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。     

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。     

中国生态脆弱区叶面积指数变化的主导气象因子研究

开展气候变化背景下中国生态脆弱区叶面积指数（LAI）变化的主导气象因子研究,对揭示该区陆地生态系统的变化规律和生态系统对气候变化的动态响应具有重要意义,并为生态恢复建设提供科学依据。基于CN0 5.1气象数据和全球陆表特征参量（GLASS）LAI产品,利用主成分分析方法研究了中国生态脆弱区1982—2017年LAI的变化特征及其主导气象因子。结果显示：1982—2017年,中国生态脆弱区气温基本呈上升趋势,而降水趋势的区域差异显著。大部分生态脆弱区LAI呈增长趋势,包括干旱半干旱、黄土高原、青藏高原和西南岩溶山地石漠化脆弱区大部,以及北方农牧林草脆弱区西部和东南部、南方农牧脆弱区北部和东南部。中国生态脆弱区LAI增长的主导气象因子是气温,其中生态脆弱区大部LAI增长的主导气象因子是日平均气温,而干旱半干旱脆弱区西部和南方农牧脆弱区LAI增长的主导气象因子分别是和日最低和最高气温。研究表明,在研究时段升温对我国生态脆弱区植被生长有积极影响,但在一些区域受湿度状况调制。     

气候变化背景下贵州省农作物生长期干旱时空变化规律

以干旱高发区贵州省为研究对象,利用贵州省19个站点1960—2013年气象日值资料,考虑气象干旱累积效应及当地秋收农作物生长时期需水要求,验证了秋收作物生育期内标准降水蒸散指数（Sep-SPEI-6）与粮食减产量之间的相关性。基于Sep-SPEI-6指数采用Mann-Kendall法、滑动t检验、Morlet小波周期分析以及Hurst指数等方法分析了贵州省干旱时空变化特征。结果表明：① Sep-SPEI-6与贵州省及各州、市粮食减产量呈极显著负相关性。② 在1991、2001年前后贵州省气候发生了突变。③ 与第一阶段（1960—1991年）相比,第二阶段（1992—2001年）干旱发生频率和影响范围均减少了10.59%;较第二阶段,第三阶段（2002—2013年）分别增加了23.67%和24.74%;与前两阶段相比,第三阶段的干旱历时与强度增加显著。④ Sep-SPEI-6时间序列存在明显的周期性振荡特征,以22 a为第1主周期。⑤ 各站点Sep-SPEI-6的Hurst数值均大于0.5,说明其变化具有较好的持续性。⑥ 干旱易发区呈现由东向西的转移趋势。⑦ 农作物生长期内日降水>1 mm天数和日照总时数是影响农作物生长期干旱的主要气象因素。研究成果为贵州省抗旱减灾措施的制定提供了理论依据。     

全国干湿分布区动态变化研究

在全球气候变化的背景下,我国的干湿状况发生相应变化。本文主要研究过去60年全国干湿状况动态变化,以便于了解气候变化对我国干湿状况的影响。基于1951~2010年全国756个气象站点的气象数据,根据Penman-Monteith潜在蒸散量方法计算潜在蒸散发量,再结合降水量数据计算干燥度指数。利用干湿区划分阈值,划分1951~2010年不同干湿分区,主要有极端干旱区、干旱区、半干旱区、干性半湿润区、半湿润区、湿性半湿润区、湿润区分区,并研究1951~2010年10年年际动态变化。研究结果表明,全国在总体上趋向于干旱,尤其东北地区最为严重,而北疆地区趋向于湿润。不同年代呈现不同的干湿波动性规律,80年代为湿润时期,90年代为极端干旱时期,半干旱区范围明显增加并往东南移动。本研究对理解我国植被空间分布的变化和生态环境建设具有一定的指导意义。     

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。     

中国南北过渡带生态系统碳储量时空变化及动态模拟

山地是全球变化的敏感地带,对生态安全与发展具有重要作用,山地生态系统服务变化和生态环境承载力是地理学与生态学的研究热点。以中国南北过渡带的主体秦巴山地为研究对象,采用CA-Markov模型与InVEST模型模拟和预测（2000—2040年）不同土地利用情景下秦巴山地生态系统碳储量变化,运用热点分析（Getis-Ord G_i^*）探讨秦巴山地生态系统碳储量的空间分布差异。结果表明：（1）2000—2040年,研究区土地利用/土地覆被变化主要是耕地、林地、草地和建设用地。（2）2000—2020年,碳储量增加1.12×10⁷ t;2020—2040年自然增长情景下,碳储量损失剧烈,减少50.24×10⁷ t;生态保护情景下,碳损失幅度明显变弱,减少29.52×10⁷ t,说明采取生态环境保护政策,能够有效控制碳储量减少。（3）土地利用/土地覆被与生态系统碳储量的变化呈现显著的一致性,土地利用数量变化决定了生态系统碳储量的质量和空间分布格局。（4）随着海拔抬升,碳储量呈现出“先增后减”的趋势;随着坡度升高,碳储量呈现出“W”型变化趋势。（5）热点分析结果显示,2000—2020年间,碳储量热点区和冷点区零散分布在研究区内;2040年自然增长情景下,碳储量冷热点分布范围有逐渐变大的趋势;2040年生态保护情景较2020年,秦巴山地生态系统碳储量的冷热点分布范围整体变化不大。     

气候变化对我国干旱区分布及其范围的潜在影响

为确定气候变化对土地荒漠化影响,以干燥度指数及A1,A2,B1和B2气候变化情景分析了气候变化对我国干旱区分布范围的影响. 模拟结果表明:气候变化将导致我国极端干旱区和湿润区分布范围缩小,干旱区、半干旱区和半湿润区分布范围扩大. 极端干旱区分布范围缩小并被干旱区所代替,半干旱区向半湿润区东、南部方向扩展,湿润区东北部和西部被半干旱和半湿润区所代替. 极端干旱区和湿润区分布范围变化与全国年均气温增量呈负相关性,干旱区、半干旱区和半湿润区分布范围变化与全国年均气温增量呈正相关性. 多元回归分析表明,干旱区和极端干旱区分布范围随全国年降水量增加而减少;半湿润区和湿润区分布范围随全国年降水量增加而增加;除A1情景外,其他气候情景下半干旱区分布范围均随全国年降水量增加而减少;湿润区分布范围随全国年均气温增加而减少,其他气候区范围随全国年均气温升高而增加. 随着气候变化,我国荒漠化范围将增加,干旱胁迫总体上减弱.      

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。     

气候变暖对东北三省春玉米布局的可能影响及其应对策略

玉米是我国重要的粮食作物之一,东北三省春播玉米区是我国第一大玉米产区,在气候变暖背景下研究气候变化对东北春玉米生产的影响及其应对策略,对我国粮食安全具有重大意义。论文以东北三省为研究区域,利用71个气象台站1961—2010年和未来气候情景RCP 4.5下2021—2040年逐日温度数据,分析了气候变化情景下东北三省热量资源和春玉米种植熟性的时空变化特征,探索性地研究了东北春玉米应对气候变暖应采取的对策。研究结果表明：未来2个年代际,东北三省日平均气温稳定通过10 ℃初日提前、10 ℃终日和初霜日推迟,稳定通过10 ℃日数和积温呈增加趋势,其中三江平原地区变化幅度最大,10 ℃初日将提前约8 d,初霜日推迟约10 d,10 ℃日数和积温分别增加约15 d和300 ℃·d;不同熟性春玉米种植北界在未来 2个年代际的北移东扩速度较过去50 a更快,尤其是中晚熟春玉米可种植区北界到2030年代将北移至49°32′N、东扩至我国东部边境135°E;为应对气候变暖,在不改变耕作制度和更换更晚熟春玉米品种的前提下,预计到2030年代,东北的松嫩平原春玉米播种期可提前或推迟16~20 d,部分地区可超过20 d;三江平原和辽河平原区可提前或推迟8~12 d;南部沿海地区播种期变化范围较小,在8 d以内;同时,亦可通过种植区北移东扩以充分利用气候变暖带来的热量资源,预计到2030年代,东北三省晚熟、中晚熟和中熟春玉米的种植北界将在现有基础上分别北移2°13′N、1°08′N和近3°N。     

SWAT模型水文过程参数区域差异研究

探讨SWAT模型的敏感参数和参数值的区域差异,有助于减少水文过程模拟的不确定性,提高模型在不同区域的应用水平。论文在收集SWAT模型的国内应用文献基础上,依据干燥指数将流域划分为湿润区、半湿润区、半干旱区和干旱区,主要采用定性分析方法,分析模型的敏感参数和参数值的空间差异及其影响因素。结果表明,SWAT模型的敏感参数和参数值具有一定的区域差异。对于地表水文过程,径流曲线系数(CN2)和土壤可利用水量(SOL_AWC)在各个区域都比较敏感,土壤蒸发补偿系数(ESCO)在湿润区和半湿润区较为敏感;由于均受土壤质地的影响,湿润区CN2 值高于半湿润区,SOL_AWC则正好相反;受气温和植被覆盖的影响,湿润区和干旱区的ESCO取值高于半湿润区和半干旱区。地下水参数在湿润区和干旱区较为敏感。降雪融雪参数仅在干旱区融雪对径流贡献大的流域才比较敏感。由于气候、土壤、植被条件的区域异质性,导致了流域水文过程参数的区域差异。结果还表明,由于水文过程还受到局部气象条件、下垫面等多种因子共同作用,以及模型尚未揭示的其它因子的影响,模型参数在相同区域的不同流域也存在着一定的差异。     

中国城市热岛时空特征及其影响因子的分析

全球气候变暖背景下,城市热岛效应会加重城市地区的热胁迫,对人类健康和生存发展提出严峻挑战.近年来我国雾-霾污染情况严重,但雾-霾对城市热岛影响的认识仍较匮乏.本研究基于MODIS遥感卫星地表温度数据,明确了我国2003~2013年白天、夜间以及四季城市热岛的空间变化,并从生物物理学和生物化学角度定量分析其控制机制.结果表明,影响我国白天城市热岛强度的主要因素为人口、农田灌溉和植被活动.纬度、降水量、反照率以及气溶胶浓度是夜间城市热岛强度的主控因子.从对比城乡粗糙度、反照率等生物物理学属性的角度,揭示了乡村背景环境对城市热岛分析的重要影响.结果表明,雾-霾治理可以缓解我国夜间城市热岛现象和热胁迫,有利于缓解区域甚至全球气候变化.     

内蒙古新巴尔虎右旗高氟水分布特征及成因分析

高氟地下水是广泛分布于我国北方干旱半干旱地区的一种典型劣质水源,长期饮用会对人体造成严重的危害。本文以内蒙古呼伦贝尔典型高氟水地区为研究范围,对新巴尔虎右旗地区地下水、地表水水质分析结果进行统计分析、水化学类型、因子分析等方面的研究。结果表明,本区地下水F-含量普遍超标,氟离子平均含量为2. 24 mg/L,极值达6 mg/L。高氟水在空间上多分布于侏罗系火山岩及花岗岩地区的基岩裂隙水中,水化学类型以HCO_3-Ca·Na为主。综合分析研究区气候、水文、地质等条件,本文认为自然因素在研究区高氟水的成因中占主要因素,人为因素影响较小,蒸发浓缩作用和岩氟淋滤作用是地下水氟离子富集的主要机制。     

蒙古高原东部和南部气候要素变化特征及其生态环境影响分析

使用线性回归、趋势倾向性和空间相关等方法对比分析内蒙古辖区蒙古高原东部呼伦 贝尔与南部额济纳旗地区器测时段气候变化特征。结果表明,呼伦贝尔与额济纳旗两地器测时 段全年和生长季（6—9 月）平均温度增温显著,降水无显著共同变化,区域暖干化趋势明显。 年径流总量变化、空间相关结果和周期分析显示,两地气候干湿变化具有同步趋势。全球变暖 背景条件下,内蒙古东部沙地樟子松和西部胡杨面临着相近的气候环境与人类活动双重压力。     

呼伦湖自净功能及其在区域环境保护中的作用分析

在大量详实资料和调查基础上,论述了呼伦湖富营养化状况,找出了该湖富营养化的影响因素,以及其较强自净功能的成因。呼伦湖地处内陆区高纬度、半干旱气候地区,属牧业污染型,氮入湖量主要来源于点源污染(河流的输入),磷入湖量面源(主要是降尘)大于点源。经多年观测发现,氮和磷的变化并不明显,反映出湖体有较强的自净功能,这是和湖体特殊的地理位置分不开的:①该湖系构造湖与河流沟通的吞吐湖,面积大,水较深,使得湖体自净功能显著;②地处高纬度、半干旱地区,气温低,对湖体浮游生物有一定的抑制作用;③湖体构造特殊,露出30余个泉点,有大量地下水的补给。呼伦湖是一个较大的水体与其周围湿地构成的淡水湖泊生态系统,在维持生物多样性和丰富的生物资源方面发挥巨大作用,且有明显的调蓄洪水的功能,在区域环境保护中具有特殊的地位。     

2000年以来内蒙古生长季旱情变化遥感监测及其影响因素分析

为探讨内蒙古旱情状况及其影响因素,利用MODIS 16 d合成的植被指数产品数据MOD13A2和8 d合成的地表温度产品数据MOD11A2构建Ts-NDVI特征空间,计算温度植被干旱指数（TVDI）,基于内蒙古2000—2017年生长季每16 d的TVDI分析了近18年来内蒙古生长季旱情时空分布特征,结合气温和降水资料初步探讨了旱情变化的影响因素。结果表明：（1）2000—2017年内蒙古生长季TVDI平均值为0.6,重旱和中旱所占面积最大,其中2007年、2010年为旱情最为严重的年份。内蒙古干旱空间分异明显,西南部以轻旱为主,中部地区以中旱为主,大兴安岭以西的呼伦贝尔草原等地旱情严重。（2）近18年内蒙古生长季干旱程度呈现轻微加重趋势,年际变化值θ_slope介于-0.07~0.7之间,阿鲁科尔沁旗东北部至霍林河一带旱情加重趋势最为严重,阿荣旗和扎兰屯等农业生产地区旱情有轻微加重趋势。（3）2017年内蒙古生长季以区域性和局域性干旱为主,6月和9月干旱最为严重,呼伦贝尔草原和鄂尔多斯高原西部干旱发生频率高且程度重。（4）内蒙古干旱影响因子分析结果表明,TVDI值与气温呈正相关、与降水和坡度呈负相关、与小于1300 m的高程呈正相关、与大于1300 m的高程呈负相关关系。内蒙古生长季TVDI与气温和降水偏相关分析结果表明,锡林郭勒盟苏尼特左旗北部、呼伦贝尔鄂伦春自治旗和呼伦贝尔草原等地旱情与气温正相关关系较为显著（P<0.01）,锡林郭勒盟东北部干旱情况与降水负相关关系较为显著（P<0.01）,其中,气温对旱情的影响强于降水。     

基于Sufer7.0的黄河流域不同旱作类型区土壤水分动态变化的比较

土壤水分是土地持续利用、水资源规划与管理及节水农业技术研究的基础,土壤水分的动态变化已经成为前沿研究领域的热点之一。论文以黄河流域43个国家级农气站点资料为数据基础,以Sufer7.0为技术手段,就不同旱作类型区土壤水分季节和垂直变化动态进行了比较分析。研究结果表明:①由半干旱偏旱区→半干旱区→半湿润偏旱区→半湿润区土壤水分含量的季节变化呈逐渐增加趋势,而且半干旱偏旱区和半干旱区,因大量失墒的时间长、耗水强度大而引起的干旱比半湿润偏旱区和半湿润区更为强烈;②不同旱作类型区土壤水分垂直变化的趋势均表现为上层变化幅度较下层大。且由干旱区→半干旱偏旱区→半干旱区→半湿润偏旱区→半湿润区,表层0～5cm→下层50～100cm的变化幅度逐渐减小。同时,可将土壤含水量从上到下的变化趋势分为增长型、降低型和波动型三种情况;③黄河流域土壤水分活跃变化层大致为0～30cm,缓慢变化层为30～100cm,相对稳定层为>100cm土层。活跃变化层由干旱区向半湿润区依次加厚,从0～5cm到0～30cm。     

影响北京沙尘源地的气候特征与北京沙尘天气分析

分析并找出了影响北京沙尘暴天气的源地,该源地主要位于北京北部的浑善达克沙地的西北部边缘,内蒙古中西部、河套以西地区的沙漠、荒漠化地区以及干旱、半干旱地区广大的农业开垦区,指出影响北京的沙尘传输路径有3条,即西路、北路和西北路.对源地的气候特征做进一步分析表明,源地的气候特征为温暖干旱、降水不足,这些因素加速了沙尘天气的发生.同时将源地春季降水和北京沙尘天气相比较,发现北路和西北路源地春季降水和北京沙尘暴天气有较好的负相关,西路源地春季降水和北京浮尘天气有较好的负相关.