长江流域年平均气温的时空变化特征

利用长江流域146个气象站点1960~2005年的逐年气温资料,选用EOF和REOF方法识别长江流域年平均气温空间变化特征,并对长江流域年平均气温变化敏感区域进行时间演变分析和突变检测。研究表明:长江流域年平均气温主要有2种空间振荡型（即全流域气温变化趋向一致型和流域内气温变化存在东西向差异型）,3个变化敏感区域（长江流域中下游地区、长江流域南部和金沙江流域）。3个变化敏感区域的年平均气温都在20世纪90年代明显升高,且均在90年代后期呈突变增加,其中金沙江流域升温趋势最为明显,气候倾向率为0.20℃/10a。全流域1991~2005年年平均气温距平空间分布表明,自1991年以来全流域都为升温趋势,其中长江流域中下游地区和金沙江流域是升温幅度最大的地区。     

长江流域极端降水的区域频率及时空特征

以长江流域130个气象站点1965~2014年的日降水量资料为基础,应用线性矩以及各种统计检验和空间分析技术对流域极端降水进行区域频率分析和时空特征描绘。研究表明：（1）应用模糊C均值分类和异质性检验,整个长江流域的年最大1、3、7和10日降水序列均可划分为7个一致性子区域。拟合优度检验表明,广义极值分布（GEV）和广义正态分布（GNO）为大部分区域极端降水序列的最佳分布;（2）使用考虑站间依赖性的Monte Carlo模拟评价极端降水增长曲线和分位数估计值的精确性,与站点绝对独立的情况相比,其均方根误差（RMSE）变大,90%的误差界也变宽;（3）每个一致性区域的区域增长曲线及其90%的误差界表明,当重现期小于100年时分位数估计值具有较高的可靠性,在四川盆地和长江中下游地区发生极端降水事件的可能性比较大,易发生高风险洪涝灾害;（4）重现期为100年的极端降水空间分布格局表明,从长江上游到下游的极端降水量逐渐增加,导致长江中下游流域更容易遭受洪涝灾害,这一结果与其区域增长曲线相一致。     

基于开源GIS的长江流域晴日辐射反演

以开源GIS软件GRASS为平台,首次通过辐射过程模型r.sun和编程语言Shell实现长江流域500 m分辨率的晴日辐射反演（包括直接辐射、散射辐射和反射辐射）,为了解长江流域辐射时空分布规律和相关宏观气候、生态建模奠定基础。结论如下：（1）精度验证表明,晴日辐射反演结果较理想;相关晴日指数的误差指标MPE、MAPE和RMSE分别为37%、75%和64%,r.sun模型可进一步用于中国其它区域;（2）长江流域晴日辐射年均日值为2424±245 MJ/(m2·d),其各组分差异显著,直接、散射、反射辐射分别占总辐射的842%、156%和02%;（3）晴日辐射空间分布梯度明显,沿三级地形阶梯向东辐射值及变异逐渐减小,海拔变化引起的大气衰减因素在决定晴日辐射分布时起重要作用;（4）晴日辐射季节分布不对称,月际变化总体呈倒“U”形分布;直接辐射和散射辐射变化趋势基本一致,但二者比例随大气浑浊度的变化波动剧烈。     

面向事件过程的长江流域极端降水时空变化特征

基于1961～2019年逐日降水格点数据,对长江流域偏前型、偏后型、均衡型和单日型极端降水时空变化特征进行分析。结果表明：(1)在变化过程上,1961～2019年,长江流域偏前型极端降水先增加后下降,偏后型、均衡型极端降水变化以平稳波动为主,单日型极端降水持续上升;(2)在空间格局上,长江流域偏前型、偏后型极端降水量呈现“东南高—西北低”的分布格局,均衡型极端降水高值区分布于金沙江、鄱阳湖流域,单日型极端降水空间特征表现为“中间高、两侧低”;(3)在影响因素上,长江流域及其子流域不同类型极端降水与两类厄尔尼诺(东部型-Ni1o 1+2区和中部型-Ni1o 3.4区)正相关占比为79.2%,且与Ni1o 1+2区的相关性高于Ni1o 3.4区;(4)1998年长江流域极端降水以偏前型为主导,7月20～26日偏前型极端降水事件为1998年夏季洪涝灾害的核心致灾因子。     

2000~2010年长江流域土地利用变化与生态系统服务功能变化

基于2000/2005/2010年三期土地利用现状遥感监测数据,利用GIS空间分析技术,分析长江流域土地利用变化方式、过程、区域特征和生态系统服务功能变化。研究表明：2000~2010年长江流域城乡建设用地、林地和水域面积增长显著,而耕地、草地面积持续减少;耕地减少和城乡建设用地增加相关,草地减少和林地增加相关,水域增加与三峡蓄水及退田还湖相关;四川盆地、中游城市群和长三角城市群等人类活动热点区域的土地利用程度显著提高;受土地利用变化影响,2000~2010年长江流域生态系统服务总价值逐年提高,水源涵养、废物处理和娱乐文化服务功能增强,而土壤形成与保护、食物生产服务功能明显减弱;生态服务价值高值区主要分布在沿江湖泊和湿地,其次是林草地覆盖区,青海高原荒漠区生态服务价值最低。     

长江流域近50年来的气温变化特征

分析了1951~2000年长江流域（上、中、下游）的平均气温、平均日最低气温、平均日最高气温随时间的变化趋势特征。结果表明：长江流域近50年来年平均气温、年平均日最低气温、年平均日最高气温在20世纪50年代明显偏高,60~80年代波动下降,80年代中后期以后有所上升,90年代较80年代增温0.3℃~0.6℃之间;同时不同季节、不同区域气温呈现不同的态势,冬季平均气温、平均日最低气温在60年代以后呈上升趋势,而平均日最高气温呈下降趋势,夏季平均气温、平均日最低气温、平均日最高气温均以降温为主。     

1961～2010年江浙沪地区夏季高温热浪时空变化特征

利用我国江浙沪地区26个气象站1961～2010年夏季(6～8月)逐日最高气温资料,选择导致死亡率突然增加而确定的高温热浪指标,研究了江浙沪地区高温热浪日数、频次和强度的时空分布特征.结果表明江浙沪地区是高温热浪天气的高发区,高温热浪天气存在显著的地理差异.江浙沪地区平均高温热浪日数、频次和强度随时间的变化趋势极为相似:20世纪60年代至80年代前期呈现减少(弱)趋势,80年代后期呈现增多(强)趋势.总体上看,江浙沪地区受高温热浪袭击时间越来越长,频率越来越高.近50a江浙沪地区夏季高温热浪天气呈南转的趋势.高温热浪天气受全球变暖与城市热岛效应的共同影响而逐渐加剧.     

2000～2018年中国植被生态质量时空变化特征

监测植被变化对评价中国生态环境质量和生态过程具有重要意义.以MODIS数据反演得到的中国总初级生产力、叶面积指数、植被覆盖度、温度植被干旱指数和陆面温度5项指标为基础,构建了植被生态指数(VEI),并利用SEN+Mann-Kendall、Hurst指数及变异系数等方法对2000～2018年中国植被生态质量的时空变化特征、可持续性及稳定性等方面进行了分析.结果 表明:(1)从空间分布看,植被生态质量差和较差区面积占全国植被覆盖区总面积的25.46％,主要分布在新疆的大部分地区、甘肃西北部、青藏高原中西部及内蒙古中西部地区,优良区占比42.91％,主要分布在东北的东部和北部地区、华东的中部及南部地区、华中和华南以及秦岭地区;(2)从年际变化看,植被生态质量呈现出较为明显的增长趋势,年增长率为0.1％;(3)从空间格局变化趋势看,植被生态质量呈增加、基本不变和降低的面积分别占植被区总面积的34.82％、54.19％和10.99％;(4)从稳定性和未来变化趋势看,在过去的近20年我国植被生态质量的变化幅度较小,稳定性较好;我国植被生态质量未来的变化趋势与过去近20年一致,即将保持继续改善的趋势;(5)从不同植被类型看,13种植被类型的生态质量均呈改善趋势,且常绿阔叶林、落叶阔叶林和稠密灌丛的生态质量最优,永久湿地、草地和稀疏灌丛的生态质量较差.     

1996～2015年云贵川草地生态系统生产力的时空格局

云贵川草地是中国草地的重要组成部分,在我国生态文明建设和响应全球气候变化中具有重要的地位,分析其净初级生产力（NPP）变化格局具有重要意义。利用研究区的AVHRR、MODIS遥感影像等数据及周边地区的气象资料,结合改进的CASA模型,对云贵川地区草地1996～2015年20 a间的NPP及草地植被相关生态特征进行估算,并对其时空特征及影响因素进行分析。结果表明：（1）20 a间云贵川草地NDVI值变化规律性明显,97.18%的草地面积年平均NDVImax呈现增加趋势。（2）20 a间云贵川草地NPP总体上呈现出“西北低、西南高、东部居中”的空间格局,年均NPP值为420.85 gC·m-2。 （3）时间格局上,20 a间整个云贵川区域逐年平均NPP值虽然有一定的波动性,但仍以7.2322 gC·m-2·a-1的速率在增加。20 a间夏季NPP平均值最高,为160.25 gC·m-2;春季次之,NPP平均值为 109.10 gC·m-2;秋季与春季相比,NPP值稍低,为106.10 gC·m-2;冬季最低,为54.03 gC·m-2。     

2000～2015年江汉平原区域植被NPP时空特征及其对气候变化的响应

植被NPP对气候变化的响应是全球变化与陆地生态系统碳循环研究的重要核心内容之一。利用CASA模型估算了2000~2015年江汉平原植被NPP,并利用线性回归与逐像元相关性分析方法定量研究了江汉平原植被NPP的时空变化特征及其与气候因素的相关性。结果表明：（1）16年来江汉平原植被NPP的年总量在25.43~29.76 TgC之间,呈波动增加趋势;（2）江汉平原NPP的空间分布格局具有明显的不均匀特征,形成一系列的高值中心和低值中心,符合“丘陵-平原-河流-城市”的衰减趋势;（3）江汉平原NPP与年降水量、年均温的相关系数分别为0.183 7和0.498 5;经显著性检验可知,江汉平原NPP的产量与年降水量相关性较弱,而与年均温则呈较强的正相关关系;（4）植被NPP与年降水量、年均温呈正相关的像元面积分别占总面积的69.19%和83.41%,主要分布在江汉平原腹部的农耕区域,说明江汉平原农耕区NPP的产量对年降水量与年均温的依赖性较强。     

长江中下游流域旱涝急转时空演变特征分析

基于长江中下游流域75个雨量站1960~2012年的日降水资料,通过定义长、短周期旱涝急转指数,全面地分析了长江中下游流域旱涝急转的趋势变化和时空分布特征。研究结果表明:(1)长周期旱涝急转表现为以涝转旱事件为主,且存在由旱涝急转事件向全旱或全涝事件过渡的趋势,短周期的旱涝急转发生频率较高的也是涝转旱事件;(2)长江中下游北岸多发生旱转涝事件,南岸则多发生涝转旱事件;(3)1998年和2011年6~7月短周期高强度旱转涝事件发生在长江北岸,涝转旱事件发生在南岸地区;5~6月与7~8月旱涝急转事件强度分布则呈相反状态;(4)总体来说,长、短周期涝转旱频次呈现不断减小的趋势,旱转涝有轻微增加的趋势。7~8月则较为特殊,湘江流域涝转旱有增加的趋势,洞庭湖地区涝转旱显著增加,此研究结果可以为长江中下游流域防洪抗旱工作提供一定的依据。     

基于TRMM卫星资料揭示的长江流域梅雨季节降水日变化

利用1998~2013年热带测雨卫星TRMM 3B42降水率资料以及NCEP/CFSR温度场、气压场和风场等再分析格点资料等,从气候学角度揭示了长江流域梅雨季节降水和对流的日变化特征,探讨了典型和非典型梅雨锋年降水日变化差异,分析了大气环境场要素的日变化特征及其对降水和对流日变化影响。结果表明:(1)强降水在夜间发生在长江上游,白天发生在长江中下游。降水日变化特征显著,长江上游、盆地以东的中游以及中下游的沿江以南地区降水日峰值分别出现在午夜、清晨08时以及傍晚17时。沿江以北地区降水表现出半日循环,具有08时和17时两个峰值,午后峰值明显强于清晨。(2)长江中游地区降水日位相较上游地区延迟约6 h,下游地区日位相进一步向后推移,同时下游地区降水强度和范围明显强于上游,降水日较差也更明显。(3)典型梅雨锋年和近15年梅雨季节平均的降水日变化分布特征较为一致,非典型梅雨锋年较前两者日峰值出现时间明显提前。(4)短时强降水和深对流有较好的对应关系,白天高发区位于长江下游,夜间位于上游。(5)大气温压场在梅雨锋两侧显著的日变化差异使梅雨锋强度和结构在昼夜形成了差异,并使低层风场的辐合位置产生了日变化,这些大气环境场的日变化最终导致了梅雨期对流和降水的日变化。     

近十年长三角地区陆地净第一性生产力时空变化

陆地净第一性生产力（NPP）是陆地生态系统的一项重要指示性指标,与碳循环过程和全球气候变化密切相关,不仅已成为地学研究的热点问题,更受到各国政府的高度重视。长三角地区是我国经济最发达、最具综合竞争力的地区之一,该地区的陆地生态系统同时承受着自然因素及高强度人为活动的双重影响。因此,利用CASA模型,在RS和GIS技术支撑下,探讨近十年来长三角地区陆地NPP的时空演变规律及控制因子,以期为进一步开展高强度人为活动对陆地系统碳循环过程的影响研究提供基础参数。主要结论如下：（1）在时间上呈下降趋势：近十年长三角地区陆地NPP呈现3 a周期式波动下降;（2）在空间上分异规律明显：陆地NPP分布为浙江＞江苏＞上海,呈现南北高中间低的凹槽状;（3）控制NPP的自然要素是NDVI和太阳辐射,而城市化是NPP变化的主要社会经济要素     

1960~2010年长江流域极端降水的时空演变及未来趋势

本文采用长江流域内分布较均匀、无缺测站点的1960~2010年逐日降水资料,借助趋势和突变分析、R/S分析和水文频率分析等方法,研究该流域极端降水的时空演变特征和未来趋势。结果表明：（1）长江流域区域平均气候平均降水量（PAV）、简单日降水强度（PINT）、强降水贡献率（PQ95）、强降水阈值（PF95）、最大1日-10日降水量（PX1D-PX10D）基本均呈上升趋势,中下游各极端降水指数均大于上游,同时,中下游的各指数年际变化比上游更剧烈。（2）PAV与PF95的空间分布类似,但前者在流域中部地区下降、两侧上升,而后者为中部上升、两侧下降;PINT与PQ95的空间分布相似,均为大部分地区呈上升趋势,仅西北部下降。PX1D-PX10D总体上以上升为主,但随着持续时间的增长,下降的区域有明显的扩大,而上升的区域有明显的缩小。（3）未来长江流域极端降水将以现有趋势继续发展,并将以上升趋势为主,流域洪涝灾害风险加大。（4）遂宁站PX1D、安化站PX10D极端降水的频率分析表明,直接采用整体数据计算设计降水量会使结果偏于不安全,对于较长重现期的设计降水表现更显著,因此对于极端降水量发生显著变化的情况需要深入研究,探讨更好的设计降水估计方法。     

长江流域土壤相对湿度变化及其影响因素

以1992~2012年长江流域196个土壤观测站的旬土壤相对湿度资料为基础,通过线性趋势和Kriging插值等方法分析0~50 cm土层土壤相对湿度年际、年内时空分异和季节变化特征,并从气候和NDVI要素探寻其变化原因。结果表明:(1)长江流域年均土壤相对湿度自1992年以来整体上呈波动增加趋势,年际变化倾向率为0.26%/a。江源地区土壤相对湿度增幅大于其他地区。(2)土壤相对湿度表现为东南和西南部较高,东北和西北部较低的空间分布特点。(3)四季土壤相对湿度增加的强烈程度由大到小依次是秋季、冬季、夏季、春季。(4)土壤相对湿度增加的主要原因是潜在蒸发减少和NDVI增加。     

长江流域重要生态环境敏感区分布现状

采用叠图法、数学统计等方法,对长江流域自然保护区、风景名胜区、地质公园、森林公园、世界文化和自然遗产地的数量、面积、分布等基本情况进行了识别、整理、统计分析与制图,从长江流域内分布的具有全球保护意义、国家保护意义、流域保护意义、区域保护意义的角度,辨识长江流域存在的不同类型的生态环境敏感区,同时分析了水能资源丰富的长江上游区重要生态环境敏感区分布状况。长江流域已形成了以自然保护区、风景名胜区、地质公园、森林公园、世界文化和自然遗产地等多类型、多层次的自然与文化资源保护体系,对中国自然与文化资源保护具有重要作用     

长江经济带城市对外服务能力时空演变分析

基于城市流强度模型测算2000年以来长江经济带126个地级以上城市在全国范围内的对外服务能力,进而采用改良锡尔系数、马尔可夫链和ESDA方法对城市对外服务能力的时空演变特征进行探讨。结果表明:研究时段内长江经济带各市城市流强度都有显著提升,但区域间的非均衡现象明显,城市对外服务能力呈现出由东部向西部的梯度递减;省内差异对城市对外服务能力的差异贡献率最高,是空间尺度差异的主要来源;对外服务能力存在明显的俱乐部趋同现象和空间自相关性,对外服务能力相似的区域聚集分布,东、中、西部分别形成长三角、武汉-长沙、成渝等对外服务区域中心;时空演变表现出阶段性特征,经历由极化向均衡的转变。最后指出多中心发展和寻找新增长点应成为长江经济带城市对外服务能力提升的方向。     

长江流域近51a来日降水时空变异的多尺度特征

基于长江流域115个雨量站1963~2013年的日降水数据,应用小波多分辨分析结合信息论的方法,揭示长江流域近51 a来日降水时空变异的多尺度特征。结果表明:空间上,流域日降水序列的变异性具有明显的局部聚集性;并沿纬向呈现出显著的非均质性,而沿经向呈现出拟均匀性;并于103°E附近存在一条明显的分界线,界线以西的日降水变异程度显著高于界限以东的;且日降水变异性与高程之间存在较强的线性相关性,而与年降水量和年降水天数之间则存在较弱的相关性。时间上,流域各站点日降水子序列对原始序列总变异的相对贡献的大小于103°E附近也存在一条明显的分界线,界线以西,各时间尺度下子序列的贡献均大于界线以东;且这种相对贡献的谱图于256 d处呈现出突变现象。此外,流域降水变异的时间尺度可分为3个不同的区间:短期的(2~16 d)、年内的(16~256 d)和年际的(大于256 d)。