利用高分辨率气候模式对湖北未来气候变化的模拟与预估

利用高分辨率区域气候模式CCLM对湖北省降水和气温的模拟数据,对比分析了基准期(1961~2005年)的模拟结果和同期CN05.1的观测数据,并对RCP4.5情景下的未来(2006~2050年)气候进行了年尺度和季节尺度的预估。结果表明:(1)CCLM区域气候模式较好地模拟了湖北气温的演变趋势及其空间分布格局,对降水的时空波动模拟与同期CN05.1在降水时空变化上的匹配度较弱;(2)RCP4.5情景下,2006~2050年湖北T、T_(min)、T_(max)呈上升趋势。四季气温呈一致上升的趋势,冬季的上升速度最快,对年尺度上T、T_(min)、T_(max)上升的趋势贡献最大。(3)RCP4.5情景下,2006~2050年湖北T、T_(min)、T_(max)呈全区一致上升的格局。其中增幅最大的区域均集中于汉江湖北段北部。春季T、T_(min)、T_(max)增温大值区位于西北山地区;夏季中部平原区T、T_(min)、T_(max)相较于其他区域增幅较大;秋季西南山地区T和T_(max)较其他区域增温较高,T_(min)的增温大值区位于汉江湖北段北部;冬季鄂东南丘陵T相较于其他区域增幅较大,汉江湖北段北部T_(min)增温较大,西南山地T_(max)增温较大。     

高精度区域气候模式对淮河流域降水的模拟评估

利用CCLM（COSMO model in Climate Mode）高精度区域气候模式输出的淮河流域逐日降水数据，计算了年降水量、降水强度、大雨日数和强降水量4个降水指数，首先通过与1961～2010年流域内气象站点的降水观测数据进行对比，检验CCLM模式对淮河流域降水的模拟能力。结果表明，CCLM模式能够很好的模拟淮河流域降水的年际变化和空间分布特征，在4个降水指数中，对年降水量的模拟效果最佳。CCLM模式在SRES-A1B（中排放）情景下的降水预估数据显示，2011～2050年淮河流域降水整体将呈增加趋势，增幅在70 mm之内，降水量年际变率较大，波动范围达-40%～60%，很有可能造成未来旱涝灾害的频繁发生。空间分布上，流域南部和中部在未来40年内降水呈增加趋势，增幅不超过67%，其他区域则呈减少趋势，减幅不超过106%     

未来50年鄱阳湖流域气候变化预估

据 ECHAM5/ MPI OM模式在3种排放情景（SRES高排放A2,中排放A1B,低排放B1）下所做的21世纪前50年气候变化预估试验得到的数据,研究鄱阳湖流域2001~2050年气温和降水相对于目前气候（1961~1990年）的可能变化。结果表明：①未来50年气温在3种排放情景下都将迅速增加,远远高于1990s的增加幅度和速度。A1B情景温度增加最明显,平均气温变化达到162°C。②降水量变化相对复杂,前30年主要为减少趋势,A2情景下减少幅度最大,2020s年均降水量减少了67%;后20年降水量增加,B1情景增加最显著,2030s年增加幅度达到108%。③根据预估的各季节变化结果,1~3月和 4~6月降水量增加;而降水减少主要在7~9月和10~12月,则赣江流域类似于2003~2005年的伏旱、秋旱连冬旱的情况将可能阶段性出现,并在2011~2030年加强。④降水量的空间分异非常明显,东部变化大于西部,南部变化大于北部。⑤如果2001~2050年在A2或A1B情景下,降水序列存在20a的周期振荡;在B1情景下,存在30a的周期振荡。人类排放增加可能弱化振荡强度,并使周期发生变化。     

江汉平原马铃薯秋播密度对农艺性状及产量的影响

马铃薯（Solanum tuberosum）是一种重要的经济作物,它可以用作粮食、蔬菜、饲料及工业原料作物,江汉平原是马铃薯发展的新区。费乌瑞它是一个适宜于低山平原的早熟、优质马铃薯品种。探索马铃薯高产、优质的栽培技术规程是获得马铃薯最大经济效益、促进马铃薯生产持续发展的重要前提,为了探讨马铃薯秋播的最佳密度,设置了4 000穴/667 m2、7 000穴/667 m2、10 000穴/667 m2、13 000穴/667 m2、16 000穴/667 m2、19 000穴/667 m2等6个播种密度,研究密度对马铃薯费乌瑞它的主要农艺性状及产量的影响。试验表明：播种密度与生育期呈极显著正相关（y=0.000 8x+80514,r1=0990 7*[KG-*2]*）,密度每增加300穴/667 m2,生育期延长24 d;密度与株高（r2）呈显著负相关（r2=-0895 1*）,与出苗率（r3）、主茎数（r4）、单株块茎数（r5）和商品薯率（r6）呈极显著负相关（r3=-0941 1*[KG-*2]*,r4=-0992 4*[KG-*2]*,r5=-0964 4*[KG-*2]*,r6=-0937 9*[KG-*2]*）;密度与单株块茎重（r7）呈二次曲线关系（y=-1E-06x2+0016 8x+13978,r7=-0837 0*）,当密度为8 498穴/667 m2时,单株块茎重达到最大值;密度与单产（r8）为二次曲线关系（y= -8E-06x2+0208x+15761,r8=-0726）,当密度为12 838穴/667 m2时,单产达到最大值;密度与商品薯产量为二次曲线关系（y=-6E-06x2+0141 9x+19395,r8=-0767*）,当密度为1 1087穴/667 m2时,商品薯产量达最大值;10 000穴/667 m2播种密度的马铃薯单产和商品薯产量居首,分别为1 6309 kg/667 m2和1 109 kg/667 m2,综合性状优良;13 000穴/667 m2的效果次之;单产随后的各处理依次为19 000穴/667 m2（1 3046 kg/667 m2）、16 000穴/667 m2（1 2113 kg/667 m2）、7 000穴/667 m2（1 2105 kg/667 m2）、4 000穴/667 m2（8091 kg/667 m2）;商品薯随后的各处理依次为13 000穴/667 m2（8473 kg/667 m2）、16 000穴/667 m2（7679 kg/667 m2）、19 000穴/667 m2（634 kg/667 m2）、4 000穴/667 m2（6181 kg/667 m2）;4 000穴/667 m2的商品薯率最高,19 000穴/667 m2的商品薯率最底,各处理的商品薯率依次为4 000穴/667 m2（7640%）、7 000穴/667 m2（740%）、10 000穴/667 m2（679%）、13 000穴/667 m2（639%）、16 000穴/667 m2（585%）、19 000穴/667 m2（488%     

21世纪长江黄河源区径流量变化情势分析

以长江、黄河源区为研究对象，应用大尺度半分布式水文模型(VIC)，结合江河源区气象站多年实测温度、降水数据，检验了VIC模型的适用性。模型能较好模拟江河源区地表径流，其Nash系数和相关系数分别达到了0.853 3和0.930 2（长江源区），0.889 2和0.924 8（黄河源区）。基于率定后的VIC模型，运用高分辨率的动力降尺度气象强迫资料，分析了未来气候变化情景下，江河源区径流量可能变化趋势。结果表明，未来30~50 a，长江、黄河源区年均径流量将分别增加858%、919%；未来80~100 a，长江、黄河源区年均径流量将分别增加1716%、721%。相对于2030~2049年而言，尽管年均降水增加006 mm/d，但是黄河源区2080~2099年径流量却将减少1.98%。运用植被情景假设及2030~2049年动力降尺度气象资料，模拟分析了植被变化对江河源区地表径流的影响。从4种地表覆被情景假设可以看出，林地地表覆被产生径流量最小，裸地最大。
     

崇明东滩滨海围垦湿地生长季CO2通量特征

利用涡度相关法,观测了崇明东滩滨海围垦湿地2013年生长季的CO2通量,并分析了CO2通量动态特征及相关环境因子对其的影响。结果表明：该湿地2013年生长季累积净生态系统CO2交换量(NEE)达-1 033257 g/m2,表现为明显的CO2的“汇”。各月NEE平均日动态虽有差异,但均表现为典型的“U”型曲线;各月均表现为吸收CO2,其中7月份月累积NEE值最小,为-274928 g/m2,而9月份最大,为-67440 g/m2;就生态系统呼吸(Reco)占生态系统总第一性生产力(GPP)的比例(Z值)而言,4月份最小,而9月份最大。光合有效辐射(PAR)和日间净生态系统CO2交换量(NEEd)之间符合直角双曲线关系,表观量子效率(α)和最大光合速率(Pmax)分别在6月份和8月份达到最大值;相对于土壤温度(Ts),4 m气温(Ta4)能够更好的解释NEEn和NEEd的变化;各月NEEn与Ta4之间符合极显著指数函数关系;在7和8月份,NEEn与Ta4之间呈现出极显著负相关,即Ta4的升高能够抑制NEEn的增大,而其余月份则为极显著正相关。各月NEEd与Ta4之间均符合极显著二次函数关系,而在4、6以及9月份,NEEd与Ts10及Ts30之间并无显著相关性。就Q10值而言,除了7和8月,其余月份均呈现出Q10(Ta4)<Q10(Ts10)<Q10(Ts30)的规律。土壤体积含水量(SWC)和土壤盐度(Ss)是NEE的重要影响因子,二者与NEEn及NEEd之间均表现为极显著的相关性     

1985年以来太湖流域耕地变化与粮食生产研究

太湖流域经济与城市化过程持续加速而耕地流失及粮食供需形势日趋严峻。基于最小人均耕地面积（Smin）和耕地压力指数（K）模型及其分析与预测,定量研究流域耕地变化和粮食生产特征及趋势。结果表明：1985年以来,流域人口不断增长,耕地面积随人均GDP增长呈显著的对数型减少,粮食总产波动降低;Smin和K值经过1985～1997年的平缓波动后持续上升,2003年之后又有所降低。区域分析结果揭示了整个流域耕地压力凸显的现实;未来10 a耕地生产力提高促使Smin逐年减小,但Sa递减速度较快,K值上升明显;两种预测情景表明降低粮食自给率一定程度上缓解了区域耕地压力,但口粮供给还有缺口,由此提出转变经济发展方式、创新耕地利用和粮食生产的调控机制等相关建议     

云南腾冲地区大气降水中氢氧稳定同位素特征

为了揭示腾冲地区降水中氢氧稳定同位素特征,利用2009年1月～2011年12月腾冲地区339个降水样品资料,对降水中的氢、氧同位素组成及其影响因素进行了分析和研究。结果表明：腾冲地区大气降水中δ18O值变化范围为-2678‰～405‰,δD值变化范围为-20095‰～3689‰,均处于全球降水δ18O与δD值变化范围内。天气尺度下,腾冲地区降水中δ18O的变化具有显著的降水量效应以及反温度效应。但是,在季风降水期间,如果相邻两天都有降水发生时,腾冲地区降水中δ18O值变化并不一定遵循“降水量效应”。利用ECMWF（European Centre for Medium Range Weather Forecasts）提供的TCWV（Total Column Water Vapour）再分析资料,发现TCWV与δ18O的日变化存在明显的反位相对应关系。腾冲地区的大气降水线为：δD=818δ18O+1172,斜率与截距均比全球和全国的大气降水线偏大,说明该地区气候湿润多雨。d值分布具有季节差异,在雨季（4～9月）,腾冲地区降水的水汽主要来源于低纬度海洋,空气湿度大,降水中d值较小;在干季（10～3月）,由于受大陆性气团控制,腾冲地区降水的水汽主要来源于西风带的输送以及局地再蒸发水汽的补充,空气湿度小,降水中d值较大     

澎溪河回水区水体叶绿素a含量与流速相关关系研究

以三峡库区支流澎溪河回水区为特征区域，研究三峡水库回水区水动力条件对水体富营养化的影响。根据三峡水库的调蓄过程，在175 m高水位、小流量、低污染负荷和145 m低水位、大流量、高污染负荷两种设计条件下模拟澎溪河水体断面平均高锰酸盐指数（CODMn）、总氮（TN）、总磷（TP）浓度和叶绿素a（Chl a）含量。研究表明：澎溪河回水段从上游到下游的CODMn、TN、TP浓度有增加的趋势，在接近河口处有趋同于长江水污染物浓度的趋势。145 m低水位的大流量、高污染负荷设计条件下Chl a含量较高，在弯道下游和河道水面开阔的高阳、双江大桥断面的流速减缓区段，出现Chl a含量峰值。拟合澎溪河水体流速及Chl a含量相关关系，在枯丰两种设计条件下建立水体流速(V)与Chl a含量(S)的相关关系式，分别为S=0186 0〖DK〗·V-0353 6(相关系数r2=0838 0)和S=10844 9〖DK〗·V-0293 9(相关系数r2=0825 4)。模拟结果表明：加大水体流速有利于抑制Chl a含量。通过改变水动力条件控制水体富营养化具有可行性     

太湖流域上游外源氮、磷入湖通量模拟初步研究

湖泊-流域构成的复杂系统是湖泊富营养化研究的热点。应用SWAT模型对长江下游太湖流域上游外源氮、磷入湖通量进行模拟，以反映陆源入湖氮、磷营养盐的通量、空间分布和时间变化情况。以水文模拟为基础，引入相关系数（R）和Nash Sutcliffe效益系数（Ens）评价模拟结果。水文模拟率定期月均值R多在85%以上，Ens在024~090，模拟年平均径流量相对误差为32%。验证期各站月均值R均在80%以上，模拟年总量误差为81%。模拟结果显示，流域多年平均径流量为10415×108m3，营养盐输出浓度浙西区TN、TP分别为238 mg/L、018 mg/L；湖西区分别为568 mg/L、043 mg/L；武虞锡澄区分别为614 mg/L、040 mg/L。流域营养盐多年平均入湖通量TN为42 730 t/a，TP为3 075 t/a，2000年开始，流域TN、TP的入湖通量均有下降趋势。流域营养盐具显著空间差异，陈东港-大浦口、小梅口-长兜港、武进港-直湖港是最主要的入湖通道，贡献率分别达到27%、24%和20%，应作为流域外源营养物质管理和控制的重要区域     

1961～2049年汉江流域降水量变化研究

主要从两个方面对汉江流域的降水进行了研究。一方面,以文献综述法对1961～2011年的汉江流域降水研究文献进行了综述,比较了相关研究结果;另一方面,利用国际比较计划CMIP5中5个全球模式降尺度资料,预估了该地区到2049年的降水趋势变化。综述结果表明,1961～2011年历史时段内,汉江流域整体的降水变化较小,无明显的变化趋势,有近于17和30年的周期变化的结论。模式数据的预估结果表明,1961～2049年内,汉江流域整体上年降水没有明显的上升或下降趋势,在RCP4.5情景下存在着近17和30年的周期变化;但在RCP2.6和RCP8.5情景下,降水周期发生了变化。在RCP2.6情景下,较明显的周期为5和11年;在RCP8.5情景下,较明显的周期为8和17年。总体结论上,文献综述和模式数据的研究结果基本一致,即汉江流域过去50年以及未来30年,降水整体上没有显著的趋势变化。     

全球升温1.5℃与2.0℃情景下长江中下游地区极端降水的变化特征

基于长江中下游地区1961~2100年区域气候模式COSMO-CLM(CCLM)模拟与1961~2005年气象站观测的逐日降水数据,通过统计计算年降水量、强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率4个极端降水指数,研究全球升温1.5℃与2.0℃情景下,长江中下游地区极端降水的时空变化特征。结果表明:(1)全球升温1.5℃情景下,年降水量相对于1986~2005年减少5%,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率分别增加7%、33%和4%;概率密度曲线表明,年降水量均值下降,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率均值上升,极端降水方差增大;年降水量、强降水量和暴雨日数在空间上表现为南部增加北部减少,极端降水贡献率则相反。(2)全球升温2.0℃情景下,年降水量下降3%,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率分别上升15%、46%和15%;年降水量均值稍有减少且方差稍有上升,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率均值和方差明显增加;年降水量减少区域位于长江主干以北,强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率表现为绝大部分地区增加的空间变化特征。(3)全球升温由1.5℃至2.0℃时,年降水量、强降水量、暴雨日数和极端降水贡献率分别增加3%、7%、10%和11%;随升温幅度的增加极端降水均值和方差上升;极端降水呈增加态势的范围扩大。因此,努力将升温控制在1.5℃对降低极端降水的影响具有重要意义。     

近20年江苏省气温和降水资源变化对稻麦生产的影响

利用数理统计及非线性回归模型等方法,探求江苏省近20 a气温和降水资源变化对稻麦生产的影响。结果表明:近20 a平均温度(Tavg)、最高温度(Tmax)和最低温度(Tmin)年增加趋势为0.050℃、0.056℃和0.061℃,降水量(Prec)变化不明显。在近年气候变暖下,冬小麦全生育期和营养生长期呈显著缩短趋势(p<0.05),分别年缩短0.41 d和0.70 d,而生殖生长期年显著延长0.32d(p<0.05)。冬小麦营养生长期和全生育期长短与该时段Tavg、Tmax和Tmin呈显著负相关(p<0.05)。水稻生育期长短变化不大,呈现整体向后推移趋势。2000s与1990s相比,冬小麦生育期缩短,而冬小麦和水稻播期均推迟,因此麦-稻换茬时间延长5 d,稻-麦换茬时间减少3 d。近20 a稻麦产量均呈增加趋势,稻麦周年产量每年极显著增加85.5 kg/hm²(p<0.01)。利用非线性模型分析表明,Tavg、Tmax和Tmin每增加1℃稻麦周年单产分别增产0.47%、0.10%和1.92%,主要是因为冬小麦产量增加幅度大于水稻减产幅度。为合理利用气候资源,可考虑推迟冬小麦播种,防止其冬前旺长。选育晚熟耐高温水稻品种,促进水稻生殖生长,提高产量。     

Productivity of rainfed wheat as affected by climate change scenario in northeastern Punjab, India

Wheat (Triticum aestivum L.) is grown as a rainfed crop in the sub-mountainous region of the Punjab state of India, with low crop and water productivity. The present study aims to assess the effect of climate change scenario (A1B) derived from PRECIS—a regional climate model—on wheat yield and water productivity. After minimizing bias in the model climate data for mid-century (2021–2050), evapotranspiration (ET) and yield of wheat crop were simulated using Decision Support System for Agrotechnology Transfer, version 4.5, model. In the changed climate, increased temperature would cause reduction in wheat yield to the extent of 4, 32 and 61 % in the mid-century periods between 2021–2030, 2031–2040 and 2041–2050, respectively, by increasing water stress and decreasing utilization efficiency of photosynthetically active radiation. The decreases in crop water productivity would be 40, 56 and 76 %, respectively, which are caused by decreased yield and increased ET. Planting of wheat up to November 25 till the years 2030–2031 seems to be helpful to mitigate the climate change effect, but not beyond that.     

近47年云贵高原汛期强降水和极端降水变化特征

利用云贵高原159个常规气象站1961～2007年汛期（5～10月）逐日降水量，用百分位法定义站点强降水和极端降水阈值，对强降水和极端降水事件进行了分析研究。结果表明：云贵高原汛期强降水和极端降水阈值地理分布差异较大，与汛期降水量关系不大，而与站点海拔高度显著负相关；1961～2007年汛期降水量变化趋势不明显，但降水日数显著减少，降水有集中的趋势；强降水量和极端降水量具有与汛期降水量相似的年际波动特征，极端降水与汛期降水的相关高于强降水；以强降水量和极端降水量与汛期降水量的比重表征事件的强度，两者均呈显著增加的变化趋势，并在1990年代初期发生了显著增加的突变；强降水和极端降水与夏季季风强弱变化显著负相关。     

LUCC及气候变化对李仙江流域径流的影响

为揭示李仙江流域LUCC和气候变化对径流变化的影响，基于SWAT模型，通过设置不同情景，定量分析了不同土地利用类型和气候要素对流域内径流的影响，并结合RCP4.5、RCP8.5两种气候情景对流域未来径流的变化进行了预估。结果显示：(1) SWAT模型在李仙江流域径流模拟中具有很好的适用性，可以用SWAT模型进行流域的径流模拟，率定期的模型参数R2、Ens分别达到0.74、0.73，验证期的模型参数R2、Ens分别达到0.63、0.63；(2) 单一土地利用情景显示，将农业用地转化为林地或草地，均会导致流域径流量的减少，而将林地转化为草地则会引起流域径流量的增加，农业用地、林地、草地三者对径流增加贡献顺序为农业用地＞草地＞林地。(3) 2006~2015年间李仙江流域的LUCC引起的月均径流增加幅度小于气候变化引起的月均径流减少幅度，李仙江径流的变化由气候变化主导。(4) 在RCP4.5和RCP8.5两种气候情景下，2021~2050年间李仙江流域径流均呈减少趋势，减少的速率分别为3.6和2.15亿m³/10 a，这与1971~2015年间，流域实测径流减速为6.7亿m³/10 a的变化趋势一致，但这两种情景下，径流的减少趋势有所降低，分别为1971~2015年减速的53.7%、32.1%。     

基于SLEUTH模型的滇池流域城市扩展模拟分析

通过滇池流域1992～2010年城市扩张研究，发现城市建设用地增长主要表现为两种形态：一是边缘增长，表现为城市建成区范围不断扩大；二是道路影响增长，表现为环滇池道路两边新城市单元的产生。基于滇池流域城市扩展变化遥感数据，对SLEUTH城市扩展模型进行校准，模拟30 a间（2010～2040年）3种预案下的昆明城市扩展变化过程，并对模拟结果进行分析。3种模拟预测结果表明：任意管理预案下城市无序扩张，大量农林用地被城市建设用地占用，人口和城市建设用地呈现爆发式增长，滇池沿岸被城市包围，会对滇池水环境产生极大的压力；土地总量控制预案下城市的发展完全按照城市总体规划内容进行，没有考虑城市实际发展过程中的经济、人口等因素影响，没有达到滇池生态环境保护的需要；生态环境保护预案下，能相对有效控制建设用地，减少对农林用地、湿地的侵占，利于滇池环境保护。预测发现，从滇池流域水资源现状来看，即使实施了环境保护模式，人均水资源量仍处于“严重短缺”状态。需要通过调整昆明城镇体系和产业布局，降低城市首位度和人口；采取更为严格的空间管制策略，有效控制城市空间扩展，以减少对滇池流域的环境压力