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.      

基于空间聚类的中国东北气候分区及其气象干旱时间变化特征

近50年来,中国东北地区干旱化趋势明显,越来越频繁的干旱事件对该区域人民的生产和生活造成了严重的影响。基于1961-2016年中国地面降水和气温月值0.5°×0.5°格点数据,利用空间系统聚类方法对中国东北进行气候分区,通过标准化降水指数探讨了中国东北各亚区气象干旱的时间演变规律,并结合小波功率谱和小波全谱分析了各亚区干旱的周期变化特征。结果表明：（1）空间上,可将东北地区分为8个气候亚区,即西辽河平原半干旱农牧区、吉辽东部山地湿润农林区、呼伦贝尔高原半干旱牧业区、东北中部半湿润—半干旱农牧区、黑吉东部山地湿润农林区、大兴安岭北部湿润林业区、呼伦贝尔—黑河湿润—半湿润农林区、三江平原湿润农业区;（2）不同亚区的干旱事件时间演变特征存在明显差异,但大致都经历了3个干旱时期：1960s后期、1970s中后期至1980s前期、1990s后期至2000s;2000-2010年间东北地区干旱发生频率和影响范围最大,尤其是中、西部;（3）不同亚区干旱变化主要存在11年和3~8年的显著周期,第一主周期差异明显。研究结果对于弄清楚中国东北各亚区特有的气候变化驱动因素、制定气候均质区域干旱监测计划和水资源的管理具有重要的现实意义。     

1960-2016年中国北方地区极端干湿事件演变特征

基于中国北方地区424个气象站点1960-2016年的日气象数据础,应用FAO Penman-Monteith模型计算潜在蒸散（ET₀）,基于降水量和潜在蒸散计算湿润指数,对湿润指数进行标准化后统计极端干湿事件频率,分析极端干湿事件频率的空间变化趋势、多时间尺度演变特征以及ENSO事件对极端干湿事件变化趋势的影响。结果表明：北方极端干旱和极端湿润事件频率分别呈显著下降和显著上升趋势,年际倾向率分别为-0.10次/10年和0.13次/10年。空间上,极端干旱频率整体呈减少趋势,包括青藏高原、西北和东北地区。西北极端干旱频率减少速率较大,青藏高原中部、新疆北部和东北北部部分站点极端湿润频率增加幅度较大。各年代中,华北极端干旱多发,东北和青藏高原极端湿润多发。季节上,分区极端干旱发生概率均大于极端湿润发生概率,华北极端干旱发生概率最高,青藏高原极端湿润发生概率最高。ENSO与湿润指数存在滞后性的关系。El Niño翌年,气候偏湿润的年份较多;La Nina翌年,气候偏干旱的年份较多。SSTA与翌年湿润指数在年际和夏季两个时间尺度上存在显著的正相关关系。     

1960-2009 年河西地区极端干湿事件的演变特征

采用1960-2009 年甘肃省河西地区13 个观测站逐日气象资料,应用FAO Penman-Monteith 模型计算各气象站年和月的地表湿润指数,进行标准化后统计极端干湿事件频率。采用反距离加权插值法、Mann-Kendall 法及Morlet 小波分析对河西地区极端干湿事件的时空演变特征进行探讨。结果表明：近50 a,河西地区极端干旱和湿润事件频率在波动变化中分别呈减少和增加趋势,其倾向率分别为-0.009 次/a、0.019 次/a,且2000 年以后,趋势更为显著;空间变化上,区域内极端干旱事件倾向率的空间差异整体呈减小趋势,以2000-2009 年的空间差异为最小。20 世纪60 年代,大部分区域极端干旱事件频率增加区与极端湿润事件频率减少区相对应,而极端干旱事件频率减少区与极端湿润事件频率增加区相对应。突变分析表明,极端干旱和湿润事件频率分别在1998 年和1986 年发生突变。平均风速、平均气温和相对湿度是影响河西地区极端干湿事件的主要气象因子,极端干旱和湿润事件频率的主周期分别为19 a和26 a。     

1960-2009年石羊河流域气候变化及极端干湿事件演变特征

利用石羊河流域4个气象站1960-2009年逐日气象资料,应用FAO Penman-Monteith模型、相关分析等方法分析石羊河流域气候变化特点。结果表明:①1960-2009年气温、降水及湿润指数均在波动中呈较明显的增加趋势,气温、降水和湿润指数变化倾向率分别为0.338 ℃/10 a、4.791 mm/10 a 和0.006/10 a, 1960年代-2000年代石羊河流域经历了相对冷干-冷湿-暖湿3个阶段,暖湿化趋势明显;②冬季是暖湿化趋势最明显的季节,其次是秋季;③从上游向中下游多年平均湿润指数逐渐减少,湿润指数离散程度由小变大,湿润化速度由快变慢,而增温速度大体上存在逐渐增加的趋势;④1960-2009年石羊河流域极端干旱事件频率在波动中呈减少趋势,极端湿润事件频率却在波动中呈增加趋势,1960年代和1970年代是石羊河流域极端干旱事件持续频发的年代,上中下游不同地区极端干湿事件持续频发的时间存在差异。降水和风速是影响极端干湿事件变化的主要气象因子。在全球变暖背景下,石羊河流域干旱的气候环境有一定的改善。     

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。     

1961-2010年中国降水时空变化特征及对地表干湿状况影响

开展气候变化背景下中国降水时空变化特征及对地表干湿状况影响研究,对揭示陆地表层系统对气候变化的动态响应与变化规律以及防灾减灾具有重要意义。基于1961-2010年地面气象观测资料,分析我国降水与地表干湿状况时空格局;在此基础上,采用敏感性与贡献度分析,定量评估降水变化对干湿状况的影响。结果表明：过去50年间我国年降水量呈轻微增加趋势,其中,青藏高原（高原亚寒带、高原温带）、西北（中温带西部、暖温带西部）和南方地区（亚热带、热带）呈增加趋势,东北（寒温带、中温带东部）和华北地区（中温带中东部、暖温带东部）呈减少趋势。就地表干湿状况而言,华北和东北地区以干旱化趋势为主,西北、青藏高原及南方地区主要呈湿润化趋势。地表干湿状况对降水变化响应较为敏感（全国多年平均敏感系数：-1.13）,干湿指数和降水呈负相关。内陆干旱地区降水对干湿状况变化的贡献高于湿润地区,局部地区降水贡献度超过60%。     

长江流域干旱时空变化特征及演变趋势

干旱通常被认为是我国最严重的自然灾害之一,其造成的经济损失十分巨大.长江流域作为典型的湿润-半湿润区,干湿交替明显,干旱事件时空分布特征较为复杂.为了深入认识和理解长江流域气象干旱现状及其特征,探究干旱事件发生规律,采用长江流域1951-2015年PDSI（Palmer drought severity index,帕尔默干旱指数,运用Mann-Kendall检验、EEMD（ensemble empirical mode decomposition,集合经验模分解）、REOF（rotation empirical orthogonal function,旋转经验正交函数分解）、森斜率估算等分析方法,探讨长江流域干旱面积时间变化特征、干湿情景时空分布特征以及变化趋势.结果表明:1951-2015年,长江流域发生季节性干旱的面积整体呈扩大趋势,2000年后该趋势有所减缓.流域内呈现6个明显的干湿空间分布型,2000年后流域的东南部呈变旱态势,整体而言,流域内"南涝北旱"特征十分明显.未来,长江流域整体有变湿的趋势,西北部更旱,东北部变湿,南部以及东南部PDSI上升趋势明显,有发生旱涝急转的可能.      

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。     

北方旱农区玉米自然降水生产潜力研究

针对我国北方水资源匮乏日益严重的状况,利用CERES-Maize作物模型模拟分析了北方旱区玉米自然降水生产潜力及其时空分布规律。研究表明,我国北方旱区玉米的水分生产潜力大小排序依次是半湿润区>半干旱区>干旱区,半湿润区的玉米自然降水生产潜力大约为11000kg/hm₂,干旱区大约在5000kg/hm₂,但同时半湿润区潜力的年际间波动性也最显著,干旱区则相对较为稳定。我国北方旱区东部的玉米生产潜力高于西部,但南北方向潜力差异不明显。     

全球变化对我国荒漠化的影响

本文根据当前国内外科学家们对全球变化的研究及＂联合国环境与发展大会＂的决议第１２款,＂荒漠化＂的定义,探讨全球变化对我国土地荒漠化的影响。文中利用我国７００多个气象站点３０年的平均气象资料,采用联合国环境规划署环境监测系统／全球资料数据库方案活动中心以及国际上广泛应用的Ｔｈｏｒｎｔｈｗａｉｔｅ计算ＰＥ与气候分类方法,计算和绘制了当ＣＯ_２倍增、气温升高１．５－４．５℃时我国干旱区、半干旱区及半湿润干旱区（Ａｒｉｄ,ｓｅｍｉ－ａｒｉｄａｎｄｄｒｙｓｕｂ－ｈｕｍｉｄａｒｅａｓ）分布变化的图表,同时利用我国北方１６０个气象台站近４０年连续记录的气象资料,进行滑动平均,计算和绘制了干旱、半干旱区的最近４０年来气温变暖及干湿变化的趋势图,分析了在全球变化下如果工业发展和其结构不变的情况下,未来３０－５０年我国土地荒漠化的发展趋势,为我国荒漠化监测预报和防治提供依据和对策。     

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。     

“三北”地区沙棘种植地带划分与对策

中国“三北”地区不同生态气候地带,需要布设不同适宜性的沙棘品种,并严格按照适地适树的原则,因地制宜,方能达到预期的生态经济效果。“三北”沙棘种植地区,主要包括黄土高原南部半湿润森林草原气候生态经济型沙棘种植地带、黄土高原中部半干旱草原气候生态经济型沙棘种植地带、黄土高原北部干旱荒漠草原气候生态型沙棘种植地带、冀北辽西半干旱半湿润草原气候生态经济型沙棘种植地带、东北北部冷湿草原气候经济型沙棘种植地带(简称“五带”)。每一地带基本上都有各自适宜的自然种源区及良种繁育中心(基地、站、点)。沙棘“五带”种植地带划分方案的实质,是防止引种工作中的一窝蜂现象,实现科学规划,精心种植。在保证沙棘引种区域化的前提下,要注意培育沙棘优良品种、防止病虫害蔓延和通过产品打入国际市场来拉动国内沙棘种植的步伐。     

我国干旱半干旱煤矿区环境问题及对策

近年来,伴随着东部地区煤炭资源的枯竭,我国煤炭开采的重心逐步由东部湿润地区转移到西部干旱半干旱地区。生态环境脆弱是干旱半干旱区自然本底特征,大规模的煤炭开采一定程度上改变了当地的环境现状,带来了诸多环境问题。基于"井工"和"露天"两种不同煤炭开采方式,文章分析了干旱半干旱区煤炭开采造成的主要环境问题,并基于生态累积效应理论,分析了采煤活动的生态累积评估方法。最后,针对存在的主要环境问题提出了相应的对策与策略。     

全球CO2倍增对我国自然地域分异及农业生产潜力的影响预测

ＣＯ_２倍增导致全球变暖,并对自然环境产生影响的研究已成为举世瞩目的重大课题。本文在ＩＰＣＣ预告的基础上,分析了气候变化对我国自然地域分异的影响,用６７１个站点资料分析了我国温度带及各自然地区的数量指标、各地区生产潜力及影响生产潜力的因子,将气候变暖增温、温度带北移的界线及降水区向西迁移后干湿地区界线的变化绘制成图,同时预测了农业生产潜力的未来变化。结果表明：全球变暖使我国温暖地区面积增加,半干旱及干旱区水分条件改善,有利于作物生产。     

黄土高原湿润期特点与农业生产布局

本文利用黄土高原208个气象台(站)的历年旬降水量与计算的旬潜在蒸发量之比(R/PE),经过10旬滑动平均计算,确定了湿润期(G)及变差系数(C)、播种雨开始期(S)及其标准差(δ)和干旱指数(A),同时还计算了湿润期内出现的干旬(D)、湿旬(W)及其标准差(β、α)。湿润期及其变量的研究,对合理安排农业生产具有重要意义。