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。     

1980—2014年中亚地区植被净初级生产力对气候和CO2变化的响应

中亚干旱区分布着世界80%以上的温带荒漠,受气候变化影响显著。论文首先收集实验观测数据验证了干旱区生态系统模型（AEM）,然后运用AEM开展数值模拟实验量化研究了1980—2014年中亚净初级生产力（NPP）的时空格局,评估了不同环境因子（降水、温度、CO₂）的相对贡献率及其交互效应。结果表明：过去35 a中亚干旱区年均NPP总量为1 125±129 Tg C（1 T=10¹²）或218±25 g C/m²。哈萨克斯坦北部地区年NPP值较高（349±39 g C/m²）,而南疆地区年NPP值较低（123±45 g C/m²）。1980—2014年间,中亚NPP总体呈减少趋势 [-0.71 g C/(m²·a)],南疆极端干旱区的NPP降低最为显著 [-2.05 g C/(m²·a)]。相较于1980—1984年NPP均值,在1985—2014年中亚区域NPP总体降低了118 Tg（-10%）。其中CO₂施肥效应促进NPP增加了99.7 Tg （+8%）,气温升高的正效应促进NPP增加了35.4 Tg（+2%）,而降水减少导致NPP降低了221 Tg（-18%）。研究区内9%的地区的NPP主要控制因子为温度,主要分布在天山和哈萨克斯坦北部等高纬高寒地区。降水主控区面积占整个研究区的69%,主要分布在荒漠平原特别是南疆等植被受水分限制的区域。CO₂主控区占研究区面积的20%,主要分布在天山中山带森林区和低海拔地区等水热条件好的区域。研究表明新疆南部地区是中亚的关键生态脆弱区,其生态安全面临着气候变化的挑战,但21世纪的升温不大可能因刺激自养呼吸而对中亚区域NPP造成显著影响。     

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。     

1993—2018年中国沿海海平面异常升高的时空格局特征及潜在社会经济风险估计

全球变暖诱发海平面上升是当前陆海作用领域的热点议题。应用卫星高度计观测海平面异常（SLA）数据,结合共享社会经济路径情景（SSP_S）,探讨我国沿海地区1993—2018年海平面异常升高的时空格局特征及潜在社会经济风险。结果显示：（1）过去26年间,我国沿海年均海平面和极端海平面均呈波动上升趋势,变化速率分别达到3.47±0.50 mm/a和4.74±1.39 mm/a。（2）空间上,我国四大海区上升速率由高到低排序为：东海>黄海>渤海>南海;省域尺度上,苏、闽、浙的海平面增速较大,而粤、沪、台的海平面上升速率较慢。（3）MK检验和Sen趋势分析显示,整个海区的年均海平面全部呈显著增加趋势,其中84.16%的区域处于增速中等偏慢水平,2.32%的区域增速快;而极端海平面中显著增加区域占76%,其中59.65%的区域增速慢,2.31%的区域增速快;无显著减少区域。（4）空间波动性上,我国历年海平面变化整体处于较低的波动水平;其中,较低波动区占61.31%,而高波动与较高波动区仅占到3.17%。（5）到2100年,我国海平面上升高度将达到71.71±19.01 cm;在三种共享社会经济发展路径下（SSP₁、SSP₂和SSP₃）,我国沿海地区潜在经济损失将达10万~21万亿元人民币（2005年可比价）,受影响人口数达350万~550万人;其中,广东省水淹面积最大（占到省份陆域总面积的0.7%）,经济和人口风险也最高。因此,减缓和应对海平面上升风险,是21世纪我国沿海地区保持经济社会、资源环境可持续发展的重要命题。     

中国北方农牧交错带气候变化特点及未来趋势——基于观测和模拟资料的综合分析

中国北方农牧交错带是中国生态文明建设的一个重点地区。准确评估其气候变化趋势对于该区域可持续发展至关重要。本文的研究目的是在揭示1971-2015年气候变化特征的基础上,分析区域2006-2050年气候变化趋势。为此,本文综合观测和模拟数据分析了区域1971-2015年的历史气候变化以及2006-2050年的未来气候变化。研究发现：1971-2015年,中国北方农牧交错带气候变化呈暖干化趋势,年均气温的增长速率为0.39 ℃/10 a,年降水量的变化速率为-4.60 mm/10 a。2006-2050年,区域气候变化将呈暖湿化趋势,区域总体年均气温的增长速率为0.20~0.50 ℃/10 a,年降水量的变化速率为1.49~15.59 mm/10 a。同时,如果不有效控制温室气体排放,区域气候系统的不稳定性将加剧。2006-2050年,随着温室气体排放浓度的不断增加,区域增温速率从0.25 ℃/10 a增长至0.48 ℃/10 a,降水变化速率从3.97 mm/10 a增长至14.58 mm/10 a。因此,需要高度重视中国北方农牧交错带气候变化的减缓和适应问题,以促进该区域的可持续发展。     

中国北方农牧交错带气候变化特点及未来趋势——基于观测和模拟资料的综合分析

中国北方农牧交错带是中国生态文明建设的一个重点地区。准确评估其气候变化趋势对于该区域可持续发展至关重要。本文的研究目的是在揭示1971-2015年气候变化特征的基础上,分析区域2006-2050年气候变化趋势。为此,本文综合观测和模拟数据分析了区域1971-2015年的历史气候变化以及2006-2050年的未来气候变化。研究发现:1971-2015年,中国北方农牧交错带气候变化呈暖干化趋势,年均气温的增长速率为0.39℃/10 a,年降水量的变化速率为-4.60 mm/10 a。2006-2050年,区域气候变化将呈暖湿化趋势,区域总体年均气温的增长速率为0.20～0.50℃/10 a,年降水量的变化速率为1.49～15.59 mm/10 a。同时,如果不有效控制温室气体排放,区域气候系统的不稳定性将加剧。2006-2050年,随着温室气体排放浓度的不断增加,区域增温速率从0.25℃/10 a增长至0.48℃/10 a,降水变化速率从3.97 mm/10 a增长至14.58 mm/10 a。因此,需要高度重视中国北方农牧交错带气候变化的减缓和适应问题,以促进该区域的可持续发展。     

1980~2015年东北沼泽湿地景观格局及气候变化特征

东北地区是我国沼泽湿地的主要分布区,了解东北沼泽湿地景观格局及气候变化特征对东北地区沼泽湿地研究及区域沼泽湿地生态系统保护具有重要意义。本文利用东北地区沼泽湿地分布数据集及1980~2015年东北地区年均气温、年均降水量数据集,分析东北地区沼泽湿地景观格局及气候变化特征。研究结果表明,近36年,东北地区沼泽湿地退化显著,但沼泽湿地斑块数量明显增多。1980~2015年东北沼泽湿地面积减少了30.81%,斑块数量增加了69.76%,景观破碎度指数增加了0.15,沼泽湿地退化特征体现为湿地斑块的破碎化。在东北不同的生态功能区,沼泽湿地退化及斑块破碎化均非常明显,其中,三江平原沼泽湿地面积在1980~2015年减少了高达53.27%,内蒙古东部及大兴安岭沼泽湿地破碎化程度最大,湿地斑块数量在近36年分别增加了163.80%和119.51%。在气候变化方面,东北沼泽湿地年均气温在1980~2015年总体呈现显著升温趋势（P<0.05）,气温上升幅度为每十年上升0.29℃。在降水变化方面,东北沼泽湿地年均降水量在1980~2015年总体呈现下降趋势（-5.70 mm/10a）,但下降趋势并不显著（P>0.05）;在不同生态功能区,辽河平原沼泽湿地年均降水量在1980~2015年呈现显著的下降趋势（-29.50 mm/10a）,而其他生态功能区降水变化并不显著。     

2000—2015年江汉平原农田生态系统NPP时空变化特征

基于MODIS数据和VPM（Vegetation Photosynthesis Model）模型估算2000—2015年江汉平原农田NPP,利用空间自相关和Sen趋势分析方法,分析16年间江汉平原农田NPP的时空变化特征及其影响因素。结果表明：（1）江汉平原农田年均NPP在2000—2005年呈上升趋势,2005—2009年呈波动性下降趋势,2009—2015年呈上升趋势;农田年NPP总量在2000—2015年整体上趋于平稳。（2）高中低产田面积占比分别为66.03%、27.04%和6.93%。2000—2015年NPP具有很强的空间聚集性且呈逐年增强趋势,并随空间距离增加聚集性减弱;江汉平原NPP主要呈高—高聚集和低—低聚集特征。（3）江汉平原农田NPP显著上升、无显著变化和显著下降区域面积分别占1.30%、69.50%和29.20%。     

秦岭植被覆盖时空变化及其对气候变化与人类活动的双重响应

论文基于MODIS-NDVI数据、DEM及气象数据,辅以趋势分析、多元回归残差法、偏最小二乘回归法,反演了秦岭地区2000—2015年植被覆盖度及分析了其“格局—过程—趋势”的变化特征,探究了其对气候变化与人类活动的双重响应机制。结果表明：1）秦岭地区近16 a来植被覆盖度呈显著上升趋势,增速为2.77%/10 a,呈“中间高、周边低,西部高、东部低,南坡高、北坡低”的空间格局,植被覆盖度随海拔的升高在2 200 m左右达到最大,700~3 200 m达0.7以上,1 300~2 700 m达0.9以上,3 400 m以上为0.5以下的低值区;2）秦岭地区的植被覆盖与气候因子的响应关系存在明显的空间差异,对气温的响应总体上没有明显的时滞效应,而与降水的响应存在以滞后1个月为主的时滞效应;3）人类活动对秦岭地区植被变化的作用日趋增强,且以正向作用为主,主要分布在东部地区,而负向作用则分布于中部和西部地区;4）秦岭地区植被变化是气候变化和人类活动共同作用的结果,影响因子对植被覆盖变化的解释能力依次为人类活动>降水>气温>潜在蒸散量。     

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。     

长三角地区地表干湿状况及极端干湿事件特征研究

利用Penman-Monteith模型及1957—2014年长三角地区43个气象站点逐日降水、气温、风速、日照时数及空气相对湿度实测数据,对参考作物蒸散量、地表湿润指数和极端干旱/湿润事件进行了计算和统计。运用线性回归、Trend-free pre-whitening (TFPW) Mann-Kendall趋势检验、Morlet小波分析等方法,分析了研究区地表湿润指数及极端干湿事件的时空分布特征。结果显示：1）近58 a长三角地区年及季节平均湿润指数在空间上呈南高北低分布格局;2）年湿润指数呈波动下降趋势,变化倾向率为-0.021/10 a,气候趋于干旱化。湿润期集中在20世纪80、90年代。突变年为2003年,并存在多个振荡周期。四季中,春秋季气候趋于干旱化,冬夏季反之。年际湿润指数变异系数和变化趋势存在明显的空间差异;3）年极端干旱事件发生频率呈波动上升趋势,年极端湿润事件则呈现微弱的下降趋势,均存在空间差异。     

嘉陵江流域降水变化及旱涝多时间尺度分析

依据嘉陵江流域1961-2012 年的气象数据,采用数理统计方法结合GIS空间分析技术,探讨了嘉陵江流域降水量时空变化和旱涝灾害特征。结果表明:近52 a 来全流域年平均降水量以13.69 mm/10 a 的速率减少,并在1984 年发生突变,随后降水量明显减少;从区域分析看,受季风和海拔高度等因素的影响,降水量东南多西北少;近52 a 来,除达县和沙坪坝两个站点降水量呈微弱增加外,其余地区降水量均呈减少趋势,略阳-广元-绵阳一带降水量减少速率最高。嘉陵江流域20 世纪60 年代偏涝,涝灾发生频率高;70 至80 年代旱涝灾害交替出现,整体偏涝;90 年代以来,该流域旱灾发生频率与程度均高于涝灾,整体偏旱;该流域由涝灾向旱灾转化的趋势明显。     

1960年-2014年天山北麓气温和降水变化趋势及预测研究

利用天山北麓17个气象站点1960年-2014年的气温和降水资料,采用Morlet小波分析、R/S分析等,研究了天山北麓气温和降水的时间变化.结果表明,(1)天山北麓年平均气温和年降水量分别以0.035℃/a和0.881 mm/a的倾向率呈上升趋势;季节变化明显;(2)年平均气温和年降水量有明显的周期性,年平均气温在55 a尺度内存在13 a的强显著周期,年降水量在55 a尺度内存在8 a的强显著周期.(3)未来一段时间内,天山北麓气温和降水均呈上升趋势,且与过去的变化趋势持续性较强.     

黄河流域内蒙古段1951—2012年气温、降水变化及其关系

黄河流域内蒙古段是内蒙古自治区重要的经济发展区,研究其气候因子变化对流域水资源、区域经济社会发展及生态环境保护有重要意义。论文利用研究区及其周边地区52个气象站点1951—2012年气温与降水量资料,采用回归分析、年代均值比较、5 a滑动、气候倾向率和Mann-Kendall检验等方法,对气温与降水变化及其关系进行了分析。结果表明：近62 a来,研究区域平均气温、平均最高和最低气温均呈明显上升趋势（0.283 ℃/10 a、0.235 ℃/10 a、 0.590 ℃/10 a）,尤以20世纪90年代增温最为明显,冬季增长速率最快,对气温升高贡献最大。3类气温分别在1988、1989、1982年发生了突变,平均气温、平均最高气温突变时间均晚于平均最低气温。多年降水量年际变化较大,总体呈下降趋势（-1.48 mm/10 a）,但下降幅度不明显。年降水量与平均气温、平均最高气温、平均最低气温在20世纪80—90年代相关性较好,均呈上升趋势,而其他时期则呈阶段反对称变化。从季节上看,春季降水量与3类气温年值相关性最好;夏季降水量与3类气温的年际变化趋势类似;秋季降水量与3类气温呈阶段反对称性变化;冬季降水量与3类气温在20世纪90年代到21世纪呈反对称变化,其他年代则呈现一致的变化趋势。     

北京城市热岛效应对气温和降水量的影响

借助非参数MannK-endall统计检验方法,对北京市20个气象站44年(1961-2004年)的逐月平均气温和降水资料进行了较为详细的分析。结果表明:①时间上,44年来北京市气温呈持续上升趋势,20世纪80年代为跃变点,跃变后增温趋势更加显著,而降水量呈下降趋势;通过分析5年滑动平均演变图发现,对气温而言,市区增温趋势明显高于郊区,市区和郊区44年来分别以0.44℃/10a和0.01℃/10a的趋势递增,降水量从总体上来说44年来城、郊差异不大,市区和郊区44年来分别以1.82mma/和1.49mma/的趋势递减。②空间上,对年平均气温而言,市区内存在一个明显的上升中心,且等值线较为密集,海淀站Kendall倾斜度高达0.776℃/10a,由于城市热岛效应的存在,1、4、7、10月在市区均存在一个闭合的暖中心,市区内增温幅度大于郊区;对降水量而言,1、4、7、10月在市区和佛爷顶一带均存在着上升中心,降水量呈现上升的趋势,这可能与城市热岛效应的影响有关。     

太湖流域下垫面改变与气候变化的响应关系

运用两种NDVI数据集(Pathfinder AVHRR和SPOT VEGETATION)和卫星遥感数据,采用3S技术,通过人机交互式目视方法解译出1979、1984、2000和2009年太湖流域的土地利用数据,结合1956-2007年太湖流域主要气象站点的气象资料,研究了太湖流域下垫面(NDVI和土地利用)变化与各主要气候因子的响应关系。结果表明:①近30 a太湖流域NDVI变化呈先增后减的趋势,空间上呈由东北向西南递增的趋势,浙江省区域植被覆盖较好,其次为苏锡常镇地区,上海植被较为稀少;②太湖流域耕地面积显著减少,城镇用地显著增加,林地与草地呈缓慢增长趋势,其中上海和苏州城市化进程速度最快,其次是无锡、常州,而杭州、嘉兴、湖州和镇江城市化进程较为缓慢;③20世纪80年代初期太湖流域出现显著的增温,并在近20 a增温幅度显著增加,平均相对湿度呈波动下降趋势,其下降速率为-1.25%/10 a,近50 a降水总量呈现小幅上升趋势,但近20 a降水量呈减少趋势,速率达到-37.31 mm/10 a,日照时数呈现下降趋势,其下降速率为-56.66 h/10 a;④与太湖流域NDVI变化响应最为显著的气候因子为气温,其次为平均相对湿度以及日照时数,降水总量与NDVI的相关性比较弱;⑤城市化进程迅速的地区相较于城市化缓慢的地区,其增温更快、相对湿度降幅更大、降水量增加更为缓慢,日照时数减少越快。     

西南地区秋绵雨变化趋势与周期性特征的区域差异

利用西南地区338 个气象站点1961-2009 年9-11 月的逐日降水资料,采用REOF对秋绵雨进行气候分区,运用线性趋势、滑动t 检验、Yamamoto 检验、Mann-Kendall 检验、复Morlet 小波等数学方法,分析各分区秋绵雨日数的变化趋势、突变特征、周期性特点,结果发现：西南地区秋绵雨东多西少,四川东南部、重庆西南部和贵州北部秋绵雨最多,年发生率在80%以上,年均日数在10 d 以上;西南地区秋绵雨可分为4 个气候区,即四川盆地东部区、黔南区、四川盆地西部区和滇东北区;其中四川盆地东部区、黔南区、四川盆地西部区秋绵雨日数有减少趋势,滇东北区有增加趋势,但均不显著;黔南区秋绵雨日数在1988 年发生了由多到少的突变,滇东北区秋绵雨日数则在1985 年和1995 年发生了两次相反的突变;各分区秋绵雨日数的年代际振荡周期差异较大,从10 a 到27 a 不等,年际振荡周期四川盆地东部区和黔南区为2～5 a尺度,四川盆地西部区和滇东北区为2～3 a尺度。     

近25年雅鲁藏布江中游蒸发皿蒸发量及其影响因素的变化

采用气候倾向率方法,对西藏雅鲁藏布江(下称"雅江")中游1981~2005年14个气象站年、季小型蒸发皿蒸发量及其影响气候因子的变化趋势进行了分析。结果表明:近25年西藏雅江中游年蒸发皿蒸发量在流域绝大部分站点均呈现显著的减少趋势,平均减幅为109.92mm,以夏季减少趋势最明显。影响蒸发皿蒸发量的主要气候因子日照时数、平均风速呈现显著下降趋势,平均相对湿度、降水量表现为显著增加,平均气温显著升高,平均最低气温的升温速率(0.52℃/10a)明显比平均最高气温的升温速率(0.23℃/10a)大,导致气温日较差减少(-0.29℃/10a)。因此,雅江中游年日照时数和平均风速的显著下降,以及年平均相对湿度的明显增加可能是年蒸发皿蒸发量显著下降的主要原因,平均气温日较差的显著减小和降水量的增加在蒸发量减少趋势中的作用也不可忽视。     

气候变化背景下人类活动对承德接坝区植被净初级生产力的影响

承德接坝区位于农牧过渡区,对气候变化和人类活动极为敏感.以植被净初级生产力(NPP)作为评价指标,基于Thornthwaite Memorial模型计算潜在NPP和MODIS NPP遥感影像获取实际NPP数据,利用潜在NPP与实际NPP间的差值衡量人类活动作用下NPP的大小,运用Slope趋势和变异系数法分析实际NPP、潜在NPP和人类活动作用下NPP的变化趋势及稳定性分布,并采用相关系数法分析实际NPP与年降水量和年均气温间的相关性,最终量化气候变化和人类活动对该区域植被变化的影响.结果表明,潜在NPP自西北向东南递增,其变化趋势和稳定性均为自西向东递增.实际NPP与年降水量和年均气温呈正相关区域面积占比分别是99.87%和91.66%.该区域99.85%的植被得到改善且变化稳定,主要是由气候因素和人类活动共同主导(99.71%),而植被退化完全是由人为因素所导致(0.15%).