黄河源区玛曲极端气候变化及生态环境影响研究

基于黄河源区玛曲1967-2014年的日气温和降水资料,利用时间变异性和相关性分析方法,对近几十年来玛曲极端气温和降水的变化进行了研究.结果表明:近几十年来研究区极端降水时间变化趋势不明显,但气温极端化趋势较为明显,极端气候的突变开始于1980年代;所有极端气温指数均呈现一致的显著增加或者减少趋势,极端降水指数在1980年代和1990年代间存在显著的波动特征,2000年后变化较为平稳;研究区极端气候变化与大尺度环流因子相关性较弱.极端气候变化将导致黄河源区涵养水源能力降低、草地退化沙化、湿地面积萎缩、水土流失加剧、生态难民增多.     

黄河源植被时空变化及其对地形和气候的响应

基于2000~2019年MODIS归一化植被指数（NDVI）遥感数据,辅以同期气温、降水和地形数据,通过最大值合成、趋势分析及相关分析法,分析了黄河源区植被的时空变化特征及其对地形和气候变化的响应.结果表明：黄河源区植被NDVI整体处于中高水平,但空间差异显著,呈现由东南向西北递减的空间分布格局;近20a来,植被总体上呈现出变好的趋势.植被对高程和坡度响应明显,随着高程的增加,植被NDVI呈现先增加后减少的趋势,但在3500~4100m区间植被NDVI变化不显著;此外,植被NDVI随着坡度的增大呈现出先增大后减小的变化趋势,且在24~26°坡度带植被NDVI达到最大值.黄河源区植被受气温和降水的共同影响,与降水相比,气温对黄河源区植被变化的影响更为显著.     

北疆地区近53年极端气温事件及其影响因素分析

根据北疆地区1960—2012年31个气象站点的逐日最高气温和最低气温资料,采用线性趋势分析、主成分分析和反距离加权等方法对该地区的年平均最高气温、年平均最低气温和14个极端气温指数的时空变化特征进行了研究,并探讨了各极端气温指数与北极涛动指数、北大西洋涛动指数和厄尔尼诺-南方涛动之间的关系。研究表明:(1)近53年来,北疆地区年平均最低气温、年平均最高气温分别以0.49℃·(10a)~(-1)、0.22℃·(10a)~(-1)的年际倾向率呈显著的上升趋势;气温日较差以0.27℃·(10a)~(-1)的年际倾向率呈显著下降趋势。极端暖指数除暖昼日数、夏日日数和极端最高气温均表现为不显著的上升趋势外,其他暖指数均呈显著上升趋势;极端冷指数中除极端最低气温、日最高气温的极小值呈上升趋势外,其他冷指数均呈减小趋势;在空间变化上各极端气温指数均表现为在阿尔泰山东南部地区和伊犁河谷地区变化幅度较大,其他地区变化较小。(2)冷指数(冷夜、日最高气温的极小值、极端最低气温)的增温幅度明显大于部分暖指数(暖夜、日最低气温极大值、极端最高气温),这一变化特征在山麓、山谷等地区表现最为明显,而在这一地区夜指数(暖夜、冷夜)的变暖幅度也明显大于昼指数(暖昼、冷昼)。(3)极端气温指数与大气环流指数相关性分析表明,三种大气环流指数中北极涛动指数对北疆地区极端气温的影响最为明显,其次是北大西洋涛动指数,且这两种大气环流指数对研究区极端气温冷指数的影响较为显著,而厄尔尼诺-南方涛动对研究区极端气温影响较小。     

黄河源区积雪变化时空特征及其与气候要素的关系

基于1979~2016年积雪深度数据和同期气象站点的降水、气温观测资料,分析了黄河源区年均雪深和积雪天数的时空间演变规律,采用弹性系数法和相关性分析法研究降水、气温对积雪的影响及其空间规律.结果表明,黄河源区积雪期集中在11月到次年4月,源头以及西北高山区积雪初日较早,终日较迟,同时也是年均雪深高值区,积雪天数较长.研究期（1979~2016）内黄河源区面均降水量呈现不显著的减少趋势,下降率为-2.43mm/10a,气温显著上升.面均年均雪深和积雪天数都呈现下降趋势,但趋势在0.05水平上不显著.积雪天数对积雪期降水、气温的弹性系数分别为0.513和-1.347,年均雪深的弹性系数分别为0.696和-0.219,高山寒冷的研究区上游的年均积雪对降水、气温变化更为敏感.降水减少是黄河源区积雪天数下降的主要影响因素,贡献率约为77.2%.积雪期降水和气温对年均雪深变化的贡献率分别为43.7%和56.3%.降水对黄河源区西部和北部年均雪深变化的贡献率较高,在南部和东部气温是影响年均雪深的优势因素.     

黄河源区湿地萎缩驱动力的定量辨识

利用1990年、2000年和2004年黄河源区湿地卫星遥感监测解译资料和1962年以来玛多气象站气象资料,分析了该地区湿地和气候变化特征,定量判别了造成湿地减少的人为因素和气候因素的贡献率,揭示了气候因子与湿地减少之间的关联性。研究表明：1990年以来黄河源区湿地动态变化特征呈现出河流、湖泊、沼泽湿地面积的萎缩和湖泊斑块数的减少,以及河流、湖泊、沼泽湿地向滩涂湿地转化的退化特征;1962～2004年间黄河源区气候变化存在较为明显的阶段性变化和季节变化的差异,特别是1990年以来呈现出气温升高、降水量微弱减少和蒸发量增大的干旱化趋势;人类活动对湿地退化的贡献率要大于气候变化的贡献率,人类活动的不断加剧对湿地退化起到了主导作用;不同类型的湿地面积变化与自然因子的关联序尽管不尽一致,但近15年来黄河源区气候干旱化对于湿地的退化产生了显著的影响;各类湿地面积随气温的升高、降水量的减少、蒸发量的增大、土壤冻结日数的减少和径流量的减少而萎缩,沼泽对气候变化的响应最为显著,而蒸发量对湿地面积的退化有着更为显著的作用。     

1961—2010年上海市各量级降水的多尺度变化特征研究

为了详尽地了解气候变化下上海市降水变化特征,合理开发管理城市水资源,利用上海市10个地方气象站1961—2010年逐日降水数据,综合利用累积距平、滑动平均、线性倾向估计、百分位、去趋势波动等方法系统分析近50年来上海市10个站点降水指标的季节、年际、年代际变化特征。研究发现:1)研究区降水经历了1960s、1970s年代的下降期,1980s、1990s和2000s年代的快速增长期,最早出现变化的是上海市南部地区,但是变化幅度最大、变化趋势最为复杂的是市区徐家汇站;2)研究区季节降水分配不均,且市区与郊区存在较大的数值差异,变化幅度上,各站点夏季、冬季降水呈显著增加趋势,春季和秋季降水呈不显著下降趋势;3)研究区各站点降水强度有增强趋势,主要表现在暴雨量级以下降水频次变少,但是总量增多,且暴雨与大暴雨以上量级降水频次增多,空间上各站点响应时间与幅度存在差异;4)基于百分位和DFA两种方法计算的极端降水研究都表明,研究区各站点极端降水呈显著增强趋势,两种方法计算的市区徐家汇站5年滑动降水量年递增率分别为20.1 mm·(10a)~(-1)和28.3 mm·(10a)~(-1)。     

基于均一化降水资料的中国极端降水特征分析

论文利用中国1961—2012年602个测站均一化的日降水资料,基于世界气象组织定义的11个极端降水指数,分析了近52 a中国极端降水事件的时空分布特征。结果表明：年极端降水指数长期变化趋势表明,大部分极端降水指数在我国西北和长江中下游地区（除CDD）以及东南沿海和华南大部分地区均呈现增加趋势,而在华北地区为减少趋势。极端降水指数随时间的变化表明,各指数具有明显的年际和年代际变化,从2000年开始大部分指数表现为不同程度的增加趋势,即极端降水事件从2000年开始偏多。     

西北地区近50a气温和降水极端事件的变化特征

采用1960-2009年西北地区124个气象站点的逐日最高气温、最低气温和日降水量资料,对该地区极端气候变化进行了研究探讨,并在此基础上尝试预测了未来该地区极端气候变化的情形。研究表明:近50 a以来,西北地区夏季天数、生物生长季、热夜天数、高温天数分别以2.31、2.98、1.07、0.45 d·(10 a)^-1的速度显著增加;结冰天数、最大连续霜冻天数、低温天数分别以-2.51、-1.79、-3.62 d·(10 a)^-1的趋势在显著减少;极端气温年较差也以-0.39℃·(10 a)^-1的速度在减少;除极端气温年较差外,极端温度指数和年平均气温有很好的相关性;最大的1和5天降水总量、逐年平均降水强度和持续干旱天数呈增加趋势,而中雨天数和持续降水天数呈减少趋势;除持续干旱天数外,年降水总量与其他极端降水指标有很好的相关;从空间分布和各气候区来看,极端气候增加或减少的趋势及其与年平均气温或年总降水量相关性不尽相同。     

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。     

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。     

豫西山区降水与气温的波动规律研究

根据豫西山区4个国家地面气象观测站1957—2008年的降水和气温数据,运用小波分析和统计分析相结合的方法研究了该地区降水和气温的多时间尺度波动特征。研究结果表明:①近50 a来,豫西山区的年降水量和年均气温均具有复杂的多时间尺度特征,年降水量在4 a和14 a尺度上的周期性波动特征较为明显,而年均气温在8 a和14 a尺度上的周期性波动特征较为明显;②近50 a来,豫西山区的年降水量和年均气温虽然具有明显的周期性波动,但是,使用白噪声功率谱进行显著性对比检验得出的结果表明,它们的主周期的显著性水平普遍较低,可以认为基本属于随机性波动;③近50 a来,在4~12 a的尺度上,豫西山区的年降水量和年均气温具有极显著的负相关性,而且预计未来几年该地区仍然可能延续2006年以来气温偏高降水偏少的气候特征;④小波分析和统计分析都属于经验诊断的范畴,对分析过去气候要素变化的多时间结构特征具有较好的效果。但是,由于它们不涉及因果机理,因此要想准确地预测未来的气候变化趋势,还必须对气候系统当中的复杂变化过程开展深入的机理研究。     

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。     

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。     

厄尔尼诺-拉尼娜事件对新疆环境气候的影响研究

基于近54年发生的厄尔尼诺/拉尼娜事件和新疆气候资料,分析新疆环境气候变化特点表明:1961年以来新疆降水量和气温均呈现明显增加的趋势.厄尔尼诺/拉尼娜事件呈现出起伏波动的特点,且1980年以后波动趋势更为剧烈,厄尔尼诺事件发生强度要大于拉尼娜事件.强厄尔尼诺年极端降水事件增多.厄尔尼诺/拉尼娜事件年对新疆各地区降水、气温影响不同,厄尔尼诺年塔城、阿勒泰北部、巴州北部、南疆西部喀什至和田一带增湿明显,阿勒泰东部、哈密北部升温作用显著.     

黄河源区气候和土地覆被变化对径流的影响

采用2个分布式水文模型(SWAT和VIC)分析了1960～2000年黄河源区气候变化和土地覆被对径流的影响.分析表明,气候变化是径流减少的主要原因,20世纪90年代以前,土地覆被变化对径流影响很小,气候变化对径流的影响在95%以上.70～90年代,气候变化的水文效应大约为65%～80%;土地利用变化的影响大致为6%～16%;生态退化,冻土融化等的水文效应大约为14%～20%.20世纪90年代气候变化主要体现在黄河源区降水的时空分布发生改变和气温的升高上.     

21世纪以来黄河源区高原湖泊群对气候变化的响应

利用2001~2006年逐年汛前期和汛后期两个时相黄河源区湖泊群EOS-MODIS卫星遥感资料和气候、冻土监测数据,分析了21世纪以来黄河源区高寒湖泊群的最新动态变化,描述了器测时期以来该区域气候的演变背景,揭示了湖泊面积和数量对气候、冻土环境变化的响应。结果表明:近52年来源区出现了气温显著升高、降水量增加和蒸发量增大的气候变化大背景,但2001年以来气候以暖湿为主要特征的同时,蒸发量明显减少,且受气候变暖的影响冻土环境表现出冻土厚度减小、冻结时间缩短等退化趋势;2001~2006年黄河源区湖泊群的最新波动表现为湖泊面积增大、数量增多的一致性变化迹象,这种波动趋势在汛前期表现得较汛后期更为显著,并以湖泊数量的变动最为明显;21世纪以来黄河源区湖泊扩张、数量增大正是同期降水量增大、蒸发量减少和冻土退化加大了地下冰融化水补给量等气候变化的直接结果。     

1961-2012 年西藏极端降水事件的变化

利用18 个气象站点1961-2012 年逐日降水量资料,计算了10 个极端降水指数,采用滑动平均、线性回归、Mann-Kendall 非参数检验和Morlet 小波分析等方法,分析了西藏极端降水事件的变化规律。结果表明：西藏近52 a 连续干旱日数（CDD）呈显著减少趋势,最大5 d 降水量也趋于减少但不显著,大雨日数和强降水量的线性趋势不明显,其他6 个极端降水指数都表现为增加趋势且不显著。与全球、青藏高原及其周边地区比较,西藏CDD和连续湿日的变幅明显偏大,最大1 日降水量、强降水量和极强降水量的变幅明显偏小。除CDD外,极端降水指数的变化趋势与海拔高度呈显著的二次曲线关系,仅有中雨日数的变化趋势与经度呈显著的正相关。在近52 a 的时间尺度上各项极端降水指数都存在3～4 a 显著周期,多数指数也存在12a、15 a 和16 a 的周期。在时间转折上,CDD的突变点时间较早,从1974 年开始;中雨日数、连续湿日和年总降水量的突变点发生在20 世纪80 年代末。从空间分布来看,那曲地区西部是极端降水指数变化最为显著的区域,雅鲁藏布江中游大部的多数极端降水指标趋于下降,而山南地区南部、林芝地区东南部的降水极值和降水强度都在增加。     

秦皇岛市近57年极端气温指数变化特征

利用1957—2013年河北省秦皇岛市每日气温资料,运用线性拟合及累积距平、MannKendall突变检验法、主成分分析法和MATLAB小波分析等方法对WMO发布的10种极端气温指数进行了计算和分析。结果表明,秦皇岛市近57年来,极端最高气温、极端最低气温都有上升趋势,冰日、霜日、冷夜、冷日天数呈减少趋势,夏日、热夜、暖夜、暖日呈增加趋势。由年代际分析可知,近57年来秦皇岛市的极端气温存在阶段性的变化特征,并有突变现象的发生,大部分突变年代集中于20世纪80年代左右。秦皇岛市近57年间气温上升的原因是夏日、热夜等暖指数的增加,其中热夜和暖夜增加最明显,对气温上升趋势有较大的贡献。本文所分析的10种极端气温指数都存在30 a左右的周期,部分指数存在18 a、8 a、3 a左右的周期。极端天气现象的增加会造成干旱、病虫、洪涝等气象灾害,应做好相应的防范措施。     

北部湾沿海地区植被覆盖对气温和降水的旬响应特征

论文分析北部湾沿海地区植被覆盖对气候变化的响应,为该区域植被恢复和植被生产力研究提供依据.基于研究区2000--2011年423景SPOT-VEGETATION逐旬NDVI数据及逐日气温和降水数据,利用像元二分模型,相关分析,偏相关分析和时滞偏相关分析等数理统计方法,对研究区植被覆盖时空变化特征及与旬降水和旬均温的相关性及滞后性进行分析.结果表明:1)近12 a来,北部湾沿海地区植被覆盖度平均值呈增长趋势,由2000年的65.23%增加到2011年的72.02%,增加了6.79%;2)研究区植被生长季旬NDVI均值介于0.21~0.67之间,在不同时期变化是不同的,其值呈现出"降低--增长--降低"3种变化过程;3)各种植被类型与温度具有显著的相关关系,全部通过了0.01的显著性水平,且NDVI与温度的显著性水平高于NDVI与降水的显著性水平,说明北部湾沿海地区植被覆盖NDVI对气象因子中的温度更为敏感;4)NDVI与气温的时滞偏相关系数显著高于NDVI与降水的时滞偏相关系数,旬NDVI与旬降水的滞后时间多集中于6~9旬之间,而旬NDVI与旬气温的滞后时间多以0~5旬为主;5)不同类型植被的生长对气温和降水的响应时间不一致,但与水热条件时滞偏相关系数越高的植被类型响应时间越短.上述研究结果表明,近12 a来北部湾沿海地区植被处于恢复状态,且植被对降水和气温具有明显的阈值和滞后性.     

1960-2009年石羊河流域气候变化及极端干湿事件演变特征

利用石羊河流域4个气象站1960-2009年逐日气象资料,应用FAO Penman-Monteith模型、相关分析等方法分析石羊河流域气候变化特点。结果表明:①1960-2009年气温、降水及湿润指数均在波动中呈较明显的增加趋势,气温、降水和湿润指数变化倾向率分别为0.338 ℃/10 a、4.791 mm/10 a 和0.006/10 a, 1960年代-2000年代石羊河流域经历了相对冷干-冷湿-暖湿3个阶段,暖湿化趋势明显;②冬季是暖湿化趋势最明显的季节,其次是秋季;③从上游向中下游多年平均湿润指数逐渐减少,湿润指数离散程度由小变大,湿润化速度由快变慢,而增温速度大体上存在逐渐增加的趋势;④1960-2009年石羊河流域极端干旱事件频率在波动中呈减少趋势,极端湿润事件频率却在波动中呈增加趋势,1960年代和1970年代是石羊河流域极端干旱事件持续频发的年代,上中下游不同地区极端干湿事件持续频发的时间存在差异。降水和风速是影响极端干湿事件变化的主要气象因子。在全球变暖背景下,石羊河流域干旱的气候环境有一定的改善。