影响华北盛夏降水的水汽路径客观定量化的研究

基于1951—2011年美国气象环境预报中心/美国国家大气研究中心再分析资料以及国家气候中心提供的中国160站月平均降水资料,定义垂直于某一截面的平均水汽通量为描述水汽路径强度的客观化指标,计算发现与华北降水密切相关的水汽路径有5条:孟加拉湾水汽路径、太平洋水汽路径、西南和东南汇合水汽路径(以下简称汇合水汽路径)、由西输入水汽路径以及南海水汽路径.研究结果表明,汇合水汽路径、由西输入水汽路径及南海水汽路径有明显的年代际变化,这种年代际变化是与华北盛夏降水量的年代际变化基本一致的.通过滑动相关分析可以发现,对华北盛夏降水产生影响的主要是由西输入水汽路径,这可能是受西风带的影响.通过合成分析的结果同样表明由西输入华北的水汽输送增强时,伴随着太平洋水汽路径的输送明显增强,绕过了华南和长江中下游直接输送至华北和东北,从而引起华北和东北的降水量偏多;虽然其他水汽路径对华北盛夏降水的影响相对比较小,但是2000年开始,孟加拉湾水汽路径对华北盛夏降水的影响逐渐增强.     

中国夏季大气水分循环特征及再分析资料对比分析

大气水分循环过程耦合了降水、蒸发、水汽输送等多个环节.本文利用ERA-Interim与MERRA再分析资料,研究了中国1979—2012年夏季大气水分循环的时空变化特征及其对全球气候变化的响应,并对两套再分析资料在中国地区的适用性进行了评估.结果表明:1)中国夏季降水、蒸发、可降水量均自东南沿海地区向西北内陆递减;降水与蒸发相互联系、相互制约,由于不同地区下垫面物理条件的差异,它们之间同时存在正、负反馈的影响机制,可降水量主要集中在地面至700 h Pa高度,约占总量的75%;2)近34年大气水分循环显著变化的区域主要集中在西部和东北地区,西部内陆地区可降水量显著增加,北方大部分地区纬向水汽输送通量显著减小,西北北部地区经向水汽输送通量显著增大,蒸发量与水汽输送的气候变化可能是造成可降水量增加的主要原因;3)Interim与MERRA资料对降水量时空变化特征的再现能力要优于蒸发量,此外,它们对降水与蒸发气候变化趋势的模拟结果差别较大,使用时应该慎重;两套资料对可降水量与水汽输送通量的时空变化特征以及气候变化趋势的模拟比较一致,可信度较高;4)Interim资料对西南、东南以及东北区域夏季水循环均有较好的描述能力;而MERRA资料更适用于研究西南和西北区域的水汽收支情况.     

汛期降水相似动力预报——模式误差主分量相似预报方法

针对相似动力预报中模式预报误差的估计问题,提出将模式误差的直接相似订正问题转化成模式误差主分量的相似预报问题.客观上将模式误差主分量分成可预报和不可预报两部分, 对于可预报主分量采用最优多因子动态配置方案进行相似预报, 而对于不可预报部分则用系统平均代替.基于国家气候中心季节预报业务模式、 美国气候预报中心组合降雨分析资料及国家气候中心气候系统诊断预报室74项环流指数和美国国家海洋和大气管理局的40个气候指数,对东北区域汛期降水进行了预报试验. 2005—2010年6年独立样本检验预报平均距平相关系数为0.29,较系统误差订正预报的0.04有较大提高, 证实该方案能提高国家气候中心季节预报业务模式汛期降水预报水平.     

冬季大气遥相关和海温关键区的复杂网络性质

基于大气遥相关指数和海表温度关键区,以各关键区高度场平均值和海表温度关键区平均值之间的相关系数作为连边条件,建立体现大气遥相关和海表温度关键区相互作用的关联网络,进而给出了大气和海洋关键区相互作用的空间图像.同时基于网络的结构特征量,研究了该网络的基本性质,给出了关键区中的网络关键节点,并分析了关键节点对网络性质的影响.研究结果表明:大气遥相关和海温关键区关联网络具有一定的小世界性质,即网络具有小的平均路径长度和较大的集群系数;网络的平均路径长度在阈值为0.1—0.4时系统基本保持稳定,即网络的性质保持不变,进而证明了以信度为0.01下的相关系数0.19作为连边阈值的有效性.对于网络中的单个节点网络特征分析发现,东亚-太平洋遥相关1区和2区以及太平洋-北美遥相关1区和4区在网络中具有较大的节点度,即大气中这4个区域在大气遥相关和海表温度关键区中作用较强;北太平洋涛动区域1,东亚-太平洋遥相关区域3的节点度则相对最小,即这个区域在大气遥相关和海表温度关键区相互作用中的影响较小.通过依次去除网络中度大的节点进一步证明了网络具有一定的鲁棒性.该研究对于重点把握遥相关和海温的一些重要区域具有一定指示意义,也从另一角度提供了研究海气相互作用新方法.     

对N=184附近核的壳效应的理论研究

在形变的相对论平均场模型下采用TMA,NLZ2两套参数对Z=96—102,N=162—190区域偶偶核基态性质进行了系统的计算,对得出的理论结合能、α衰变能、四极形变参数进行了分析和讨论.这些结果同已有的SkyrmeHartreeFock计算的结果做了对比,并分析了在N=184附近的壳效应,可供以后理论或实验研究参考.     

一种K分布强湍流下的测量设备无关量子密钥分发方案

研究了K分布强湍流下自由空间测量设备无关量子密钥分发协议模型,采用阈值后选择方法来减少大气湍流对密钥生成率的影响,对比分析了使用阈值后选择方法前后协议的密钥率和湍流强度之间的关系.仿真结果表明,使用阈值后选择方法可以有效地提高协议的密钥生成率,尤其是在高损耗和强湍流区域,而且其最佳阈值与湍流强度、信道平均损耗有关,对实际搭建性能较好的自由空间测量设备无关量子密钥分发协议系统具有一定的参考价值.     

微波大气击穿阈值的理论研究

本文通过对使用有效场强(或均方根场强)得到的微波大气击穿阈值表达式进行讨论, 指出其推导中所做的假设及这些假设应用到微波大气击穿过程中存在的问题. 然后分别使用解析理论和数值模拟对微波大气击穿过程中的有效电子温度变化过程和击穿阈值进行研究, 并将其与直流电场进行比较. 分析发现在高气压下, 电子能量转移频率高, 有效电子温度随电场大幅振荡, 由于电离频率随有效电子温度的增长率大于电子能量损失随有效电子温度的增长率, 因此在高气压时, 微波大气击穿阈值低于使用有效场强的击穿阈值. 通过大量分析, 给出了理论推导和数值模拟得到的微波大气击穿阈值拟合表达式.     

近48年中国的季节变化与极端温度事件的联系

利用中国1961—2008年752个站点逐日温度、气压、相对湿度和降水量资料,采用非线性相似度量方法对中国四季进行了划分,对比分析了中国的8个区域与全国整体的季节变化.此外,研究了中国极端温度频次的年际变化,并通过相关分析和敏感性试验探讨了中国近48年四季变化与极端温度事件的联系.结果表明:1)随着全球变暖中国大部分地区春、夏季起始时间提前,持续时间延长;秋季起始时间变化不大,但持续时间延长;冬季起始时间推后,持续时间显著缩短.2)随着夏季延长,除华东以外中国大部分地区极端高温频次增加;随着冬季缩短,中国 关键词： 非线性相似度量方法 季节变化 极端温度     

多光谱遥感影像煤火监测新方法

煤火在世界各地均有不同程度的发生,严重威胁生态环境,煤火燃烧释放大量的有毒有害气体,造成大气污染,同时煤火燃烧形成地下空洞,导致地表塌陷,直接威胁着矿区人员的生命安全。遥感技术的迅猛发展使大尺度反演与监测煤火温度变为可能。单窗算法是一个简单可行且精度较高的煤火温度反演方法,该方法需要两个大气参数进行温度反演,即大气水分含量和地表比辐射率。由于该算法需要卫星影像获取瞬间时的大气水分含量,而卫星过境瞬间的大气水分含量受多种因素影响难以获得;单窗算法对不同类型的地物均采用统一的地表比辐射率,这会导致反演温度不精确,误差较大。针对上述存在的问题,采用基于地面湿度参量建立起的大气可降水量与地面水汽压间的经验关系,计算大气水分含量,同时,采用NDVI阈值法计算不同地物类型的地表比辐射率,对单窗算法中的两个参数进行精确估计,从而改进提高该算法的精度及可操作性。将改进的算法应用于内蒙古乌达矿区,反演从1988年到2015年间研究区的煤火温度,提取每年研究区的温度异常区域,对比分析煤火区域分布、面积变化情况。本文提出的改进算法能够快速、高效的反演煤火温度,对掌握煤火异常区域变化情况提供技术支持,具有可操作性及现实意义。     

行波管放大器中场极限环和混沌行为的阈值分析

以场方程和电子运动方程为基础，分析了行波管放大器中辐射场演化过程中出现极限环振荡和混沌态的电流阈值.结果表明：在某些参数范围内，辐射场会出现这些非线性不稳定态.相互作用区域越长，失谐量对阈值的影响越明显.当器件工作在非线性区域时，输出功率与电流、失谐量和相互作用区长度三个参数的关系变得紊乱无序，控制这三个参数在输出功率曲线的峰值点上，可在非线性区域获得较高的输出功率. 关键词： 行波管 辐射场 阈值 混沌     

我国北方不同类型下垫面地表反照率特征

地表反照率反映了地面对太阳辐射的反射能力,在地表能量平衡中起着非常重要的作用,本文利用"中国北方协同观测"的资料,分析了不同下垫面10个站点7-9月的反照率变化特征和对降水的响应,并讨论了榆中、通榆草地、通榆农田、密云、玛曲和锦州站地表反照率与太阳高度角和土壤湿度的关系,结果表明:反照率的相对关系是东北干旱草甸西北高寒草甸西北绿洲农田黄土高原自然植被东北半干旱草甸东北农田东北果林,并且反照率基本上和降水对应,降水量大的站点反照率小,降水量小的站点反照率大,反照率的日变化曲线分为早晚对称型,早上比较大、中午下午比较小和晚上最大、早上最小的不对称型三种,选取的6个观测站反照率的谷值一般出现在降水日,峰值一般出现在没有降水、太阳辐射比较强的日子,地表反照率随着太阳高度角的增大而减小,当太阳高度角大于40°时,地表反照率基本不变,榆中和通榆农田地表反照率随着土壤湿度增大减小较明显,其次是通榆草地,玛曲、密云和锦州地表反照率随着土壤湿度变化不明显。     

[15N]Methacetin-und [15N]Ammoniumtest zur Leberfunktionsprüfung im Kindesalter

The stable isotope content of samples of precipitation and of the river water throughout the Piracicaba basin in Brazil was measured over a two-year period. The isotope values of precipitation follow a consistent pattern of relatively depleted values of both deuterium and oxygen 18 during the rainy summers and enriched ones during the dry winters, with all values aligned slightly above the Global Meteoric Water Line. The isotopic composition of the river water throughout the basin shows a remarkable spatial coherence and much smaller scatter of data than those of the precipitation. The isotope composition of river water is close to that of the precipitation in the rainy season, however, with a consistent lower d-excess value by 1‰–2‰. This is attributed to evaporative water loss in the basin, in part an expression of the recycling of water due to the anthropogenic activity in the region. The more divergent values are recorded during high-water stages in the rivers. In many cases, the floods during the beginning of the rainy season are characterized by an enrichment of the heavy isotopes and lower d-excess values when compared to the precipitation, with the opposite situation later in the rainy season. This is interpreted as resulting from the watershed/riverflow interaction pattern, and it thus suggests that the isotope composition can monitor the hydrologic situation in the basin and its changes.     

The Piracicaba River basin: isotope hydrology of a tropical river basin under anthropogenic stress

The stable isotope content of samples of precipitation and of the river water throughout the Piracicaba basin in Brazil was measured over a two-year period. The isotope values of precipitation follow a consistent pattern of relatively depleted values of both deuterium and oxygen 18 during the rainy summers and enriched ones during the dry winters, with all values aligned slightly above the Global Meteoric Water Line. The isotopic composition of the river water throughout the basin shows a remarkable spatial coherence and much smaller scatter of data than those of the precipitation. The isotope composition of river water is close to that of the precipitation in the rainy season, however, with a consistent lower d-excess value by 1/1000-2/1000. This is attributed to evaporative water loss in the basin, in part an expression of the recycling of water due to the anthropogenic activity in the region. The more divergent values are recorded during high-water stages in the rivers. In many cases, the floods during the beginning of the rainy season are characterized by an enrichment of the heavy isotopes and lower d-excess values when compared to the precipitation, with the opposite situation later in the rainy season. This is interpreted as resulting from the watershed/riverflow interaction pattern, and it thus suggests that the isotope composition can monitor the hydrologic situation in the basin and its changes.     

利用幂律尾指数的中国降水突变检测与归因

利用中国气象局国家气候中心740站点1960—2000年日降水观测资料,研究日降水幂律尾指数随时间的演变特征,结果表明中国华北、东北和西北地区0—7mm日降水幂律尾指数在1979—1980年之间发生突变,由此推测中国北方地区的大尺度气候背景在上世纪70年代末80年代初曾出现较大变化.该突变与厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)综合指数联系紧密,可能是造成北方干旱化的重要原因之一.进一步分析表明,0—29mm日降水过程平稳性较好,30mm以上日降水过程平稳性相对较差,使得长期的暴雨预测面临严峻的挑战. 关键词： 幂律尾指数 突变 北方干旱化 暴雨     

基于非线性相似度量方法研究中国季节划分

利用中国气象局1961—2008年752个站点的候平均气温、气压、相对湿度和降水量资料,运用候平均气温划分方法、非线性相似度量方法和季节内离差最优分割方法,对中国的四季进行了划分,并研究了中国四季起始时间的空间分布.用多要素构造了描述气候状态的变量,以气候状态在不同季节间的转折变化为切入点,并与传统季节划分方法进行了对比研究,验证了非线性相似度量方法的可行性,得到了以下研究结果:一是多要素比单一的温度要素更全面贴切地描述气候状态的变化,划分结果更体现出大气环流形势和大气活动中心等的季节变化;二是从气候状态转折角度考虑季节划分是可行的,揭示了季节转换时大气系统的调整和转折变化,体现了大气系统在季节内保持相对平稳的特征,在季节间发生较大的调整的观测事实. 关键词： 季节划分 非线性相似度量方法 季节内离差最优分割法     

近十年中国东北森林植被物候遥感监测

基于归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI),提出了一种新的物候遥感监测方法,基于森林植被的年NDVI时间累积曲线,利用Logistic模型对NDVI累积曲线进行拟合,依据曲率极值方法提取森林植被物候期的关键参数(生长季开始日期, SOS; 生长季结束日期, EOS),并对森林植被的生长季长度(length of season, LOS)进行分析,探讨近10年东北森林物候的时空变化。主要结论为：(1)2001年～2010年间,东北森林生长季开始日期集中在110～140天但在10年间没有明显变化;(2)第260～290天,森林逐渐停止生长,生长季结束日期从北向南逐渐推迟,但在十年间几乎没变化;(3)与生长季开始和结束日期相对应,东北森林生长季长度集中在120～160天之间,但存在空间差异,大兴安岭地区森林生长季长度较短,集中在120～140天之间,小兴安岭、长白山、辽东半岛地区的森林生长季长度可达到160天,对整个研究区来讲,近10年间变化的区域仅占研究区的14.9%,变化趋势集中在1d/10年。研究结果与物候观测数据及已有的研究具有较好的一致性,说明利用遥感数据动态监测东北森林植被物候期具有一定的可靠性。     

Trend of extreme precipitation events over China in last 40 years

Using the daily precipitation data of 740 stations in China from 1960 to 2000, the analysis on the variations and distributions of the frequency and the percentage of extreme precipitation to the annual rainfall have been performed in this paper. Results indicate that the percentage of heavy rains （above 25mm/day） in the annual rainfall has increased, while on average the day number of heavy rains has slightly reduced during the past 40 years. In the end of 1970s and the beginning of 1980s, both the number of days with extreme precipitation and the percentage of extreme precipitation abruptly changed over China, especially in the northern China. By moving t test, the abrupt change year of extreme precipitation for each station and its spatial distribution over the whole country are also obtained. The abrupt change years concentrated in 1978-1982 for most regions of northern China while occurred at various stations in southern China in greatly different/diverse years. Besides the abrupt change years of extreme precipitation at part stations of Northwest China happened about 5 years later in comparison with that of the country＇s average.     

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

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     

基于幂律尾指数研究中国降水的时空演变特征

基于中国气象局国家气候中心740站点1960—2000a的日降水观测资料，对中国各地区日降水量分等级进行统计分析，揭示了各地区日降水存在的一个共同特征——幂律尾分布，且不同等级的降水量对应不同的幂律尾指数，在一定程度上反映了不同雨型具有不同的气候背景和物理机理.中国华北、华南等七个气候特征区，其幂律尾指数总体自东南向西北呈递增趋势，这与中国降水东多西少，南多北少的空间分布特征相符合.研究各气候特征区日降水的幂律尾指数随时间的演变特征发现：东北、华北和西北地区的幂律尾指数发生突变的年份对应着20世纪70年代末开始的中国北方干旱化进程，导致的可能原因是微量降水，尤其是0—7mm日降水的减少. 关键词： 幂律尾指数 突变 北方干旱化     

Estimation of groundwater recharge via deuterium labelling in the semi-arid Cuvelai-Etosha Basin,Namibia

The stable water isotope deuterium (²H) was applied as an artificial tracer (²H₂O) in order to estimate groundwater recharge through the unsaturated zone and describe soil water movement in a semi-arid region of northern central Namibia. A particular focus of this study was to assess the spatiotemporal persistence of the tracer when applied in the field on a small scale under extreme climatic conditions and to propose a method to obtain estimates of recharge in data-scarce regions. At two natural sites that differ in vegetation cover, soil and geology, 500?ml of a 70?% ²H₂O solution was irrigated onto water saturated plots. The displacement of the ²H peak was analyzed 1 and 10 days after an artificial rain event of 20 mm as well as after the rainy season. Results show that it is possible to apply the peak displacement method for the estimation of groundwater recharge rates in semi-arid environments via deuterium labelling. Potential recharge for the rainy season 2013/2014 was calculated as 45 mm a^?1 at 5.6 m depth and 40 mm a^?1 at 0.9 m depth at the two studied sites, respectively. Under saturated conditions, the artificial rain events moved 2.1 and 0.5 m downwards, respectively. The tracer at the deep sand site (site 1) was found after the rainy season at 5.6 m depth, corresponding to a displacement of 3.2 m. This equals in an average travel velocity of 2.8 cm d^?1 during the rainy season at the first site. At the second location, the tracer peak was discovered at 0.9 m depth; displacement was found to be only 0.4 m equalling an average movement of 0.2 cm d^?1 through the unsaturated zone due to an underlying calcrete formation. Tracer recovery after one rainy season was found to be as low as 3.6?% at site 1 and 1.9?% at site 2. With an in situ measuring technique, a three-dimensional distribution of ²H after the rainy season could be measured and visualized. This study comprises the first application of the peak displacement method using a deuterium labelling technique for the estimation of groundwater recharge in semi-arid regions. Deuterium proved to be a suitable tracer for studies within the soil–vegetation–atmosphere interface. The results of this study are relevant for the design of labelling experiments in the unsaturated zone of dry areas using ²H₂O as a tracer and obtaining estimations of groundwater recharge on a local scale. The presented methodology is particularly beneficial in data-scarce environments, where recharge pathways and mechanisms are poorly understood.