1961—2014年中国干燥度指数的时空变化研究

论文采用中国1961—2014年530个气象站数据,运用FAO-56 Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发量,并结合降水量计算中国1961—2014年干燥度指数(Aridity index,AI),然后采用Mann-Kendall趋势检验、突变检验和小波分析对其进行时空变化分析。结果表明:1)1961—2014年中国整体、西北地区、青藏地区的干燥度指数均呈显著减小趋势,而南方地区干燥度指数呈微弱减小趋势,北方地区干燥度指数呈不显著增加趋势。中国干燥度指数的突变发生于1986年,而各个分区的突变时间有所差异。2)1961—2014年中国整体、北方地区和西北地区干燥度指数变化主周期均为28 a,南方地区稍晚1 a,青藏地区提前2 a,所有地区均在主周期上经历了变大—变小—变大的过程。同时所有地区也存在不同时间尺度的次周期变化。3)整个中国、西北地区和南方地区潜在蒸散发量的减少和降水量的增加,共同引起了干燥度指数的减小。在北方地区,年降水量的显著减小和潜在蒸散发减小引起干燥度指数呈现微弱增加趋势。在青藏地区,潜在蒸散发的微弱增加和降水量显著增加引起干燥度指数呈现显著减小趋势。4)中国干燥度指数在空间格局上和降水的分布相反,呈现出西北大、东南小的特征。北方地区整体干燥度指数偏小,但中部区域降水相对减少,蒸发能力增强,导致干燥度指数相对偏大。南方地区气温较高,蒸发能力强,但雨量充沛,是我国干燥度指数最小的区域。西北地区较为干燥,降水少,蒸发强,是我国干燥度指数最大的区域。青藏地区由于青藏高原的阻挡作用以及东部地区较为丰富的降水量,使得干燥度指数由东向西逐渐增加,呈现西干东湿的格局。     

1961—2014年中国干燥度指数的时空变化研究

论文采用中国1961—2014年530个气象站数据,运用FAO-56 Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发量,并结合降水量计算中国1961—2014年干燥度指数（Aridity index,AI）,然后采用Mann-Kendall趋势检验、突变检验和小波分析对其进行时空变化分析。结果表明：1）1961—2014年中国整体、西北地区、青藏地区的干燥度指数均呈显著减小趋势,而南方地区干燥度指数呈微弱减小趋势,北方地区干燥度指数呈不显著增加趋势。中国干燥度指数的突变发生于1986年,而各个分区的突变时间有所差异。2）1961—2014年中国整体、北方地区和西北地区干燥度指数变化主周期均为28 a,南方地区稍晚1 a,青藏地区提前2 a,所有地区均在主周期上经历了变大—变小—变大的过程。同时所有地区也存在不同时间尺度的次周期变化。3）整个中国、西北地区和南方地区潜在蒸散发量的减少和降水量的增加,共同引起了干燥度指数的减小。在北方地区,年降水量的显著减小和潜在蒸散发减小引起干燥度指数呈现微弱增加趋势。在青藏地区,潜在蒸散发的微弱增加和降水量显著增加引起干燥度指数呈现显著减小趋势。4）中国干燥度指数在空间格局上和降水的分布相反,呈现出西北大、东南小的特征。北方地区整体干燥度指数偏小,但中部区域降水相对减少,蒸发能力增强,导致干燥度指数相对偏大。南方地区气温较高,蒸发能力强,但雨量充沛,是我国干燥度指数最小的区域。西北地区较为干燥,降水少,蒸发强,是我国干燥度指数最大的区域。青藏地区由于青藏高原的阻挡作用以及东部地区较为丰富的降水量,使得干燥度指数由东向西逐渐增加,呈现西干东湿的格局。     

气候变暖对中国热量资源分布的影响分析

依据中国520个气象站1951～2005年的日平均温度资料,得出各年代的≥10℃、≥0℃积温和持续天数分布的变化,进而分析了气候变暖对中国热量资源分布的影响。结果表明：中国≥10℃、≥0℃积温和持续天数的总体趋势是普遍增加的。尤其,从20世纪80年代开始伴随着全球变暖加剧,积温和持续天数增加比较明显。中国≥10℃、≥0℃积温和持续天数在东部增幅大,西部增幅小;它们的等值线在东部平原地区不断北移,从南方到北方推进速度不断加大,在西部地区由于地形复杂,等值线变化较小,在高山和高原发现有向高海拔地区抬升的趋势。在气候变暖的背景下,中国热量资源分布的变化已对有些地区气候带的划分产生了一定程度的影响。     

1960-2011 年东北地区热量资源时空变化特征

基于1961-2011 年东北地区88 个气象站逐日气温资料,采用Kendall-Theil 线性趋势估计等方法探讨了该地区热量资源的时空变化特征。结果表明,近50 多年东北地区稳定≥0 ℃积温以25～95 ℃·d/10 a 的趋势显著增加,三江平原的增加趋势明显大于东部山区。稳定≥0 ℃气温的起始期在东北北部和中部显著提前,终止期在北部基本显著延后,日平均气温稳定≥0℃的日数在北部和中部地区基本以2～4 d/10 a 的趋势显著增加。东北地区大部分站点终霜冻日期明显提前,初霜冻日期明显延后,无霜冻期基本以3～5 d/10 a 的趋势显著增加。稳定≥10 ℃积温以30～110 ℃·d/10 a 的趋势显著增加,稳定≥10 ℃气温的起始期北部地区显著提前,终止期南部地区显著延后,作物有效生长期在中部和北部地区基本以2～4 d/10 a 的趋势显著增加。     

中国西北地区城市经济发展对降水趋势的影响

利用西北地区136 个气象站1961-2012 年的降水量、降水日数、降水强度、日最大降水量、城市与经济发展等数据,研究了西北地区降水各要素的趋势变化特征及人为活动影响。结果表明,西北降水量在1980 年以后呈增加趋势,但东西部趋势相反,中西部地区增加,而东部地区减少。经济快速期(1979-2012 年)与慢速期(1961-1978 年)降水量的趋势差表明,人为活动密集的东部地区降水下降趋势明显减缓;而中西部区域的化工区、城市及其下风区的降水量、降水日数、降水强度和日最大降水量都有明显增加。省会城市和化工城市对降水各指标的正贡献总体在10%~60%之间,其中化工城市对降水的影响最为显著。多元回归表明,社会固定资产投资、工业产值和服务业产值对西北降水有显著影响。     

近50年辽宁热量资源时空演变特征分析

结合GIS技术、气候倾向率以及突变分析方法对辽宁近50年热量资源相关要素的时空演变特征和突变特征进行分析,研究表明：就区域平均值而言,除≥20℃积温以外,其它各界限温度积温都表现出极显著增多趋势,增幅在64~67℃•d /10a之间。≥0℃和≥5℃初日显著提前,≥10℃和≥15℃终日显著延后,持续日数都显著增多。≥0℃、≥5℃和≥10℃积温在1993年前后发生突变,≥15℃和≥20℃积温气候突变发生在1998年前后;≥0℃、≥10℃、≥20℃初日,≥0℃、≥5℃、≥10℃、≥15℃持续日数以及≥20℃终日都发生气候突变。在空间上,近50年≥0℃和≥10℃积温：在辽西大部、中部平原以及大连大部地区极显著增多,且增幅最大,在60℃•d/10a以上;在1970年代减少,从1980年代开始不断增多。≥0℃持续日数在中部平原、辽西南部、东部山区南部和大连南部地区显著增多,其中高值区范围在1980年代减小,低值区范围年代间交替变化。≥10℃持续日数在环渤海部分地区、中部平原和辽北部分地区显著增多,在1970年代大部地区减少,从1980年代开始,大部地区持续增多。     

未来气候情景下中国亚热带地区柑桔气候风险度变化

选取中国亚热带地区273个气象站点1961-2005年逐日气象资料,结合IPCC SRES A2情景下未来亚热带地区温度、降水模拟数据,综合考虑柑桔气候适宜性水平及其变率变化,构建柑桔的风险度模型,对未来中国亚热带地区柑桔气候风险性变化进行了研究。结果表明,中国亚热带地区柑桔风险度出现了不同速度和形式的趋势性变化,近46 a来,柑桔气候风险度有逐渐增加的趋势,尤其以20世纪80年代初以来增加最快;同时中国亚热带地区柑桔生产的气候风险性对全球气候变化的响应也存在着区域分异性,中国亚热带柑桔气候风险在其北部边缘地带和西部高山地区风险度是降低的,在中部和南部风险度是升高的,尤其以中部地带升高最快。     

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。     

河西走廊中部大气降水δ~(18)O变化特征及水汽输送

河西走廊中部地区气候条件特殊,小循环过程独特复杂,因而应用降水等各种水体中的氢氧稳定同位素信息来明晰水循环特征,成为近年较为常用的方法.利用GNIP张掖站点大气降水稳定同位素资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过研究张掖站11年大气降水的氢氧稳定同位素组成,建立了张掖局地大气降水线方程,结合西水、莺落峡、平川、正义峡4个辅助站点资料,分析了河西走廊中部地区氢氧稳定同位素的时间变化规律,并建立水汽输送模式.结果表明,除西水外,其余站点区域大气降水线方程的斜率与截距均低于全球和中国大气水线,说明河西走廊中部地区降水主要来源于大尺度水汽循环,局地蒸发较为强烈且降水过程中张掖站点的蒸发作用强于其他站点.河西走廊中部地区大气降水中δ18O与温度、水汽压之间呈现较为显著的正相关关系;在全年尺度下,降水量效应不明显;由于干旱区降水主要集中在气温较高的月份,在暖季,温度效应掩盖了降水量效应,使得降水量效应无法体现.对过量氘和水汽输送的研究表明,西风带的水汽输送为河西走廊中部地区提供了基本的水汽来源,西风带季节变化对其水汽输送通量散度和d值季节变化有直接的作用.从d值的变化来看,河西走廊中部具有明显的季节变化特征,暖季d值明显小于冷季,且呈现一种先降后升的变化趋势;从数值来看,暖季d值小于10‰的次数多于d值大于10‰的次数,冷季d值大于10‰的次数多于d值小于10‰的次数,说明冷季水汽在运行过程中受到地表水汽补给的作用明显.     

北方农牧交错带降水极值变化空间特征

农牧交错带是我国生态环境脆弱带,以109个气象站1971～1998年间的逐日降水资料,分析了农牧交错带年降水量、侵蚀性降水及暴雨等方面降水极值的时间变化及空间分布。结果显示农牧交错带平均每年发生侵蚀性降水的日数在3.5～17.6d之间,暴雨日数在0～2.6d之间;大部分地区的年降水量、侵蚀性降水量及暴雨量等都呈现不同程度的增加趋势,但暴雨量以及侵蚀性降水量等降水极值指标增加趋势更明显,反映出多数地区降水强度增加、降水侵蚀的潜在能力增强的特征;局部地区的降水极值呈减少趋势。     

农业气候资源变化对双季稻生产的可能影响分析

基于长江中游地区50 个气象台站自1960 年以来的历年地面气象观测资料,分1960-2009 及1960-1984、1985-2009 年3 个不同时间段,分温度生长期、早稻生长期、晚稻生长期分别分析了热量、光照、降水等农业的变化特征,并讨论对双季稻生产的可能影响。1960-2009年,该地区温度生长期平均气温、平均日最低气温、平均日最高气温的平均增速分别为0.08 ℃/10 a、0.09 ℃/10 a、0.07 ℃/10 a,≥10 ℃活动积温的平均增速为66.3 ℃/10 a,日照时数的平均减速为31.7 h/10 a,降水量的平均增速为3.7 mm/10 a。表现为温度上升、积温增加、温度生长期延长、日照时数减少、降水量微弱增加的变化特征。温度升高、积温增加可能导致发育速度加快、生育期缩短、病虫害加重,日照时数减少可能影响叶片光合及产量。早稻生长期的平均气温、≥10 ℃活动积温的增速分别为0.20 ℃/10 a、48.9 ℃/10 a,晚稻生长期分别为0.09 ℃/10 a、14.6 ℃/10 a,早稻和晚稻生长期间日照时数的下降速率分别为18.6 h/10 a、42.7 h/10 a,降水量的增加速率分别为1.9 mm/10 a、8.7 mm/10 a,表现为升温速率早稻大于晚稻,日照时数下降速率晚稻大于早稻,降水量增加速率晚稻大于早稻。早稻期间升温和积温增加明显可能有利于早稻提前播种、选用生育期稍长的品种、提高产量潜力和产量,晚稻期间升温不明显且日照时数下降则可能不利于群体光合和产量形成,影响其产量潜力和产量。区域中的江汉平原、洞庭湖平原等基础条件好的地区,其热量、日照、降水同步增加,其他地区则表现为热量、降水增加,但日照时数下降,要充分发挥其基础条件好与气候资源丰富且同步增加等优势,发展高效规模化生产,增强稻谷生产能力。     

三江源地区极端气候事件演变事实及其成因探究

利用三江源地区14个气象台站1962-2005年逐日气温、降水资料分析了该地区冷暖干湿极端气候事件的演变规律，探讨了其变化成因。研究表明：近44a来三江源地区气温等级由冷向暖转变，极端高温事件频繁发生，而极端低温事件则逐年减少，致使气温不断向着更高的均值状态持续增暖；尽管降水量干湿变化不甚显著，但降水的极端状况即严重干旱或暴雨事件均呈减少趋势，降水量的变化趋于稳定，降水变率减小；地形对极端气温、降水事件频次变幅的空间分布均有着较为显著的影响，且对后者的影响更为显著；高原季风、厄尔尼诺事件及高原积雪等因子的年际振荡是三江源地区极端气候事件发生频次波动的主要原因。     

中国陆地生态信息空间化技术研究(Ⅲ)——温度、降水等气候要素

利用国家气象局722个气象台站1971～2000年的气象资料,采用三维二次趋势面分析与空间插值相结合等方法,在ArcGIS平台上对气温、降水、空气湿度等气候要素进行空间化,生成国家尺度的1km×1km栅格各种要素气候图180多幅。经检验,平均绝对误差,平均气温和平均最高、最低气温为0.5℃左右,极端最高气温为1℃左右,极端最低气温为1.5℃左右,平均风速为0.4m·min-1;而平均相对误差,≥0℃、5℃、10℃、15℃的积温和平均相对湿度多在5%以下,降水量和饱和差在10%左右;其空间化的精度基本上达到了实用要求。为生态学、地学、资源与环境等学科的发展提供了重要的基础数据与研究平台。研究表明,空间化误差的时空分布与测点密度、气候要素本身特性等因素有关。一般规律是:西部地区大于东部地区,冬季大于夏季,离散的气候要素大于连续的气候要素,极端值大于平均值。     

巢湖流域丰水期可溶态重金属空间分布及污染评价

探究了巢湖流域丰水期湖区及10条环湖河流水体中重金属元素V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd、Fe和Sb空间分布特征.结果表明,丰水期巢湖西部和西北部4条环湖河流中的重金属元素平均质量浓度高于中部和东部地区;金属元素浓度相关性分析结果显示,Cu、Ni、Zn、Pb和Cd元素质量浓度之间呈显著正相关,这说明5种元素间存在相似的空间规律.单因子污染指数评价结果表明,10条环湖河流中Cr各点位均符合地表水Ⅰ类水标准;Pb符合Ⅰ~Ⅱ类水标准;Cu和Zn符合Ⅰ~Ⅴ类水标准;Fe、V和Sb均远低于水标准限值;Ni在南淝河的部分点位轻微超标;Mn在十五里河和派河的部分点位轻微超标;Cd在南淝河的部分点位严重超标;塘西河一个点位中Mn除外,V、Cr、Ni、Cu、Zn、Pb和Fe均小于1,为清洁和无污染水平;综合污染指数评价结果发现,西北部环湖河流的综合污染指数相比西南部、中部与东部是最高的.     

甘肃东部旱作区不同气候类型麦田水分供需平衡研究

甘肃东部旱作地区干旱区年降水量小于300mm,半干旱区为300～450mm,半湿润区为450～600mm,湿润区大于600 mm4种气候类型1989～1992年14个测站0～2m深的土壤湿度实测资料,从降水土壤水作物系统观点出发,分析研究旱作小麦的实际耗水指标和耗水特点,探讨麦田水分供需平衡,为发展旱作区小麦高产稳产的栽培管理措施提供科 学依据。     

渤海和黄海北部地区负积温资源的时空分布特征

论文以日平均气温≤-4℃的累积值和日数作为与海冰有关的气候指标,统计了渤海和黄海北部沿岸及其邻近地区52个气象站≤-4℃积温和日数的逐年资料,并根据52个气象站的气候指标值与经度、纬度、海拔高度的相关关系,建立空间分布方程,推算无资料海区中214个网格点的≤-4℃积温和日数,绘制渤海和黄海北部地区≤-4℃积温和日数分布图。研究结果表明:≤-4℃积温的空间分布呈现南北差异大、东西变化小的特征,-100℃等值线与渤海和黄海北部常年冰情分布范围大致相当;冰情较重的偏重低温年、严重低温年的≤-4℃积温保证率在黄海北部和辽东湾不超过40%,在渤海湾和莱州湾只有20%以下。     

安徽铜陵地区河流生态系统健康的多指标评价

根据安徽铜陵地区河流2010年水生态调查数据,构建了涵盖上覆水体、沉积物、水生生物和河流物理栖息地质量等要素的河流生态系统健康评价的候选指标体系.采用主成分分析与相关性分析方法进行指标筛选,构成河流健康综合评价指标体系,以基于方差赋权的综合指数法作为评价方法,评判多指标下的河流健康等级状况.结果表明,铜陵地区河流生态系统的60个采样点中仅2个达到“健康”等级,16个达到“亚健康”等级,33个为“较差”等级,剩余9个为“疾病”等级,铜陵地区河流生态系统退化较为严重.矿山开采活动、农业面源污染和生活污水排放是导致铜陵地区河流生态系统健康恶化的主要原因.     

CLIGEN生成干旱半干旱地区降水相关参数的验证

选用黄河上中游地区无定河流域为中心的15个气象站1959~1999年的降水日值资料,对随机天气发生器CLIGEN在干旱半干旱地区再现降水的能力进行了验证。结果表明:CLIGEN模型较好地模拟了该区域的降水发生概率;很好地再现了年、月、日降水总量平均值,平均相对偏差分别为2.4%、2.4%和2.1%;CLIGEN再现了96.4%的日降水变率、95.9%的月降水变率和84.1%的年降水变率。对年降水变率估计稍差,表明CLIGEN在模拟降水变率方面还有改进的必要。从降水极值看,年降水最大值的平均相对偏差为11.1%,偏差最大的是干旱区的临河站（39.1%）;年降水最小值的平均相对偏差为20.5%,偏差最大的是临河站（-30.7%）;月最大降水量除两站稍低外,其它站平均偏高20.2%;日降水最大值除临河站偏低3.4%外,其余各站平均偏高43.2%。总体上讲,CLIGEN在干旱地区的模拟能力比在半干旱区稍差。鉴于CLI-GEN模拟的极大值绝大部分都偏高,因此利用CLIGEN模型生成的降水资料运行径流和土壤侵蚀模型有高估径流量和土壤侵蚀量的可能,需要进一步利用自计雨量计的资料对CLIGEN生成次降水的参数进行验证,以确保径流和土壤侵蚀预测的精度。     

1961—2014年黄土高原气温和降水变化趋势

利用黄土高原地区52个气象站1961—2014年月气温和月降水资料,采用线性趋势法、累积距平法、Mann-Kendall法和Morlet小波分析等方法,对近54年来黄土高原气候变化和突变现象进行了分析。结果表明:1961—2014年黄土高原年平均气温呈上升趋势,线性趋势为0.31℃?10a~(-1)(P0.01),在1991年前后发生了由低温到高温的突变。四季均温均呈增加趋势,其中冬季增速最大,达0.44℃?10a~(-1)。气温年代际变化呈现明显的变暖趋势,1991年以后变暖加速,其中冬季均温增速最大。年均气温增速较大的地区位于黄土高原北部地区,黄土高原南部地区气温增速较小,变暖速率的空间分布随纬度升高而变大。1961—2014年黄土高原年降水量变化不明显,整体呈波动式下降,线性趋势为-7.51 mm?10a~(-1)(P0.05);其中1961—1970年属于降水偏多的年代,而1991—2000年属于降水偏少的年代。季节降水量呈现不同变化趋势和强度,其中秋季、夏季和春季降水量呈减少趋势,秋季降水减少速率最大,为-3.56 mm?10a~(-1);而冬季呈弱增加趋势,为0.43 mm?10a~(-1)。年降水量减少速率最大的地区位于黄土高原东南部,而黄土高原西北部降水变化不明显。Morlet小波分析结果表明,黄土高原年平均气温存在4 a和7~9 a变化周期,黄土高原年降水量存在5~7 a和12~14 a变化周期。通过以上分析,近54年黄土高原气候总体呈现暖干化趋势。     

气候变暖背景下西南地区干旱灾害风险评估

论文利用全国基准基本站地面气温、降水资料,NCAR/NCEP土壤湿度资料及各类经济数据,采用加权综合评价法对西南地区干旱灾害风险因子进行分析,结果表明：四川和云南致灾因子危险性较高,气候变暖后四川东南部、云南和贵州西部危险性增加;西南地区中部到东南部成灾环境敏感性较高,气候变暖后四川东部、贵州及云南东部敏感性增加;承灾体易损性主要分布于西南中东部地区,人口密度、经济密度、耕地面积比重越高的地区易损性程度越高;四川中部、云南东北部、贵州南部及重庆西部防灾减灾能力较高。西南地区干旱灾害风险最高区域为云南东部、四川东部、贵州西部及重庆大部分地区;气候变暖后四川东南部、云南西部危险性明显增加。