Quantifying the effects of climate trends in the past 43 years (1961–2003) on crop growth and water demand in the North China Plain     

Chao Chen  Enli Wang  Qiang Yu  Yongqiang Zhang 《Climatic change》2010,100(3-4):559-578

This paper explores changes in climatic variables, including solar radiation, rainfall, fraction of diffuse radiation (FDR) and temperature, during wheat season (October to May) and maize season (June to September) from 1961 to 2003 at four sites in the North China Plain (NCP), and then evaluates the effects of these changes on crop growth processes, productivity and water demand by using the Agricultural Production Systems Simulator. A significant decline in radiation and rainfall was detected during the 43 years, while both temperature and FDR exhibit an increasing trend in both wheat and maize seasons. The average trend of each climatic variable for each crop season from the four sites is that radiation decreased by 13.2 and 6.2 MJ m^?2 a^?1, precipitation decreased by 0.1 and 1.8 mm a^?1, minimum temperature increased by 0.05 and 0.02°C a^?1, maximum temperature increased by 0.03 and 0.01°C a^?1, FDR increased by 0.21 and 0.38% a^?1 during wheat and maize season, respectively. Simulated crop water demand and potential yield was significantly decreased because of the declining trend in solar radiation. On average, crop water demand was decreased by 2.3 mm a^?1 for wheat and 1.8 mm a^?1 for maize if changes in crop variety were not considered. Simulated potential crop yields under fully irrigated condition declined about 45.3 kg ha^?1 a^?1 for wheat and 51.4 kg ha^?1 a^?1 for maize at the northern sites, Beijing and Tianjin. They had no significant changes in the southern sites, Jinan and Zhengzhou. Irrigation, fertilization development and crop variety improvement are main factors to contribute to the increase in actual crop yield for the wheat–maize double cropping system, contrasted to the decline in the potential crop yield. Further research on how the improvement in crop varieties and management practices can counteract the impact of climatic change may provide insight into the future sustainability of wheat–maize double crop rotations in the NCP.  相似文献   

边界层温度廓线遥感反演的本地化改进研究     

张杰  张强  李俊 《气象学报》2010,68(2):207-216

采用MODIS资料和美国发展的MODIS大气温、湿度廓线统计反演算法,估算大气温度、湿度廓线作为初始场,应用101层快速透过率模式(PFAAST)估算了大气透过率,并采用Newton非线性迭代算法反演中国西北荒漠戈壁地区大气温度廓线。结果表明:该方法对边界层高度及以上部分的大气温度反演得比较好,误差基本都在2 K范围内,边界层范围内的温度反演误差较大,反演误差与气溶胶光学厚度增量和地表温度估算误差呈显著正相关关系,与大气水汽混合比的关系较差。文中从敏感性试验和理论分析角度阐述了地表温度和气溶胶光学厚度估算误差对大气温度反演误差的影响,发现不同光谱波段的地表温度权重均随地表温度的增加有不同程度增加,地表温度反演误差增加将增加地表温度权重,提高地表温度估算误差有助于提高地表温度权重的精度;荒漠戈壁地区大气边界层中气溶胶浓度较高,光学厚度较大,使边界层大气透过率降低,进而降低卫星红外遥感波段的地表温度权重和空气温度权重。由于该模式没有很好地考虑边界层中沙尘气溶胶的影响,使卫星反演的大气透过率偏高,以至于高估地表温度权重和大气温度权重,使得反演的表面温度和空气温度偏低。该研究结合太阳光度计获得的光学厚度资料,采用统计方法对气溶胶效应引起的大气透过率误差和表面温度估算误差进行校正,并对物理算法进行本地化改进,实现了边界层温度廓线的反演。  相似文献   

西北地区春季云系的垂直结构特征飞机观测统计分析   总被引：11，自引：0，他引：11  

赵增亮  毛节泰  魏强  应亚江  王磊  韩志刚  李成才 《气象》2010,36(5):71-77

根据2001年5—6月8架次的飞机探测资料,配合地面观测和卫星资料综合分析得出了西北地区春季云系的垂直结构宏微观特征,包括云厚、云底高度、云粒子浓度、含水量、有效半径、粒子谱分布函数等。降水性层状云厚平均约2000 m,低云含水量垂直方向上平均为0.07 g·m~(-3),中云含水量垂直方向上平均为0.03 g·m~(-3)。对比分析降水云和非降水云系的微物理特征量,两者存在显著的差异,降水性层状云有效半径要达到10～16μm。  相似文献   

半干旱草地地表土壤热通量的计算及其对能量平衡的影响   总被引：9，自引：4，他引：5       下载免费PDF全文

左金清  王介民  黄建平  李维京  王国印  任宏利 《高原气象》2010,29(4):840-848

利用2008年7月兰州大学半干旱气候与环境观测(SACOL)站的观测资料,对比分析了地表土壤热通量的三种计算方法,即谐波法、温度预报校正法(TDEC法)以及结合自校正热通量板(HFP01SC)测量的温度积分法(ITHP法);进而分析了三种不同方法的计算结果对地表能量平衡的影响。比较5cm深度处谐波法和TDEC法的计算结果与HFP01SC的实测结果,三者的相位基本一致,相互之间均具有很好的线性关系;谐波法与TDEC法的计算值较为接近,但分别比HFP01SC的实测值偏大了2%和6%(主要发生在夜间)。对于地表的土壤热通量(G0),谐波法与TDEC法两者的计算结果仅偏差约1%;TDEC法与ITHP法的计算结果之间也具有很好的线性关系(R2=0.99),但偏差达到9%左右。相对于HFP01SC的实测结果,由谐波法和TDEC法计算的G0可将SACOL站的地表能量闭合率分别提高6%和7%左右;利用温度积分法将HFP01SC的实测结果校正到地表后,地表能量闭合率也提高了约6%。因此,在对涡动相关通量做了常规订正的情况下,当充分考虑了土壤热存储后,SACOL站的地表能量闭合率可提高6%～7%,达到82%～83%左右。  相似文献   

2007年5～10月黄土高原陆面能量通量特征研究          下载免费PDF全文

张杰  张强  黄建平 《高原气象》2010,29(4):855-863

在稀疏植被区陆面过程遥感参数化基础上,利用MODIS/500m分辨率的资料反演黄土高原2007年5～10月陆面过程的特征参数。分析得出:(1)受多种气候系统的影响,黄土高原降水、植被分布以及土壤湿度等存在南北、东西差异,导致反照率呈现出从东南到西北部逐渐增加的趋势;5～10月,频率峰值所对应的反照率值呈现出先降低后增加的特征,到7月反照率值达到最低。(2)由于土壤湿度和植被覆盖度空间分布的差异,出现了3种反照率和能量分布型,即宽频低峰型、高频窄峰型和多峰型分布。(3)由于2007年8～10月黄土高原降水量比较充沛,大部分区域的土壤湿度都在60%以上,使得净辐射量、感热通量、潜热通量频率分布比较集中。  相似文献   

东亚冬季风与中国南方冬季降水的关系分析   总被引：9，自引：1，他引：8       下载免费PDF全文

曾剑  张强  王同美 《高原气象》2010,29(4):975-981

由850hPa的风场资料和海平面气压资料计算两个东亚冬季风强度指数,结合月平均降水资料,分析我国南方冬季降水对冬季风响应的空间分布型及其在冬季各月的差异。结果表明:12月东亚冬季风强度比1、2月的弱,同期的降水对其响应不明显;1月冬季风比2月强,同期降水对季风的响应比2月更强些。在1、2月,强(弱)东亚冬季风易造成南方冬季降水偏少(多),但这种响应是时间和空间的函数,随时间变化且有明显的区域特征。1月的强响应区基本上连成一片,强响应中心散布于其中;最明显的中心区在淮河以南附近,区域中心值-0.5;响应强度由此中心向南变弱,但依然分别在湖南东北部、江西东北部以及四川东北部都出现了较强中心区,区域中心值都为-0.35左右;2月的响应区相对1月作了总体的顺时针偏转和稍微的北缩。分析发现,响应区的空间分布可以从地形和地势分布解释,响应区的时间变化与850hPa的风场有关。  相似文献   

祁连山区冬半年积雪分布及变化的遥感研究   总被引：2，自引：0，他引：2       下载免费PDF全文

王兴  张强  郭铌  蔡迪花  张杰  陈乾  汤懋苍 《高原气象》2010,29(2):366-372

利用国家卫星中心提供的1996—2002年冬半年(11月～翌年4月)的旬积雪数据、地面气象站温度和实测积雪数据,以及结合祁连山区DEM数据,研究了同期祁连山区积雪时空分布及其变化特征。结果表明:祁连山区冬半年积雪大多随山脉走向呈带状分布在山脊区,而山谷和南面盆地分布较少;积雪西段最多,东段次之,中段最少。祁连山区不同积雪频率所分布的平均高度的基本趋势为积雪频率越大分布的高度也越高。就不同频率的积雪而言,频率越低所占比例越大,频率越高所占比例越小;总体上祁连山区在1998/1999年冬季积雪达到最小值,在1998/1999年冬季之前呈波动变化,之后呈持续显著增加的趋势,但主要贡献在低频率。对祁连山东、中、西三段而言,东、中两段在1998/1999年冬季前呈减少趋势,1998/1999年冬季后呈增加趋势,东、中两段平均积雪频率变化量很接近;而西段从1996/1997年冬季开始呈缓慢增加的趋势,而且积雪平均出现频率明显要比东、中两段高很多。祁连山东、中、西三段积雪覆盖度随着高度增加而增大,只有中段在1999—2001年随着高度的递增积雪覆盖度增加不明显,变化趋势比较复杂,这可能与中段所受天气系统和地形等的影响比较复杂有关。  相似文献   

陇中黄土高原地表能量不平衡特征及其影响机制研究   总被引：2，自引：1，他引：1       下载免费PDF全文

李宏宇  张强  赵建华  王胜  史晋森 《高原气象》2010,29(5):1153-1162

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)2008年夏季的观测资料,分析了陇中黄土高原地表能量不平衡特征及其影响机制,计算了地表和5 cm深处土壤热通量板之间的热储存,并对地表能量不平衡特征重新进行了计算和评价。当把土壤热储存作为地表能量收支的一部分考虑后,不平衡差额绝对值平均降低了23 W.m-2,能量不闭合度平均减小了0.104,利用最小二乘法(OLS)进行线性回归得到的平均不闭合度减小了0.085。从白天和晚上的能量不闭合度频率分布也能够看出,土壤热储存对地表能量收支平衡有很大改善。但即使考虑了土壤热储存项,地表能量不闭合仍然很明显。除了土壤热储存,边界层大气不同形式的输送能力作为对地气能量通量交换过程中的重要因素,对能量不平衡也会产生深远影响。结果显示,地表能量不闭合度分别与垂直速度w、水平风速u和对流速度尺度w*有较密切的关系。涡动相关法通量计算中常通过坐标旋转强迫垂直速度变为零,然而非零的垂直速度和垂直平流是真实存在的,忽略垂直平流热量输送是产生地表能量不平衡的重要原因。  相似文献   

闭合气压系统中心位置指数的计算方案   总被引：1，自引：1，他引：0  

王盘兴  赵辉  任律  罗璇  郭栋 《南京气象学院学报》2010,33(5):520-526

王盘兴等在＂闭合气压系统环流指数的定义及计算＂一文中定义了闭合气压系统的面积指数S、强度指数P和中心位置指数（λc,φc）,并给出了它们的计算方案。但其中（λc,φc）的计算方案对低纬系统的计算存在明显误差,误差原因是原方案中的极点球面坐标系不适合低纬系统的计算。本文建立了一套原点位于搜索区Ω中心的新球面坐标系,通过坐标转换实现了低纬闭合气压系统中心位置指数（λc,φc）的准确计算。对7月南亚高压和1月蒙古高压中心位置指数（λc,φc）的实际计算表明,它既消除了低纬系统（南亚高压）（λc,φc）原计算方案的明显误差,又保持了与高纬系统（蒙古高压）（λc,φc）原计算方案计算结果的一致。因此,本文给出了适于计算任意纬度闭合气压系统中心位置指数（λc,φc）的计算方案。  相似文献   

IPRC区域气候模式对西北太平洋热带气旋潜在预测能力的初步检验   总被引：5，自引：1，他引：4  

苏志重;余锦华;孙丞虎;任福民;王玉清  ;梁潇云 《热带气象学报》2010,26(2):165-173

利用夏威夷大学IPRC高分辨率区域气候模式,对西北太平洋热带主要气旋活动季节(6—10月)热带气旋活动的特征及其大尺度环境场进行了17年的模拟试验,检验了模式对西北太平洋热带气旋的潜在季节预测能力。试验结果表明,该模式对西北太平洋热带气旋大尺度环境场具有较好的刻画能力,模拟的热带气旋年生成频数与实况的相关系数为0.77,季节内各月生成频数相关系数为0.82,显示出良好的潜在预测能力;生成源地分布与实况较一致;总能量(PDI)的年际变化趋势模拟也较为理想。但模拟的路径频数在南海地区明显偏多,北上热带气旋偏少,最大风速的峰值区间模拟效果较差。  相似文献