气象干旱对甘肃省榆中县乡村社会—生态系统的影响

干旱影响研究是干旱及半干旱地区人地关系研究的重要内容,社会—生态系统的视角为西北地区生态脆弱—贫困区的可持续性研究提供了新的思路。选取甘肃省榆中县为研究区,运用标准化降水指数、干旱经济损失估算模型和GIS分析工具,分析干旱对粮食产量、经济发展和农户家庭的影响,归纳干旱对乡村社会—生态系统的影响机制。研究结果表明：（1）1960-2015年,榆中县气象干旱程度较强,且与粮食产量呈显著正相关,尤其对榆中县南、北部山区的粮食产量影响显著;（2）气象干旱造成的经济损失具有频率高和空间分布广的特征,经济损失严重区集中在榆中县南、北部山区;（3）农户家庭受灾面积较大,农作物减产和家庭收入损失明显,气象干旱造成的粮食安全问题严重,且“纯农型”家庭收入损失和粮食安全问题尤为突出;（4）水资源利用环、产量环、收入环—生计环和经济环为干旱影响社会—生态系统运行机制的关键环节。     

退耕还林（草）工程实施前后黄土高原植被覆盖时空变化分析

基于GIMMS NDVI3g（the third generation of Global Inventory Modeling and Mapping Studies Normalized Difference Vegetation Index）数据,辅以趋势分析、Mann-Kendall检验、Hurst指数等方法,识别了1982—2013年及1982—1999、2000—2013年黄土高原植被覆盖时空演变特征,并探讨其驱动因素。研究发现：1）1982—2013年及1982—1999、2000—2013年期间黄土高原生长季NDVI分别以0.019/10 a（P<0.01）、0.016/10 a（P<0.05）和0.057/10 a（P<0.001）的速率增加;2）除1999年以前林地外,所有植被类型的生长季NDVI均呈现显著的增加趋势,2000—2013年尤为明显;3）黄土高原生长季NDVI呈现由东南向西北递减的趋势,1982—2013年及1982—1999、2000—2013年NDVI显著上升的面积分别占74.94%、24.26%和53.34%,主要集中在黄土高原的北部和中部地区;4）研究区未来生长季NDVI呈持续性和反持续的比重分别为33.32%和66.68%,其中持续改善和由改善变为退化的面积分别占31.08%和61.88%;5）2000年以后降水增多与生长季NDVI上升相对应,大规模的生态工程建设对2000—2013年生长季NDVI增加有重要影响。     

基于空间聚类的中国东北气候分区及其气象干旱时间变化特征

近50年来,中国东北地区干旱化趋势明显,越来越频繁的干旱事件对该区域人民的生产和生活造成了严重的影响。基于1961-2016年中国地面降水和气温月值0.5°×0.5°格点数据,利用空间系统聚类方法对中国东北进行气候分区,通过标准化降水指数探讨了中国东北各亚区气象干旱的时间演变规律,并结合小波功率谱和小波全谱分析了各亚区干旱的周期变化特征。结果表明：（1）空间上,可将东北地区分为8个气候亚区,即西辽河平原半干旱农牧区、吉辽东部山地湿润农林区、呼伦贝尔高原半干旱牧业区、东北中部半湿润—半干旱农牧区、黑吉东部山地湿润农林区、大兴安岭北部湿润林业区、呼伦贝尔—黑河湿润—半湿润农林区、三江平原湿润农业区;（2）不同亚区的干旱事件时间演变特征存在明显差异,但大致都经历了3个干旱时期：1960s后期、1970s中后期至1980s前期、1990s后期至2000s;2000-2010年间东北地区干旱发生频率和影响范围最大,尤其是中、西部;（3）不同亚区干旱变化主要存在11年和3~8年的显著周期,第一主周期差异明显。研究结果对于弄清楚中国东北各亚区特有的气候变化驱动因素、制定气候均质区域干旱监测计划和水资源的管理具有重要的现实意义。     

1970—2013年西北干旱区空中水汽含量时空变化与降水量的关系

论文基于1970—2013年西北干旱区高空和地面气象资料,采用多种统计学方法,分析了西北干旱区空中水汽含量的时空变化特征及其与降水量的关系。结果表明：1）1970—2002年,西北干旱区空中水汽含量呈显著的增加趋势,速率为0.835 mm/10 a（P<0.01）,其中以夏季增速最高（1.709 mm/10 a,P<0.01）;而降水效率基本稳定,仅春、冬季节略增。在空间上,1970—2002年水汽含量变化速率大小依次为北疆>南疆>河西走廊,其中冬、春季节以北疆水汽增速最大,夏、秋季节以南疆水汽增速最高。2）2003—2013年,西北干旱区水汽含量呈不显著下降趋势（-2.061 mm/10 a）;而降水效率明显增加,速率为0.136%/10 a,这说明近年来空中水汽转化为降水的效率明显提升。同时,北疆降水效率增加幅度明显高于其他地区。3）西北干旱区各季节的降水效率与降水量均呈显著正相关性,而水汽含量与降水量的相关性则表现出明显的季节性差异：春季>夏季>秋季>冬季。另外,新疆降水变化与水汽含量和降水效率均呈显著正相关性,而河西走廊降水量与降水效率的关系更为密切。     

农业干旱与气象干旱关联性——以淮河蚌埠闸以上地区为例

基于淮河蚌埠闸以上地区60个站点1961—2015年气象数据,计算作物水分亏缺指数（Crop Water Deficit Index,CWDI）与相对湿润度指数（Relative Moisture Index,M）,以冬小麦干旱作为农业干旱的代表,分析生育期内冬小麦干旱与气象干旱时空特征,并通过游程理论识别30场主要干旱事件的历时、烈度及重现期频率,展开农业干旱与气象干旱关联性研究,结果表明：（1）时间上,冬小麦生育期内农业干旱旱情年占比均高于气象干旱,年际差最多年份均发生在冬前生长期;（2）空间上,全生育期和各个生育期内的冬小麦干旱和气象干旱呈纬向分布,由南至北旱情逐渐加重,冬小麦干旱75%以上中旱占比发生在越冬期至灌浆成熟期,气象干旱仅在越冬期出现;（3）冬小麦干旱相较气象干旱存在延时,且烈度大于气象干旱,平均历时分别为18.8旬和17.3旬,平均烈度分别为12.2和9.9;（4）气象干旱历时达到1.28旬或干旱烈度达到3.35时,便会引发冬小麦干旱,且冬小麦干旱历时、烈度重现期频率大于气象干旱,农业干旱较气象干旱持续周期更长、频率及强度更大,气象干旱加剧农业干旱旱情。     

基于三级分层框架的农业气象灾害多风险评估

农业气象灾害多风险评估对于防灾减灾、制定风险对策具有重要意义。根据1980—2015年陕西省农业气象灾害年度统计资料和2015—2018年农户调研数据,运用贝叶斯网络、贝叶斯分层模型（BHM）等多风险评估方法,分析陕西省农业气象灾害的变化趋势、灾害间相互作用以及生计资本对于不同作物脆弱性的影响。结果表明：（1）1980—2015年陕西省洪涝的灾害率和灾害强度显著下降,斜率分别为0.17%、0.7%,冷冻的灾害率显著上升,斜率为0.25%,干旱和风雹灾害无明显变化;（2）干旱和洪涝显著影响其他灾害,各种灾害之间存在复杂的相互作用;（3）增加有效灌溉面积率、农作物种植面积、农村用电量和农用磷肥施用折纯量等生计资本指标,可以显著降低脆弱性。本文有助于提高农户对农业气象灾害的适应能力,为预防和治理农业气象灾害提供决策参考。     

基于标准化降水蒸散指数的中国东部季风区干旱特征分析

研究基于标准化降水蒸散指数,采用0.5°×0.5°中国地面气温和降水数据集,通过分析东部季风区季节和年尺度干旱覆盖率、频率以及单位面积干旱强度,揭示了中国东部季风区1961—2013年干旱特征时空分布变化。研究结果表明：近20 a东部季风区干旱特征变化明显,特别是1997年之后东部季风区干旱覆盖率和单位面积干旱强度显著增加;东北地区、华北平原、黄土高原和西南地区干旱频率增加,高频率覆盖范围扩大明显;气象干旱极端危险区扩大。全球变暖背景下东部季风区干旱呈现出极端化趋势。     

土地利用变化对区域水—能源—粮食系统耦合协调度的影响——以京津冀城市群为研究对象

将土地因素引入水—能源—粮食系统,运用耦合协调模型对京津冀城市群2005— 2018年水—能源—粮食—土地系统的时空变化特征进行研究。结果表明：（1）从空间尺度上来看,京津冀城市群建设用地由中心向四周扩散;从京津冀城市群土地利用格局来看,耕地和建设用地面积分别呈现较为明显的下降和增长趋势。（2）将土地纳入水—能源—粮食系统降低了京津冀城市群大多数城市水—能源—粮食系统间的耦合度和耦合协调度。（3）土地与水—能源—粮食子系统组成的两要素系统的协调水平会进行叠加或抵消进而影响水—能源—粮食—土地系统耦合协调度。本文的研究启示在于：京津冀城市群在考虑水、能源、粮食协调发展的同时,应考虑土地对水—能源—粮食系统整体及内部子系统的影响,根据城市自身资源优势合理配置资源、优化产业布局以实现可持续发展。     

1951—2014年中国北方地区季节气温突变与变暖停滞年份的时空变异性

利用中国北方357个气象站1951—2014年的季（月）平均最低气温,平均气温和平均最高气温数据,应用Mann-Kendall检验等方法,分析了中国北方地区三类气温季节突变与变暖停滞年份时空变异性。结果表明：平均最低气温、平均气温和平均最高气温各季节整体随纬度降低突变和变暖停滞年份变晚,突变至变暖停滞周期缩短。东北春、冬季突变和变暖停滞整体最早（20世纪70年代至80年代、1993—2002年）,华北次之,西北最晚（20世纪80年代至21世纪前10 a、1996—2010年）;夏、秋季突变华北最早（20世纪70年代和90年代）,东北次之,西北最晚（20世纪90年代至21世纪前10 a）,变暖停滞年份地区差异较小。平均最高气温未突变和平均最低气温未停滞站点较多,均主要分布在山地、高纬度地区和华北平原南部,其周边区域突变及停滞年份相对偏晚。同类气温突变和变暖停滞年份整体上分别按冬（1981—1990年）、春、秋、夏季（1994—2008年）和冬（1995—2008年）、秋、夏、春季（1998—2010年）顺序依次变晚,冬→春→秋→夏季突变至变暖停滞周期依次缩短。春、夏和冬季均为平均最低气温整体突变最早（1972—1999、1987—1999、1971—2000年）,平均气温次之,平均最高气温最晚（1975—2008、1994—2008、1972—2006年）,秋季与之不同。春、夏季整体按平均最低气温（1994—2008、1997—2008年）、平均气温、平均最高气温（均为1997—2010年）停滞依次变晚,秋、冬季与之相反。各季节突变至变暖停滞周期整体按平均最低气温（9~18 a）、平均气温和平均最高气温（5~12 a）依次缩短。夏季三类气温均在华北南部（低纬度）突变最早,与研究区整体规律相悖,该地区大部分站点未停滞,亦与突变早停滞也早的整体规律不同。     

大别山革命老区旅游地“乡土—生态”系统韧性演化规律及影响机制

探讨旅游地“乡土—生态”系统演化,为理解人地关系地域系统结构与功能演变提供了新思路。通过构建“乡土—生态”系统韧性评价体系,解析2005—2019年大别山革命老区旅游地“乡土—生态”系统韧性的演化阶段、过程、路径及机制。结果显示：（1）研究区旅游地“乡土—生态”系统经历了利用、保存、释放、重组适应性循环过程,分别对应旅游地迅速发展期（2005—2009年）、发展成熟期（2010—2012年）、发展过渡期（2013—2016年）和再发展初期（2017—2019年）。（2）在适应性循环过程中研究区县域的数量结构经历了以“较低水平韧性为主→高水平韧性为主”的转变,县域“乡土—生态”系统韧性水平呈波动上升趋势。（3）2005—2019年研究区旅游地“乡土—生态”系统韧性演化的驱动因子由经济层面转向社会文化层面。在内外源因素的作用下,旅游地“乡土—生态”系统韧性通过乡土资源禀赋（向心凝聚力）、经济发展基础（核心推动力）、社会保障功能（重要支撑力）和自然环境本底（基础约束力）的四维驱动,以人的行为为媒介在相互作用和掣肘中演进,当韧性指数超过阈值时其内核组织将打破原有边界、自我调适实现“路径突破”,进入下一阶段适应性循环,以此促进旅游地的可持续发展。     

基于SPEI和SPI指数的青海省东部农业区春夏气象干旱特征的评估

青海省东部农业区是青海省重要的粮食生产基地,春夏干旱直接影响着该区农业的有序发展。论文选取青海省东部农业区13个气象站点1961-2014年平均月降水和气温数据,采用泰森多边形法、SPEI和SPI指数、R/S分析等方法对比评估了该区的春夏气象干旱演变特征。研究表明：1）近54 a SPEI和SPI指数显示青海省东部农业区干旱年际变化在2000年代前基本一致,2000年代后变化趋势发生变化;SPEI指数显示2000年代后春夏旱逐渐加重,SPI指数显示2000年代后春旱逐渐缓解该区干旱,气温是导致两者产生差异的主要原因。2）该区干旱面积覆盖率与干旱年际变化规律保持一致,两种指数主要在1990年代中期前后有所不同,1990年代中期后SPEI指数显示的春夏干旱覆盖面积要比SPI指数显示的广。3）SPEI和SPI指数在2000年代后春夏干旱频率呈相反趋势,SPEI指数显示的2000年代为干旱高频期,SPI指数为干旱低频期;两种指数均显示春旱高频区由西部转向东部地区,夏旱高频区由西北转向东南地区。4）根据干旱周期及R/S分析法,未来4~6 a该区春旱加重,北部地区为春旱高发区;未来18~22 a夏旱也有所加重,西部和东部地区为夏旱高发区。5）通过对比分析发现,SPEI指数在该区的适用性较好,能为该区干旱监测提供较为科学的理论依据。     

陕西省水资源供求指数和综合干旱指数及其时空分布

识别区域的干旱时空特征对于防旱抗旱具有重要指导意义。论文采用两种方法研究了陕西省干旱时空分布特征并比较了两种方法在应用中的优缺点：其一,考虑社会经济因素对干旱的影响,采用基于水资源供水和需水平衡的陕西省社会经济干旱指标（水资源供求指数）;其二,结合SPI、PDSI和SPEI的特点,运用模糊综合法建立了综合干旱指数。结果表明：陕西省干旱发生频率很高,南北多发生轻微干旱,中部多发生中重度干旱。陕西省干旱在空间上分布差异大,两种方法均表明咸阳、西安、渭南和铜川地区旱情最为严重。在水资源量存在巨大差异的地区,如商洛与榆林,仅用一种类型的干旱指标无法全面体现实际情况,两种方法的结论存在差异：综合干旱指数表明榆林干旱较重,但供求指数为轻旱;商洛供水可满足需水,但综合干旱指数为轻旱。气象干旱指数,在水资源短缺的地区或自然生态系统中,结果更贴近于实际;社会经济干旱指数——水资源供求指数,更适宜用于水资源极其丰富且供水能力强的地区。     

基于水资源供需平衡机制的安徽省干旱时空分布

基于目前大多数干旱研究偏于气象、水文和农业干旱,不能较好地反映供求矛盾,论文根据水资源供需成因的旱情评价方法,对安徽省2001-2005年的旱情时空分布进行了综合分析。研究发现,在时间上,安徽省2001和2005两年同为中度干旱,但差别甚大,平水年份的2005年的旱情等级数(Drought Index,DI)(1.485 9)却远高于偏枯的2001年(DI 0.890 9);在空间上,平水年份的2005年总体为中度干旱,但各地市区域差异明显,经济发展水平较高、用水量大的城市干旱严重(如合肥、淮南、马鞍山、芜湖市等)。淮北(DI -0.146 1,无旱)与芜湖(DI 2.466 2,严重干旱)两市水资源自然量和人口数量都相当,但旱情迥异。研究发现,造成上述旱情差异的根本原因是由于社会经济发展水平的差异而引起的水资源供需量的巨大差别。研究认为,在现代的社会背景下,单独的气象干旱、农业干旱和水文干旱已不能全面反映旱情状况,而社会经济干旱对旱情的描述更为直观,采用水资源供需平衡机制对旱情的评价也更符合实际。     

1961—2015年西南区域单季稻生长季气候年型及其生产潜力分析

了解气候变化背景下农作物气候年型以及不同气候年型下作物的生产潜力,对实现农业的可持续发展具有重要意义。基于1961—2015年西南区域单季稻种植区316个气象台站的逐日气象资料和单季稻生产资料,利用异常度概念分析了单季稻生长季的10种气候年型,解析了不同气候年型下单季稻的气候生产潜力,并分析气候变化对单季稻生长季气候年型及生产潜力的影响。结果表明：（1）近55年来西南区域单季稻生长季正常年型发生频次最高,平均21.5次,其次是少雨年型和多雨年型。从空间分布来看,正常年型多出现在云南南部和西北部、四川攀西和四川盆地南部的部分地区,少雨和多雨年型多出现在四川盆地大部和其他省市的部分地区,高温年型多出现在四川攀西地区、云南和贵州的个别地区,低温和寡照年型的空间差异不明显。（2）1961—2015年,西南区域单季稻气候生产潜力平均为7065.6 kg/hm²。与正常年相比,多雨年型气候生产潜力偏高超过10%,少雨年型偏低超过14%,降水是影响单季稻气候生产潜力的最主要因子。（3）气候变暖对西南区域单季稻生长季气候年型变化的影响最为显著。与1961—1990年相比,1991—2015年暖年增加,冷年减少。近55年来西南各省市单季稻气候生产潜力均呈下降趋势,1990年代以来暖年的增加有利于气候生产潜力的提高,而少雨和寡照年的增加是气候生产潜力总体下降的主要原因。     

基于AWTP指数的浙江省干旱规律时空分析

利用浙江省51个气象站1960-2009年的50 a逐日降水资料,基于降水的平均等待时间(AWTP)指数,采用小波分析和克里金空间插值方法对浙江省干旱时空特性进行分析。结果表明,浙江省的干旱随时间增加有加剧趋势。在50 a中,1979年干旱程度最强,相当干期值最大,达到52 d。在趋势变化上还同时叠加着明显的年际和年代际变化。浙江省干旱存在3 a左右的主周期;另外浙江省的干旱具有明显的区域性,干旱程度由南向北递增。嘉兴的平湖市及浙西金华周围内陆丘陵盆地发生干旱比其他地区更明显,其次是杭州市西部、温州市及台州市温岭等东南沿海山地丘陵地区,中东部的宁波市和绍兴市、西北部的湖州市以及浙江西南部等地区发生干旱程度较轻。     

基于气象和遥感数据的河南省干旱特征分析

干旱是一种常见的自然灾害,严重影响着我国的农业生产。论文分别采用标准化降水指数(SPI)和条件植被指数(VCI)对河南省干旱时空特征进行分析,并探讨了气象干旱和农业干旱的相关性。结果表明:近60 a河南省气象干旱频率呈现出轻微上升的趋势,夏秋两季气象干旱频率较高,农业干旱频率在秋冬两季较高,气象干旱和农业干旱频率在不同季节呈现出不同的空间分布特点。整体上看,农业干旱相对于气象干旱,存在一定程度的滞后:冬季最长,约为2个月,春季较长,约为1个月,而夏季最短,小于1个月;河南省SPI和VCI的相关性具有明显的时空分布特征:冬季和春季相关性较强,夏季次之,秋季最差;平原和盆地区等冬小麦/夏玉米种植区正相关性较强,在非耕地区有所减弱,而在信阳南部等水稻种植区正相关性差。     

西南地区旱涝特征及其趋势预测

应用Z指数和标准化降水指数SPI,结合REOF方法和Hurst 指数对西南地区旱涝等级及其时空分布规律、演变趋势进行分析和预测,结果表明:SPI 和Z指数的计算结果和现实情况较一致,从多年平均值来看,云南的中甸及四川的石渠、德格等地干旱指数处于低值区,属重旱区。贵州和广西及云南南部部分地区属易涝区。逐年的SPI 和Z指数结果大体一致,2000 年以后,干旱指数波动较大。通过REOF分析,Z指数的分布大致分为川西区、川东(包括渝)区、云贵(包括广西北部)区、广南四个区域。云贵区Z指数总体呈下降趋势,涝情呈减弱趋势;川西区在1964 年至1973 年间干旱严重,1995 年以后变化相对稳定,但干旱也时有发生;川东区旱涝变化不显著。经Hurst 指数分析,西南五省市未来的旱涝情况大致为干旱程度呈逐步加大的态势,洪涝程度呈较弱的逐步减小态势。     

基于标准化降水蒸散指数的陕西省近50 a干旱特征分析

基于陕西省18 个气象站点1961-2010 年实测气象资料,利用标准化降水蒸散指数(SPEI),通过计算各站历年逐月的SPEI 指数值,统计近50 a 各站点出现的干旱过程,分析了陕西省历年、历年各季及月尺度上的干旱发生频率、覆盖面积和干旱发生强度,揭示了陕西省干旱发生的时空和强度演变特征。研究结果表明,近50 a 来陕西省干旱发生频率呈明显的增长趋势,尤其是1990 年以来的近20 a;陕西省在年、春、夏、秋、冬及月尺度上均有干旱发生。其中,秋季干旱最为严重,春季次之。在年代际变化方面,全省以20 世纪90 年代干旱最为严重,2000 年以来的干旱次之;干旱出现既有全省性的大范围干旱,也有区域性的局部干旱,分布极不均匀,总体分布特征是北多南少;干旱发生强度分布呈现出关中最强、陕南次之、陕北最弱的特点。     

基于SPI指数的1981—2010年内蒙古地区干旱时空分布特征

依据内蒙古地区47 个地面观测站1981—2010 年降水资料,采用标准化降水指数(SPI)作为干旱指标,分析了内蒙古地区年度和四季干旱发生的频率、干旱强度和站次比(发生干旱站数与总站数之比) 的演变特点。结果表明:年度、秋季和冬季干旱强度变化趋势不明显,春、夏季干旱强度呈显著上升的趋势;近30 a 来年尺度上干旱强度表现为轻度干旱,四季干旱强度以轻度干旱为主;年、季尺度上干旱发生的覆盖范围为局域性干旱和区域性干旱;内蒙古东北部呼伦贝尔盟是年度干旱、中旱、重旱与特旱发生频率最高地区,而西部阿拉善盟地区干旱、中旱、重旱和特旱发生的频率相对较低;从季节上来看,内蒙古全区春、冬季干旱(含中、重和特旱)发生频率较为一致,表现为西部及西南部地区干旱发生的频率较低,而东部、中部、北部地区干旱发生的频率相对较高。     

甘肃河东玉米种植区春夏气象干旱时空变化特征及其与环流因子关系

甘肃河东玉米种植区属于旱作雨养农业区,农作物生长主要依靠自然降水来维持,春夏干旱是影响该区玉米生长发育的关键因素。利用河东地区13个气象站点1957-2012年气象资料,基于标准化降水蒸散指数从干旱趋势、周期、空间特征及其与环流因子关系方面探讨近56 a来河东玉米种植区春夏干旱演变特征。结果表明：近56 a河东玉米种植区春夏两季均呈干旱化趋势,并自20世纪90年代中期以后,干旱呈加重趋势。干旱变化共经历了3个气候阶段,20世纪80年代之前,春夏旱情较轻;80年代-90年代,夏旱较春旱严重;2000年以后,春旱较夏旱严重。干旱周期变化,春夏干旱周期分别为20 a和14 a,干旱周期性变化主要是受太阳黑子活动影响。春夏干旱发生频率在突变前后差异显著,低频区在突变后转为高频区,易旱区呈扩大状态。ENSO事件是影响该区春夏干旱发生的主要环流因子,尤其对夏旱影响最为显著。近20 a来ENSO事件增强是该区干旱事件不断加重的原因,ENSO暖事件爆发时,该区春夏趋于干旱,由湿向干转变;ENSO冷事件爆发,干旱则有所缓解,由干向湿转变。