1961—2019年黄土高原植被潜在蒸散及影响因子

研究潜在蒸散对于深刻了解区域的生态环境问题及水文循环过程具有重要的理论与现实意义.该研究基于Penman-Monteith模型对1961—2019年黄土高原潜在蒸散的时空变化特征进行了分析,再结合土地利用数据探究了各植被类型潜在蒸散的差异及其影响因素.结果表明:①1961—2019年黄土高原区域呈暖干化趋势,其中平均最高温度、平均最低温度与平均温度均呈显著增加趋势;平均相对湿度、平均风速、日照时数均呈显著降低趋势;降水量非显著减少.②在空间分布格局上,黄土高原区域年均、生长季、春季、夏季和秋季潜在蒸散均呈南北高、东西低的分布特征;1961—2019年春季潜在蒸散以0.41 mm/a的速率显著增加(P < 0.05).③1981—2019年黄土高原区域潜在蒸散平均变化趋势为1.35 mm/a,其中62.98%的区域呈显著增加趋势(P < 0.05),多分布在东部和西部地区.④1961—2019年黄土高原区域各植被类型潜在蒸散变化均表现为不显著上升趋势,多年平均潜在蒸散大小表现为草原>农田>针叶林>草甸>阔叶林>灌丛,其中,1981—2019年各植被类型潜在蒸散增加趋势大小表现为阔叶林>针叶林>灌丛>农田>草甸>草原.⑤影响黄土高原区域各植被类型潜在蒸散的主要气象因子为平均风速与平均相对湿度,其次为日照时数.潜在蒸散随着平均风速和日照时数的增加而增加,随着平均相对湿度的增加而减小.研究显示,各植被类型潜在蒸散的增加与区域降水的减少可能会加剧水资源短缺态势,建议黄土高原地区在开展植被恢复工作时,应优先考虑耗水较少的树种,优化群落植被结构,充分利用光水热资源,修建蓄水设施,支撑区域生态环境的可持续发展.      

甘肃省1960—2008年潜在蒸散量时空变化及其影响因子

基于甘肃省27个气象站点1960—2008年逐日气温、 降水、 风速、 日照时数、 太阳总辐射和相对湿度数据,应用Penman-Monteith模型和Kriging插值法,分析其潜在蒸散量的时空变化及其影响因子。结果表明:近49 a来,甘肃省不同气候区年均潜在蒸散量变化除河西走廊外均呈上升趋势,并以甘南高寒湿润区上升最显著,变化率为10.36 mm/10 a(α=0.001);在四季变化中,夏季最大,春秋次之,冬季最小,各气候区变化趋势有别。潜在蒸散量空间差异显著,表现为自西北向东南递减,且甘南高原最小,河西暖温带最大。河西、 陇南、 陇中、 甘南及祁连山区年均潜在蒸散量分别与平均风速、 太阳总辐射和最高气温正相关最显著,典型站点与之一致,且辐射项主要受太阳辐射影响,动力项主要受风速影响。     

1957—2012年中国参考作物蒸散量时空变化及其影响因子分析

根据1957—2012年全国608个气象站的逐日气象资料,利用Penman-Monteith公式计算作物潜在蒸散量,对全国及水资源一级分区潜在蒸散量时空分布特征、变化趋势进行分析;基于Arc GIS及SPSS软件,采用主成分分析方法,对潜在作物蒸散量的影响因子及其分布特征进行探讨。结果表明:近56 a来,全国年潜在蒸散量在616~2 128 mm之间,河西走廊、南部岭南地区、海南岛以及华南沿海作物潜在蒸散量较大,而在黑龙江一带、四川盆地及西南地区东部,潜在蒸发量较小。各分区年均潜在蒸发量均呈现减少趋势,西北诸河区倾向率最大,为-12.22 mm/10 a;影响潜在蒸散量的因子中,第1主成分为热力学因子,第2主成分为水分因子和辐射因子,第3主成分为地理因子和空气动力学因子,第4主成分为高程因子。     

雅鲁藏布江中游地表湿润状况的趋势分析

利用1961-2000年雅鲁藏布江中游4个站月平均最高气温、最低气温、降水量、风速、相对湿度、日照时数资料,应用Penman-Monteith模型计算得出最大潜在蒸散,进而得到地表湿润指数,分析了地表湿润指数的年际变化趋势、年代际变化特征及季节性差异,并讨论了它与降水、气温的联系。研究表明:雅鲁藏布江中游季、年平均气温呈显著的升高趋势;年降水量前20年呈减少趋势,后20年则表现为显著的增加趋势。20世纪60至80年代初,地表为变干趋势;80年代中后期到90年代,降水量增加,最大潜在蒸散显著减小,地表呈变湿趋势。60年代为冷湿型,90年代为暖湿型。     

1961—2014年黄土高原气温和降水变化趋势

利用黄土高原地区52个气象站1961—2014年月气温和月降水资料,采用线性趋势法、累积距平法、Mann-Kendall法和Morlet小波分析等方法,对近54年来黄土高原气候变化和突变现象进行了分析。结果表明:1961—2014年黄土高原年平均气温呈上升趋势,线性趋势为0.31℃?10a~(-1)(P0.01),在1991年前后发生了由低温到高温的突变。四季均温均呈增加趋势,其中冬季增速最大,达0.44℃?10a~(-1)。气温年代际变化呈现明显的变暖趋势,1991年以后变暖加速,其中冬季均温增速最大。年均气温增速较大的地区位于黄土高原北部地区,黄土高原南部地区气温增速较小,变暖速率的空间分布随纬度升高而变大。1961—2014年黄土高原年降水量变化不明显,整体呈波动式下降,线性趋势为-7.51 mm?10a~(-1)(P0.05);其中1961—1970年属于降水偏多的年代,而1991—2000年属于降水偏少的年代。季节降水量呈现不同变化趋势和强度,其中秋季、夏季和春季降水量呈减少趋势,秋季降水减少速率最大,为-3.56 mm?10a~(-1);而冬季呈弱增加趋势,为0.43 mm?10a~(-1)。年降水量减少速率最大的地区位于黄土高原东南部,而黄土高原西北部降水变化不明显。Morlet小波分析结果表明,黄土高原年平均气温存在4 a和7~9 a变化周期,黄土高原年降水量存在5~7 a和12~14 a变化周期。通过以上分析,近54年黄土高原气候总体呈现暖干化趋势。     

1948~2016年全球主要气象要素演变特征

采用M-K趋势检验与R/S分析法,探究了近70a全球全年及各季节的降水、气温、蒸发量的演变特征与空间分布格局.研究发现：（1）1948~2016年间,全球72.7%地区的降水呈现出非显著的上升或下降趋势,全球总降水量呈现上升趋势,趋势率为1.9mm/10a;全球气温呈现显著性、持续的上升趋势,趋势率为0.23℃/10a,1980年后气温上升速率变快;1980~2016年间全球蒸发量在大部分地区呈现上升趋势,总蒸发量的变化趋势率为8.2mm/10a;Hurst指数显示气温与蒸发变化的持续性明显大于降水量的变化;（2）降水量在北半球高纬地区多呈现出非常显著的增加趋势,在低纬度地区多呈现波动或下降趋势,且在12月~次年5月（DJF、MAM）的上升趋势的显著性普遍高于其他两个季节;气温在DJF和MAM的上升趋势相对微弱,中高纬地区呈现非显著性的变化趋势,亚洲中部部分地区在JJA呈现出显著性的下降趋势;蒸发量在沿海湿润地区的上升趋势显著,美洲北部在DJF呈现出显著下降的趋势,格陵兰岛、尼罗河流域在一年四季均为下降趋势;（3）各大洲的气温在1948~2016年均呈现出显著的上升趋势,其中北美洲的平均上升率最高;降水除非洲外均为上升趋势,非洲地区的降水量呈现出下降趋势,南美洲降水呈现出3个阶段的下降趋势;各大洲的蒸发量均呈现上升趋势,其中欧洲的平均上升率最高;除大洋洲外,各大洲降水量的上升速率低于蒸发量的上升速率.     

三江源地区极端气候事件演变事实及其成因探究

利用三江源地区14个气象台站1962-2005年逐日气温、降水资料分析了该地区冷暖干湿极端气候事件的演变规律，探讨了其变化成因。研究表明：近44a来三江源地区气温等级由冷向暖转变，极端高温事件频繁发生，而极端低温事件则逐年减少，致使气温不断向着更高的均值状态持续增暖；尽管降水量干湿变化不甚显著，但降水的极端状况即严重干旱或暴雨事件均呈减少趋势，降水量的变化趋于稳定，降水变率减小；地形对极端气温、降水事件频次变幅的空间分布均有着较为显著的影响，且对后者的影响更为显著；高原季风、厄尔尼诺事件及高原积雪等因子的年际振荡是三江源地区极端气候事件发生频次波动的主要原因。     

近20年气候变化对西南地区植被净初级生产力的影响

论文利用大气-植被相互作用模型(AVIm²)模拟了西南地区植被净初级生产力的空间分布格局和多年变化,分析了1981-2000年西南地区气候变化对森林、灌丛和草地净初级生产力的影响。研究表明,西南地区植被净初级生产力的空间分布与降水量呈显著正相关,与海拔高度呈负相关。从年际变化来看,西南地区总植被净初级生产力近20年略有上升。近一步分析表明,由于近20年西南地区自然植被分布区域降水量变化具有明显差异,从而使得不同类型植被对气候变化有不同响应特征。在森林分布广泛的地区,气温升高速率为0.037℃/年,降水量变化趋势不明显,模拟的森林植被净初级生产力没有明显变化趋势。灌丛和草地集中区域气温升高速率分别为0.040℃/年和0.034℃/年,年降水量有明显增加趋势,植被净初级生产力有上升趋势。     

山东省太阳总辐射的时空变化特征分析

基于山东境内17 个气象站1961—2012 年逐日日照时数资料,利用Angstrom 公式估算各站点太阳总辐射,并利用空间插值法、线性倾向估计和Pettitt 突变检验方法对全年和四季太阳总辐射的时空变化特征进行了分析。结果表明:1961—2012 年山东地区多年平均年太阳总辐射的变化范围为4 814.3~5 338.8 MJ/m²,地区间差异大,全年太阳总辐射的空间分布特征为北部多、南部少;全年和夏季太阳总辐射时间序列在全部17 个站点趋于减小趋势,且除威海外,均达到至少0.05 显著性水平;除春季和秋季各有3 个和1 个站点太阳总辐射呈增大趋势外,其余站点春季、秋季和冬季太阳总辐射均呈减小趋势;全年和各季节太阳辐射减小速率较大的站点主要分布在山东中部和西南部地区;近52 a 间,1997 年以前为平均年太阳总辐射值的偏大时期,而其后则为偏小时期。     

上海地表湿润度变化特征及成因分析

基于上海11个气象站历史气候数据,利用湿润指数分析了1960～2008年期间上海地表湿润度的时间变化特征和空间分布差异,并对其变化原因和不确定性进行探讨。结果表明,过去49年间,上海地表湿润度在1990s最高,而在1960s最低;湿润度在夏季显著增加,而在秋季显著减小。上海湿润度在空间分布上表现为南部高于北部,整个上海湿润度在过去49年间总体都呈增加趋势,且东部增加多于西部。上海湿润度变化主要受降水量和潜在蒸散量的影响,日照时数、气温日较差和平均地温通过对潜在蒸散的影响,从而都与湿润指数显著负相关。上海潜在蒸散的变化与其它研究中关于城市化对实际蒸散的影响结果不一致,评估城市和城镇地区地表湿润度,还有待建立更完善的湿润度指标。     

泾惠渠灌区潜在蒸散发量的敏感性及变化成因

潜在蒸散发量(ET₀)是计算作物需水量的关键因子和制定灌溉制度的依据,敏感性分析对评估气候变化对ET₀的影响至关重要.根据泾惠渠灌区4 个气象站1961—2011 年逐日气象资料,采用Penman-Monteith 公式计算日ET₀,应用Mann-Kendall 趋势检验方法研究气象因子变化趋势,采用无量纲的相对敏感系数分析ET₀对4 个主要气象因子的敏感性,结合气象因子的多年变化定量分析ET₀的变化成因.结果表明,泾惠渠灌区风速和日照时数呈显著下降趋势,气温呈显著上升趋势,相对湿度在南部和东南部呈显著下降趋势,而西部和东北部呈不显著的上升趋势,ET₀呈显著下降趋势;ET₀对相对湿度、太阳辐射、风速和气温的敏感系数分别为-0.77、0.41、0.16 和0.08;风速和太阳辐射的显著下降是灌区ET₀下降的主要原因.     

新安江上游流域径流变化特征与归因分析

开展变化环境下新安江上游流域径流变化及其归因的研究,有助于理解湿润区水循环过程对气候变化和人类活动的响应机制。利用实测径流、气象资料和遥感植被指数（NDVI）数据,基于布迪克假设框架的弹性系数法,分析了新安江上游降水、潜在蒸散发（ET₀）和植被变化对径流的影响。结果表明：（1）实测径流序列转折点发生在1999年左右。2000-2015年径流深较1983-1999年下降了281 mm,相对变化率为20.8%,且21世纪初期径流下降尤为显著。（2）2000-2015年下垫面参数n较1983-1999年增加了52.5%,植被变化对径流影响显著增强。径流对气候变化更加敏感,且对降水敏感性超过潜在蒸散发。（3）气候变化是径流变化的主导因素,其次为植被变化。气候变化和植被变化分别导致径流深下降了145.37 mm和140.96 mm,贡献率分别为50.77%和49.23%。NDVI在2000年后增加显著（P<0.001）,植被变化的水文效应超过了降水和潜在蒸散发,未来长期的植被生态水文效应研究仍需进一步加强。     

影响山东参考作物蒸散量变化的气象因素定量分析

根据山东省1961-2010 年90 个气象站的逐日气象观测数据,采用计算参考作物蒸散量(ET₀)的Penman-Monteith 模型方法,分析了山东省ET₀对最高气温、最低气温、风速、日照时数、相对湿度的敏感性,并结合各气象要素的多年相对变化定量探讨了影响ET₀变化的主导因素。结果表明:近50 a 来,山东平均ET₀以-1.818 mm/a的趋势减少,夏季减少趋势最显著,1983 年前后ET₀发生突变。各气象要素对ET₀变化的敏感区域、与ET₀相关性地域差异明显。虽然平均风速和日照时数的敏感系数较低,但其减小趋势极显著,多年相对变化较大,使平均风速成为ET₀变化负贡献最大的气象要素,日照时数次之,最高气温贡献最低,相对湿度在沿海地区的正贡献较大。年、春、秋和冬季对ET₀变化的主导因子是平均风速,夏季是日照时数,半岛大部分地区一年四季的主导因子是相对湿度。突变后主导因子是平均风速的站点明显减少,主导因子为相对湿度的站点明显增多,由于夏季日照时数极显著减少,导致突变后夏季大多数站点对ET₀变化的主导因子为日照时数。     

北京潜在蒸散发量年内-年际的气候变化特征及成因辨识

论文基于北京站1951—2009 年的气象资料,采用Penman-Monteith 公式估算潜在蒸散发,并对其年际年内的变化特征进行辨析。结果表明:北京1951—2009 年年均潜在蒸散发量呈显著上升趋势;气象要素的敏感性从强到弱依次为:空气相对湿度、温度、太阳辐射和风速;论文提出实测变幅均值法,基于此方法考虑气象要素年内变化特征,估算温度、饱和差、风速和太阳辐射的贡献率分别为13%、58%、17%和11%;对气象因子的年际变化趋势进行分析,平均气温在0.05 显著水平下增加趋势显著,太阳辐射和空气相对湿度在0.05 显著水平下减少趋势显著,风速变化趋势没有通过显著性检验;综合考虑年际变化和敏感性的去趋势分析显示:温度增加和空气相对湿度减少是造成潜在蒸散发增加的主要原因,太阳辐射的减少使得其增加趋势有所减弱,但未改变其增加趋势。     

江苏省大气复合污染特征与相关气象驱动

基于2014~2017年江苏省13个市的PM_2.5浓度和O₃_8h_max数据,探讨了其时空分布特征.在此基础上,研究了日益升高的近地层O₃浓度与气象因子的关系.结果表明：江苏省2014~2017年PM_2.5浓度整体上呈下降的趋势,年均浓度减少率为6.06μg/m³,而O₃_8h_max整体上呈上升趋势,年均浓度增长率为3.84μg/m³.总体上,PM_2.5浓度呈现冬春高、夏秋低的V型月变化特征,O₃_8h_max则基本呈现不规则的M型,在5月份达到峰值后逐渐降低,又在7~9月份保持平缓,而后又逐渐下降.空间上,江苏省PM_2.5浓度呈现"内陆高,沿海低"的状态,而O₃_8h_max却呈现"沿海高,内陆低"的状态.与气象因子的相关性表明,O₃浓度与气温和太阳辐射呈正相关关系,与相对湿度呈负相关关系,太阳辐射对O₃浓度的影响最大,其次是温度和相对湿度.当日平均气温在20~30℃、相对湿度在50%~70%、太阳辐射强度高于150w/m²时O₃浓度容易出现超标.     

基于AI指数的新疆干湿时空变化及其影响因素分析

论文基于新疆53个气象站点1961-2013年逐日气温、降水、风速、日照时数、相对湿度、大气环流指数和太阳黑子数据,应用Penman-Monteith模型、ArcGIS反距离加权插值、Mann-Kendall（M-K）检验、Morlet小波和主成分分析方法,分析其降水量、潜在蒸散量和AI指数时空变化及影响因素。结果表明：近53 a来,新疆降水量呈上升趋势,潜在蒸散量在波动中呈下降趋势,倾向率分别为8.81 mm/10 a和-28.73 mm/10 a,AI指数在波动中呈下降趋势,倾向率为 -0.05/10 a,多年平均值为0.5,表明新疆气候有变湿趋势。从年内分布看,降水量和潜在蒸散量呈单峰型分布,峰值分别出现在7月和8月,分别为24.58和137.12 mm;AI指数最大值滞后于降水量（7月）和潜在蒸散量（8月）,出现在9月,为0.9,最小值出现在1月,为0.46。新疆潜在蒸散量空间分布为南疆大于北疆,东部大于西部;降水量北疆大于南疆;AI指数的空间分布与降水量相反,总体表现为南疆大于北疆,盆地大于山区,M-K趋势介于0~-0.02/a之间,且北疆AI指数减小趋势较南疆更显著,与北疆比南疆更湿润的事实相符。新疆降水量和潜在蒸散量分别在1987和1981年发生突变,AI指数在1981和1984年存在两个明显的突变点。Morlet小波及其功率谱分析表明,降水量存在6.49、5.71和4.35 a（p≤0.05）的周期,蒸散量存在21.37 a（p≤0.2）的周期,AI指数存在6.62、3.45 a（p≤0.1）的周期,表明AI指数可能受大气环流和厄尔尼诺的影响。主成分分析表明,AI指数与气温呈正相关,与降水量呈负相关,且南疆比北疆对降水更敏感。此外,AI指数与维尔霍扬斯克-奥伊米亚康（WYMI）、ENSO关系密切,相关系数分别为0.46（p≤0.05）和-0.34（p≤0.05）。     

植被下垫面Z0的估算及其改进影响评估

利用卫星遥感反演数据和多种观测资料,基于形态学-遥感反演的方法,估算我国主要植被下垫面的空气动力学粗糙度长度(Z₀),将其应用于区域大气化学模式(WRF-Chem)中改进模式默认Z₀值,并结合全国气象和污染物观测数据进行改进效果评估,探究Z₀改进对模式气象场和化学场模拟结果的影响.结果表明:(1)Z₀高值主要位于森林类下垫面,可超过1m;农田、草地类下垫面Z₀值较小,低于0.5m,其余植被下垫面的Z₀值基本介于两者之间.(2)Z₀改进后,10m风速(WS10)和地表温度(TSK)的改进效果较好,而2m温度(T2)和相对湿度(RH)的改进效果不明显;从空间分布和不同下垫面结果来看,Z₀对TSK主要是增温作用,对WS10是减小作用;就改进比(各要素改进后的模拟值与改进前的模拟值之差比上改进前的模拟值,下同)而言,Z₀改进对WS10的影响大于TSK.从对污染物浓度效果评估看,Z₀对PM_2.5和PM₁₀模拟改进效果较好,对其它污染物(SO₂、NO₂、O₃)的改进效果不明显.(3)对比气象要素和污染物浓度效果评估可知,Z₀改进对气象要素的影响大于污染物浓度,其主要是通过影响气象场来间接影响污染物浓度.总的来看,Z₀改进影响最大的是气象场的10m风速,考虑其原因在于改进后的Z₀普遍高于改进前模式默认Z₀值,而Z₀是表征地表粗糙度的变量,由于地表粗糙度的增加,增强了对气流的阻碍作用,使得近地层风速减小.     

华北地区地表臭氧时空分布特征及驱动因子

利用趋势分析(TA)、地理时空加权回归模型(GTWR)和多因素广义相加模型(MGAM),研究了2015～2020年华北地区O3浓度的时空分布规律及驱动因素间的复杂非线性关系.结果表明,华北地区年均O3浓度>70μg/m3,整体呈持续增长趋势,平均增加速率为2.3μg/(m3·a)(P<0.01);季节上O3浓度呈春夏高...