1960-2006年艾比湖流域冷暖季气候状况分析

运用线性倾向估计、累积距平、小波分析、Mann-Kendall检验等方法对艾比湖流域1960-2006年冷、暖季和全年平均气温、降水量、日照时数的变化趋势、周期性和突变性进行分析。结果表明:①47 a来,艾比湖流域平均气温和降水量均呈增加趋势,其变化率分别为0.43 ℃/10 a、12.02 mm/10 a;而日照时数呈减少趋势,其变化率为-22.30 h/10 a。②从空间分布来看,流域各站年均气温均呈不同程度的增加,其中以托里增幅最大,温泉增幅最小;除托里年降水呈减小趋势外,其他各站年降水量皆表现为增加趋势;冷季日照时数减少趋势明显强于暖季,这也导致研究区大部分站点年日照时数呈减少趋势。③平均气温、降水和日照时数序列在冷季、暖季、全年中都存在着长周期和短周期。其中,降水和日照时数都具有8 a左右的短周期,并分别存在14 a和20 a的长周期;而气温的变化周期较为复杂,且具有较强的波动性,存在11 a和22 a的年代际周期。④流域气候的突变发生在20世纪80年代,1988年流域气温发生了由偏冷时期向偏暖时期的转变;1986年降雨发生了由少雨到多雨的变化,流域气候开始变得湿润;1984年左右日照时数出现由多到少的转变。     

基于EOS/MODIS数据的近10a青海湖遥感监测

选取青海湖周边地区气候资料及青海湖近10 a MODIS遥感资料,通过分析水体面积和水位、 年均气温和年降水量的变化揭示青海湖面积的变化趋势。对青海湖近10 a遥感监测以及青海湖周边地区气候要素的分析研究结果表明:在2001-2010年10 a来青海湖周边地区年平均气温显著增加,平均每年升温0.12℃,年降水量在波动中呈上升趋势。青海湖水位虽然在近50 a内持续下降,而在2001-2010年呈现逐年增加的趋势,且增加趋势非常明显。从MODIS遥感资料对青海湖10 a来4月和9月的湖水面积监测结果显示,4月和9月青海湖面积在2001-2010年呈现波动上升趋势,且与4月和9月的水位呈极显著相关关系,相关系数分别为0.818和0.875(P<0.05)。近年来由于气候变化导致的青海北部一些地区降水量增多或气候变湿,而暖湿型的气候导致的降水量增多最终可能是水位升高的主要原因,且这种气候变湿的趋势使10 a来青海湖面积增大趋势明显。     

柴达木盆地植被生长时空变化特征及其对气候要素的响应

以2001-2010 年MODIS NDVI 植被数据为基础,并结合该区同期气温和降水量数据,采用线性趋势分析、偏相关分析、Hurst 指数等数理分析方法,研究了近10 a 来柴达木盆地植被时空变化特征、影响因素及未来可能的变化趋势。结果表明：①2001-2010 年柴达木盆地植被生长季NDVI平均值（NDVI）呈显著增加趋势,线性增长率为0.041/10 a。柴达木盆地主要植被类型灌丛、草原、荒漠NDVI 的线性增长率分别为0.043/10 a、0.034/10 a、0.028/10 a;②柴达木盆地植被变化具有阶段性特征,整体呈“S”型增长,具有两次明显的植被快速增长期;③柴达木盆地植被改善面积占研究区总面积的12.43%,并主要分布在布尔汉布达山、祁漫塔格山、鄂拉山、柴达木山、宗务隆山的高山区,冬给措纳湖周边和绿洲核心区。植被退化面积仅占研究区总面积的0.35%,并主要分布在绿洲边缘区,特别是柴达木河绿洲和那陵格勒河绿洲的中下游地区;④植被NDVI 与1-5 月平均气温以及5-8 月可利用降水量呈显著正相关关系,植被生长与温度呈显著正相关的区域主要分布在绿洲核心区及高山区,占植被区面积的8.36%,植被生长与可利用降水量呈显著正相关的区域主要分布在低山区及山地河谷地带,占植被区面积的30.95%;⑤植被生长季延长和生长加速是柴达木盆地植被NDVI 增加的主要原因,气候的暖湿化是促使柴达木盆地植被改善的主要驱动力;⑥柴达木盆地植被改善具有强持续性,未来大部分区域植被将持续改善。     

寿宁县近50年日照时数变化特征分析

利用福建省寿宁县气象局1961-2010年日照时数资料,对日照时数的年、季、月变化趋势和突变等气候变化特征作了较全面分析。结果表明:近50年寿宁县日照时数呈减少趋势,其气候倾向率为-33.4 h/10 a。日照时数的年际变化幅度较大,峰值(1963年)与谷值(2000年)相差797.7 h。日照时数变化存在明显的季节差异,夏、冬两季呈减少趋势,夏季减少最明显,冬季次之;春、秋两季变化较平缓,春季呈略增加趋势,秋季呈微弱减少趋势。就日照时数变化的月份分布而言,一年中仅4、5、6、11月4个月呈增加趋势,其余8个月份均呈减少趋势,且减少趋势明显比增加趋势强烈的多。采用累积距平曲线方法对年日照时数进行突变检验,表明年日照时数在1988年发生一次突变,表现为1988年后日照时数从偏多期转为偏少期。     

1982-2013年潞安矿区NDVI3g变化趋势及气候响应

为了揭示全球变化背景下矿业开发活动对矿区生态环境的影响,采用长时序GIMMS AVHRR NDVI3g（1982-2013年）全球植被指数数据集和气候信息（年均降水量和气温数据）,运用IDL编程实现数据合成运算、线性回归和趋势拟合,从时间、空间、气候三方面对矿区、缓冲区（10 km、20 km）、校验区的NDVI平均值和总值进行比较研究,并推算出生长期变化趋势.时序分析表明,32 a来矿区NDVI总量随开采年限延长呈先增后减/波动中下降的趋势,下降速率为0.18/（10 a）.矿区植被返青期滞后3 d,枯黄期提前30 d,生长期缩短33 d,缩减速率为10.3 d/（10 a）.空间分析表明,除潞安矿区外其他三区生长季均有所延长,研究区平均NDVI年增长率依次为矿区（1.09%） < 10 km缓冲区（2.16%） < 20 km缓冲区（8.86%） < 校验区（9.87%）,矿区NDVI总量自1995年后开始减少,非开采区NDVI总量呈增加趋势.气候变化分析表明,校验区NDVI对温度敏感性高于降水量,矿区NDVI对降水量敏感性高于温度,其中温度对两区植被生长有明显滞后性.研究显示,矿业开发活动抑制了矿区及周边区域NDVI的增长,NDVI年增长率远低于校验区,受温度升高、降水量减少共同作用,自然生态下校验区NDVI呈增加趋势,生长季延长;而受开采扰动影响下的矿区植被活动呈减弱趋势,生长期也有所缩短.      

安徽省50年日照时数的变化特征及影响因素

利用安徽省80站1955～2005年逐日日照时数、云量、水汽压、降水量及合肥市能见度资料,采用t检验、线性趋势分析等统计方法,分析了安徽省日照时数年、季节、月的变化特征以及空间分布特征;同时分析了可能影响日照时数的气象因子的变化特征。结果表明：安徽省年日照时数呈显著减少的趋势,平均美10年减少88.3h;除春季日照时数变化不明显外,其他季节日照时数显著减少。在20世纪60年代末至70年代初和70年代末都存在明显的突变,且都变少。安徽省日照时数大致呈纬向分布,分布形式为北高南低;除淮北市外,其它各站的日照时数均呈下降的趋势,其中下降趋势最大的是淮北的西部和江淮之间中部地区。能见度、大气水汽压、降水量、云量是影响日照时数的因素;日照时数的显著下降与能见度的下降、大气水汽压的增加、年降水量和年雨日数的增加关系密切,而与总云量和低云量的减少无关。     

气候变化下汉中盆地水稻产量变化研究

深入分析气候变化下汉中盆地水稻产量变化响应,可在进一步探究影响研究区水稻产量主要气象要素的同时,为地方水稻生长期内气象灾害的防控提供科学依据。为了解研究区水稻生长季主要的气象影响因子,文章基于1951—2014年汉中盆地多测站日气温、降水量、积温及气温日较差数据和水稻单产资料分离的气象单产数据,综合运用线性趋势、趋势系数、HP滤波法、Morlet小波分析等方法,在分析汉中盆地水稻气象产量和生长季各气象要素变化趋势的同时,推求了水稻气象产量和各主要气象要素序列的显著周期。研究结果表明：1）近64 a汉中盆地4—9月水稻生长季平均气温和≥10 ℃活动积温变化均呈上升趋势,气温日较差呈下降趋势,降水量变化趋势不明显;2）汉中盆地各气象要素与水稻气象单产的显著周期分析结果显示水稻气象单产第一主周期与各气象要素的第二主周期相对应,均存在13~14 a时间尺度的主周期变化;3）各气象要素对水稻气象产量的影响各异,不同气候背景下影响水稻气象产量的主导气象因素不同。论文研究结果可为汉中盆地水稻生产的优化布局及地方经济社会发展提供参考依据。     

1960-2009年青海湖水位波动的气候成因探讨及其未来趋势预测

利用近50 a来青海湖流域水文、气象资料和2010-2020年区域气候模式系统PRECIS输出数据降尺度生成的未来气候情景资料,揭示了1960-2009年青海湖水位波动的气候成因,预测了未来10 a青海湖水位可能变化趋势。研究表明:近50 a来青海湖水位在波动中呈持续下降趋势,而近5 a持续上升为近50 a来首次出现,不仅使水位持续下降趋势趋缓,同时使水位变化的短周期趋弱而较长周期趋强;青藏高原季风增强使青海湖流域气候暖湿化,而降水量增加和气温升高则使入湖径流量增加,进而引起了青海湖水位近5 a来的持续上升;据综合统计方法预测和区域气候模式系统PRECIS预测结果,2010-2020年青海湖水位总体上仍可能以下降为主。     

近50a中国西南地区地表干湿状况研究

利用1961—2011 年中国西南5 省市113 个气象站的观测资料,基于Penman-Monteith 蒸散模型计算了各个站点逐月潜在蒸散和干湿指数,研究了近50 a 来西南地区气候干湿状况的时空变化特征。结果表明：西南地区气候整体较为湿润,但存在较大的区域差异,呈“东湿西干”的空间分布特征。近50 a 来西南区域的气候有“暖干化”的变化趋势,这种趋势在进入21 世纪以后有进一步加剧的迹象。西南地区干湿季特征鲜明,夏季最为湿润,冬季最干燥。近50 a 来,西南地区的气候干湿状况有两次显著的转变过程,第一次时间点在1992 年前后,此时气候开始湿润化,进入相对湿润期;另一次在2002 年前后,变化趋势由湿润化转为干旱化,进入相对干旱期。降水量是西南地区气候干湿状况的决定因素,日照时数与相对湿度等气象要素对干湿状况也产生较大影响。     

中国西北地区持续干期日数时空变化特征

采用1961-2011 年111 个地面观测站逐日降水量资料,分析了中国西北地区近51 a 四季持续干期日数变化趋势。结果表明：近51 a 来西北全区春季和冬季持续干期日数都呈明显的下降趋势,冬季的下降幅度达到-1.6 d·(10 a)^-1,而夏季和秋季变化趋势不太明显。空间分布上该区大部分地区持续干期日数变化倾向率春季呈减少趋势,变化倾向率在-5.0～5.0d·(10 a)^-1之间;夏季不同的区域变化趋势不同;秋季西北西部呈减少趋势,而西北东部则呈增加趋势;冬季除陕西南部的关中平原和秦巴山地外,其他大部分地区呈减少趋势,变化倾向率在-6.0～3.0 d·(10 a)^-1之间。持续干期日数年代际变化和空间变化趋势在不同自然区变化趋势也存在差异。     

气候变化对鲁西北平原冬小麦产量的影响及对策

气候变化会导致气候资源发生改变,从而引发粮食安全问题.耦合区域气候模式和作物生长模型,可定量分析气候变化导致的作物产量变动,探讨适宜的田间管理应对措施.研究以冬小麦作为研究对象,以我国粮食主产区之一的鲁西北平原作为研究区域,耦合MIROC-RegCM3区域气候模式和CERES-Wheat作物生长模型,开展A1B温室气体排放情景下,气候变化对冬小麦产量的影响及适应措施研究.结果表明,A1B气候情景下,该区域冬小麦潜在产量会有所下降;在现有管理措施的基础上,可通过培育对春化作用依赖较小的品种、 适当提早播期、 增加越冬水灌溉量等方式保证产量,减少年际间变异.该文研究结果可为应对未来气候变暖、 确保粮食安全提供参考.     

气候变化对中国黄淮海农业区小麦生产影响模拟研究

研究首先利用1980-2000年黄淮海农业区10个站点的农业数据对CER ES-W heat动态机理作物模型进行详细的验证,然后将CERESW-heat模型与两个全球气候模式(G ISS和H adley)结合,同时考虑到CO2对小麦的直接施肥作用,模拟了黄淮海农业区10个站点在IPCC SR ES A 2和B2两个气候情景下雨养和灌溉小麦产量和水分利用的变化趋势。得到如下结论:在不考虑CO2直接肥效的情况下,黄淮海农业区雨养小麦全面减产,空间分布特点是西部减产幅度大,东部减产幅度小;在充分灌溉的情况下,灌溉小麦产量维持了现有水平,但灌溉水量增加。因此,在未来该地区水资源短缺的情况下,如何合理利用有限的水资源将成为黄淮海农业区主要面临的问题。在考虑CO2直接肥效的情况下,雨养和灌溉小麦产量都全面增产,雨养小麦的增产幅度明显偏高,灌溉小麦约增产10%～30%,但CO 2的肥效能否充分实现还需要进一步研究证明。     

北方冬小麦主产区的高产与稳产关联性及其影响因素

冬小麦产量高低及稳定性对于保障我国粮食安全同等重要。鉴于北方冬小麦主产区受气候变化的负面影响显著,有必要从高产—稳产关联特征入手,探究全面提升冬小麦产量及稳定性的途径。基于598个县1985—2014年的单产数据,分析了冬小麦高产与稳产关联性时空分异特征,并结合气象、物候观测、农业生产要素等数据,应用无序多分类Logistic模型揭示了冬小麦高产—稳产关联特征的影响因素。主要结论为：（1）冬小麦产量随时间不断提高的同时稳定性也增强,高产性和稳产性均呈东北向西南降低的特征。（2）冬小麦高产与稳产、低产与不稳产密切关联,在研究区占据主导地位,且这两种关联类型的分布区域相对稳定,空间聚集性强。（3）灌溉条件是促进冬小麦高产—稳产的关键因素,影响随时间逐渐增强;具备灌溉条件的情况下,研究区的光温水等气象条件均比较适合冬小麦生产,但不同物候期气象要素的波动对高产和稳产均有负向影响。研究结果可为划定冬小麦优质产区和制定气候变化应对策略提供依据。     

利用生产模拟对青藏高原小麦高产原因的分析

在大量的实测资料基础上，通过模拟计算得到了在当前气候条件下、水肥适宜的青藏高原冬小麦干物质累积动态曲线。模拟计算表明：青藏高原夏季气候温凉，小麦生育期延长，因而干物质累积时间长，高原小麦高产主要以干物质累积时间长取胜，有利的夏季温度条件是高原小麦高产的最主要原因；青藏高原冬小麦干物质潜在产量可达３２ｔ／ｈm₂·ａ，籽粒潜在产量可达１４４ｔ／ｈm₂·ａ，为平原的１４５倍。     

四川冬小麦产量对气候变化的敏感性和脆弱性研究

论文以四川冬小麦种植区1981—2012年88个县的气象观测数据和冬小麦生产数据为基础,采用一元线性回归和逐步回归等方法,评价四川冬小麦产量对单个气候因子及气候变化的敏感性与脆弱性。结果显示：假设冬小麦生育期内平均气温和日较差升高1 ℃、降水量下降100 mm、辐射量下降100 MJ/m²,冬小麦的产量随之发生变化,全生育期降水量下降导致产量敏感的面积最大,占整个研究区域播种总面积的6.5%;而辐射量下降使产量脆弱的面积最大,为2.4%。从各个生育阶段来看,研究区域内冬小麦产量对播种到拔节期辐射量下降表现为敏感和脆弱的面积比例最大,分别占9.4%和7.9%。受到4种气候因子变化的综合影响,产量对冬小麦生育期内气候变化表现为敏感的面积占播种总面积的40.0%,在7个冬麦区均有分布,产量变化为-23.0%~9.5%;产量脆弱的面积占14.0%,主要分布在川西北高原大部及盆西、盆南和川西南的部分区域。     

黄土高原冬小麦田土壤水分与小麦产量对降水和气温变化响应的模拟研究

明确黄土高原地区降水和气温变化对冬小麦田土壤水分和产量的影响,对探索适应气候变化的冬小麦田间管理措施具有重要的现实意义。论文在验证EPIC模型对冬小麦田土壤水分模拟精度的基础上,以历史气象数据为基础,设置TR1、TR2和TR3三个气候情景,采用作物模型模拟的方法,研究黄土高原冬小麦田土壤水分和冬小麦产量对降水和气温变化的响应。结果显示：1）1961—2010年黄土高原降水呈降低趋势,其年际间变化幅度和频率均有所增加。与1961—1970年相比,洛川、长武、运城和延安的年均降水量在2001—2010年间分别降低了18.1%、13.6%、18.8%和24.9%,其变差系数分别增加了0.029、0.087、0.02和0.057。1961—2010年黄土高原气温呈波动性增加趋势,其中日最低气温增加幅度大于日最高气温增加幅度。与1961—1970年相比,日最高气温在2001—2010年间增加了0.30~0.84 ℃,而日最低气温增加了1.00~1.55 ℃。2）EPIC模型能够较好地模拟黄土高原冬小麦田土壤水分动态变化规律,0~2.0 m土层土壤湿度观测值与模拟值间的相对均方根误差RRMSE值为6.0%~14.0%,R²和模型效率ME值分别为0.824和0.815。3）黄土高原地区降水的减少和最高气温的增加均不利于冬小麦生产,而最低气温的提高对冬小麦生产较为有利。洛川、长武、运城和延安冬小麦产量因年降水量的降低而分别减产了8.5%、7.6%、11.7%和12.3%;因日最高气温的升高分别减产了6.4%、6.8%、7.2%和-3.0%;因日最低气温的提高而分别增加了8.8%、10.2%、1.5%和12.0%。因此,为适应降水减少和日最低气温升高的趋势,黄土高原冬小麦生产区应适当调整冬小麦播期,研究并推广保水节水技术措施,充分利用气候变化对冬小麦生产的有利因素,克服不利因素,确保冬小麦的可持续生产。     

黄淮海平原冬小麦种植的气候变化适应评估

水资源短缺影响黄淮海平原农业稳定和可持续发展。气候变化情景下,农业用水紧张的问题可能进一步加剧,种植制度和作物品种区域布局将面临调整。论文利用IPCC 5三种代表性温室气体浓度排放路径（RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5）的多模式集成数据,基于VIP（soil-Vegetation-atmosphere Interface Processes）生态水文模型,模拟了2011—2059年黄淮海平原二级子流域的水资源盈亏变化。在此基础上,针对水分亏缺最严重的子流域,设计无外来调水和维持2000—2010年调水总量水平的两种流域地下水采补均衡情景,对冬小麦种植区域的合理布局及其对产量的影响进行评估。结果表明,2050年代黄淮海平原农作物蒸散量增幅大于降雨量增幅,北部地区水分亏缺量将增加,南部地区水分盈余量则减少。在低到高的排放情景下,全区域水分盈余量下降0.1%~14.1%。两种地下水采补均衡情景下,2050年代黄淮海平原冬小麦种植面积应分别减少9.8%~11.3%和7.0%~8.8%,相应产量分别增加0~11.9%和3.0%~15.9%。适当减少冬小麦种植面积,可有效减缓黄淮海地区农业水资源的不足,保护生态环境,促进农业可持续发展。     

Future production of rainfed wheat in Iran (Khorasan province): climate change scenario analysis

Projecting staple crop production including wheat under future climate plays a fundamental role in planning the required adaptation and mitigation strategies for climate change effects especially in developing countries. The main aim of this study was to investigate the direction and magnitude of climate change impacts on grain yield of rainfed wheat (Triticum aestivum L.) production and precipitation within growing season. This study was performed for various regions in Khorasan province which is located in northeast of Iran. Climate projections of two General Circulation Models (GCM) for four locations under three climate change scenarios were employed in this study for different future time periods. A stochastic weather generator (LARS-WG5) was used for downscaling to generate daily climate parameters from GCMs output. The Decision Support System for Agrotechnology Transfer (DSSAT) Version 4.5 was employed to evaluate rainfed wheat performance under future climate. Grain yield of rainfed wheat and precipitation during growth period considerably decreased under different scenarios in various time periods in contrast to baseline. Highest grain yield and precipitation during growth period was obtained under B1 scenario but A1B and A2 scenarios resulted in sharp decrease (by ?57 %) of grain yield. Climate change did not have marked effects on evapotranspiration during the rainfed wheat growth. A significant correlation was detected between grain yield, precipitation and evapotranspiration under climate change for both GCMs and under all study scenarios. It was concluded, that rainfed wheat production may decline during the next 80 years especially under A2 scenario. Therefore, planning the comprehensive adaptation and mitigation program is necessary for avoiding climate change negative impact on rainfed wheat production.     

Regional crop yield, water consumption and water use efficiency and their responses to climate change in the North China Plain

The North China Plain (NCP) is one of the most important regions for food production in China, with its agricultural system being significantly affected by the undergoing climate change and vulnerable with water stress. In this study, the Vegetation Interface Processes (VIP) model is used to evaluate crop yield, water consumption (ET), and water use efficiency (WUE) of a winter wheat (Triticum aestivum L.)–summer maize (Zea mays L.) double cropping system in the NCP from 1951 to 2006. Their responses to future climate scenarios of 21st century projected by the GCM (HadCM3) with Intergovernmental Panel on Climate Change Special Report on Emission Scenario (IPCC SRES) A2 and B1 emissions are investigated. The results show a rapid enhancement of crop yield in the past 56 years, accompanying with slight increment of ET and noticeable improvement of WUE. There exist spatial patterns of crop yield stemmed mainly from soil quality and irrigation facilities. For climate change impacts, it is found that winter wheat yield will significantly increase with the maximum increment in A2 occurring in 2070s with a value of 19%, whereas the maximum in B1 being 13% in 2060s. Its ET is slightly intensified, which is less than 6%, under both A2 and B1 scenarios, giving rise to the improvement of WUE by 10% and 7% under A2 and B1 scenarios, respectively. Comparatively, summer maize yield will gently decline by 15% for A2 and 12% for B1 scenario, respectively. Its ET is obviously increasing since 2050s with over 10% relative change, leading to a lower WUE with more than 25% relative change under both scenarios in 2090s. Therefore, possible adaptation countermeasures should be developed to mitigate the negative effects of climate change for the sustainable development of agro-ecosystems in the NCP.     

Modelling Crop-Climate Interactions in Spain: Vulnerability and Adaptation of Different Agricultural Systems to Climate Change

This study evaluates the theoretical impact of climate change on yields and water use of two crops with different responses to increased CO₂ and which represent contrasting agricultural systems in Spain. In all cases the simulated effects of a CO₂-induced climate change depended on the counteracting effects between higher daily ET rates, shortening of crop growth duration and changes in precipitation patterns as well as the simulated effects of CO₂ on the water use efficiency of the crops. For summer irrigated crops such as maize, the yield reductions and the exacerbated problems of irrigation water availability simulated with climate change may force the crop out of production in some regions. For winter dryland crops such as wheat, productivity increased significantly in some regions, suggesting a northward shift of area suitable for wheat production in future climates. The study considered strategies for improving the efficiency of water use based on the optimization of crop management decisions in a CO₂-driven warmer climate. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.