基于卫星遥感的祁连山及甘肃中部地区云特征分析

这是一篇关于云,降水,CloudSat,CALIPSO,祁连山,云/冰水含量,有效粒子半径的论文, 主要内容为本文利用2007—2010年CloudSat和CALIPSO卫星遥感资料、中国国家气象信息中心(CMDC)提供的中国地面降水月值0.5°×0.5°格点数据集(1996—2016年)以及中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据集,对祁连山区、甘肃中部及石羊河流域三个区域的不同云类型宏微观特征进行了分析,结合个例对云的剖面特征进行了研究。主要结果如下:三个区域总云分数的季节变化较一致,较大值出现在春夏季,均超过70%,高值区主要集中出现在祁连山南坡,与降水量高值区分布一致。积状云云分数最大值出现在夏季,积状云降水频率高于层状云。云层以单层云为主,云厚度一般都超过2.0 km,春季甘肃中部的单层云厚度最大达3.0 km;两层云夹层比三层云的夹层厚度要厚。产生降水的云系中积状云和单层云的发生频率较高。各区域云频率随高度分布趋势大致相同,层状云出现的高度在距地表0.5 km到12.0 km,云频率峰值均在高度6.0 km左右出现;积状云云频率随高度分布较层状云明显偏低,峰值出现在1.5 km高度左右。积状云液态水含量在各高度均高于层状云。液态水含量的最大值出现在1.0km以下,从底层向上液态水含量迅速减少,直到1.0 km左右高度减少的幅度开始变缓。冰水含量延伸的高度较液态水含量更高。层状云和积状云冰水含量垂直分布多以单峰型出现。除夏季外,层状云冰水含量延伸的高度和峰值所在高度均大于积状云。秋季,甘肃中部地区层状云飞机播撒作业高度建议在3.0 km左右高度更合理;春季,石羊河流域2.2 km高度更适合飞机作业。非降水云液态有效粒子半径在垂直方向上下均一,数值上相对于降水云更小。降水云液态有效粒子半径从底层到34 km内迅速减小,底层云滴相对高层更大。非降水云中3.0 km以下冰粒子是有抬升的趋势,3.0 km以上大粒子有下沉的趋势。在降水云中冰相有效粒子半径随高度的增加迅速减小,底层的值远大于非降水云底层的值,充分反映了在降水云中大粒子受重力的影响而下沉。降水性雨层云的云底高度低,在1.0 km左右,且云层发展相对于非降水性雨层云更深厚。冰水含量极大值区主要出现在云层的中上部,在降水云中存在较为集中的极大值区。在降水性雨层云中存在上冷下暖的结构。个例中冰水含量极大值区出现高度均集中在云层的中上部,而冰相有效粒子半径极大值区出现在云层下部,表明中上部冰粒子有效尺度偏小,数量多;下部冰粒子有效尺度偏大,但是数量相对稀少。

伊犁喀什河流域不同水体同位素特征及水汽来源分析

这是一篇关于氢氧稳定同位素,伊犁喀什河流域,降水,河水,水汽来源的论文, 主要内容为水是一种重要的物质,不管对自然界还是对人类社会而言都是不可或缺的。虽然地球上水资源的总量很多,但是分布不均,我国西北地区是世界上水资源非常匮乏的地区之一。近些年,由于经济社会的发展,人类对水资源的需求越来越旺盛。在我国,随着西部地区发展,西北干旱区地区缺水的压力越来越大。伊犁喀什河流是伊犁河上游第二大支流,位于天山西部,是新疆降水相对丰富的地方,在这个区域开展降水和河水中的氢氧同位素研究,可为西北地区河水资源的产生、发展与变化的过程和机理研究提供重要的科学支持,而且对保护环境及利用水资源方面具有重要的现实意义。本研究基于2018年1-12月在伊犁喀什流域采集的大气降水、河水、冰雪融水等样品186个,结合相关资料,分析了流域降水与河水稳定同位素季节变化特征,讨论了大气降水的水汽来源以及河水补给来源问题。得出了以下结论:(1)大气降水氢氧稳定同位素特征伊犁喀什河流域降水δ18O值季节变化较大,夏季δ18O值偏高,冬季δ18O值偏低。流域降水稳定同位素表现出显著温度效应,温度对降水δ18O值的变化起着主导性作用,夏季气温高,δ18O富集;冬季气温低,δ18O贫化。流域内稳定同位素的降水量效应在全年并无体现,但在秋季存在一定的降水量效应。δ18O与相对湿度表现出负相关关系,即随相对湿度的增大,δ18O值越小。伊犁喀什河流域大气水线方程的斜率与截距明显高于全球大气降水线,反映了当地水汽中大部分是局地再循环的水汽。研究区冬季大气降水线的斜率与截距均高于夏季,这是因为冬季气温低,降水受云下二次蒸发小影响极小,甚至可以忽略不计,而夏季气温高,云下二次蒸发对降水同位素影响不可忽视。(2)河水氢氧稳定同位素特征与大气降水相比,河水稳定同位素年内变化不明显,最高值和最低值之间差值小,总体上来说比较稳定。同时表现出一定的季节变化,夏季δ18O值略高,冬季略低。空间尺度上,河水中稳定表现出海拔效应,即随着海拔降低,蒸发分馏作用增强,河水中氢氧稳定同位素逐渐富集。研究区气温低,云下二次蒸发弱,大气降水氘盈余大于全球降水平均氘盈余,降水线方程斜率和截距高于全球大气降水线。由于蒸发分馏作用的影响,河水蒸发线的斜率和截距小于局地大气降水线。(3)降水的水汽来源和河水补给源分析利用同位素和后向轨迹模型分析,结果表明流域内大气降水的水汽主要来源于大西洋,通过西风带输送输送到本地,此外局地再循环水汽和北冰洋水汽也是大气降水重要的水汽来源。其中夏季水汽总量较大,除了西风水汽输送之外,还会受到局地水汽补给。冬季则主要受到北极气团的影响,降水稀少。伊犁喀什河夏半年受降水补给大,冬半年受降水补给少。通过对河水夏季径流分割,发现流域7、8月河水的补给来源以山区降水为主,其次为冰雪融水。

基于稳定同位素示踪的黑河源区出山径流补给源解析研究

这是一篇关于黑河源区,径流变化,降水,稳定同位素,径流分割的论文, 主要内容为近30年来,随着全球气候变化以及社会经济的快速发展,各种水资源问题也日益严峻,特别是干旱内陆河流域。黑河流域作为我国西北干旱区第二大内陆河流域,生态环境脆弱,水资源短缺已经成为制约该区社会经济环境可持续发展的最主要因素。因此,准确掌握黑河流域水资源形成与循环过程,定量解析降水/融水-产流/入渗的转化关系是解决当前该地区各种水问题的关键所在。为此,本文以黑河源区为研究区域,在野外观测和历史水文数据统计分析的基础上,分析1968-2016年径流量变化及其影响因子,并在系统采集各类水体样品基础上,利用稳定同位素示踪技术开展了水文过程研究,得出的主要结论如下:(1)1968-2016年黑河流域年径流量呈增长趋势,并且降水是影响该区域径流量增加的最主要因子。在1968-2016年间,黑河源区径流量年代均值都呈显著的增加趋势,径流量年代均值随季节的变化而变化,降水对径流的补给作用较为明显。同时,从源区到出山口年径流量的变化也呈增长趋势。野牛沟流域、八宝河流域以及源区出山口年径流量的变化倾向率分别为0.36%/10a、0.26%/10a和0.60%/10a。黑河源区年径流量与降水量之间存在显著的正相关关系,同时径流量变化趋势与降水量在时间尺度上一致,不存在滞后性,而与气温变化之间存在一定的滞后性。(2)各水体稳定同位素特征表明河水由多水源混合补给。研究区降水稳定同位素值季节变化明显,并随海拔的升高而减小。降水同位素温度效应显著(0.64‰/°C)且仅在夏季存在微弱的降水量效应。云下蒸发对降水稳定同位素浓度影响显著。在5-8月,降水中δ18O的平均雨滴蒸发率分别为23%、11%、12%和16%,云下蒸发富集率分别为46%、27%、38%和32%。黑河东支源区河水稳定同位素无明显的季节变化特征以及海拔效应。土壤水分受到降水入渗的补给和蒸散发的影响,使得土壤水稳定同位素值随剖面深度的变化而不断变化。泉水和井水稳定同位素值介于河水与冻土层上水之间,并且井水稳定同位素与河水变化趋势一致,表明井水受到河水的渗漏补给作用。西支讨赖河源区的河水和地下水稳定同位素浓度相近,反映出地下水主要受河水补给。冰雪融水同位素浓度相对偏正反映了土壤蒸发过程的影响。嘉峪关站河水和地下水都未表现出明显的季节变化,而托勒站则正好相反,反映源区出山区各水体首先转化为地下水,充分的混合效应导致稳定同位素浓度的季节变化效应逐渐被平滑。(3)出山径流主要补给源为降水。大气降水、冻土层上水和冰雪融水对东支源区出山径流的贡献率分别为65%、28%和7%,对西支源区径流的贡献率依次为51%、38%和11%,而在西支出山口,相应的贡献率依次为79%、15%和6%,与河源区相比,在出山口降水对径流的贡献量明显增加,反映了降水对寒区径流的影响随着远离河源区而逐步增强。这一结果进一步丰富了干旱区降水稳定同位素的演化机制理论,为干旱区稳定同位素水文过程研究提供了新的依据。

黄河源区降水稳定氢氧同位素的时空变化特征及影响因素研究

这是一篇关于黄河源区,稳定同位素,降水,云下二次蒸发,水汽来源的论文, 主要内容为降水中稳定同位素演化机制的研究可以为进一步了解区域水循环过程提供重要依据。黄河源区是黄河的发源地,这里雪山连绵,河流、湖泊众多,是黄河水资源的主要来源之一,被称为黄河的“水塔”。大气降水是区域水资源的主要来源之一,是水循环过程中最重要的环节。本文基于黄河源区2021年3～11月的491个基于事件的降水稳定同位素数据分析了黄河源区降水稳定同位素的时空变化特征、局地气象因子、海拔高度对降水稳定同位素的影响。利用Stewart模型计算和分析了黄河源区的云下二次蒸发效应,利用HYSPLIT模型分析了黄河源区各个站点不同降水事件的水汽输送轨迹,并分析了水汽输送高度和水汽输送时间对研究区降水稳定同位素的影响。结果表明:(1)黄河源区降水δ18O值整体呈西南低,东北高的趋势,夏季(6～8月)同位素值高于春秋季。气象因子(气温、降水量、相对湿度)对局地降水稳定同位素的影响较小,降水稳定同位素的海拔效应较强(海拔越高,同位素值越贫化),海拔梯度为-0.21‰(100m)-1,海拔梯度夏季>秋季>春季。(2)黄河源区局地大气水线方程为:δ2H=7.72δ18O+10.53(R2=0.96,P<0.01,n=491),低于全球大气水线的斜率。研究区内海拔越低,LMWL的斜率越小,另外,LMWL还受到局地小气候和下垫面性质(比如水库)的影响。(3)根据黄河源区9个采样点f(雨滴蒸发剩余比)和Δd的时空变化特征,分析得出,黄河源区夏季云下二次蒸发强于春秋季,局地气象因子对云下二次蒸发影响较大,其中温度和相对湿度与云下二次蒸发呈弱线性关系,降水量和雨滴直径的增大会使得云下二次蒸发减弱,但二者之间不存在明确的线性关系。(4)黄河源区f(雨滴蒸发剩余比)和Δd之间的关系也受到局地气象因子的影响,当气温低,相对湿度高,降水量大,雨滴直径大时,f值较高,Δd接近0,云下二次蒸发较弱,f和Δd的对数相关性较强,拟合的对数关系的斜率较低。当f>90%时,f和Δd存在一个约为1.26‰/%的线性关系。(5)黄河源区降水稳定同位素受到不同水汽来源的影响,研究区水汽主要来源于高原内部的局地水汽和西风输送水汽,夏季风期间,黄河源区降水受局地水汽和东亚季风、印度季风的交替控制,降水稳定同位素值日变化较大,但不存在明显的季节变化规律。同时,黄河源区各个站点的水汽输送高度和水汽输送时间对局地降水稳定同位素影响较大,研究区中部以及东部的站点水汽输送高度与降水稳定同位素之间呈现正相关关系,西部的玛多、兴海、龙羊峡几个站点水汽输送高度与降水稳定同位素之间关系不明显。水汽输送时间与降水稳定同位素之间呈现负相关关系,夏季相关性强于春季和秋季。

中国地表温度对气候变暖响应研究

这是一篇关于地表最高温度,地表最低温度,空气温度,降水,时空变的论文, 主要内容为我们利用中国421个国家气象站点从1965-2014年的日地表最高温度,地表最低温度数据,研究分析了地表最高,最低温度以及地温日较差的时间和空间分布特征,探讨了空气最高和最低温度,日照时数,降水和云量对地表温度变化的影响。主要研究结果如下：1.在整个研究阶段,地表最高温度和最低温度呈现显著升温趋势,升温幅度分别为0.66℃/10a,0.43℃/10a,均高于空气最高、最低温度的升温幅度。由于地表最低温度的升温幅度高于地表最高温度,所以地温日较差呈显著下降趋势,降温幅度为-0.23℃C/10a。2.我们研究发现地表最高、最低温度随时间变化规律存在着差别。地表最高温度仅在1989-1998年呈现显著升温趋势(0.80℃/10a),在1965-1987和1999-2014年无明显变化,与空气最高温度的变化相一致。地表最低温度经历了两个显著升温阶段：地表最低温度在1965-1998年呈明显升温趋势(0.33℃C/10a),与空气最低温度变化相一致,升温幅度低于空气最低温度；在1999年之后,地表最低温度呈现出加速的升温过程(1.44℃C/10a),这与地表最高温度和空气温度的变化不同,因此导致地温日较差在1999-2014年呈现出显著下降趋势(-1.240C/10a)。3.在空间上,地表最高、最低温度的升温幅度均呈现出从北到南逐渐变缓的变化规律。地表最高温度在中国的青藏高原的升温幅度最高(0.65℃C/10a),其次为中国的北部。地表最低温度在8个气候区域均呈现出显著的上升趋势,在东北的升温幅度最高。地温日较差在我国西北部和整个东部地区呈现明显下降趋势,在东北的下降幅度最高。4.地表温度变化存在明显的季节特征,地表最高和最低温度在所有季节均显著升温。地表最高温度在春季的升温幅度最高,地表最低温度在冬季的升温幅度最高,并且远远高于其他三个季节。地温日较差在冬季的降温幅度最高,其次为秋季。同纬度空间变化上,地表温度的季节趋势特征与年相似,呈现出北高南低的规律。5.在整个研究阶段,气温对地表温度的变化起主导作用。在1999年之后总云量的增加和区域性降水的变化对地表最低温度和地温日较差的变化具有重要的作用。

黄河流域典型区域气候因子和植被变化及二者响应关系研究

这是一篇关于黄河流域典型区域,降水,气温,突变,归一化植被指数,特征,响应关系的论文, 主要内容为气候变化对水资源、植被、经济社会发展具有重要影响,植被对气候与环境变化起着敏感指示器的作用。近几十年来,全球范围内气候因子、植被均发生了较大变化,黄河流域内蒙古段亦是如此,其既是黄河流域典型区域,也是内蒙古自治区重要的经济发展区和生态环境脆弱带,气候因子、植被变化具有典型性和代表性,植被对气候因子变化响应明显,研究流域气候因子、植被变化及二者响应关系对流域水资源利用、生态环境建设、经济社会发展都具有参考意义。以黄河流域典型区域.黄河流域内蒙古段为研究区,利用研究区及其周边地区52个气象站点1951～2012年气温与降水、2000～2012年归一化植被指数(NDVI)数据,采用回归分析、年代均值比较、气候倾向率、Mann-Ken-dall检验、最大合成(MVC)、像元二分模型、偏相关分析等方法,对气候因子、植被变化特征及二者响应关系进行了定性与定量研究。得出如下主要结论：1.近62年研究区降水量年际变化大,总体呈微弱下降趋势(-1.48mm/10a,不明显),其中80～90年代呈小幅上升(9.2mm)。夏季降水呈减少趋势(-1.952mm/10a),春(0.752mm/10a)、秋(0.706mm/10a)、冬(0.14mm/10a)季降水呈增加趋势。降水空间呈东北多西南少格局,降水少的地区多年变化速率较快。2.研究区区域平均气温(0.283℃/10a)、最高气温(0.235℃/10a)、最低气温(0.59℃/10a)均呈上升趋势,20世纪90年代最为明显。冬季上升最快(0.539℃/10a),是温度升高的主要驱动力。空间上气温呈南高北低分布格局。年(季)最低气温首先发生突变(1977～1987年),平均气温次之(1978～1993年),最高气温最晚(1978～1994年)。各类气温均是冬季(1977～1978)突变最早,夏季(1987～1994)突变最晚。突变后在1997～2007年间发生变暖停滞,春(2002)、冬(2002)季首先发生停滞,秋(2006)季晚之,夏季未停滞,大部分晚于全球停滞时间(1998年)。突变后到停滞前年平均最高气温(0.047℃/a)升温速率相对最慢,而停滞后其(-0.172℃/a)降温速率反而最快,平均最低气温与之相反。3.年降水量与年平均气温、最高、最低气温总体表现为对称性变化,仅在1983～1999年呈一致上升趋势。春季降水与三类气温关系较好,秋季呈阶段反对称,夏季与年际类似,冬季在90年代到21世纪初呈反对称,其它年代趋势一致。4.2000～2012年多年NDVI呈上升趋势(均值0.38),走势分两阶段,与年内单峰状类似。植被覆盖度呈上升趋势,10月份增长速率最快(0.0065/a)。空间上总体呈由东向西逐渐变差趋势,植被长势越好地区,多年变化率越小。5.随当月及生长期累积降水量增加、当月(或前一月)气温升高,植被长势变好,累积降水量影响更强,当进入7月份,较高温度会抑制植被生长。降水、气温在一定范围变化时,NDVI响应于一定范围,如：水热共同作用下,当降水、最高、平均、最低气温分别在8.77～106.40mm、13.85～26.04℃、20.50～32.37℃C、8.68～19.65℃之间变化时,NDVI响应于0.29～0.39间。

一种沙尘-降水相互作用典型个例数据集的构建及其应用研究

这是一篇关于沙尘气溶胶,降水,潜热,垂直结构,卫星的论文, 主要内容为大气中的沙尘气溶胶可以作为云凝结核或冰核参与到云微物理过程中,通过异质核化过程影响水凝物和降水潜热的垂直分布情况,最后反过来影响云的热动力学性质。开展沙尘影响降水的研究有助于加深对云微物理过程的认识,也对模式发展、气候预测等领域大有帮助。为了从观测角度进一步揭示沙尘-降水相互作用,本文设计了一种自动寻找受沙尘污染的降水个例的算法,用该算法找出的个例对应的三维降水和潜热数据构建了个例数据集,并用该数据集统计分析了春季华北地区沙尘对降水和潜热垂直结构的影响,探讨了可能的物理机制。首先,本文利用多卫星数据和再分析资料设计了一种自动寻找沙尘污染典型个例的算法。基本思想是用GPM卫星的双频降水雷达(DPR)观测降水个例的三维结构,用CALIPSO卫星的云气溶胶正交偏振激光雷达(CALIOP)的探测结果指示沙尘的垂直分布,用MERRA-2再分析资料中的沙尘气溶胶光学厚度指示沙尘的水平分布,为每个降水系统匹配时空上邻近的沙尘气溶胶数据,再根据沙尘含量筛选出污染和清洁个例。将该算法应用于春季华北地区,共找出37个污染个例和30个清洁个例,并利用Aqua卫星的产品通过比较典型个例的方式验证了个例数据集的可靠性。然后应用该个例数据集,通过合成分析、区分雨型和约束动力条件的方式统计分析了污染个例组和清洁个例组的降水参量、降水廓线和潜热廓线的差异,发现污染组中对流降水样本占比更高,两种雨型的地表降水率与清洁组相当,但雨顶温度和89 GHz的偏振订正亮温系统性偏低,表明沙尘污染环境下降水系统的垂直发展更好。通过比较反射率的高度分布和降水率平均廓线发现,污染组的层云降水在零度层以上更强,在零度层以下更弱;对流降水在零度层以上更强,在零度层以下的差异并不显著。雨滴谱参数平均廓线的结果指出污染组的层云降水在高空因雨滴粒径增大而加强,低空因雨滴数密度减小而减弱。为了突出沙尘对差异的贡献,使用地表降水率和雨顶温度约束降水的动力条件,发现降水率和雨滴谱参数平均廓线的差异的正负没有发生明显变化。而给定三种气象条件变量作为约束时,降水率平均廓线的差异在高空保持为正,但在低空的正负与气象条件的取值有关,说明低空降水的差异可能有多种因素参与。推测沙尘在高空通过微物理过程增强层云降水和对流降水,促进云内对流,抬升雨顶;而在低空可能通过微物理过程和热力过程减弱层云降水。最后采取同样的方法分析了沙尘对于CSH、SLH和VPH三种算法反演的潜热垂直结构的影响。结果表明三种潜热量级相当可以进行比较,CSH和SLH的廓线形状贴近经典概念模型,而VPH的廓线形状在零度层上方10℃范围内存在异常的形状。CSH和VPH在高空的结果符合加热增强的预期,但三种潜热在低空的结果均不符合预期。使用地表降水率作为约束时CSH和SLH给出的污染组和清洁组之差会随地表降水率发生转向。这结果说明三种算法的结果差异较大,无法就沙尘对潜热垂直结构的影响这一问题给出一致的趋势。

中国西北地区空中云水资源特征的研究

这是一篇关于西北地区,降水,大气可降水量,水汽输送,云量,人工影响天气的论文, 主要内容为能量和水循环是全球气候系统中的重要过程,云是水汽转化为降水的重要环节,在气候变化、天气分析中有重要作用。西北地区降水时空变率较大,水资源匮乏,制约着经济和社会的发展。开展人工影响天气、合理开发空中云水资源是增加区域水资源的有效手段。本文利用ECMWF再分析和CERES格点资料,通过经验正交分解分解、趋势分析、合成分析和相关分析等方法,分析了1990-2016年西北地区云降水、水汽收支、云等物理量的时空特征及相互关系,主要结论如下:(1)西北地区降水空间分布极不均匀,东南部地区降水达500mm以上,从东南季风区边缘向西部内陆过渡的过程中雨量锐减,到甘肃内蒙西部、新疆地区降水不足50mm。天山、昆仑山、祁连山等山脉地区降水比周围地区多。EOF分析结果表明,年(季)降水的空间分布模态主要为全区一致性变化,年降水前3模态方差贡献率接近50%,春、夏、秋季亦如此。冬季前2个模态方差贡献接近70%。(2)大气可降水量在西北地区东南部(宁夏、陕西、山西等地区)较大,可达6000 kg·m-2,从东南往西北逐渐减少,青海南部、天山、昆仑山、祁连山和甘肃内蒙古西部的可降水量不足2000 kg·m-2。夏季可降水量占全年比例最大,除新疆和甘肃外大部分地区在50%以上,秋季略多于春季,冬季可降水量最少。东南部降水效率不足10%,山区降水效率较大,天山、昆仑山和祁连山达到15%以上。降水效率在春季较大,夏、秋、冬季相似,冬季较小。降水效率整体不高,空中水汽资源实际利用率较低,开发潜力大。(3)对几个重点子区域分析结果表明:a、天山区(天山及北疆)降水夏季最多但呈现下降趋势,春秋季次之且有增加的趋势;可降水量年际变化不大,夏季最多,降水效率在5%左右,有很好的水资源开发潜力。b、祁连区(祁连山及周边地区)降水量较少,夏季最多不到20mm,四季降水量有微弱减少趋势,可降水量较大且有逐年递增的趋势,降水效率在春夏季较高,但不到5%,可利用水汽较多。c、南疆西区(昆仑山、南疆西部)降水在春夏季较多,可达30mm,秋冬季较少,除秋季外降水均有减少的趋势;可降水量年际变化稳定;降水效率在10%左右但有下降趋势。d、陕宁河区(陕北、宁夏、河套地区)降水夏季最多,春秋次之,降水有减少的趋势;可降水量年际变化不大,夏秋季有增加趋势;降水效率在5%左右,在春夏季有下降趋势。(4)不同区域各边界水汽输送和收支情况不同:(1)天山区为水汽输出区,西边界主要为水汽输入,东边界和南边界水汽输出,夏秋季输入输出量较多;(2)祁连区为水汽输出区,西边界和北边界主要为水汽输入,南边界和东边界水汽输出,夏季水汽较为活跃;(3)陕宁河区为水汽输出区,西边界和北边界主要为水汽输入,南边界和东边界以水汽输出为主,春、夏、秋季收支变化较大。(5)积云、层云、层积云、雨层云的云量较少,积云和雨层云夏秋季在个别区域仅达到10%左右,降水偏多(少)年间云量的差值整体上小于6%。夏季天山、秋冬季昆仑山高层云云量差值较大。积雨云春季在祁连山、昆仑山的云量有较大差值。不同类型的云在不同季节与降水的相关空间分布特征不同,积雨云、雨层云云量在天山、昆仑山和祁连山与降水有正相关,相关显著的区域相关系数可以达到0.482,整体上通过显著检验的区域范围小且较为分散。(6)2000年-2016年间,各子区域四季云量的多少及波动有明显的差别:(1)天山区、南疆西区秋冬季高积云云量较大,在14%以上,且随时间有明显增长的趋势,春夏季高层云云量较多且随年份有减少趋势。(2)祁连区春季积雨云较多,在10%以上,且有明显增加趋势;夏季高层、高积、积雨云云量相近且有微弱减小的趋势。

基于降水稳定同位素的石羊河流域云下二次蒸发效应及其影响因素研究

这是一篇关于降水,稳定同位素,云下二次蒸发,石羊河流域的论文, 主要内容为水循环过程中伴随着稳定同位素的分馏作用,通过研究其组成可以进一步了解水循环过程以及陆气之间的相互作用。在干旱地区,雨滴从云底降至地面的过程中,会因云下二次蒸发效应,使得降水中的2H和18O比率产生变化,明确这一变化对研究局地水循环和生态水文过程都有着重大的意义。石羊河流域降水稀少,蒸发旺盛,云下二次蒸发显著。为深入理解石羊河流域水循环,本文基于2018年1月至2019年10月,11个地面采样点的670个降水稳定同位素数据和同期实测气象数据,以及研究区附近11个高空站点的探空气象数据,结合改进后的Stewart模型,采用分层假设的方法对石羊河流域降水过程中的蒸发效应进行定量计算,并对其影响因素进行分析。研究表明:(1)石羊河流域各采样点的降水云下二次蒸发效应在垂直方向上总体表现出较为一致的变化趋势,云下二次蒸发在850-700 h Pa这一层次上最强,地面-850h Pa由于雨滴降落距离较短,700 h Pa以上由于海拔较高温度较低,云下二次蒸发效应较弱。(2)石羊河流域雨滴蒸发剩余比具有明显的季节变化和空间差异。雨滴蒸发剩余比在5月份最小,随后逐渐增大,总体表现为春、夏季的雨滴蒸发剩余比较秋、冬季小,即春、夏季雨滴损失量较大,说明研究区春、夏季云下二次蒸发效应较秋、冬季强烈。此外,各月份的雨滴蒸发剩余比均呈现中下游地区较上游地区小的现象,表明中下游地区的云下二次蒸发效应较上游地区强烈。(3)云层底部雨滴中δ18O与降落至地面雨滴中δ18O的变化量(Δδ18O)、云层底部雨滴中δ2H与降落至地面雨滴中δ2H的变化量(Δδ2H)和云层底部雨滴过量氘与降落至地面雨滴过量氘的变化量(Δd)也具有显著的时空差异,Δδ18O和Δδ2H的变化趋势类似,即均表现为5月前递增,之后逐渐减小的趋势。总体来看,Δδ18O和Δδ2H在春、夏季较大,秋、冬季较小,Δd则相反,说明降水稳定同位素组成在春、夏季受云下二次蒸发影响较大。同时,Δδ18O和Δδ2H均表现出中下游地区较上游地区大的特征,Δd较上游地区小,表明中下游地区受到更为显著的云下二次蒸发效应影响。(4)δ18O和δ2H随温度升高而不断增大,随降水量的增加而减小,随雨滴直径的增加而增大。过量氘(d-excess)、大气水线的斜率和截距随气温升高而降低,随降水量、相对湿度和雨滴直径的增加而增大,其中当气温在10～20℃时,d-excess、大气水线的斜率和截距最小,表明较高的温度、较小的降水量和雨滴直径以及较低的相对湿度有利于云下二次蒸发效应的产生。(5)雨滴蒸发剩余比与Δd具有较好的相关性,但要达到约1‰/%的线性关系,雨滴蒸发剩余比需达到90%,甚至更高,而当雨滴蒸发剩余比低于40%时,二者的线性关系减弱,甚至出现严重偏离线性关系的现象,说明当雨滴经历较强的蒸发作用时,雨滴损失量较大,此时线性关系不一定成立。这一线性关系随气温升高而逐渐减弱,随相对湿度、降水量、雨滴直径的增大而逐渐增强。(6)Δδ18O、Δδ2H和Δd敏感性分析结果表明,如果石羊河流域采样点的气温每升高2℃,Δδ18O、Δδ2H的升幅分别为0.01‰～2.94‰,0.03‰～7.50‰,Δd则降低0.02‰～6.79‰;相对湿度每增加5%,Δδ18O、Δδ2H的降幅分别为0.08‰～11.16‰,0.14‰～27.30‰,Δd则上升0.06‰～29.71‰;降水强度每增加10%,Δδ18O、Δδ2H的降幅分别为0.01‰～9.82‰,0.03‰～7.50‰,Δd则升高0.02‰～6.22‰;当雨滴直径在1.5 mm以上时,Δδ18O、Δδ2H和Δd基本趋于稳定。