山西省降水量时空变化及预测

山西广布高山与岩溶,是华北平原地表水产流区和地下水补给区.研究该区域降水时空变化有利于全面认识华北平原干旱问题.应用时间序列聚类、突变点检验、趋势分析和小波-支持向量机模型揭示降水时空变化并预测.按降水变化特点划分北部高纬区、太行山高山区、北部高山高原区、中部盆地区、中西部高山高原区和南部盆地区等子区.太行山高山区和南部盆地区降水偏多,北部高纬区降水偏少.同纬度的盆地降水少于高原和高山.1965—1991 年,山西南部、东部、中部和北部降水量相继显著下降,1957—2012年平均下降速率为-1.5 mm/a.山西自20 世纪90 年代整体进入偏干阶段,直接导致地表产流和地下水补给减少,加剧华北平原干旱.预测结果表明,2013—2020 年山西降水平均变化速率约16 mm/a,有利于遏制干旱.     

黄土高原气候变化特征及原因分析

基于黄土高原111个气象站点1961—2018年逐日气温(最低气温、最高气温、平均气温)和降水数据,采用Mann-Kendall趋势分析、Sen's斜率估计和小波周期等方法分析了气温和降水的时空变化特征,并采用小波交叉功率谱分析方法对影响区域气候的环流因素进行了分析.研究结果显示:(1)黄土高原1961—2018年平均气温以0.35℃·(10a)?1速率呈显著增加趋势,进一步分析显示气温的上升主要来自于年均最低气温的显著上升(0.39℃·(10a)?1,P<0.01);在季节变化上,平均气温、平均最低气温、平均最高气温在冬季的上升速率最为显著;研究区降水的年际、季节上的变化均不明显.(2)年均气温的突变在1995年,年均最高气温和年均最低气温分别在1995年和1994年存在突变;年降水量不存在突变.年降水量变化的主周期2—3 a和4—6 a,气温变化的周期主要为2—4 a、6—8 a、12—16 a.(3)平均气温变化主要受北大西洋年代际涛动(AMO)影响、受北大西洋涛动指数(NAO)影响较小;年降水量主要受太平洋海温指数(Nino3.4)和北极涛动(AO)影响.     

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。     

海伦地区水热耦合特征及其对大豆产量的影响

农业是受气候变化影响的主要敏感行业之一,气候变暖带来的气温升高以及降水格局的改变对农作物生产有利有弊。论文基于黑龙江海伦地区1978—2004年生长季≥10℃有效积温、降水量和统计年鉴中的大豆产量数据,以积温和降水在季节上的匹配程度作为判断水热耦合的指标,采用气候波动指数、减产风险指数作为大豆产量受气候波动影响程度的指标,研究了在生长季降水量下降和≥10℃有效积温增加的趋势下水热耦合的年际和年内变化特征及其对大豆产量的影响,并分析了偏干旱、正常和湿润年份大豆产量受气候波动影响的特征和减产风险性。结果表明,大豆气候波动指数和产量减产风险指数从大到小均依次为偏干旱年、偏湿润年和正常年,说明海伦地区受气候暖干化影响较大。     

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.      

三江源区潜在蒸散时空分异特征及气候归因

地面潜在蒸散变化对水分循环与能量平衡的研究具有重要意义。论文利用青藏高原三江源区18 个气象台站的月、年气象资料,基于FAO Penman-Monteith 公式和通过修订的辐射计算模型,估算了该地区的潜在蒸散量,分析了1961—2012 年三江源潜在蒸散的空间分布和时间演变,探讨了影响该区域潜在蒸散时空分异的主导因子,主要结论如下:三江源地区多年平均潜在蒸散的范围在732.0~961.1 mm之间,平均为836.9 mm。分布格局为东北、西南高,中部低。夏秋季与全年的潜在蒸散分布格局相似;1961—2012 年,三江源地区年平均潜在蒸散整体上以0.69 mm/a 的速率增加,年潜在蒸散的增加主要体现在夏季,以0.17 mm/a 的速率上升,其余季节变化不明显;相对湿度、最高气温和年总辐射的差异导致了年潜在蒸散的空间分布差异,三者贡献率分别为59.8%、22.2%、14.4%;最高气温的上升、总辐射的增加和相对湿度的降低是三江源地区年潜在蒸散呈增加趋势的主要原因,三者贡献率分别为56.9%、35.6%、2.7%,影响年潜在蒸散的因子组合和贡献率在不同区域有一定差异。年潜在蒸散影响因子中风速影响较小,是三江源地区潜在蒸散变化有别于国内其他地区的特征之一。     

东北林草交错区土壤侵蚀敏感性评价及关键因子识别

土壤侵蚀是造成东北林草交错区生态脆弱的重要原因。论文应用GIS技术,综合降水、地形、土壤可蚀性、植被覆盖等因子,分析和评价了1990—2005年研究区土壤侵蚀敏感性时空变化过程,并通过叠加排序方法定量识别关键因子。结果表明:研究区以中度敏感为主,其次是轻度和高度敏感;中度敏感地区以大兴安岭山地为主,轻度敏感地区分布在东、西部平原地区,高度敏感地区主要分布在燕山山地和大兴安岭南部山地的林草交错区;从时间变化过程看,轻度、中度敏感地区面积增加,高度敏感地区面积减少,生态环境状况总体好转;地形起伏度和植被覆盖作为研究区土壤侵蚀关键因子,起主导作用。     

华中地区吸收性气溶胶时空分布特征及类型研究

利用2005-2019年OMI-OMAERUV L2气溶胶数据集，研究了近15年华中地区吸收性气溶胶指数（UVAI）的时空分布特征和主导气溶胶类型，探究下垫面变化和人为及气象因素的影响.结果表明：1在时间分布上，华中地区UVAI的年际变化整体呈波动上升趋势；2005-2008年UVAI波动下降，2009-2013年逐年增加并于2013年达到近15年来的最高值（0.767），2014-2019年逐年下降.2在空间分布上，UVAI整体由华中南部向北部递增，豫东平原、南阳盆地及武汉、长沙附近的城市群为高值区；UVAI的稳定性整体呈现“北低-南次之-中部高”的分布格局.3从季节变化来看，冬>春>秋>夏，冬季大部分区域由高值覆盖，夏季全境低值；气温、降水和UVAI均呈显著负相关；结合风场和压场进一步分析发现，加强源、较差的大气扩散条件和弱降水使冬季呈现大范围高值，夏季充沛雨水的冲刷作用叠加良好的大气扩散条件使得UVAI在夏季全境低值；气温、降水和大气扩散条件是导致UVAI呈明显季节性变化的重要环境因子.4一氧化碳指数（COI）与UVAI的季均和年均空间分布一致且随季节同步变化，冬季UVAI高值区域的COI值>2.8；华中地区的吸收性气溶胶为碳质主导.52005-2018年林地、湿地和水域面积分别增长21.1%、67.9%、2.3%，扩大了环境容量，提高了污染物的代谢速度；城市及建设用地面积增长14.3%，致使该类排放源逐年加强；UVAI与人口增长率和第一、二产业的增加值均呈显著正相关，结合大气排放清单分析，工业源、居民源、农业源为人为因素中的主导因素.     

黄河上游牧草区水热变化及土壤水分响应

利用月降水、气温等资料,分析甘南草原地区水热配置和土壤水分变化。结果表明:牧草生长期降水增多,成熟期降水减少;逐月降水、气温变化的线性趋势有明显差异;月降水明显减少和气温明显上升中存在突变,周期谱有明显差别。土壤水分存在显著下降趋势,在1995年发生了突变(转向明显负距平)。土壤水分年际演变与降水同向性较好,年代际变化与气温呈反位相配置;土壤水分演变振荡周期对降水短周期和气温长周期响应明显。     

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。     

中亚地区气溶胶时空分布及其对云和降水的影响

中亚地区属干旱半干旱气候区,是水资源缺乏最严重的地区之一,也是全球沙尘气溶胶贡献度较大的区域.利用MODIS气溶胶和云资料以及校准后的TRMM降水数据,可从宏观角度分析中亚地区气溶胶、云、降水的时空分布特征,研究气溶胶与云和降水之间的相互影响关系.结果表明:1中亚地区年平均气溶胶光学厚度表现为春季(0~1)夏季(0~0.8)冬季(0~0.42)秋季(0~0.38),2002—2013年间整体呈现增加趋势;冬季COD量值明显高于其他3个季节,12年间整体表现出下降趋势,夏季变化较小,增幅为-0.876%,冬季最大,增幅为-1.713%;云水路径的区域性和季节性变化较为明显,整体处于降低趋势,其中秋季的新疆塔里木盆地变化最为显著,年变化为-6.607%;利用实测降水数据对TRMM月降水数据进行校准处理,可有效提升数据精度,新疆境内夏季降水占年降水量的比重较大,春、秋次之,咸海地区降水量年内分配相对较均匀,季节性差异不明显,中亚干旱区作为一个整体,降水呈现出增加趋势,其中,冬季降水的增加趋势最明显.2气溶胶光学厚度与云光学厚度呈负相关;与云滴粒子有效半径关系复杂,受水汽影响较大,在云层含水量较低的情况下,云滴粒子与气溶胶光学厚度呈负相关,而在云层含水量较高的情况下,二者呈正相关;云水路径随着气溶胶光学厚度的增加而减小,随AOD的变化的敏感程度在秋季最高,冬季最低.3气溶胶和降水关系复杂,整体来看,中亚地区气溶胶抑制降水.     

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。     

近43年来“三江源”地区气候变化趋势及其突变研究

利用“三江源”地区14个气象台站1962-2004年气温、降水量资料,分析了该地区气候变化趋势及其突变情况。研究表明:近43年来,“三江源”地区气温普遍升高,年及夏、秋季降水量的变化呈微弱减少趋势,而冬、春季降水量呈现出显著增加趋势,气候暖湿变化表现出不同季性,四季及年蒸发量变化呈逐年增大趋势;气候变化具有显著的区域性差异;年平均气温在1987年出现了由冷到暖的突变,冬、春季降水量均在20世纪70年代中期和80年代出现了由少向多的突变,年蒸发量在1986-1988年间发生由少到多突变。全球升温并由此引起的海洋蒸发和陆地上的蒸散加强,地气水分循环加快,是“三江源”地区气候出现暖湿变化的主要原因。     

2016~2018年中国城市臭氧浓度时空聚集变化规律

为揭示中国O₃浓度的时空格局及聚集变化规律,通过对2016~2018年全国338个城市1144个监测站点的O₃浓度观测数据,使用空间插值及空间自相关等方法进行分析研究.结果表明：2016~2018年全国O₃浓度（第90百分位数）总体呈现上升趋势（由2016年的141.54μg/m³上升到2018年的153.21μg/m³）,污染态势逐年加重,且华北及长江中下游等人口稠密地区O₃浓度最高,O₃浓度的空间分布呈现显著的聚集性和相似性规律,且聚集性逐年增强,O₃浓度的年聚集区主要呈现北高南低的分异,高高值聚集区主要集中在北方（城市占比22.19%~29.59%）,低低值聚集区则主要集中在南方（城市占比15.98%~22.19%）,此外,O₃浓度高高值聚集区与低低值聚集区空间分布的季节变化规律以顺时针周期性变化为主：3a来,春季集聚区分布与年集聚情况相同,夏季高高值,低低值聚集区逐渐向西扩大聚集范围,秋季则顺时针转变为东高西低的分异情况,随后高高值（低低值）聚集区沿顺时针方向南（北）移动,到冬季则转变为南高北低的空间分异情况.     

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。     

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。     

县域城镇空气质量变化与防治对策分析研究

摘要：对2006～2011年宜良县城NO2、SO2、PM10监测数据进行统计分析,认为SO2是县城的主要污染物。3种污染物年际浓度变化为：NO2、SO2下降趋势显著,PM10下降趋势不显著;季节浓度变化为：S02冬〉秋〉春〉夏,N02、PM10冬〉春〉秋〉夏,并提出防治建议。     

近30年黄河流域降水量的时空演变特征

利用中国气象局和黄河水利委员会近30年269个观测站的降水资料,采用光滑薄面样条插值法对黄河流域各月及年降水量进行插值,在ArcMap/ArcInfo中进行图象处理和分类,完成了1km×1km栅格降水的空间化,在此基础上分析了降水的空间分布。利用GIS软件编程实现了Mann-Kendall非参数统计法与空间化技术的结合,生成了各月及年降水在空间上随时间的变化趋势图。结果表明:27年来,流域总降水量呈下降趋势,空间上表现为北半部以增加为主,南半部以减少为主。各月间差异很大,在秋冬季节,以下降趋势为主,部分地区达到显著;春夏季节除少数月份外,大部分地区降水量有不显著的增加趋势。全年降水呈下降趋势的月份占多数,但主要集中在降水较少的秋冬季节,呈增加趋势的月份集中在雨水充沛的春夏,这种变化趋势使得降水的分布更加不平衡,表现为秋冬季的降水减少,而雨水较多的5～7月降水有微弱的增加趋势。     

近45a宁夏气温、降水及植被指数的变化分析

利用1961~2005年宁夏气温、降水资料,并结合1982~2003年植被指数(NDVI)数据,分析了宁夏气温、降水和NDVI的时空变化特征。结果表明:近45a来,宁夏气温明显升高,降水总体呈减少趋势;冬季和引黄灌区升温最明显,冬季降水增加,其它季节及各地区降水减少,其中秋季和宁夏南部山区减少最明显;秋冬季降水在1968年前后发生了突变,突变后,冬季降水增多,秋季降水减少;1985~1996年间发生了气温突变,突变后各季及各地区气温明显升高,冬春季和引黄灌区降水增多,其它季节和地区降水减少,极端气候事件较突变前发生更为频繁;近20a宁夏区域内NDVI值呈增加趋势,荒漠化面积整体得到控制。进一步分析表明,前一年气温偏高、夏季降水增加时,有利于当年NDVI值增加。     

三峡库区水体中可溶性C、N变化及影响因素

为了解三峡库区水体中可溶性C、N的变化,本研究于2011年3月至2012年8月在三峡水库涪陵段进行了每周一次的水样采集,分析其中可溶性C、N成分的变化及其来源特征.结果表明,库区水中DOC浓度范围为0.64~9.07 mg·L~(-1),且有明显的季节变化,表现为:夏季春季、秋季冬季,DOC年入库总量为1.78×109kg,入库量具有与浓度相似的季节变化趋势;DTN的浓度范围为2.59~4.35 mg·L~(-1),春季冬季夏季秋季,年入库总量为1.32×109kg,入库量的季节变化特征:夏季秋季春季冬季,其中DON、NO-3-N分别占DTN的30.35%~63.45%、35.87%~67.72%.DOC受降水和温度的影响明显,水中DOC主要来自外源输入,春季、夏季降雨径流其外源输入量增加,而秋季、冬季则内源贡献有所增加;DTN受人为排放和水体稀释的影响相对较大.相关分析表明,DOC与DON呈显著负相关(P0.05),通常以DOC/DON比值反映水中DOM的来源,库区DOC/DON范围为0.35~7.28,DOM来源具有明显的季节特征.夏季DOC/DON较高,DOM主要来自流域侵蚀;冬季DOC/DON较低,DOM主要来自生活污水排放和内源现场产生;春季、秋季DOC/DON介于两者之间,DOM来源包括流域侵蚀、生活污水排放及现场产生等.