Kendall趋势检验、Morlet小波分析及Hurst指数法等方法,分析了长江源区近48年来降水量时间序列空间分布特征、年际和年内变化趋势以及其周期性变化特征,并对降水未来的演变趋势进行了预测。分析结果表明：(1) 长江源区降水量存在明显的空间变化差异,总体分布趋势为由东南向西北递减;(2) 近48年来长江源区降水量呈现较为明显的增加趋势,增加速率为17 mm/10a,多年平均降水量为351.5 mm;(3) 长江源区降水量年内分配极不均匀,主要集中在汛期,约占全年总降水量的89.6%,而非汛期降水量仅占10.4%,且降水量具有较明显的季节差异,夏季降水最大,秋季次之,其次是春季,冬季降水量最小;(4) 长江源区降水量变化存在28 a左右的第一主周期,第二、三、四主周期分别为21 a、12 a和5 a;(5) 长江源区各气象站点及全流域的Hurst指数均大于0.5,表明降水量未来趋势与过去一致,即其未来仍将延续降水量增加的变化趋势。     

复杂山地环境下气候要素的空间插值方法比较研究

复杂山地环境下气候要素的空间插值长期以来是地理科学研究的一大热点和难点问题.该文以中国康滇区为研究区域,以康滇区基准气象站点的分布图和1 km精度的数字高程模型为实验数据,借助传统的普通克里格法和反距离加权法以及将海拔高程引为变量的薄板光顺样条插值方法,对多年月平均温度和降水量进行空间插值方法的比较研究.结果表明,康滇区温度的空间分布呈现出明显的地带差异,而降水量的空间分布没有明显的地带差异;均方根误差等统计指标评价薄板光顺样条插值方法的插值精度最高.与普通克里格法和反距离加权法相比,薄板光顺样条插值方法更适宜用于复杂山地环境下气候要素的空间插值.     

延安市1980—2010年气温和降水的年际变化特征

选取延安市及周边14个气象站点1980—2010年逐月气象资料,利用自然邻点插值法对气象站点数据进行空间插值,得到延安市的年均气温和降水量,利用趋势分析、小波分析和极端变化分析方法,研究延安市气温和降水量的变化规律。结果表明:1980—2010年间,延安市气候变暖,年际气温持续升高,每10 a递增0.71 ℃,幅度较大; 降水量呈小幅减少趋势,但年际波动较大。研究区气温和降水长周期变化规律存在很大的相似性,但5～10 a短周期变化差异明显,且震荡规律性减弱,相比而言,气温变化较降水量变化的稳定性强,变化规律更有序。     

湖南省极端气候时空特征分析及风险评估

为探究湖南省极端气候的时空变化特征及风险发生概率,基于湖南省32个气象站点1961—2017年逐日气象观测资料,选取12个极端降水指数和16个极端气温指数,利用线性倾向法、M-K趋势检验法、克里金插值等方法,对湖南省极端气候的时空变化特征进行探究,并采用信息扩散模型对湖南省极端气候风险进行评估,研究表明：近57年来湖南省极端降水指数总体变化趋势较为平缓,大多数极端降水指数在空间上呈东高西低、南高北低的分布。极端气温指数总体变化趋势呈显著变暖趋势,表征高温的指数在空间上呈东南向西北递减的趋势。对湖南省极端降水的风险评估显示,湘西北发生极端降水的风险更大,而湘东南的降水总量更多。对湖南省极端气温的风险评估显示,湘西北为持续高温的高风险地区,常德市发生极端高温的风险概率较大,为2～3 a一遇。     

对流解析区域气候模式对青藏高原降水模拟能力的研究

以中国科学院区域气候-环境重点实验室研制的区域环境集成系统模式(RIEMS 2.0)为基础,采用中国科学院资源与环境数据中心提供的植被类型数据和北京师范大学提供的中国土壤质地数据,以及美国地质调查局提供的月植被覆盖度资料,进行模式本地化,从而建成了青藏高原对流解析区域气候模式．利用该模式对青藏高原进行了2001—2018年连续积分模拟,重点考察了区域气候模式在水平分辨率为9 km条件下对青藏高原降水模拟能力,结果表明:1）模式能够较好地模拟年、雨季降水的空间分布特征以及不同区域降水年变化,同时,模式模拟降水较观测偏多,偏差为13.01%~39.95%;区域气候模式模拟青藏高原降水较国际耦合模式“比较计划第六阶段（CMIP6）”45个全球模式模拟试验结果的年降水空间分布和强度有明显提高,并且更加接近观测值．2）模式能够较好地模拟出年降水时间和4个不同等级降水事件空间分布,特别是5~10、10~20、>20 mm这3个不同等级降水时间接近观测值．3）模式能够较好地模拟出青藏高原不同区域候平均降水随时间演变,降水强度除半干旱藏南地区较观测明显偏多外,对其他地区模式模拟的降水都非常接近观测值,同时与观测值之间相关系数为0.901~0.981,都通过99%置信度检验,与观测值之间的均方根误差为0.37~0.99 mm·d?1,其中对于极度干旱的柴达木地区候平均降水也能够较好地模拟出来,相关系数达到0.919;对青藏高原西南的南羌塘地区模拟最好,相关系数达到0.981．4）该研究表明采用青藏高原对流解析区域气候模式进行动力降尺度后,解决青藏高原等地区缺乏长时间序列高时空分辨率的气象数据集的瓶颈问题,为青藏高原气候和环境未来变化、生态安全屏障建设等提供坚实可靠的科学数据基础．      

韩江流域参考作物蒸散量时空变化及其影响因素

基于韩江流域12个气象站点1961—2013年的逐日气象数据,应用Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量(ET0),并利用Mann-Kendall检验、Kring插值、Pearson相关分析和敏感性系数等方法分析了韩江流域ET0的时空变化特征及其影响因素. 结果表明：(1)近53年来,韩江流域多年平均ET0为1 121.96 mm,整体呈下降趋势,速率为0.39 mm/a,在1967年左右发生突变. 全流域ET0的年内变化较为明显,夏季的贡献最大,占到全年的37%;年均ET0以广东最多,江西最少. (2)空间上,韩江流域ET0呈现“自东南向西北逐渐递减”、“三高一低”的分布格局,即韩江上游梅江源头地区、韩江三角洲以及梅潭河流域为明显的高值区,而汀江上游地区的值相对较低;四季ET0的空间分布与年高低值的分布格局基本一致. (3)韩江流域ET0对相对湿度呈负敏感性,对平均气温、日照时数和平均风速呈正敏感性,对相对湿度最为敏感,其次是平均温度,对日照时数和平均风速的敏感性相对较小. (4)风速的下降是该流域ET0减少的主要原因,其次是相对湿度. 本文为山区流域水循环研究奠定了一定的基础,可为区域水资源评价与管理提供参考依据.     

长江流域森林NPP模拟及其对气候变化的响应

【目的】利用LPJ模型(Lund-Potsdam-Jena model)估算长江流域森林净初级生产力(net primary productivity, NPP),研究长江流域森林NPP时空动态变化及其与气候因素的关系,为长江流域及其他地区的植被监测与生态建设提供依据。【方法】基于LPJ模型模拟的NPP数据及气象资料,对长江流域1982—2013年森林NPP的空间分布和时空动态变化趋势进行分析,采用线性回归分析法分别以时间为自变量和NPP为因变量进行趋势检验,利用相关性分析法分析长江流域森林NPP与气象因子之间的关系。【结果】①长江流域1982—2013年森林年均NPP值为530.41 g/(m²·a),最高值出现在2002年,森林NPP值为578.55 g/(m²·a);最低值出现在1989年,森林NPP值为491.24 g/(m²·a)。②长江流域森林NPP的空间分布由东南沿海向西北逐渐减小,长江中下游森林NPP高于长江上游,森林NPP空间分布格局与水热条件分布格局相一致,长江流域东南部水热条件良好,能够满足植被生长和发展的需要,植被生产力比较高;西北部由于水热条件比较差,不利于植被生长,生产力低下。③长江流域大部分地区森林NPP与气温和降水为正相关关系,森林NPP与气温呈显著正相关,气温与森林NPP之间的相关性强于降水与森林NPP之间的相关性。【结论】长江流域森林NPP呈自东南向西北减少的趋势,且随时间呈波动上升趋势;气候对森林NPP具有显著影响,气温是影响森林NPP的主导因素。