冰川冻土

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王芝兰, 王小平, 李耀辉

冰川冻土. 2013, 35(4): 783-792. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0089

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积雪资料的可靠程度在反映积雪变化、预估后期气候变化时非常重要, 利用青藏高原74个气象台站资料与被动微波遥感资料进行对比分析. 结果表明: 两种积雪资料在高原南部边缘、高原东部唐古拉山与念青唐古拉山东部均表现为高值区, 在柴达木盆地、高原腹地及沿雅鲁藏布江一线表现为一致的少雪区,在青海南部和藏东南地区差异较大.遥感资料的积雪深度和积雪日数变化敏感区与台站观测资料存在差异.在积雪的显著季节性特征及气候尺度上的年际变化特征方面, 遥感资料与台站资料具有很好的一致性, 但遥感资料在刻画积雪季节内波动特征方面欠佳, 且年平均积雪深度和积雪日数遥感数据偏大.对AMSR-E逐日积雪资料进行评价发现, 高原腹地总精度大于高原边缘地区, 海拔3 000 m以下的反演精度较高, 雪深在9~10 cm时的反演精度较高.

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新疆区域近50a积雪变化特征分析

胡列群, 李帅, 梁凤超

冰川冻土. 2013, 35(4): 793-800. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0090

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利用新疆91个气象台站1960-2011年的观测资料, 对南北疆及天山山区冬春年(10月-翌年5月)的积雪日数、最大积雪深度、积雪初始、终止日期等因子进行了统计分析, 并通过Kringing插值计算了新疆区域平均最大积雪深度的空间分布.结果表明: 新疆冬春季积雪主要分布在天山以北, 厚度可达30 cm以上, 天山以南积雪比较浅薄, 大部分在10 cm以下;50 a来, 南北疆及天山山区的积雪深度均呈小幅增长(天山山区增幅最大), 积雪日数呈略微降低趋势, 积雪初始、终止日期无明显变化. 天山山区的积雪变化与北疆有较高的相关性, 它们积雪深度和积雪日数的相关系数分别达0.708和0.614, 南疆积雪变化与它们几乎没有相关性;积雪深度与冬春年降水量的变化均有很好的一致性, 尤其在北疆,二者相关系数高达0.702, 但与平均温度呈低的负相关;积雪日数与冬春年降水量变化没有明显相关关系, 但均与气温呈较好的负相关, 在北疆二者的相关系数达-0.742.

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我国主要积雪区AMSR-E被动微波雪深算法对比验证研究

宾婵佳, 邱玉宝, 石利娟, 除多, 朱骥

冰川冻土. 2013, 35(4): 801-813. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0091

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采用高级微波扫描辐射计(AMSR-E)亮温数据, 选取Chang算法、GSFC 96算法、AMSR-E SWE 算法、青藏高原改进算法和Savoie算法等5种雪深反演算法, 利用2010年2月10-12日3 d的气象站台雪深观测数据, 对比分析了5种雪深反演算法在新疆地区、青藏高原、内蒙古地区、东北地区、西北地区和华北平原的精度和适用性. 结果表明:总体验证中, 青藏高原改进算法3 d的结果均优于其他算法, 其均方根误差(RMSE)为9.16 cm、9.96 cm和9.63 cm, 平均相对误差(MRE)分别为59.77%、52.79%和48.47%. 分区验证中, 结果最佳的算法分别为:在新疆地区, GSFC 96算法RMSE为6.85~7.48 cm;内蒙古地区, 青藏高原改进算法的RMSE分别为5.9 cm、6.11 cm和5.46 cm;东北地区, 青藏高原改进算法RMSE为6.21~7.83 cm;西北地区和华北平原5种算法的适用性不佳;青藏高原由于缺乏实测数据, 无法得到该区验证统计结果.

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喜马拉雅山珠穆朗玛峰北坡绒布冰川消融速率特征分析

刘伟刚, 效存德, 刘景时, 沈永平, 张东启, 柳景峰, 张通, 侯典炯, 林霞

冰川冻土. 2013, 35(4): 814-823. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0092

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根据1959年和2009年在喜马拉雅山珠穆朗玛峰北坡绒布冰川获得的冰川消融数据, 分析了该冰川消融速率变化特征.结果表明: 1) 在珠峰绒布冰川表碛覆盖区, 表碛厚度随海拔升高而降低. 2) 不同厚度表碛下的冰川消融速率差别较大; 当表碛厚度>8.5 cm时, 消融速率随表碛厚度的增加而减小; 促进冰川消融的表碛厚度阈值大于5 cm. 3) 从冰川消融速率的空间分布看, 绒布冰川大部分区域的消融速率<20 mm·d^-1, 最大消融速率出现在海拔5 400~5 450 m处. 4) 绒布冰川消融速率受表碛厚度和气温综合影响, 低海拔处表碛太厚, 高海拔处气温较低, 冰川消融在上述两海拔处均受抑制, 冰川消融速率较小; 在中海拔处, 表碛相对较薄, 气温相对较高, 冰川消融速率最大; 冰川日均消融速率与日均正积温正相关. 5) 喜马拉雅山南坡冰川消融速率大于北坡冰川消融速率.

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黄河源区多年冻土热传导系数影响因素分析及其在活动层厚度模拟中的应用

洪涛, 梁四海, 孙禹, 赵珍伟, 郝玉培, 王旭升, 万力

冰川冻土. 2013, 35(4): 824-833. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0093

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多年冻土区融化层的热传导系数的大小决定了全球气候变化条件下, 多年冻土的响应强弱以及对周围环境的影响.在野外实测与实验室分析的基础上, 研究了黄河源区3种典型岩土的干容重、含水率和温度对导热系数的影响,通过建立起回归方程, 运用Stephen公式近似计算了2002年源区最大冻结和融化深度的分布.结果表明: 黄河源区三种典型岩土的导热系数从小到大依次为腐殖土、碎石亚黏土、细沙;干容重和含水率与导热系数具有较好的正相关关系, 是影响导热系数的主要因素, 在较小的温度变化范围内, 温度对导热系数的影响不明显. 基于实测的导热系数分布模拟得到的最大融化深度在地势较低的黄河干流及"两湖"地区要大于南北高山区, 最大冻结深度的变化规律则相反, 除北部小部分地区最大冻结深度大于最大融化深度外, 源区绝大部分地区活动层处于增厚状态.结果将有助于多年冻土的变化及环境效应的研究.

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祁连山冷龙岭宁缠河3号冰川表面流速特征分析

刘宇硕, 秦翔, 杜文涛, 张雪艳, 陈记祖, 谢小龙, 张晓鹏

冰川冻土. 2013, 35(4): 834-840. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0094

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2009年9月对祁连山冷龙岭宁缠河3号冰川外围建立控制网, 于冰川表面布设了13根标志杆, 随后分别于2010年7月、2010年9月再次对设立在冰川表面的花杆点进行测量, 获取2009/2010年度、2009年9月-2010年7月与2010年7-9月3个时段宁缠河3号冰川表面流速.结果显示: 2009/2010年度宁缠河3号冰川最大流速出现在海拔4 430 m附近, 为3.76 m·a^-1;2009年9月-2010年7月表面流速最大值出现在海拔4 430 m附近, 为0.32 m·月^-1;2010年7-9月最大流速出现在海拔4 380 m附近, 为0.47 m·月^-1.总体来看, 2009/2010年度宁缠河3号冰川纵剖面上流速变化较为缓和, 显示出流速随海拔变化而变化的规律. 但不同季节表面流速在纵剖面上的分布情况不同, 横剖面上主流线附近流速最大, 向冰川两边逐渐递减, 各观测点均平行于主流线方向向冰川末端运动, 表现出冰川运动一般规律. 在冰川表面运动速度观测区域内东南边缘流速略大于西北边缘, 同时与规模相近的冰川运动速度相比, 宁缠河3号冰川运动速度较大.

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西秦岭迭山西北部冰川地貌分布及其特征

赵井东, 王杰, 沈永平, 殷秀峰, 伍云飞

冰川冻土. 2013, 35(4): 841-847. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0095

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迭山西北部位于青藏高原的东缘, 属西秦岭山脉的西段. 在海拔3 700 m以上保存有类型较为齐全的冰蚀地形(冰斗、刃脊、U形谷、悬谷、粒雪盆、鲸背岩与基岩磨光面等)与冰碛地形(侧碛垄与终碛垄). 采用野外考察、遥感影像解译与填图等方法对该区的冰川地貌分布及其特征进行了探讨. 基于研究区冰川地形分布与特征, 结合青藏高原现代的抬升速率、邻近山地冰川地形的年代学资料以及其他古环境研究成果进行综合分析得出: 该区的古冰川发育于末次冰期, 末次冰期最盛期是其最主要的形成期. 冰川最盛时面积约38 km², 为具有暖底性质的冰帽冰川.

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不同封育年限高寒草甸植被/土壤碳密度及净生态系统CO₂交换量的比较

刘晓琴, 吴启华, 李红琴, 毛绍娟, 李英年

冰川冻土. 2013, 35(4): 848-856. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0096

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封育是推广范围最广的草地恢复措施之一. 为研究不同封育年限高寒草甸植被、土壤碳密度变化, 对1 a、6 a和16 a不同封育年限样地监测结果进行分析.结果表明: 不同封育年限高寒草甸植被现存碳密度表现出封育16 a>封育1 a>封育6 a, 分别为1 522.57 gC·m^-2、1 323.12 gC·m^-2和1 148.17 gC·m^-2, 但不同封育年限之间植被现存碳密度差异不显著(P>0.05). 土壤碳密度垂直分布明显, 0~5 cm和5~10 cm土层有机碳密度较高, 随土层深度增加土壤有机碳密度明显下降, 土壤容重上升;不同封育年限之间0~40 cm层次土壤碳密度和土壤容重差异性均不显著, 但仍可表现出土壤碳密度封育1 a>封育6 a>封育16 a, 分别为28 636.32 gC·m^-2、26 570.92 gC·m^-2和26 060.71 gC·m^-2;同时, 土壤容重随封育时间延长而下降. 对7月下旬到10月上旬净生态系统CO₂交换率(NEE)监测来看, 封育1 a植被土壤碳吸收速率显著高于封育16 a(P<0.05);而排放率与封育16 a样地接近, 差异不显著(P>0.05).

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1961-2011年西北地区春季降水变化特征及其空间分异性

刘洪兰, 张强, 胡文超, 郭俊琴

冰川冻土. 2013, 35(4): 857-864. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0097

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利用西北地区121个气象站1961-2011年降水量资料, 分析了西北地区春季降水的基本气候特征;通过EOF、REOF、功率谱等方法, 对西北地区春季降水的时空特性进行了研究, 用Mann-Kendall检验法检验西北地区春季降水序列是否存在突变现象.结果表明: 西北地区春季降水空间分布极不均匀, 其空间分布特征是东南部和西北部为多雨区、中间为少雨区.西北地区春季降水在第一空间尺度上为全区一致, 在第二空间尺度上可分为2个自然气候区, 在第三空间尺度上可分为6个自然气候区.从年代际变化来看, 1980年代是近半个世纪来降水最多的10 a, 1970年代是降水最少的10 a;西北地区春季降水的年际变率十分显著, 降水最多的年份是最少年份的3倍多. 1961-2011年间西北地区春季降水发生了明显的突变: 1973年出现了一次趋于减少的突变, 1985年出现了一次趋于增多的突变. 18~19 a的长周期是其主要周期, 其次是5 a和7 a的短周期. 未来20 a西北地区春季降水量呈缓慢下降的趋势.

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多尺度气象干旱与土壤相对湿度的关系研究

王素萍, 张存杰, 宋连春, 李耀辉, 冯建英, 王劲松

冰川冻土. 2013, 35(4): 865-873. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0098

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通过分析我国东北、华北、西北地区东部、西南以及黄淮、江淮和江汉5个区域不同时间尺度气象干旱指数与20 cm土壤相对湿度的相关关系, 探讨了前期气象干旱对后期土壤湿度的影响, 并利用多元线性回归方法分区域、分季节建立了土壤湿度预测模型.结果表明: 春季, 东北地区土壤湿度主要受前5~6个月, 尤其是上年秋末冬初的降水的影响, 而其他4个区域土壤湿度主要受前1~2个月大气水分的影响;各区域夏季土壤湿度与前1~2个月时间尺度上的大气水分相关最密切;秋季, 东北地区20 cm土壤湿度主要受前2~4个月的气象干旱的影响, 其余区域土壤湿度仍与前1~2个月尺度的大气水分相关最密切.基于前期气象干旱指数建立的各区域、各季节的土壤湿度回归模型对当地土壤湿度具有一定的拟合能力, 平均估计偏差在10.1%~13.9%之间, 其中, 西北地区东部和华北地区春、夏季偏差较大, 2008-2011年间干旱等级拟合准确率在65%~74.9%之间;东北、西南、黄淮、江淮和江汉区域拟合较好, 拟合准确率在88%以上.

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1951-2010年内蒙古霍林河流域气候变化特征

丹丹, 春喜, 刘美萍, 刘月

冰川冻土. 2013, 35(4): 874-882. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0099

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以季风边缘区的霍林河流域为研究对象, 利用研究区周缘9个气象站台1951-2010年的逐月气象数据, 通过对气温和降水量进行趋势分析、Mann-Kendall检验以及相关分析, 探讨流域气候变化过程、特征及周期. 结果表明: 在1951-2010年年均气温上升2.3 ℃, 其倾向率为0.38 ℃·(10a)^-1, 总体呈上升的趋势. 其中, 春季气温升幅最为明显, 倾向率为0.50 ℃·(10a)^-1. 同时, 年均气温以1986年为跃点, 发生突变, 突变后的1987-2010年平均气温比突变前1951-1986年气温高1.3 ℃, 并存在6~8 a和15 a的周期律. 年降水量近60 a来减少了83.9 mm, 其倾向率为-13.98 mm·(10a)^-1, 呈下降的趋势. 其中, 夏季降水量的下降最为明显, 倾向率为-11.41 mm·(10a)^-1. 年降水量以1998年为跃点发生突变, 突变后的1999-2010年降水量比突变前1951-1998年下降76 mm. 并存在4 a和8~9 a的振荡周期. 流域气温变化与北极涛动呈正相关, 而降水量与夏季风指数呈负相关.

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内蒙古干旱半干旱带2012年“7·20”极端暴雨事件的特征及成因

宋桂英, 李孝泽, 孙永刚, 陈磊, 江靖, 荀学义

冰川冻土. 2013, 35(4): 883-891. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0100

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2012年7月下旬, 处于内陆干旱-半干旱地带的内蒙古中-西部地区出现了有气象记录以来的极端降水事件, 使该区气象与气候预测面临新问题. 7月20日河套地区出现大范围暴雨天气, 其中两个台站日降水量超历史极值, 一个台站超历史阈值, 属极端天气事件. 利用常规及精细化监测资料和NCEP再分析资料对此次极端降水天气事件进行分析. 结果表明: 从天气背景看, 贝加尔湖低槽内冷空气侵入副高西侧的暖空气中, 在对流层低层激发出低涡系统, 低涡前侧的南风急流使南来水汽到达41°N以北, 并在河套地区聚集. 对流层低层水汽通量维持在8~10g·cm^-1·hPa^-1·s^-1, 大气比湿达12~17 g·kg^-1, 为极端降水事件提供了丰沛的水汽. 该事件是通过MCC强烈发展形成的, 河套西北部不断有中尺度对流系统MCS发展东移, 河套南部新生的β中尺度系统发展并入MCS中, MCS系统发展为中尺度对流复合体MCC, MCC中心的TBB值达-40~-83 ℃. 近地面雷达监测显示, 河套东北部、中部存在强雷达回波群, 回波群内对流单体中心的反射率因子均达到50~55 dbz, 构成超级对流单体. 地面上, 不断新生的中尺度辐合线长时间存在于河套东北部并促发对流性暴雨. 暴雨前期对流层低层增温作用显著, 中高层"干侵入"使大气不稳定能量进一步增加. 冷锋前暖空气强烈的上升运动促发了大气不稳定能量释放. 该事件很可能与当前全球变暖密切相关, 随着全球变暖, 北极冰量减少, 夏季风增强, 雨带北移, 使得中纬度内陆干旱-半干旱带发生前所未有的极端降水事件过程.

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基于HJ-CCD影像数据的新疆喀纳斯自然保护区植被叶面积指数估算

昝梅, 李登秋, 居为民, 王希群, 陈蜀江

冰川冻土. 2013, 35(4): 892-903. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0101

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以新疆喀纳斯自然保护区为研究区, 评价了HJ-CCD影像数据估算植被叶面积指数(LAI)的能力及其对大气订正方法的敏感性.分别利用6S和FLAASH两种大气订正模型对HJ1B-CCD2影像进行大气订正, 比较了大气订正前后不同植被(针叶林、阔叶林、针阔混交林和草地)反射率及5种植被指数(NDVI、SR、SAVI、MSR、ARVI)的变化, 进而建立了4种植被类型LAI的遥感估算模型, 分析了LAI的空间分布格局.结果表明: 大气订正后可见光波段的反射率降低, 6S模型订正后近红外波段的反射率上升, 而FLAASH模型订正后近红外波段的反射率下降.大气订正后NDVI、SR、SAVI(除针叶林)和MSR上升, 6S模型订正后所有植被类型的ARVI下降, FLAASH模型订正后针叶林和阔叶林的ARVI上升, 而针阔混交林和草地的ARVI下降.大气订正提高了植被指数与LAI之间的相关性, 对于针叶林、阔叶林、针阔混交林而言, 利用6S模型订正后的反射率建立的模型优于FLAASH模型订正后的反射率建立的模型, 而草地却相反.经过大气订正, HJ-CCD影像数据可应用于研究区植被LAI的估算.研究区LAI的高值集中在湖泊和河流附近, 低值分布在海拔较高处.山地森林草原带、亚高山森林带、高山灌丛草甸带、高山冻原、高山冰川带植被LAI的平均值分别为2.6、3.9、2.5、1.7和1.0.

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地铁联络通道冻结施工的热流固(THM)耦合分析

高娟, 冯梅梅, 高乾

冰川冻土. 2013, 35(4): 904-912. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0102

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随着城市地铁规模的不断发展, 冻结法在地铁联络通道施工中得到了广泛应用.为了得到合适的地层冻结工艺参数和指标, 了解开挖隧道对地层稳定性的影响, 保证工程的安全性, 基于考虑相变及冻胀的热-流-固(THM)耦合理论, 采用COMSOL有限元分析软件模拟某地铁联络通道水平人工冻结及开挖施工过程.分析了冻结过程中地层温度场、渗流场及位移场的变化规律, 研究了开挖后地层位移场的分布规律.结果表明: 由于水渗流作用, 温度场和位移场的分布不再关于y轴对称;在人工冻结过程中, 地表处冻胀位移的最大值出现在y轴以右, 冻胀量变化表现为先线性增长, 而后趋于稳定.总体上, 实施人工冻结可以很好地增加周围土体的强度及稳定性, 对止水和抑制地层变形具有良好的效果.

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冻融循环对寒区隧道结构冻胀力的影响

耿珂

冰川冻土. 2013, 35(4): 913-919. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0103

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为了更全面的了解冻融循环和冻胀力作用对隧道的结构影响, 以内蒙古寒区公路隧道的304国道阿拉坦公路隧道为依托, 采用弹性力学方法计算阿拉坦隧道承受的冻胀力.采用大型有限元模拟软件ANSYS对隧道断面进行温度场-应力场的耦合分析, 计算了工程50 a冻融循环后隧道断面的冻胀力, 并对比分析了弹性力学方法和现场测试结果.结果表明: 理论及数值模拟计算的结果之间能够较为近似的相互印证, 可以通过对隧道冻胀力的理论及数值模拟计算结果的比对, 及时了解隧道运营期间结构受力性状的变化情况, 来判断隧道结构的安全度和可靠度.

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黄河源区气候向暖湿转变的观测事实及其水文响应

蓝永超, 鲁承阳, 喇承芳, 沈永平, 金会军, 宋洁, 文军, 刘金鹏

冰川冻土. 2013, 35(4): 920-928. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0104

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基于黄河河源区干流各水文站和有关气象站、雨量站的气温、降水与径流观测资料, 分析了该区域的气候变化特征与趋势及其水文响应. 结果表明: 在全球变暖的大背景下, 自20世纪80年代后期开始西北地区西部新疆、甘肃河西走廊西部等地降水量显著增加、气候明显由"暖干"转向"暖湿"后, 到21世纪初的年代中期后黄河源区降水量亦出现明显的增长, 气候明显转向暖湿. 最新的观测数据显示, 2005年以来河源区平均年降水量已连续多年超过多年均值进入一个多雨期, 河源区各断面来水量也于2008年后连续多年超过多年均值, 进入一个连续丰水段, 并于2012年达到了自1989年以后20余年来的最大值. 这种变化的前景如何, 目前尚不能确定, 尚需对未来河源区气候在时间与空间上变化的速度和程度进一步观察和分析. 根据对与该区域气候关系密切的东亚季风活动的研究成果以及对河源区气候与径流变化的观测事实及趋势推测, 未来黄河源区气候向暖湿的转化在时间尺度上年代际的可能性较大.

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北麓河流域多年冻土区退化草甸的土壤水文特征分析

文晶, 王一博, 高泽永, 刘国华

冰川冻土. 2013, 35(4): 929-937. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0105

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选取长江源北麓河地区受冻融作用影响而严重退化的高寒草甸典型区域进行取样, 通过实验和模拟等方法, 对该区域内不同深度土层的土壤特征曲线、土壤饱和导水率、土壤粒径、容重和总孔隙度进行了研究和分析.结果表明: 土壤的水分特征曲线由Gardner等与van Genuchten提出的幂函数方程拟合效果良好, 0.1 MPa为土壤水分特征曲线的临界值. 0~5 cm表层土壤的持水能力最小, 20~30 cm土壤的持水能力最大. 0~5 cm表层土壤供水能力最小, 15~30 cm土层的供水性能最好, 适合植被根系的生长.土壤的饱和导水率随着深度的增加而减小.

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1961-2009年西北地区基于SPI指数的干旱时空变化特征

任余龙, 石彦军, 王劲松, 李忆平, 朱拥军, 杨子和, 韦伯龙

冰川冻土. 2013, 35(4): 938-948. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0106

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利用西北五省区137个测站的1961-2009年逐月降水量资料计算标准化降水指数(SPI), 统计了逐月、春末夏初、初夏、夏季及秋季的干旱、重旱、特旱的频率及面积率, 分析其时空变化特征.结果表明: 新疆北部、青海的中部及甘肃河西是西北地区干旱频率较高的区域, 干旱频率在15个月以上, 新疆南部除个别月份干旱发生频率较高外, 总体干旱发生频率较低;干旱发生区域随月份有由南到北、由西向东变化的趋势;除新疆、青海、及甘肃个别区域重旱频率超过5月外, 其他区域基本上都在5月以下;新疆南部重旱频率仍然较低;夏季发生范围高于其他季节;新疆北部、甘肃河西是特旱的高发区. 不同等级的月及季节干旱面积率其逐年变化具有相似的特征, 西北干旱面积率的变化总体上可以分为3个阶段: 1961-1980年干旱面积率比较高, 平均在35%左右;1981-1990年为转折期, 干旱面积率下降到15%左右;而1991-2009年为稳定期, 干旱面积率变化不大.全球气候变暖导致西北地区降水量、冰川融水量、河川径流量增加和湖泊水位上升、面积扩大, 是1987年以来干旱面积率下降的原因.

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西北地区东部季节干旱的时空变化特征分析

杨建玲, 冯建民, 穆建华, 郑广芬, 谭志强, 王素艳

冰川冻土. 2013, 35(4): 949-958. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0107

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干旱作为我国西北地区东部影响最大的气象灾害, 可引起农业减产、水资源短缺、土地荒漠化和生态环境恶化等严重问题.在国家新一轮西部大开发战略实施之初, 在全球气候变暖背景下, 有必要对干旱发展的最新特征和演变趋势进行详细分析研究, 为加强防旱、抗旱,促进经济发展提供科学决策依据和参考.采用国家干旱标准综合干旱指数(CI指数), 利用西北地区东部74个气象代表站逐日气温、降水资料, 分析了西北地区东部不同级别干旱日数在各个季节的时空分布和变化趋势. 结果表明: 在气候变暖背景下, 西北地区东部从长期趋势看, 春、夏、秋季干旱呈加剧趋势, 冬季干旱呈减轻趋势. 21世纪以来春、夏季干旱进一步加剧, 尤其是夏季加剧更显著, 而秋、冬季干旱出现了减弱的新趋势. 在西北地区东部主降水期3-11月重-特旱加剧趋势比轻-中旱加剧显著, 南部干旱化趋势比北部更加明显. 尤其是宁夏同心地区春旱加剧非常显著, 已成为西北地区东部重-特旱最严重的地区.对于干旱发展的这一新动态, 必须引起有关部门的高度重视, 采取科学、有效手段加强防旱、抗旱.

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1961-2007年四川夏季降水的时空变化特征

赵旋, 李耀辉, 齐冬梅

冰川冻土. 2013, 35(4): 959-967. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0108

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基于1961-2007年四川地区119测站逐日降水资料, 利用EOF、REOF分析、趋势分析、M-K突变检验以及Morlet小波分析等方法, 研究了四川地区夏季降水的变化趋势、空间分布特征以及时间变化规律. 结果表明: 近47 a来四川夏季降水呈减少趋势, 在1962、1982年和21世纪初发生突变, 存在22 a和6~8 a的周期.四川夏季降水可分为4个区域: 一区(盆地东部)和四区(川西高原)夏季降水量长期变化呈增多趋势, 二区(盆地中西部)长期变化呈减少趋势, 三区(川西南山)变化趋势较为稳定, 呈小幅度增多趋势. 4个区域的夏季降水周期各有特点, 最长存在的周期为23 a左右, 其次还有16 a、14 a、12 a、8 a、6 a的周期变化.

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两种判断月干旱过程的方法在黄河流域的对比研究

李忆平, 王劲松, 李耀辉

冰川冻土. 2013, 35(4): 968-977. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0109

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利用黄河流域160个气象站1961-2010年逐日综合气象干旱指数(CI)指数, 对比分析两种用逐日CI指数判断月干旱过程的方法. 结果表明: 对重大干旱事件个例来说, 两种方法都能大体描述事件的月干旱过程, 但干旱的强度和范围有所不同. 从干旱发生的范围来看, 两种结果的差别较小, 方法I的识别结果范围更大、更连续, 特别是对青海旱情的判断常常比实际范围大;而方法II的识别结果范围稍小, 大体上能反应干旱的整体范围, 但有时也偶尔会遗漏小部分旱区;从干旱发生的强度来看, 方法I对干旱事实的描述偏轻, 而方法II以重-特旱为主, 与实际情况更相符. 从对黄河流域近50 a月干旱频率的分析结果来看, 两种方法一致表明黄河流域分界线以西的地区常年不容易发生干旱, 而对于分界线以东地区, 两种方法的统计结果有较大差异. 方法I的结果表明, 分界线以东地区干旱的月发生频率较大, 其中, 轻旱的月发生频率最大, 其次为中旱, 而重旱和特旱的发生频率很小;方法II的结果表明, 分界线以东地区干旱的月发生频率在60%~80%左右, 其中重旱的月发生频率最大, 其次为中旱, 轻旱和特旱的发生频率很小. 总体来说, 方法II对黄河流域月干旱情况的评估结果与干旱实际情况更一致.

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多尺度干旱指数在江淮流域的适应性研究

蔡晓军, 茅海祥, 王文

冰川冻土. 2013, 35(4): 978-989. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0110

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利用1960-2010年江淮流域34个地面气象观测站的逐日降水、日平均气温、相对湿度等实测资料, 分别计算了江淮流域的Z指数、降水距平百分率、相对湿润指数、标准化降水指数以及CI指数, 经与江淮流域干旱记录对比分析, 结果表明: 月尺度的Z指数在5种干旱指数中应用效果最好, 符合率达70%以上;在时间域上, 月尺度的Z指数仅在春季吻合率稍差, 其余月份均在70%以上;月尺度的SPI指数在冬季吻合率较差, 其余月份同Z指数总体相当;MI指数效果最差;日尺度的CI指数应用效果存在时空差异, 在河南最好, 在山东最差, 夏季效果最好, 春季、冬季最差.

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植被状态指数VCI与几种气象干旱指数的对比——以河南省为例

沙莎, 郭铌, 李耀辉, 任余龙, 李忆平

冰川冻土. 2013, 35(4): 990-998. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0111

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使用1982-2006年GIMMS AVHRR NDVI数据集与同期的CI、K、Pa、SPI、Z、PDSI等干旱指数做了对比分析, 讨论了河南省植被状态指数VCI对气象干旱的滞后效应及干旱监测能力. 结果表明: VCI指数与气象干旱指数的相关性受不同下垫面的影响较大, 农地的VCI与气象干旱指数相关性要明显高于林地, 农地VCI与气象干旱指数呈现正相关关系. 在河南省不同的作物生长阶段, VCI对气象干旱有着不同的滞后效应, 其中, 3-5月份冬小麦生长期VCI对气象条件的反应滞后1~3个月, 7、9月份夏玉米生长期VCI对气象条件的反应滞后1月. 总体上看, 结合前期的气象数据, VCI对河南省气象干旱有一定的指示作用和监测能力.

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气象极值变化及其导致的农业气象灾害趋势分析——以甘肃省为例

韩晖, 李耀辉

冰川冻土. 2013, 35(4): 999-1006. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0112

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依据甘肃省62个气象站1960-2005年的地面气候资料, 分析农作物生育期(3-10月)内气象要素极值的变化趋势, 并用主成分分析方法研究了该变化对农业气象灾害发生趋势的影响.结果表明: 与温度相关的气象要素极值表现出了同平均气温类似的显著上升趋势,其中降水相关的气象要素极值变化说明甘肃省降水结构发生了改变, 极端性有所减弱;其他相关要素中, 最大风速存在明显下降趋势, 蒸发量呈下降趋势、日照时数呈上升趋势, 但都不够显著.大部分气象极值的变化与农业气象灾害的变化呈正相联系, 只有很少部分气象极值的变化与农业气象灾害的变化呈反相联系.综合分析这些气象极值在甘肃省范围内的变化趋势, 揭示出未来甘肃省干旱灾害倾向于加剧, 而洪涝灾害趋于减轻.

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黄河中下游地区夏季旱涝年低频振荡特征分析

王文, 李伟, 李耀辉

冰川冻土. 2013, 35(4): 1007-1014. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0113

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利用1971-2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料和黄河流域67个测站逐日降水资料, 对黄河中下游地区旱涝年的低频振荡特征进行了分析.结果表明: 黄河流域30~60 d低频降水呈现区域性分布的特征, 大值区位于黄河中下游地区, 10~20 d低频降水呈现整体性分布.黄河中下游地区旱涝年夏季降水普遍存在10~20 d和30~60 d的低频振荡, 10~20 d振荡强度整体上均强于30~60 d振荡,10~20 d低频振荡在旱涝年差异不显著.涝年30~60 d低频振荡较旱年显著, 涝年和旱年30~60 d低频振荡的传播特征不相同, 同时涝年的30~60 d低频振荡的传播特征也存在差异.影响涝年30~60 d低频降水的主要原因是低纬的低频振荡强度增强向北传播到黄河流域, 以及青藏高原热源的低频振荡向东北传播与西太平洋热源的低频振荡向西传播在黄河中下游交汇.正常年份的低频降水主要受低纬低频振荡向北传播的影响.

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宁夏春、夏、秋季干旱与降水集中期及集中度的关系

纳丽, 郑广芬, 任少云, 许建秋

冰川冻土. 2013, 35(4): 1015-1021. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0114

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应用宁夏气象台站1961-2010年逐候降水量序列资料, 计算了春、夏、秋季3个季降水的集中期、集中度和干旱Z指数, 运用趋势分析、相关分析、合成分析讨论了3季的集中期、集中度与旱涝程度的时空变化特征及其相互关系. 结果表明: 50 a来宁夏春夏秋干旱等级均呈加剧趋势, 秋季加剧更明显, 3季中中部干旱带加剧最严重, 南部山区次之, 北部最小. 春季集中期无明显变化趋势, 但集中度有上升趋势, 夏季集中期、集中度缓慢下降, 秋季集中期、集中度变化不明显;近10 a来3季集中度明显增大, 春夏两季集中期推迟. 春季降水集中度对干旱没有显著影响, 但首场透雨出现早晚对干旱影响显著, 透雨出现偏早, 干旱等级低, 反之亦然;夏季集中期对干旱影响不显著, 但集中度显著影响干旱, 集中度高, 雨涝发生概率越大, 集中度低, 干旱发生概率大;秋季集中期、集中度对干旱都有影响, 集中度高, 集中期早, 雨涝发生概率大, 反之干旱出现概率大.

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2009/2010年我国西南秋冬春连旱特征及其大气环流异常分析

段海霞, 王劲松, 刘芸芸, 李忆平, 王素萍

冰川冻土. 2013, 35(4): 1022-1035. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0115

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利用中国逐日站点降水资料、逐日季风监测指数及逐日副热带高压指数、74项环流指数及NCEP/NCAR再分析资料, 分析了2009年秋季至2010年春季的秋冬春西南特大干旱过程中各指数及大气环流异常特征.结果表明: 自2009年10月底东亚冬季风建立以来, 至2010年春季, 东亚冬季风强度持续偏强, 加之西太平洋副热带高压较常年偏西偏南, 西南地区长期受副高控制, 气温持续偏高, 加之冷空气虽然总体偏强, 但主要控制我国北方地区, 造成冷暖空气在西南地区少有交汇, 致使降水偏少, 干旱发生发展. 印缅槽强度较常年偏弱, 来自印度洋、孟加拉湾以及南海的水汽条件不足, 向西南地区输送的来自南海和孟加拉湾两条水汽通道的水汽通量均较常年偏弱很多, 加之西南地区、特别是云南地区自2009年秋季以来, 长期处于下沉运动的正距平区, 造成这段时间西南地区干旱少雨, 旱情持续. 2009年9月El Niño事件全面爆发, 南海-西太平洋地区形成异常反气旋流场, 该反气旋流场较常年偏西偏南, 造成副高位置偏西偏南, 从而使得云贵高原及其周边的印度季风区的降雨量明显偏少;高原地区及南海、菲律宾附近及热带辐合带地区OLR异常对西太平洋副热带高压的变化有一定影响, 进而影响西南地区降水, 其内在机制还有待深入研究.

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四川省水稻气候干旱灾害风险研究

袁淑杰, 王婷, 王鹏

冰川冻土. 2013, 35(4): 1036-1043. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0116

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水稻生育时期内水分亏缺, 是形成水稻气候干旱的首要条件. 利用四川省1960-2010年159个气象站逐日降水量、日平均气温资料和水稻生育时期资料, 以降水距平百分率、相对湿润度指数作为干旱指标, 分析四川省水稻分蘖期、拔节孕穗期和抽穗扬花期不同气候干旱等级发生概率, 构建水稻气候干旱灾害风险模型, 评估四川省水稻分蘖期、拔节孕穗期和抽穗扬花期以及整个生育时期的气候干旱风险. 结果表明:四川省水稻拔节孕穗期和抽穗扬花期气候干旱风险较高, 降水距平百分率和相对湿润度指数的风险区划结果并不完全相同, 但分布趋势相近. 水稻整个生育时期, 四川盆地和东北部部分地区干旱风险较高, 川南地区干旱风险相对较小.

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基于CI指数和K指数的近40a贵州安顺区域干旱演变特征

吴哲红, 詹沛刚, 陈贞宏, 白慧, 王劲松

冰川冻土. 2013, 35(4): 1044-1055. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0117

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利用综合气象干旱指数(CI指数)和K干旱指数, 对贵州安顺地区1971-2011年41 a来气象干旱的时空分布状况、演变特征及突变情况进行了比较分析. 结果表明: 对严重的干旱时段, 两种指数均能表现出来, 对历年干旱过程及灾害的评定结果基本一致;CI指数对干旱的评定更为精细, 但K指数延续性更好;分季节的干旱分析中, 两种指数对于夏季出现干旱概率较小的结论一致, 对各季节平均干旱长度的评判基本一致. 对时间演变的线性变化趋势以及M-K检验结果对比分析表明, 春季和秋季干旱强度增强、夏季干旱强度减弱、年度平均干旱长度及春、秋季干旱长度增加的这几个趋势, 两种方法两种指数结果一致, 结论被认为是可信度较高的. M-K曲线检测表明: 年度干旱长度在2008年后为增加的趋势, 20世纪90年代以来春季干旱强度增强, 20世纪末以来夏季干旱强度趋于减轻, 秋季干旱强度增强, 1970年代中期后春季干旱长度有增加的趋势, 秋季干旱长度在20世纪80年代中期到90年代后增加的趋势可能发生了突变. 年度干旱强度存在12~14 a的长周期和年度干旱长度4~6a的短周期较为可信.

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基于遥感和GIS的新疆绿洲城市扩展时空动态变化分析

阿里木江·卡斯木, 唐兵, 古丽克孜·吐拉克

冰川冻土. 2013, 35(4): 1056-1064. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0118

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以新疆16座城市为研究对象, 运用多时相卫星遥感资料, 利用遥感和GIS技术提取城市的空间特征信息, 并通过城市扩展强度、扩展速率以及城市空间形态紧凑度和分形维数等指标定量分析了1990-2010年以来新疆城市扩展时空动态变化的过程和特征. 结果表明: 新疆城市的空间分布由其独特的自然环境和绿洲经济所决定, 许多城市的发展依托于绿洲, 城镇的形成具有"亲水性"的特点, 由于新疆地域辽阔, 交通干线附近往往形成城镇相对集中的城市带或城市群. 南北疆城市之间在扩展速度及强度上存在较明显的差异, 位于北疆天山北坡经济带上的城市大多属于扩展速度相对较快、扩展强度相对较大的扩张类型, 而南疆城市的扩展速度则相对较慢、扩展强度也相对较小.通过对城市紧凑度和分维数变化的分析发现, 新疆城市平均紧凑度呈下降趋势, 而分形维数呈增长的趋势, 说明整体上新疆城市空间结构有趋于松散化的趋势, 城市的空间结构不够合理, 有待改善.

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2013年, 第35卷, 第4期　刊出日期：2013-08-25

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