“气候与水循环 生态”专刊

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  • 1  1961—2016年中国西北地区陆地水分收支的年代际变化特征
    王爱慧,缪月,陈玥
    2020, 43(6):953-966. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20201112001
    [摘要](160) [HTML](47) [PDF 16.47 M](487)
    摘要:
    利用观测气象数据集(CN05.1)、地表水文数据集(VIC-CN05.1)以及大气再分析数据(JRA55)分析了我国西北地区1961-2016年暖季(5-9月)陆地水分收支的长期和年代际变化特征。通过对陆地水分收支(Land Water Availability,LWA)时间序列作Mann-Kendall突变检验,将1961-2016年划分为3个时段进行进一步分析(P1:1961-1978年;P2:1979-2008年;P3:2009-2016年)。主要结论如下:在1961-2016年间西北地区LWA呈上升趋势,区域平均的LWA时间序列具有明显的年代际特征。三个时段的LWA距平百分率分别为-5.45%、-0.46%和13.99%,总体表现为"减少-不变-增加"的特征,尤其是近些年地表水资源增加明显。三个时段的LWA距平百分率空间分布差异显著,尤其在新疆中部、甘肃东部和陕西。西北地区总体上水汽通量输送和垂直速度与降水年代际变化特征基本一致,且区域特征明显。西北地区蒸发受降水、向下长波辐射通量和风速变化影响显著。
    2  1980—2018年黄河上游气候变化及其对生态植被和径流量的影响
    叶培龙,张强,王莺,徐丽丽,韩林君,李蓉
    2020, 43(6):967-979. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20200924001
    [摘要](346) [HTML](39) [PDF 22.70 M](490)
    摘要:
    黄河上游是黄河流域最重要的水源涵养地和产流区,对黄河流域的水资源安全、生态环境和粮食安全有决定性的意义。近年来在西北地区气候暖湿化的背景下,黄河上游气候生态水文等问题受到了各方的高度关注。本文利用卫星遥感数据、格点融合数据和水文监测数据,分析了黄河上游气候的多尺度变化特征及其对植被和径流量的影响。结果表明:1)1980-2018年黄河上游暖湿化趋势呈现全区域较一致的气候特征,温度增加率为0.023℃/a,降水增加率为1.09 mm/a,但同时又存在明显的区域差异性,湟水流域至甘肃中部降水增加最显著,宁蒙荒漠地带增温趋势最明显,2000年以来整个黄河上游降水明显增加。2000年后汇流区与流径区的蒸散发明显增加,但源头区南部波动减少。2)当前的暖湿化有利于黄河上游植被生长,1999年以来汇流区和源头区部分区域的植被增加率达到0.04/(10 a);从长期趋势看,源头区、汇流区植被指数与上年降水呈显著正相关关系,而流径区植被指数与当年降水相关性显著;降水对黄河上游流域植被具有明显的改善作用,而温度对其影响较复杂,各区域不同的植被类型是导致降水、温度、蒸散影响存在差异的可能原因。3)1980-2018年唐乃亥站和兰州站的年径流量均呈减少趋势,但1998年以来两站的年径流量明显增加,兰州站年径流量的增加率是唐乃亥站的近3倍。长期趋势表明,唐乃亥站年径流量与当年降水呈显著正相关关系,兰州站年径流量与当年降水、蒸散的相关系数均明显低于唐乃亥站;从年际波动看,降水是决定年径流量的最主要影响因子,而生态植被、冻土退化、水储量变化及社会活动等因素对径流量的影响也不容忽视。该研究为科学应对黄河上游生态保护及实现黄河流域高质量发展提供了参考依据。
    3  1979—2018年西藏自治区气候与冰川冻土变化及其对可再生能源的潜在影响
    邹宓君,邵长坤,阳坤
    2020, 43(6):980-991. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20201010010
    [摘要](103) [HTML](51) [PDF 38.55 M](486)
    摘要:
    作为全球气候变化敏感区和生态脆弱区,西藏地区拥有丰富的可再生能源。本研究基于多源数据产品(地基和遥感观测)分析了近40 a(1979-2018年)西藏自治区气候和冰川冻土的变化状况及它们对可再生能源的潜在影响。结果表明:1)1979-2018年间藏北高原暖湿化,藏南暖干化。全区站点平均升温速率高达0.54℃·(10 a)-1;藏南降水略有减少而藏北降水增加;2)日照时数和风速普遍显著下降,但风速在2002年左右停止下降,2010年以后有所回升;3)在快速升温下,西藏地区冰川快速退缩,其中以藏东南地区和念青唐古拉山的退缩幅度最大,冰川最大减薄速率可达8.0 m·(10 a)-1;多年冻土所占面积约43%,但稳定性较弱,退化严重。冰川退缩和冻土退化在短期内对河流径流有所贡献。因此,过去40 a西藏太阳能和风能减少,水能因冰川冻土变化的贡献有所增加,但预测水能的未来变化比较困难。
    4  基于三种WRF陆面过程方案的东南亚毁林增温响应研究
    王大山,武婕,江鑫,梁时婧,曾振中
    2020, 43(6):992-1001. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20200927001
    [摘要](87) [HTML](46) [PDF 44.18 M](123)
    摘要:
    选取东南亚中南半岛地区作为模拟区域,基于高分辨率的遥感观测森林变化数据和WRF数值模式,设计毁林前后的两种情景对旱季气候进行模拟,评估NoahMP、CLM和Noah mosaic三种陆面过程方案对热带毁林增温响应的模拟能力。结果表明,CLM方案在模拟历史气温中有着更好的表现,Noah mosaic方案的结果存在明显低估。然而,对比毁林前后两种情景的模拟结果,本文发现,只有采用了"次格网"方式的Noah mosaic方案较好地模拟出毁林增温响应特征。在格网尺度采用"主导类型"计算方式的NoahMP方案没有合理地呈现出森林损失对区域气候的影响。理论上,CLM模式在计算中同时考虑格网内所有植被类型,然而本文发现CLM方案在主导类型不变的格网对森林损失比例不敏感,而且对毁林反馈的模拟结果与NoahMP方案的结果更接近。据此推测,在WRF模式耦合CLM方案的过程中,格网内参数处理方式可能产生了错误,实际采用的是"主导类型"方式。在模拟土地覆盖类型变化对气候的影响时,本文推荐使用Noah mosaic方案。同时,建议在未来版本的WRF模型中修正目前耦合的CLM方案关于次格网方法的处理方式,提供更合理的水热通量模拟。
    5  青藏高原及其周边地区降水的水汽来源变化研究进展
    汤秋鸿,刘宇博,张弛,苏凤阁,李颖,高艳红,李文弘,陈德亮
    2020, 43(6):1002-1009. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20201003001
    [摘要](95) [HTML](39) [PDF 2.89 M](225)
    摘要:
    近几十年来,随着全球气候变暖,青藏高原降水整体呈现增加趋势,气候暖湿化趋势明显;与此同时,位于青藏高原东南缘的中国西南地区整体上呈现暖干化趋势,干旱事件频发。探讨青藏高原及其周边地区降水的水汽来源变化、揭示降水趋势性变化的原因已经成为当前研究热点。本文评述了近年来青藏高原降水的水汽来源研究,重点关注青藏高原变湿、西南地区变干的水汽来源变化原因以及青藏高原南北水汽来源差异,讨论了尚未解决的科学问题,展望了未来研究方向。现有研究表明,青藏高原以西的西风带控制区蒸散发贡献的水汽整体呈现减少趋势,青藏高原以南和以东的季风控制区蒸散发贡献的水汽整体呈现增加趋势,上述水汽源区贡献变化导致了青藏高原及其周边不同区域降水趋势性变化的差异。展望未来,水汽来源分析的模型和数据需要进一步验证及减少不确定性,青藏高原下垫面和蒸散发变化对周边地区降水的影响机制研究有待加强,全球变化与青藏高原降水水汽来源变化的关系尚需深入分析。
    6  全球变化下澜沧江-湄公河流域水量平衡模拟
    王国庆,乔翠平,王婕,蓝云龙,唐雄朋
    2020, 43(6):1010-1017. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20200921010
    [摘要](67) [HTML](62) [PDF 3.22 M](173)
    摘要:
    流域水文模型是区域水资源评价的重要工具,基于普林斯顿全球气象驱动数据集和澜沧江-湄公河流域(简称:澜湄流域)八个水文站实测资料,分析了澜湄流域不同区间的水文特性,采用RCCC-WBM模型(Water Balance Model developed by Research Center for Climate Change,RCCC-WBM)开展了区间径流及水量平衡模拟研究。结果表明:1)澜湄流域不同区间气候水文差异显著,上游气温低且年内变幅大,下游气温高年内变幅小;尽管不同区间降水、径流的年内分配特征总体一致,但径流的年内分布峰值大多滞后降水峰值一个时段。2)RCCC-WBM模型能够较好地模拟出澜湄流域不同区间的径流过程,率定期和验证期的月径流模拟效率系数(Nash-Sutcliffe Efficiency,NSE)均在60%以上,总量模拟误差(Relative Error,RE)也均控制在±10%以内,模型具有较好的区域适应性。3)模拟的土壤含水量都具有先衰减后增加再衰减的年内分配特征;不同季节径流和蒸发耗散的水源不同,降水是汛期水分耗散的主要来源,而土壤含水量是非汛期径流和蒸发消耗的主要水源。
    7  基于降雨-径流长期观测的山洪响应特征分析:以美国本土两个小流域为例
    胡颖,吴欢,徐辉,郑璟,周乃君,黄芷君,陈唯天,李超群
    2020, 43(6):1018-1030. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20201010001
    [摘要](71) [HTML](44) [PDF 20.46 M](185)
    摘要:
    以长期降雨-径流观测资料为基础,建立小流域水文单位线以有效描述山洪响应特征,并探究变化环境下的山洪响应特征是否发生改变。单位线在山洪预报中应用广泛,但在气象领域受关注较少。以两个美国小流域(USGS站点02137727-卡托巴河、01572025-斯瓦塔拉河)为研究对象,探讨考虑不同前期降水和致洪降水条件下单位线提取和优化方法,以及前期降水对流域单位线的影响。结果表明不同前期影响雨量下的平均单位线对降水-径流模拟总体效果较好,两个流域1985年以来共16个降雨径流事件模拟的平均纳什模型效率系数分别为0.846和0.940,平均峰值相对误差分别为9.40%和7.47%。前期影响雨量越大,则单位线峰值越高,峰现时间提前。同时考虑前期降水和致洪降水组合的单位线,能更好反映雨洪事件中山洪响应特征,模拟效果进一步提高,对提高山洪概率预报很有意义。通过分析卡托巴河流域33 a单位线的年际变化,发现降水增多和强降水频率增加导致流域山洪响应特征发生明显变化,单位线峰值呈现增加趋势,涨洪历时呈减少趋势,未来山洪灾害风险变大。
    8  澜沧江-湄公河流域径流与气候因子变化的季节差异特征研究
    刘松楠,汪君
    2020, 43(6):1031-1041. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20201031001
    [摘要](114) [HTML](37) [PDF 2.61 M](181)
    摘要:
    根据DELWARE温度和降水数据、GLDAS蒸散发数据和湄公河干流9个水文站的实测径流,采用回归分析、均值T检验和低通滤波,分析了该流域气候和径流在1950-2017年间的变化情况,经分析表明流域内气候和径流在研究时段内有较大变化,而且在不同的月份呈现不同的变化特征。流域年平均温度整体呈增加趋势,2008年后的平均温度相对2008年前平均温度有显著增加;流域年平均降水的变化幅度不大;流域平均蒸散发在12月-次年2月呈下降趋势,其他月份呈增加趋势,2008-2017年月平均蒸散发与1950-2007年月平均蒸散发相比大幅提升,尤其是在6-10月;湄公河流域年径流没有显著变化,但径流在12月-次年4月呈上升趋势,7-10月呈下降趋势,其中,上升趋势比下降趋势显著,1-4月径流上升趋势在2008年之后更为显著;最小径流在2008年后有显著增加趋势,最大径流在2008年后呈下降趋势;年流量逆转次数自20世纪90年代起有明显升高趋势。通过比较温度、降水、蒸散发和径流在不同时间段的变化情况,可以看出径流在2008年后变化趋势和气候自然变化关系不显著,但可能跟大坝蓄水能力显著提高等人为活动有较大关系。
    9  青藏高原三江源地区近60 a气候与极端气候变化特征分析
    靳铮,游庆龙,吴芳营,孙博,蔡子怡
    2020, 43(6):1042-1055. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20201008001
    [摘要](123) [HTML](31) [PDF 54.99 M](197)
    摘要:
    青藏高原三江源地区正在面临着以"变暖变湿"为主的气候变化,是气候变化的显著区与敏感区。基于中国气象局位于三江源地区20个地面台站的气温、降水数据以及HadCRUT4(Climatic Research Unit land-surface air temperature-4 dataset and the Hadley Centre sea-surface temperature dataset,Hadley Centre,UK)气温、PREC(Precipitation Reconstruction,National Oceanic and Atmospheric Administration,USA)降水资料,从气候要素空间格局、极端气候指标以及区域-全球平均多年变化对比等3个方面系统总结了三江源地区1961-2019年气候和极端气候变化的特征。结果显示,三江源区域在过去近60 a里平均增暖速率为0.37℃/(10 a),是全球平均水平(0.16℃/(10 a))的2倍以上,同时大幅高于全球同纬度(0.19℃/(10 a))及中国区域(0.28℃/(10 a))。在全球变暖背景下,三江源地区大部分极端气候指标上升,其中以夜间最低气温的上升(0.55℃/(10 a))最为显著,且极端高温事件的出现频率上升,区域日温差减小、气温变化极端性增强。三江源近60 a温湿气候态的空间格局为沿西北-东南方向的正温湿梯度,其变化趋势存在自西向东速率上升的暖湿化空间分异特征。本文的研究结论进一步揭示了三江源地区近60 a气候变化与极端气候的时空格局,为三江源地区气候系统和生态系统的脆弱性研究以及未来气候变化预估提供了科学依据,同时也为气候变化敏感的高寒地区对全球变暖的响应研究提供了对比案例。
    10  全球增温1.5和2℃下中国东部极端高温风险预估
    江晓菲,江志红,李伟
    2020, 43(6):1056-1064. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20201011001
    [摘要](87) [HTML](27) [PDF 13.26 M](336)
    摘要:
    2013年中国中东部地区经历了一次破纪录的极端高温,给社会经济及人民财产造成了严重损失。利用高分辨率的观测格点数据集以及参与CMIP5的17个全球气候模式数据,通过分位数映射的偏差订正方法对模式模拟的逐日最高温度数据进行订正;在此基础上,研究了2013年的破纪录极端高温以及多年(20、50和100 a)一遇极端高温在未来全球增温1.5和2℃下的风险。结果表明,在未来增温1.5℃(2℃)下,2013年极端高温强度的发生风险将会增加为历史时期(1986-2005年)的3.0倍(6.1倍),极端高温日数增加为历史时期的5.6倍(12.6倍)。从1.5℃到2℃,额外的0.5℃的增温将会使2013年极端高温强度和日数在未来的发生风险分别增加到2.0倍和2.3倍。对于不同重现期的极端高温来说,越极端的极端高温在未来发生的风险越大,并且极端高温日数增加的风险要大于极端高温强度增加的风险。历史时期平均每20、50、100 a发生一次的极端高温日数在未来增温1.5℃下将会变为平均每4、8、15 a发生一次,在增温2℃下变为平均每2、3、6 a发生一次。历史时期20、50、100 a一遇的极端高温强度在未来增温1.5℃下将会变为7、14、27 a一遇,在未来增温2℃下变为4、6、8 a一遇。
    11  中南半岛春季植被覆盖变化及其与ENSO的联系
    陈海山,钱满亿,华文剑
    2020, 43(6):1065-1075. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20201014007
    [摘要](63) [HTML](73) [PDF 22.05 M](389)
    摘要:
    利用归一化植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)、气候资料以及环流场数据,探讨了中南半岛地区植被覆盖变化特征及其与ENSO(El Niño-Southern Oscillation)的联系。研究表明,降水是影响春季植被生长的主要因子,与NDVI呈显著的正相关关系;而温度、辐射与NDVI呈负相关关系。进一步分析表明,当前期冬季赤道中东太平洋海温异常偏暖(发生厄尔尼诺事件)时,中南半岛附近海平面气压偏高、850 hPa风场辐散,上升运动偏弱,不利于云和降水形成,而有利于太阳辐射增加和温度升高,降水减小和温度升高均抑制春季中南半岛植被生长;反之,当前期冬季发生拉尼娜事件时,有利于中南半岛植被生长。
    12  近60 a来全球河川径流量变化趋势及影响因素分析
    周国逸,李琳,方雪纯,韩诗慧,施婷婷
    2020, 43(6):1076-1085. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20201018001
    [摘要](70) [HTML](45) [PDF 9.07 M](86)
    摘要:
    基于全球2 894个流域的河川径流量、归一化植被指数(Normalized Differential Vegetation Index,NDVI)以及气温和降水量长期数据,发现年内月均径流量(MQ)呈上升、下降以及不显著变化趋势的流域比例分别为9.1%、12.4%和78.5%,年内最小月径流量(LQ)呈3种变化趋势的流域比例分别为24.1%、11.7%和64.2%,年内最大月径流量(HQ)呈3种变化趋势的流域比例分别为6.4%、13.6%和79.9%。在区域(大陆和纬度带)和全球尺度上,没有出现LQ下降和HQ上升变化趋势的现象,MQ下降与HQ下降联系在一起,MQ上升与LQ上升联系在一起,表明区域和全球尺度上水资源量及年内分配在过去60多年里是改善的。进一步分析发现,气候变化是导致水资源量和年内分配变化的主要因素。但与年内月极端径流量(LQ或HQ)变化不同的是,发生年内月极端径流量的月份大多发生了显著的改变,这个改变可能对社会和自然生态系统以及依靠自然节律的生产生活方式产生深远影响。
    13  关于骤旱研究的一些思考
    袁星,王钰淼,张苗,王琳瑛
    2020, 43(6):1086-1095. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20200914002
    [摘要](105) [HTML](22) [PDF 3.31 M](119)
    摘要:
    骤旱是一类特殊的干旱现象,以快速发展为主要特征。在全球变暖背景下,骤旱可能会成为干旱的一种"新常态",亟须开展深入研究。针对目前存在的骤旱定义争论,本文指出其本质为如何理解骤旱与传统干旱之间的区别与联系,并从骤发性、持续性、爆发和消亡过程等方面进行阐述,指出骤旱的典型时间尺度为次季节尺度,应纳入多尺度干旱体系中。在此基础上,回顾了极端个例诊断分析、人类活动检测与归因、生态环境效应等方面的研究进展。认为:未来应加强骤旱驱动机制(包括内部变率和外部强迫)、骤旱与生态系统之间的相互作用、骤旱可预报性来源以及预测方法等方面的研究;应从全球变化的视角,利用地球系统科学的研究方法,发展先进的监测和模拟预测技术,以应对日益增加的骤旱风险。
    14  气候变化背景下中国陆地水循环时空演变
    苏布达,孙赫敏,李修仓,李振杰,张京朋,王艳君,黄金龙,高妙妮,姜彤,司丽丽
    2020, 43(6):1096-1105. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20201014001
    [摘要](85) [HTML](21) [PDF 4.38 M](136)
    摘要:
    水循环是气候系统各子系统相互作用过程中一个最活跃的枢纽,受气候变化影响显著。本文采用观测和多套再分析数据,系统分析了1979年以来中国及各大流域大气水汽含量、降水、蒸散发和地表径流等水循环要素年际变化。研究发现,1979-2018年,中国陆地整层大气水汽含量和水汽收支呈显著上升趋势;水汽收支除在松花江和西南诸河略有下降,其余流域均呈上升趋势;降水除西北诸河流域呈现显著上升趋势外,其余流域变化不显著;蒸散发整体呈微弱增加,但南方大部流域呈现显著的减小趋势;除西北诸河径流显著上升趋势外,北方大部分流域地表径流呈现减少趋势,而南方流域的径流变化趋势复杂多样。相对1979-2000年,21世纪以来中国年平均气温上升约0.63℃,年降水量、大气水汽含量分别增加0.5%和1.2%,水汽总输入和输出量均减小,降水再循环率增加10.9%。进入21世纪,中国陆地水资源一级分区内循环均较前20 a活跃,降水再循环率除松花江和辽河流域外,均有所增加。其中,海河、黄河、淮河和西北诸河流域的水汽和蒸发形成的降水都有所增加;辽河流域蒸发形成的降水有所增加,但输入水汽减少导致流域降水减少最多;松花江、长江、珠江和西南诸河流域蒸发形成的降水增加,输入水汽减少导致降水略有减少;东南诸河蒸发形成的降水略有增加,但整体变化不大。
    15  全球FLUXNET站点总初级生产力的年际变化及其主导因子解析
    尹茜茜,乐旭,周浩,马一勉,田晨光,曹阳,雷亚栋
    2020, 43(6):1106-1114. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20200913001
    [摘要](69) [HTML](33) [PDF 5.86 M](93)
    摘要:
    基于耶鲁互动生物圈模式(YIBs),结合FLUXNET网络观测时间超过8 a的站点的观测数据,研究对不同气象因子影响下总初级生产力(Gross Primary Productivity,GPP)的年际变化进行分析,探讨各植被类型GPP年际变化的主要驱动因子。结果表明,光合有效辐射的变化是落叶阔叶林和常绿针叶林站点GPP年际变化的主要驱动因子,贡献了这些森林类型年际变率的80%。相对湿度变化是作物站点GPP年际变化的主要驱动因子,贡献了作物GPP年际变率的65%。温度是灌木丛站点GPP年际变率的重要因子,其贡献率达到58%。草原站点GPP年际变化的不确定性较大,没有统一的主导因子。研究结果表明,气象要素是全球陆地GPP年际变化的主导因素。在未来气候变化背景下,极端气候事件频发可能会进一步增加GPP的年际变率。
    16  基于CMIP6多模式的长江流域蒸散发预估及影响因素
    詹明月,王国杰,陆姣,陈丽琴,朱晨霞,姜彤,王艳君
    2020, 43(6):1115-1126. DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20200927002
    [摘要](92) [HTML](35) [PDF 32.25 M](318)
    摘要:
    蒸散发是水文循环和能量传输的中间环节,同时也是联结土壤、植被、大气过程的纽带。基于第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)12个全球气候模式数据,研究了SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5三种情景下,长江流域2020-2099年实际蒸散发ET(Evapotranspiration,简称ET)的时空变化及其影响因素。研究结果表明,在3种气候变化情景下长江流域ET相较基准期(1995-2014年)均存在显著增加趋势,且长江中下游地区增加趋势最为显著;SSP1-2.6情景ET较基准期先快速增加,21世纪60年代之后减缓并趋于平稳,SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下均呈持续增加趋势。研究了降水(Precipitation,简称Pr)、气温(Air Temperature,简称T)和叶面积指数LAI(Leaf Area Index,简称LAI)对长江流域ET的影响;SSP1-2.6和SSP2-4.5情景下,长江流域ET受T影响最为显著,而SSP5-8.5情景下,LAI是影响ET的主导因素。在3种气候情景下,辐射强迫越大,植被增加趋势越显著,对ET的影响越强(SSP5-8.5、SSP2-4.5、SSP1-2.6情景下影响逐渐减弱),而ET对LAI的敏感性则逐渐降低(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5情景下敏感性逐渐降低)。

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