中国东部春季土壤湿度的时空变化特征
中国春季土壤湿度与东亚夏季风的关系
尺度降雨异常对地 面过程 的影 响 ，结果表 明，降水
收稿 日期 ： ２０ ．４２ ； 订 日期 ：２０ —４０ ０ ６０ ．９ 修 ０７０—８ 基金 项 目： 国家 自然 科学 基金 项 目（ 批准 号 ：４ ３ ５２ ０ ７０ ６和 ４３ １１） ０ ３ ００资助
作 者简 介 ： 乐益 龙 ，男 ，浙 江 宁波 人 ，硕士 ，主要从 事短 期气 候预 测 、短 期天气 预 报等工 作 。Ｅｍａ ： ｅｌ ｍａｇｖｃ — ｉ Ｌ ｙ＠ｃ ｌ ｏ． ｎ
中国春 季土壤 湿度与 东亚夏季风 的关 系
乐 益龙 一，罗勇 ２ ，郭 品文
（．南京 信 息工程 大学 大 气科 学系 ，江 苏 南 京 ２０ ４ ； １ １０４ ２ ．中国气 象 局 国家气 候 中心气 候研 究 开放 实验 室 ，北 京 １０ ８ ００ １ ３ 宁波 市 气象 台 ，浙 江 宁波 ３５ １） ． １０２
文 献 标 识 码 ：Ａ 中 图分 类 号 ： Ｐ ２ ．． ４ ５４２
季亚洲地 区陆面蒸散对维持 正常 的印度西南气 流 ，
１ 引
言
增加亚洲 大陆尤其是我 国东部地 区的降水具有 十分
重 要 的 作 用 。 同时 ，亚 洲 季 风 的 降水 还 受 到 北 美 陆 面蒸 散 变 化 的影 响 ，反 之 亦 然 。世 界 上 主 要 的 区域 气 候 模 式 （ Ｃ 都 做 过 土 壤 湿 度 异 常 对 气候 影 响 的 Ｇ Ｍ） 数 值 实 验 ，结 果表 明 ，干 土 壤 可 使 未 来 气 温 升 高 、 降 水 减 少 ，湿 土 壤 可使 气 温 降 低 、降 水 持 续 。
过程与理论Ｉ ９ １ 符合得很好 ； 空间变化 的红噪音过程反
第七章 中国气候、土壤、森林的水平地带性和垂直地带性
第二节 土壤、森林植被的垂直地带性 土壤、 一、土壤的垂直地带性
1、土壤垂直地带谱是由基带土壤开始的，随 着山体的升高而依次出现一系列与纬度带相 应的土壤类型。 2、山体愈高，相对高差愈大，山地垂直地带 谱结构就愈完整。 3、山地坡向对土壤垂直地带谱的组成有明显 影响。总的特点是：山地下部建谱土壤类型 各异，向上渐趋一致，但带幅高度仍然有别。
中国的气候、土壤、 第七章 中国的气候、土壤、森林的地带性及区划 第一节 中国的气候、土壤及森林的水平地带性 中国的气候、
一、中国气候的水平地带性及区划 （一）气候带的划分气候带： 是大致与纬圈平行，环绕地球呈带状分布的 气候分类单位，是地球上最大的气候区域单 位。从低纬度到高纬度，气候带按一定顺序 分布。同一气候带内，气候的基本特征相似。 2、气候带的划分指标： 我国从北到南分为9个气候带，1个气候区域。
7、温带荒漠区域
包括新疆准噶尔盆地、塔里木盆地、甘肃与 宁夏北部的阿拉善高原，以及内蒙鄂尔多斯 台地的西端，约占我国土地面积的1/5；气 候极端干燥，冷热变化剧烈，年降水量低于 200 mm；沙漠与戈壁面积较大，荒漠植被是 一些极端旱生的小乔木、灌木和草本植物。 本区域一系列巨大的山系，分布着一系列随 高度而有规律更迭的植被垂直带。
4、亚热带常绿阔叶林区
我国亚热带地区范围广，约占全国总面积1/4左右， 北界在秦岭、淮河一线，南界在南岭，东界为东南 海岸，台湾岛以及沿海诸岛；西至西藏高原山坡向 南延至云南的西部。 本区域地势西高东低，气候温暖湿润，年降水量 > 1000 mm；地带性植被：北部为常绿落叶阔叶混交 林（北亚热带）、中部亚热带常绿阔叶林（中亚热 带）、南部为季风常绿阔叶林（南亚热带）。土壤 以红壤、黄壤为主。
二、中国土壤的水平地带性
中国与世界土壤地带性分布规律
世界世界 土壤类型及中国土壤类型分布土壤类型及中国土壤类型分布一、中国主要土壤类型一、中国主要土壤类型土壤名称土壤名称 分布地区分布地区 形成条件形成条件 一般特征一般特征 砖红壤砖红壤 海南岛、雷州半岛、雷州半岛、西双版纳和台湾岛南部，西双版纳和台湾岛南部，西双版纳和台湾岛南部，大致位于北纬大致位于北纬22°以南地区。
22°以南地区。
热带季风气候。
年平均气温为2323～～2626℃，年平均降水量为℃，年平均降水量为16001600～～2000毫米。
植被为热带季雨林。
林。
风化淋溶作用强烈，易溶性无机养分大量流失，铁、铝残留在土中，颜色发红。
土层深厚，质地粘重，肥力差，呈酸性至强酸性。
深厚，质地粘重，肥力差，呈酸性至强酸性。
赤红壤赤红壤 滇南的大部，广西、广东的南部，福建的东南部，以及台湾省的中南部，大致在北纬22°至25°之间。
为砖红壤与红壤之间的过渡类型。
为砖红壤与红壤之间的过渡类型。
南亚热带季风气候区。
南亚热带季风气候区。
气温较气温较砖红壤地区略低，年平均气温为2121～～2222℃，年降水量在℃，年降水量在12001200～～2000毫米之间，植被为常绿阔叶林。
阔叶林。
风化淋溶作用略弱于砖红壤，颜色红。
土层较厚，质地较粘重，肥力较差，呈酸性。
性。
中国主要土壤类型中国主要土壤类型土壤名称土壤名称 分布地区分布地区形成条件形成条件 一般特征一般特征 砖红壤砖红壤 海南岛、雷州半岛、西双版纳和台湾岛南部，大致位于北纬2222°以°以南地区。
南地区。
热带季风气候。
年平均气温为2323～～2626℃，℃，年平均降水量为1600～2000毫米。
植被为热带季雨林。
季雨林。
风化淋溶作用强烈，易溶性无机养分大量流性无机养分大量流失，失，铁、铝残留在土中，铝残留在土中，颜色颜色发红。
土层深厚，质地粘重，肥力差，呈酸性至强酸性。
酸性。
赤红壤赤红壤 滇南的大部，广西、广东的南部，福建的东南部，以及台湾省的中南部，大致在北纬2222°至°至2525°之间。
福建省莆田市2023-2024学年八年级上册期末质量监测地理试卷(含解析)
莆田市2023-2024学年上学期八年级期末质量监测试卷地理（满分：100分；考试时间：60分钟：考试形式；闭卷）一、单项选择题：（每小题2分，共50分）2023年10月31日，神舟十六号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。
下图为东风着陆场位置及其景观图，读图回答下列小题。
1．神舟十六号载人飞船返回当天的天气是（）A．B．C．D．2．东风着陆场所在的省级行政单位是（）A．新B．甘C．桂D．内蒙古3．从地形角度考虑，东风着陆场适合返回舱着陆是因为（）A．地形崎岖B．地表坦荡C．峰峦叠嶂D．沟壑纵横《徐霞客游记》是一部以日记体为主的地理著作，以优美的文字描述各地的自然景色、山川河流和风土人情。
下图为徐霞客西行路线示意图，读图回答下列小题。
4．图中位于闽赣交界的世界遗产是（）A．雁荡山B．桂林C．武夷山D．丽江古城5．徐霞客西行路线，可以（）A．观赏绝美极光B．欣赏大漠景色C．沿黄河逆流而行D．体验多民族风情6．徐霞客用“碧簪玉笋”、“峭峰离立”形容的自然景色可能是（）A．B．C．D．我国东北部的二江平原大致位于北纬47度，地处黑龙花苏m带，是中国最大的沼泽湿地。
下图为我国东北部年中均温分布图（单位：℃）图，回答下列小题。
7．图示区域年平均气温分布大致（）A．自西向东递增B．自西向东递减C．自南向北递增D．自南向北递减8．影响该区域气温分布的主要因素是（）A．海陆位置B．纬度因素C．地形地势D．人类活动9．三江平原湿地面积大的主要原因是（）①地势低平，排水不畅②黑土厂布，土壤肥沃③河网密布，水源充足④纬度较高，气温低，蒸发弱A．①③④B．①②③C．①②④D．②③④日晷是我国古代计时器，其原理是利用晷针的影子在晷面上移动的位置来显示时刻变化。
下图为福建省某学生记录的某日不同时刻晷针影子位置图，读图回答下列小题。
10．当晷针影子位于图b位置时，影子的朝向是（）A．正东B．正西C．正南D．正北11．一天中，晷针影子的变化规律是（）A．逆时针自西向东移动B．逆时针自东向西移动C．顺时针自西向东移动D．顺时针自东向西移动12．晷针影子有规律的变化，是因为（）A．地球大小B．地球形状C．海陆变迁D．地球运动独库公路（独山子至库车段）横穿天山，又称天山公路。
包头市固阳县近50余年气候变化及其对土壤水分的影响
包头市固阳县近50余年气候变化及其对土壤水分的影响李宏伟;李秀华;夏雪莲;苏亮;杨润兵;高振江【摘要】利用包头市固阳县1960—2012年气象资料和1982—2012年土壤水分资料,采用回归及相关分析方法,分析了50余年来气候变化及其对土壤水分的影响。
结果显示：近53年来,固阳地区温度呈极显著上升趋势,年均气温53年上升了约2.1℃;年均降水量呈现缓慢增加态势,但农作物需水旺季夏季,降水量是缓慢下降的。
近31年来,土壤水分呈显著下降趋势,以秋季下降速度最快;土壤水分与温度呈负相关,与降水量呈正相关,其中夏季温度和降水量对土壤水分的影响最为显著。
【期刊名称】《北方农业学报》【年(卷),期】2016(044)004【总页数】5页(P90-93,108)【关键词】温度;降水量;土壤水分【作者】李宏伟;李秀华;夏雪莲;苏亮;杨润兵;高振江【作者单位】[1]包头市气象局,内蒙古包头014030;[2]包头市农业科学研究所,内蒙古包头014013;[3]固阳县气象局,内蒙古固阳014200;;;;【正文语种】中文【中图分类】S152.7土壤水分是调控地——气反馈过程的重要参数之一，是农业管理的重要参数[1]，也是对气候因子变异最敏感的响应指标[2]。
在气候变暖已成为全球变化的主要特征的大背景下，土壤水分必然发生相应变化。
侯琼[3]，方文松[4]，王彦平[5]分别针对草原、农区以及农、牧、林区进行了相关研究，结果显示不同地区、不同植被类型下的土壤水分含量均呈现出不同程度的下降趋势，在干旱化这一特征上高度吻合。
固阳县属于典型的中温带半干旱易旱农作区，大气降水是土壤水分的主要来源，土壤水分状况成为当地农业高产、稳产的主要限制因素。
本研究旨在通过气候变化和土壤水分的变化规律，以期在气候变化背景下最大限度地提高农田水分利用率，为农作区水分管理提供科学依据。
1 材料和方法1.1 研究区概况固阳县位于 109°40′～110°41′E，40°42′～41°29′N，地处内蒙古高原的大青山西段，属丘陵山区地貌，地势南高北低，缓缓向北倾斜。
近十年山西省土壤墒情时空变化规律
近十年山西省土壤墒情时空变化规律郝振纯;王慧;顿珠加措;鞠琴【摘要】Temporal and spatial variations of soil moisture in Shanxi Province are analyzed by using In-verse Distance Weighted (IDW)method with ArcGIS software package,based on soil moisture and pre-cipitation data from 64 monitoring stations during 2003 -2012..The annual and seasonal variations in soil moisture are obtained,and influences of precipitation and temperature changes on soil moisture are investigated using correlation analysis technique.The results indicate that soil moisture is high in the southeast Shanxi,and low in the north and south parts of the Shanxi province.All soil moistures at 10, 20 and 40 cm soil depth show similar variation feature to spatial patterns,but with a less variability in soil moisture at lower soil layer.Moreover,soil moisture tends to increase from the upper to the lower soil profile.There are no clear interdecadal change but obvious seasonal change in soil moisture,decreasing fromMarch,becoming increase in June,and then decreasing again from October.Precipitation plays a key role in spatiotemporal variations of moisture and influences of temperature on soil moisture are moder-ate .%以2003-2012年山西省64个墒情站土壤墒情观测资料为基础，在ArcGIS环境下通过IDW插值法分析了土壤含水量的空间变化规律，以及土壤含水量的年际和季节变化规律，探讨了降水和气温对土壤含水量变化的影响。
黄土高原农田土壤湿度演变及其与气候变化的响应关系
究 ＿ ， 秀芝等 使 用 了 ５ ８张 Ｊ ７个 站点 ２ ０ａ的资 料 ， 研究
收 稿 日期 ：０ １ １． １ ２ １ ．２１
候条 件 （ 主要是 气温 、 降水 ） 土壤湿 度 的关 系 ， 到 与 达
基金 项 目 ： 国家 自然 科 学 基 金 项 目 “ 于 相 同 气 候 条 件 的 人 类 活 动 对 河 流 水 沙 影 响 定 量 评 价— — 以 黄 土 高 原 延 河 流 域 为 例 ” 基 （１７４ ０ ； 国科 学 院 水 土 保 持研 究 所 黄 土 高 原 土 壤 侵 蚀 与 旱地 农 业 国 家 重 点 实 验 室 基 金 项 目“ 方 旱 区 表 层 土 壤 水 分 ４ １ １２ ） 中 北 遥 感 监 测试 验 研 究 ” １５２一Ｚ２—９ ； （００ １ ） 中荷 联 合 主 题 研 究 项 目“ 河 流域 水 环 境 问 题 综 合 治 理对 策 研 究 ” 中 国 科 学 院对 外 渭 （
降水 、 气相对 湿度 等气 象要 素逐年 、 空 月资 料进行 分
析。
２． 研 究 方 法 ２
土保 持重 点 区域［
。黄 土 高原 位 于 中 纬度 地 带
在本 研究 中 ， 用线 性趋 势法分 析温 度 、 采 降水 等
气 象要 素 以及 土壤 湿 度 的 变化 趋 势 ， 通 过相 关 分 并
合 作 重 点 项 目， Ｊ Ｚ ０ ８ Ｇ Ｈ １１） 作 者简 介 ： 蒋 冲 （９５ ）男 ， 龙 江 哈 尔滨 人 ， 士 研 究 生 ， 要研 究方 向为 黄 土高 原 气 候 变 化 与 生 态 水 文 。 Ｅｍ ｉ：ｂ ０ ＠ １６， １８一 ， 黑 硕 主 ＋ ａ ｅｂ７ ２ ２ ｌ
土壤墒情变化规律分析
15 10 5 0
10.86
11.95
12.49
13.58
14.67
15.76
土壤含水率 ∥%
土壤含水率 ∥%
图3
章景营子站 20 cm 土壤含水率变化
图4
章景营子站 30 cm 土壤含水率变化
4
土壤墒情的增长与消退规律 在自 然 条 件 下 ， 无 灌 溉 条 件 的 旱 地 土 壤 水 分 主 要 来 源
现代农业科技
2012 年第 14 期
土壤温湿度记录仪：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｒｓｆｙｑ．ｃｏｍ／
资源与环境科学
土壤墒情变化规律分析
王东坡 1
1
王 文2
苏慧艳
2
2
（ 辽宁省东水西调工程建设局 ， 辽宁沈阳 110000 ；
辽宁省水文水资源勘测局朝阳分局 ）
摘要 在现代化的农业发展进程中 ， 为推行精量灌溉技术 ， 提高水资源利用率 ， 准确有效地测量土壤含 水 量是 基础 工 作之 一 。 对 一 定 范围内的土壤墒情进行实时监测和预测预报 ， 依此制订区域调水 、 配水方案和灌溉计划 ， 是防旱抗旱的重要手段之一 。 通过对 不 同时 段和 埋深的土壤水分值进行统计计算 ， 分析土壤墒情的时程变化规律 、 垂向变化 、 增长与消退规律 ， 可为农业生产提供参考 。 关键词 土壤墒情 ； 变化规律 ； 监测 文献标识码 A 文章编号 1007-5739 （2012 ）14-0217-02 中图分类号 S152.7
图2
章景营子站 10 cm 土壤含水率变化
3
07-01 08-01 09-01 10-01 11-01 12-01
土壤墒情的垂向变化规律 以 2011 年 章 景 营 子 站 降 水 量 与 土 壤 含 水 率 变 化 过 程
人教版2022--2023学年度第一学期高二地理期末测试卷及答案
…○………………内………………○………………装………………○………………订………………○………………线………………○…………………○………………外………………○………………装………………○………………订………………○………………线………………○………………… 学校：______________姓名：_____________班级：_______________考号：______________________人教版2022--2023学年度第一学期期末测试卷高二 地理（满分：100分 时间：90分钟）题号 一 二 总分 分数一、单选题（本大题共17小题，每小题3分，共计51分。
在每小题列出的四个选项中，只有一项是最符合题目要求的）2021年11月19日（农历十月十五）傍晚，小玥在广州观赏了月偏食。
此次月偏食从北京时间15:18开始,18:47分结束，在17:02达到食甚（月偏食阴影区最大的时刻）。
据此完成下面小题。
1．此次月偏食时，日、地、月三者的相互位置应是（ ） A ．日地在月球的同侧 B ．日地在月球的两侧 C ．月球在太阳的北侧D ．月球在太阳的南侧2．下列四幅图中，与食甚时全球昼夜分布状况相符的是（ ）A ．B ．C ．D ．3．下列国家中可以看到完整的月偏食的是（ ） A ．埃及 B ．印度C ．美国D ．英国在南美洲秘鲁境内安第斯山脉的奥桑加特山海拔5200米处，有一座五彩斑斓的山峰，被人们称作“彩虹山”。
彩虹山其实是一块沉积砂岩，它经过百万年挤压、沉淀，在板块运动的时候形成山峰。
下图为彩虹山景观图。
据此完成下面小题。
4．彩虹山的地质构造为（ ） A ．背斜B ．向斜C ．地堑D ．地垒5．图示地貌的形成过程为（ ）A ．地壳抬升—外力侵蚀—沉积作用B ．沉积作用—地壳抬升—侵蚀作用C ．外力侵蚀—地壳抬升—沉积作用D ．地壳抬升—沉积作用—侵蚀作用据天气网消息：2021年11月20日至23日，第3轮寒潮席卷我国大部分地区，部分省份累计降温14℃。
2023届辽宁省沈阳市第二中学高三下学期第六次模拟考试地理试题(含解析)
2023届辽宁省沈阳市第二中学高三下学期第六次模拟考试地理试题学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、选择题组腾格里沙漠是中国四大沙漠之一，它南越长城，东抵贺兰山，西至雅布赖山，面积约4.3万平方千米。
在茫茫大漠之中，有一片名为高墩湖的湖泊横亘其中，湖区内拥有绿洲百余亩。
通常，水汽受蒸发作用由地表升至空中。
而在特殊情况下，水汽凝结会向地表或土壤输送，此现象被称为逆湿现象。
据此完成下面小题。
1．下列选项中，易发生逆湿现象的是（）A．高墩湖区中心B．湖区绿洲中心C．湖区绿洲边缘的荒漠D．腾格里沙漠边缘绿洲2．下列选项中，易形成逆湿现象的时段是（）A．晴朗无风的白天B．晴朗无风的夜晚C．多云大风的白天D．多云大风的夜晚3．干旱半干旱地区出现逆湿现象，可以（）A．增加降水B．改善土壤墒情C．加剧干旱D．增加大气湿度厚田沙漠东临赣江，冬、春季裸露的赣江河床是其主要沙源地。
区内沙岭纵横，沙山广布，沙粒起动风速（使沙粒开始运动的临界风速）达8米/秒，远超西北地区的4.5米/秒。
下图为厚田沙漠位置图及厚田沙漠景观图。
据此完成下面小题。
4．与西北地区沙漠相比，厚田沙漠沙粒起动风速大的主要原因是（）A．沙粒粒径小B．地形平坦开阔C．风力较强劲D．沙粒湿度大5．厚田沙漠冬、春季的主导风向是（）A．西北风B．东北风C．东南风D．西南风波兰位于欧洲大陆中部，全境地势平坦，西邻德国，面积约32.26万km2，人口超过3800万。
波兰是中东欧工业比较发达的国家之一，该国化学工业企业数量多，但多数化工产品仍需进口。
格但斯克是波兰北部最大的城市。
下图示意波兰地理位置。
据此完成下面小题。
6．波兰化学工业企业数量多，但多数化工产品仍需进口，推测主要原因是（）A．化工产业基础薄弱，企业产能有限B．环保政策严苛，淘汰了落后产能C．发展绿色农业，化肥农药需求量小D．国土面积小，化工厂发展空间小7．格但斯克成为波兰北部最大城市的原因是（）①依托港口，经济腹地广阔②资源丰富，工业发达③位于维斯瓦河入海口，水陆交通便利④地形平坦，发展空间充足A．①④B．②③C．①③D．②④云南是“西电东送”大省，需严格执行省间协议框架下的外送电量，送电方向、时间、电量都是确定的，较为刚性。
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中国科学 D辑:地球科学 2008年 第38卷 第11期: 1428 ~ 1437 www.scichina.com earth.scichina.com 《中国科学》杂志社
SCIENCE IN CHINA PRESS
中国东部春季土壤湿度的时空变化特征 左志燕, 张人禾* 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室, 北京 100081 * 联系人, E-mail: renhe@cams.cma.gov.cn
收稿日期: 2008-06-16; 接受日期: 2008-09-02 国家重点基础研究发展计划(编号: 2004CB418302)和国家自然科学基金项目(批准号: 40225012)资助
摘要 利用中国气象局提供的土壤湿度观测资料和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA-40土壤湿度再分析资料, 在仔细比较分析两套资料的基础上, 研究了100°E以东中国春季土壤湿度的空间分布特征及其在不同时间尺度上的变化特征, 结果表明ERA-40资料能很好的再现中国东部春季土壤湿度的时空变化特征, 较好地反映出了中国春季土壤存在东北和西南湿、华北和内蒙古干的地理分布及其年际变化. 在整个中国东部地区, 春季土壤存在不同程度上的干旱化现象; 其中西南地区土壤从浅层到深层都存在一致的变干趋势, 20世纪80年代后这种变干趋势变得显著; 在东部中纬度地区, 浅层土壤湿度具有明显的年际变化特征, 没有明显的干化趋势, 但深层土壤湿度从1988年以后存在较为明显的干化现象; 东北地区浅层和深层土壤也存在较明显的变干趋势, 其中浅层土壤在20世纪70年代初以后变干趋势减缓, 而深层土壤在70年代末以后的变干趋势加剧.
关键词 土壤湿度 中国100°E以东春季 时空变化
在气候系统中, 土壤湿度是一个很关键的变量. Walker和Rowntree[1]发现非洲降水对初始的土壤湿度很敏感, 非洲土壤异常干化使得非洲降水持续负异常, 可导致非洲出现沙漠化. Yeh等[2]最早提出土壤湿度对气候有记忆功能. Kanae等[3]研究发现对于地表潜热和感热负反馈关系比较明显的半干旱地区而言, 土壤湿度在季节时间尺度上的陆气之间相互作用起主导作用, 偏湿的土壤能带来更多的降水. 土壤湿度作为陆面过程的一个重要物理参数, 积累了地表水文过程的大部分信息, 也是固体地球和生命物质的界面及生命物质、生物化学循环的主要过程. 它通过影响地表的反照率、热容量、陆面植被的生长状况以及蒸发和蒸腾来改变陆气之间的感热通量、潜热通量、辐射通量和动量通量, 从而引起气候变化. 土壤湿度的观测对于气候分析、模式发展以及卫星遥感陆面状况都很关键. 由于土壤湿度为非常规观测量, 且其时空变率大, 观测仪器昂贵, 使得土壤湿度的观测起步很晚. Robock等[4]收集了全球大约
600个站点的土壤湿度资料, 建立了一个土壤湿度站点观测资料库. 研究发现, 除了有限的几个小区域(如前苏联的乌克兰具有45 a的较长时间序列的观测资料), 全球范围内都缺乏一个连续的长时间序列土壤湿度观测资料. 虽然在土壤湿度的观测方面取得了一定进展, 但缺乏一个具有区域尺度的长时间序列的土壤湿度观测资料依然是制约土壤湿度气候学进展的关键所在. 关于土壤湿度对气候的影响, Delworth和Manabe[5]提出土壤湿度长时间的异常可能是地表层
对随机降水强迫的反应, 降水储存到土壤中然后慢慢释放反馈大气, 从而使其时间尺度变长, 频谱变宽. Vinnikov等[6,7]利用该观点分析前苏联和俄罗斯的十几个站点数据, 发现土壤湿度异常主要分为两个部
1428 中国科学 D辑: 地球科学 2008年 第38卷 第11期 分: 其一为受土壤类型、地形、植被及其根系结构影响的小尺度白噪音部分, 另一为受降水和蒸发影响的大尺度红噪音部分. Entin等[8]利用土壤湿度自相关
函数方法分析了热带以外的全球土壤湿度站点观测资料库, 结果发现中国1 m土壤湿度时间尺度约为2~3个月, 空间尺度约为500 km. Koster等[9]提出中国
东部是个较显著的土壤湿度气候敏感区. 东亚是大气圈、水圈和生物圈相互作用十分活跃的地区, 其土壤湿度对区域气候特别是季风形成和发展具有非常重要的作用. 马柱国等[10,11]利用中国11 a的土壤湿度
观测资料详细分析了中国境内土壤湿度的季节循环、年际以及年代际变化及其与气候变率的关系. 何志斌和赵文智[12]分析了中国半干旱地区流动沙地土壤
湿度时空变异特征及其与降水的关系. 张秀芝等[13]
利用中国土壤湿度观测资料, 分析了土壤湿度的垂直分布特征. 孙丞虎等[14]分析了淮河流域1990~2000
年期间的土壤湿度资料, 揭示了淮河流域土壤湿度的空间分布型及其与降水、气温的关系. 已有的研究表明土壤湿度对气候的影响具有一个季度的时间尺度, 即春季土壤湿度可以影响夏季气候. 事实上, 左志燕和张人禾[15]的研究表明, 中国
春季土壤湿度通过影响东亚夏季风的强度, 进而对
中国夏季降水产生影响. 因此, 研究春季土壤湿度的变化规律对认识东亚夏季风的变异具有重要的科学意义. 鉴于截至目前还缺乏对春季土壤湿度长期变化的系统研究, 本文将利用中国土壤湿度观测资料和ERA-40资料来分析中国春季土壤湿度的时空变化特征, 同时也利用观测资料来对ERA-40土壤湿度资料进行详细的质量评估.
1 土壤湿度资料 目前中国气象局可以提供279个站点的土壤湿度观测资料. 测量方法为烘干称重法. 这套数据测量的土壤湿度为重量含水率. 观测时间在暖季节每10 d观测一次(每个月的8, 18和28日), 冬季在冻土地区没有观测. 观测年限为1981~2002年, 1991年之前为11层数据, 分别为0~5, 5~10, 10~20 cm, 自20 cm起逐层增加10 cm, 直到1 m厚度. 1991年以后为10层, 每10 cm为一层直到1 m厚度. 这些观测站点大多分布在中国东部农业作物区, 数据观测时间在20 a以上的区域主要集中在100°E以东的江淮流域、中国东北地区以及南方部分地区. 其中接近20 a时间尺度的站点大约有61个, 这61个站点主要分布在东北地区(33个站)、东部中纬度地区(24个)和西南地区(4个)(图1). 华北、内蒙和东南地区基本没有连续的观
图1 观测时间达到20 a的中国土壤湿度观测站点分布图 1429 左志燕等: 中国东部春季土壤湿度的时空变化特征 测资料. 在中国西部和高原地区测站非常少, 观测时间晚, 且缺测较多, 数据的可利用性很低. 因此, 这些站点资料只能用来分析土壤湿度的一些局地特征, 不足以用来系统研究中国土壤湿度的区域尺度特征. 由于中国土壤湿度观测比较复杂, 目前用于研究的观测资料大多约为10 a左右的时间尺度, 这样短的时间序列对于土壤湿度不同时间尺度特征的研究是远远不够的. 另外, 中国土壤湿度观测大多集中在东北、江淮和西南部分地区, 其他如华北, 西北和东南地区基本没有连续的观测资料. 也就是说, 由于土壤湿度观测资料的时空尺度有限性, 迄今为止大多数利用土壤湿度观测资料的研究结果只能说明某些具体的问题, 对于区域尺度或者长时间尺度而言, 并不具有代表性. 因此, 利用模式产生的土壤湿度资料往往成为研究工作的替代品. Li等[16]在中国选择了10个缺测较少(80%的观测时间都有值)的站点来评估NCEP两代和ECMWF(European Centre of Me-dium-Range Weather Forecasts)的ERA-40土壤湿度再分析资料在中国区域的可信度. 在这10个站点中, 1个位于中国西部地区, 4个位于东北和5个位于江淮和河套地区. 研究发现除了西部站点外, 虽然点对点的对比还存在一定的差异, 但ERA-40资料能较好的反映观测资料的年际变化, 其记忆时间也与观测资料相近, 并能抓住春季土壤湿度的高峰期事件. 相对而言, NCEP两代再分析资料则不能很好的抓住观测资料的这些特征. 张文君[17]通过把ECMWF的ERA-40和NCEP再分析资料、第二代GSWP和CLM的土壤湿度资料与中国土壤湿度观测资料进行比较, 发现ERA-40资料不论是在土壤表层还是深层, 都较好地揭示出中国东部中纬度地区土壤湿度的干、湿年的变化特征. 鉴于以上的研究, 本文除了利用土壤湿度观测资料外, 也将利用ERA-40土壤湿度资料来对中国春季的土壤湿度的时空特征进行探讨, 并细致比较两套资料的异同. ECMWF的ERA-40土壤湿度利用TESSEL(Tiled ECMWF Scheme for Surface Exchange over Land)[18]作为地表的交换方案, 该方案分4层分别对土壤湿度和土壤温度进行诊断, 其4层厚度分别为7, 21, 72和189 cm. 资料的时间从1957年9月到2002年8月, 空间分辨率为T159(约为125 km). ERA-40土壤湿度资料为土壤的体积含水量, 观测资料为土壤的重量含水量. 根据以下公式可以对土壤的体积含水量和重量含水量进行换算: q = w × ρ, 其中q为土壤的体积含水量, w为土壤的重量含水量, ρ为干土壤的容重(g/cm3). 目前中国气象局提供的干土壤容重资料大多只是在1996~2001年之间有较为连续和大范围的观测, 且在1996~2001年期间干土壤的容重几乎没有变化, 相对土壤的重量含水量的而言, 土壤容重的变化是小量. 鉴于此, 我们不考虑干土壤容重的变化, 而将其作为一个常数. 将1996年的干土壤容重资料推广到1982~2001年期间而不考虑土壤容重在这期间随时间的变化. 对于土壤湿度和干土壤容重资料中的缺测部分, 我们利用最优插值法对缺测的土壤湿度资料进行插值. 在冬季中国基本没有土壤湿度观测, 较连续的观测一般从4月份开始, 因此文中的春季是指在4和5月平均. 同时因为观测资料在50 cm以下层缺测较多, 因此本文只对10, 20和50 cm层的土壤湿度时空特征进行探讨. 10, 20和50 cm层分别代表表层、次表层和中层土壤湿度. 为了便于进行比较, 我们将ERA-40土壤湿度资料线性插值到10, 20和50 cm层.
2 土壤湿度及其异常的空间分布特征 为了与观测资料进行比较, 图2(a)给出了中国100°E以东地区ERA-40表层(10 cm)土壤湿度资料近20 a(1982~2001)平均的春季土壤湿度的地理分布特征. 次表层(20 cm)和中层(50 cm)土壤湿度的地理分布特征与表层基本一致(图略). 可以看到, 春季中国土壤湿度从内蒙和华北向东北和东南逐渐增加, 即呈现华北干, 东北和东南湿的分布特征. 这种分布具有较大的合理性. 中国东北森林覆盖比较高, 属于亚寒带针叶林的原始森林地带, 中国华南位于亚热带地区, 水分和热量条件充足, 具有较多的植被覆盖. 高的植被覆盖具有较强的固水能力, 对应着为土壤湿度高值区. 而中国华北和内蒙古地区为干旱半干旱气候带, 降水少, 且其植被类型多为草原, 地表固水能力差, 因此该区域的土壤湿度较低. 土壤湿度的这种地理分布特征较好的反应了每个区域气候带和下垫面植被类型特征.