东北多年冻土区植被NDVI变化及其对气候变化和土地覆被变化的响应

利用1982~2006年的NOAA AVHRR-GIMMS和MODIS 2种数据集的归一化植被指数(NDVI)数据对东北多年冻土区植被NDVI年际动态和空间差异进行分析,并结合气象数据和土地利用/覆被数据分析了植被NDVI对气候变化和土地利用/覆被变化的响应.研究表明,东北多年冻土区植被NDVI值较高,且空间差异明显;森林为该区主要植被类型,NDVI值较高,主要分布于大小兴安岭和伊春地区;草地集中分布于西南部, NDVI值相对较低.东北多年冻土区过去25a间植被生长的变化趋势为:伴随着气温的显著升高和降水量减少,植被NDVI显著下降.较气温而言,降水量是影响植被NDVI的主要因子(r = 0.77, P < 0.01).在气候变化和人类活动的双重作用下,东北多年冻土区植被NDVI在1982~2006年间表现为4个阶段:1982~1990年,植被NDVI虽有小幅波动,但整体上呈持续增加的趋势;1990~1993年,植被NDVI呈迅速下降趋势; 1993~1997年,植被NDVI呈现回升态势,表现出缓慢上升的趋势;1998~2006年,植被NDVI呈现总体下降趋势.不同植被类型表现出不同的NDVI年际变化规律,尤以草地NDVI值波动最大.植被NDVI变化空间异质性显著.气候变化和多年冻土退化影响了东北多年冻土区植被NDVI动态.年均气温升高和年降水量降低影响了植被的生长.从像元尺度来看,研究区植被NDVI与气温和降水均具有较显著的相关性.研究区土地利用/覆被变化的分析结果表明,不同的土地利用类型间的转变对植被NDVI的大小和空间分布产生了重要影响.     

全球变暖背景下中亚兴都库什、喀喇昆仑及天山气候变化研究进展

中亚兴都库什、喀喇昆仑及天山山脉（HKT）是气候变化敏感区,其在全球变暖背景下的气候变化对区域生态和经济系统的稳定性及可持续发展有重要意义。目前对中亚高海拔地区的研究多集中于局部区域,有关HKT地区气候变化的综合对比分析较为缺乏。本文对HKT地区现代气候变化的相关研究成果进行简单梳理和回顾,重点总结了HKT地区气候变化特征、影响机制及其与全球变暖的联系。结果表明：（1）近60 a,HKT地区不同区域气候的时空特征存在差异,从时间上看,天山的年均温及年降水量均呈上升趋势,而兴都库什-喀喇昆仑山的年均温呈不显著增加趋势,其年降水量变化趋势不稳定;从空间上看,HKT地区山脉南坡气温高于北坡,但北坡降水量高于南坡,且天山南北坡年降水均呈上升趋势。（2）HKT地区的气候变化除了受西风环流、南亚印度季风及局地条件等影响外,还受到北大西洋涛动和厄尔尼诺-南方涛动等大尺度气候模态的调制,如兴都库什-喀喇昆仑山脉在NAO正（负）位相和ENSO暖（冷）位相降水趋于增加（减少）。     

1901—2014年黄土高原区域气候变化时空分布特征

气候变化对黄土高原地区环境与经济影响重大,研究其在小地理尺度上的时空变化趋势对该区应对全球气候变化制定适应性策略有重要意义。论文基于CRU 1901—2014年逐月气候数据集,利用Delta空间降尺度方法对该数据集在黄土高原地区进行降尺度处理并评价,最后采用距平、Mann-Kendall趋势检验和Sen’s斜率估计方法分析该区历史时期气候变化的时空分布特征。结果表明：1）使用Delta法将分辨率为0.5°×0.5°的月降水量和月均温数据降尺度到分辨率为1 km×1 km的网格上是可行的,其中线性插值法最适合该区降尺度过程。2）1901—2014年该区年降水量年际变化趋势不显著,但年均温以0.1 ℃/10 a的速率显著上升;与气候平均值相比,20世纪60年代为相对湿冷期,80年代以后为相对干暖期;年降水量在该区西部地区（面积占3.05%）以0.24 mm/10 a~3.52 mm/10 a的速率显著增加,年均温在西部以外地区（面积占91.30%）以0.02 ℃/10 a~0.17 ℃/10 a的速率由西南向东北显著上升。3）1981—2010年黄土高原西部地区（面积占92.02%）相比气候平均值变干变暖,西部以外地区（面积占7.98%）变湿变暖;年降水量只在民和及其以南极少数地区（面积占0.05%）以17.25 mm/10 a~27.93 mm/10 a的速率显著增加,年均温在西部以外地区（面积占87.61%）以0.23 ℃/10 a~0.71 ℃/10 a的速率显著上升。上述研究结果可为该区在制定应对全球气候变化策略时提供科学依据。     

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.     

1901—2017年藏西南高原气候及其生产潜力时空变化

研究全球变暖背景下藏西南高原气候及气候生产潜力时空分布,对该区农牧业发展、生态保护和可持续发展等具有重要意义。基于1901—2017年的中国气象再分析数据,利用Miami和Thornthwaite Memorial模型对近117年藏西南高原气候变化、气候生产潜力的时空分布及影响因素进行了分析。结果表明：近117年来藏西南高原年均温呈上升趋势,年均降水量呈下降趋势,并存在明显周期和突变点;温度生产潜力呈增加趋势,空间上自东南向西北递减;降水、蒸散和标准生产潜力呈减小趋势,呈现自南向北递减的空间分布特征;标准生产潜力由降水和温度共同决定,降水是主要限制因子。未来气候若持续“暖干化”变化,将导致藏西南高原气候生产潜力下降。为促进畜牧业发展和生态环境的改善,未来应进一步推进退牧还草、人工种草、舍饲养殖等工程,并选用耐寒耐旱高产草种,提高牧草产量,实现草畜平衡,以推动传统畜牧业向现代牧业转变,实现草原生态保护和可持续发展。     

气候变化对淮河流域水量水质影响分析

气候变化对水量水质的影响是气候变化与水研究领域热点和难点问题之一,尤其是对水质的影响。论文以淮河中上游流域为例,利用德国马普研究所的气候模式（MPI）情景数据驱动已率定好的分布式水量水质耦合模型,模拟和分析了未来近期（2020年代）和中长期（2030年代）气候变化对流域出口断面水量水质过程、产流系数和污染空间分布的影响。此外,基于历史典型重大突发性水污染事件时期极端降水的时空分布特征,推测未来可能发生突发性水污染事件的频率和时间。研究表明：1）温室气体中等排放A1B情景下,相比于基准年（1990年代）,流域降水呈下降趋势,但气温增幅近2 ℃,势必导致出口断面径流量明显减少和流域蒸散发增加,也导致入河非点源负荷减少;此外气温升高导致水体污染负荷降解速率加快,因此出口断面的污染负荷也有所减少。2）从空间分布来看,未来流域产流系数将有所降低。受气候变化影响较高的地区为沙颍河上游和涡河上游地区。受产流系数降低的影响,流域水污染发生率将有所上升,影响较高的区域位于洪汝河上游、沙颍河上游和贾鲁河等水系。3）在排污水平和闸坝调度规则不变的情况下,2020年代和2030年代重大突发性水污染事件预测可能发生时间为2035年7月,约为20 a一遇,低于基准期间约3~4 a一遇。总的来说,相比于基准年,气候变化对淮河中上游流域未来水量水质的影响适中。     

Forest Fires and Climate Change in the 21ST Century

Fire is the major stand-renewing disturbance in the circumboreal forest. Weather and climate are the most important factors influencing fire activity and these factors are changing due to human-caused climate change. This paper discusses and synthesises the current state of fire and climate change research and the potential direction for future studies on fire and climate change. In the future, under a warmer climate, we expect more severe fire weather, more area burned, more ignitions and a longer fire season. Although there will be large spatial and temporal variation in the fire activity response to climate change. This field of research allows us to better understand the interactions and feedbacks between fire, climate, vegetation and humans and to identify vulnerable regions. Lastly, projections of fire activity for this century can be used to explore options for mitigation and adaptation.     

中国森林植被生物量空间网格化估计

森林是陆地生态系统的重要碳库之一,在全球碳循环中发挥着巨大作用。森林生物量是核算森林碳储量的主要因子,其数量及空间分布是评估森林生态系统碳汇潜力的重要参数。论文以中国第8次森林资源清查资料为基础,以影响森林生物量空间分布的气候（气温、降水）、地形（高程、坡度）和植被因子（NDVI）为辅助,利用降尺度方法估算了1 km×1 km格网分辨率下的中国森林生物量,并从不同空间尺度对研究结果进行了验证。结果表明：1）中国森林生物量总量约为13.56 Pg,平均生物量密度为65.3 t/hm²,各省森林生物量总量差异较大,总量较高省份主要集中于西南和东北内蒙古地区,其中西南地区（西藏、四川、云南）最高,为4.5 Pg,占总量的33%;东北内蒙古地区（黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古）次之,为3.58 Pg,占总量的26%;2）在省级尺度构建的森林生物量与相关影响因子的回归关系可用于栅格尺度下森林生物量的降尺度估算,多尺度验证分析表明网格化估算结果基本合理;3）中国森林生物量空间格局区域分异规律明显,大致以东北至西南为界,与水热条件空间分布格局基本一致,生物量高值区主要集中于东北地区（大小兴安岭、长白山地区）、西南地区（横断山脉）、新疆山区（阿尔泰山、天山、昆仑山）、秦岭和东南武夷山等地区。     

中国降水及流域径流均匀度时空特征及影响因子研究

在气候变化与人类活动综合影响下,降水过程与地表径流关系一直是气象水文学研究的热点与难点。基于全国554个雨量站点日雨量数据及370个水文站点月径流数据,利用基尼（Gini）系数和相似性分析（ANOSIM）分析了中国降水和径流时空均匀度变化特征,研究表明：1）我国降水年内分配均匀度从西北到东南依次增加,径流年内分配均匀度东北较高,东南较低。降水年内分配均匀度在1980年前后没有发生明显变化,1980年后径流年内分配均匀度较1980年前在程度上更均匀,在范围上更广泛。2）我国东北、西北以及东南地区降水年内分配Gini系数呈下降趋势,其中长江流域和西南诸河上游呈显著下降趋势;径流年内分配Gini系数大部分地区呈下降趋势,其中长江流域、东南诸河呈显著下降趋势。1980年后,降水和径流年内分配Gini系数在长江流域和黄河流域的趋势正好相反,表明人类活动改变了径流天然的时间分配特征。3）在各水文区域内,降水和径流在量级、频率、历时以及时间上均具有空间相似性。1980年前后,降水空间分布均匀度在减小（不显著）,径流则相反（显著）。4）降水和径流特征变化在一定程度上具有一致性,但是在变化范围和程度上也有较大差异性。人类活动正在加深或反向影响降水引起的水文特征变化,使区域水资源的时空分布趋于均匀。     

Assessment of future scenarios of climate and land-use changes in the IMPRINTS test-bed areas

The main objective of this work is to identify and evaluate the potential impacts produced by climate and land-use changes in six European test-bed basins (Llobregat, Guadalhorce, Gardon d’Anduze, Linth, Verzasca and Sambuco). Data to build future scenarios that can modify the different basins’ flash flood and debris flow risk level has been analyzed in this paper. High resolution climate scenarios have been obtained from several European projects and/or National initiatives, depending on each case. Climatic variables have been widely analyzed, with a special focus on extreme precipitation. Typical generalized extreme value (GEV) distributions have been fitted to observed and projected rainfall data to assess impacts in the frequency distributions of extreme rainfall up to 2100. Regarding climate, the main conclusion is the importance of using data at the maximum spatial and temporal resolution applying downscaling methodologies adapted to basin scale (test-bed areas ranging from approx 200 to 5000 km²) and oriented to obtain extreme rainfall values.In general, high variability has been detected, obtaining very different results for the different models and scenarios. Data corrections may lead to better representations of present situations and, therefore, more reliable future projections, but currently some of them are not suitable for extreme precipitation assessment.Regarding land-use changes, a cellular automata-based model has been used (MOLAND) to simulate the 2000–2040 period taking the CORINE land-use dataset as input data. Llobregat, Guadalhorce and Gardon d’Anduze basins have been identified as potentially interesting for simulating urban land-use dynamics due to the existence of important urban areas within their limits. The assessment of the rural land-use changes has been carried out using the results from the EURURALIS project (2000–2030 period), available for all the basins.The results of this paper are framed in the FP7 project IMPRINTS that has the aim of analyzing impacts of future changes to provide guidelines for mitigation and adaptation measures and, in general, to improve the application of the EC Flood Risk Management Directive.     

中亚地区气候生产潜力时空变化特征

根据中亚5 国100 个气象站1901-2000 年月平均温度和降水资料,运用Miami、Thornthwaite Memorial 模型对中亚地区气候生产潜力进行了计算,用气候倾向率、Mann-Kendall 法、并结合ArcGIS 和SPSS 对其时空变化特征及驱动力进行了分析。结果表明：①中亚地区100 a 降水气候生产潜力（Yr）和蒸散气候生产潜力（Ye）均呈逐渐增加的趋势,温度气候生产潜力（Yt）趋势相反,Yr 和Ye 均发生了4 次突变,Yt 没有发生突变;②气候生产潜力区域差异明显,其中,Yt 呈从西南向东北减少的趋势,Yr 和Ye 变化比较复杂,大致具有东部大于西部的规律;③增温增湿的气候变化趋势有利于中亚气候生产潜力的提高,中亚气候生产潜力对增湿的响应更敏感。     

基于分布式水文模型的三峡库区污染负荷对气候变化的响应研究

在建立的耦合了污染负荷模拟模块的三峡水库分布式水文模型的基础上,结合多个全球气候模式的集合平均模拟结果,采用统计降尺度模型SDSM将全球气候模式和分布式水文模型耦合,评估了未来气候变化对三峡库区污染负荷的影响,考虑到研究中存在的不确定性,采用假设情景法,分析了三峡库区污染负荷对不同降水量变化的响应情况.结果表明,库区总氮和总磷负荷均与降水量成正相关,在降水量增加量相同的情况下,总氮负荷变化比总磷更剧烈,而在降水量减少量相同的情况下,总磷负荷变化比总氮更剧烈.另外,降水变化主要对三峡库区4—8月的污染负荷量有较大影响.     

我国东部河流水文水质对气候变化响应的研究

基于A2和B2气候变化情景,采用统计降尺度模型SDSM,将由3个国际上流行的大气环流模式GCMs(Had CM3、CSIRO-Mk2和CGCM2)模拟的未来我国东部长乐江流域的气温和降水,与水土评价模型SWAT相耦合,分析了该流域水文水质对气候变化的响应,并比较了3个大气环流模式模拟结果的异同.结果表明,所有气候情景下,TN浓度有明显的升高趋势;TP浓度有增有减,总体上仍呈微弱增加趋势.河川径流呈微弱减少趋势,而营养物负荷量呈微弱增加趋势,说明该流域水文水质状况受气温升高的影响大于降水微弱增加的影响.另外,在不同的气候变化情景下,年内径流和营养物负荷变化情况存在较大差异.研究结果可为理解河流水环境对气候变化的响应及其应对管理提供理论依据.     

东北地区植被时空演变及影响因素分析

基于2000~2020年MODIS NDVI遥感数据,辅以气象数据和土地利用数据,通过小波分析、Sen+Mann-Kendall趋势分析、Hurst指数、偏相关分析及残差分析法,以不同地形地貌为单元,对不同周期阶段下东北地区植被时空演变特征及其对气候变化和人类活动的响应机制进行深入解析.结果表明:时间上,21a间东北地区植被NDVI呈速率为0.0308/10a(P<0.001)的上升趋势,以16a第一主周期下10a左右的周期变化最为稳定;空间上,东北地区植被NDVI整体处于较高水平,但空间分异明显,呈“西南低东北高”的格局.各周期阶段均为NDVI改善面积大于退化面积且改善范围不断扩增.NDVI未来变化趋势主旋律为持续改善,占总面积的63.56%;响应机制上,东北地区植被NDVI受气候变化与人类活动共同影响.2000~2020年NDVI与气温、降水和相对湿度呈正相关,与日照时数呈负相关,其中降水对NDVI的影响作用最强,且随周期演替以降水为主导气候因子的面积显著递增.各周期阶段人类活动对NDVI变化均以正向促进为主,林业工程实施是植被状况改善的关键,而建设用地扩张是植被减少的主要原因.     

中国气候变化影响研究概况

介绍了目前我国在未来气候变化影响研究方面的概况，气候影响研究采用的方法多为政府间气候变化专业委员会（ＩＰＣＣ） 第二工作组提出的气候变化影响评价方法。未来气候变化影响研究是在大气中ＣＯ２ 浓度加倍，或气温、降水变化的情景下，进行未来农业、林业、水资源、生态环境以及海平面上升等方面的潜在影响研究，其中有模型研究、实验室研究、宏观研究和适应对策研究等。这些研究采用的未来气候情景多为ＧＣＭ 模型预测的气候情景     

中国气候变化影响研究概况

介绍了目前我国在未来气候变化影响研究方面的概况,气候影响研究采用的方法多为政府间气候变化专业委员会(IPCC)第二工作组提出的气候变化影响评价方法。未来气候变化影响研究是在大气中C0₂浓度加倍,或气温、降水变化的情景下,进行未来农业、林业、水资源、生态环境以及海平面上升等方面的潜在影响研究,其中有模型研究、实验室研究、宏观研究和适应对策研究等。这些研究采用的未来气候情景多为GCM模型预测的气候情景。      

西南地区陆地植被生态系统NPP时空演变及驱动力分析

研究西南地区陆地植被生态系统净初级生产力(NPP)的时空演变特征及其驱动力,对区域生态环境保护具有重要的现实意义.利用2000～2021年MODIS NPP、1999～2021年基于站点的气象数据和2000～2020年土地利用类型等数据,结合主成分分析、残差分析、Theil-Sen Median趋势分析和偏相关分析等方法,研究西南地区陆地植被生态系统NPP时空演变及其对驱动力的响应特征.结果表明,时间上,2000～2021年西南地区植被NPP呈波动上升趋势,速率为3.54g·(m²·a)^-1.气候变化和人类活动影响下,农田、草地和森林生态系统NPP均呈上升趋势,但农田生态系统NPP的上升趋势最为显著.空间上,西南地区植被NPP呈上升趋势的面积占比为89.06%,显著上升和极显著上升的区域主要分布在广西南部、四川东部、重庆西部,以及云南和贵州交界处.气候变化和人类活动对西南地区植被生长具有双重影响,气候变化和人类活动影响下农田生态系统NPP呈上升趋势的面积占比均高于草地和森林生态系统.西南地区植被NPP与各气象因子的相关性呈明显地域差异.区域尺...     

Climate change effects on pesticide usage reduction efforts: a case study in China

China has announced plans to stabilize its pesticide use by 2020. Yet, future climate change will possibly increase the difficulty of meeting this goal. This study uses econometric estimation to explore how climate impacts Chinese pesticide usage and subsequently to project the future implications of climate change on pesticide use. The results indicate that both atmospheric temperature and precipitation increase pesticide usage. Under current climate change projections, pesticide usage will rise by +1.1 to 2.5% by 2040, +2.4 to 9.1% by 2070, and +2.6 to 18.3% by 2100. Linearly extrapolating the results to 2020 yields an approximately 0.5 to 1.2% increase. Thus, to achieve stabilization, more severe actions are needed to address this increase. Possible actions to achieve the reductions needed include using better monitoring and early warning networks so as to permit early responses to climate change-stimulated increases, enhancing information dissemination, altering crop mix, and promoting nonchemical control means. Additionally, given that increased pesticide usage generally increases health and environmental damage, there may be a need to more widely disseminate safe application procedure information while also strengthening compliance with food safety regulations. Furthermore, pest control strategies will need to be capable of evolving as climate change proceeds. Globally, efforts could be made to (1) scale up agrometeorological services, especially in developing countries; (2) use international frameworks to better align the environmental and health standards in developing countries with those in developed countries; and (3) adapt integrated pest management practices to climate change, especially for fruits and vegetables.     

Impacts of climate change on water resources in the Yellow River basin and identification of global adaptation strategies

Climate change is a global environmental issue, which is challenging water resources management and practices. This study investigates the impact of climate change on water resources of the Yellow River basin, a major grain-producing area in China, and provides recommendations on strategies to increase adaptive capacity and resilience in the basin region. Results show that the recorded stream flows of the Yellow River declined from 1951 to 2010 and have decreased significantly in the middle and lower reaches. The variable infiltration capacity (VIC) model performs well as a tool to simulate monthly discharge of both the tributary catchments and the whole Yellow River basin. Temperature across the Yellow River basin over 2021–2050 is expected to continue to rise with an average rates of approximately 0.039–0.056 °C/annum. The average annual precipitation in the basin is projected to increase by 1.28–3.29 % compared with the 1991–2010 baseline. Runoff during 2021–2050 is projected to decrease by 0.53–9.67 % relative to 1991–2010 with high decadal and spatial variability. This is likely due to the model’s projections of a significant rise in temperature and changes in precipitation patterns. Climate change will likely aggravate the severity and frequency of both water shortages and flooding in the basin region. It is therefore essential to devote sufficient attention on structural and non-structural measures for the Yellow River basin to cope with climate change. At the global level, strategies to increase adaptive capacity and build resilience to climate change focus on public education to improve awareness of climate risks, implementing the integrated water resources management and planning based on impact assessments.     

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。