1961—2012年中国棉花需水量的变化特征

利用中国三大棉区230个气象台站的地面气象资料和103个农气观测站的棉花生育期资料,采用联合国粮食与农业组织推荐的方法计算了研究区域内1961—2012年棉花全生育期和不同生育阶段的需水量,并探讨了棉花不同生育阶段缺水量和水分盈亏指数的变化。结果表明：1961—2012年我国棉花全生育期需水量和缺水量整体呈下降趋势;需水量在开花到吐絮期总体呈下降趋势,而在播种到开花、吐絮到成熟阶段基本无变化;缺水量在播种到吐絮期总体呈下降趋势,而在吐絮到成熟期基本没有变化。比较三大棉区典型站点棉花水分盈亏情况,研究区域内棉花全生育期和各生育阶段的有效降水量均不能满足棉花的需水要求,其中西北棉区棉花各生育阶段的缺水状况最为严重。研究可为中国棉花种植区域的农业用水及合理灌溉提供科学依据。     

气候变化背景下四川省单季稻水分盈亏的变化特征

研究利用四川稻区109 个气象台站1961-2010 年的地面气象资料和16 个农业气象站 1981-2010 年的单季稻生育期资料,计算了研究区水稻不同生育期的有效降水量和需水量,并探讨了水稻不同生育阶段内的缺水量和缺水率。结果表明,1961-2010 年四川水稻年均缺水率在孕穗到开花期最高,移栽到孕穗期次之,开花到成熟期最低。近50 a 来,水稻全生育期年有效降水量、需水量和缺水量总体表现为减少趋势,而缺水率在稻区中、西部总体呈升高趋势; 有效降水量在移栽到孕穗期和开花到成熟期以减小为主,而在孕穗到开花期总体呈升高趋势; 需水量在水稻不同生育期内总体均表现为减小趋势;缺水量和缺水率在孕穗到成熟期以减小为主,而在移栽到孕穗期稻区中、西部地区呈升高趋势。研究可为四川稻区的农业用水及合理灌溉提供依据。     

横断山区季风期水分盈亏量时空变化特征及其与若干气候指数的相关性分析

基于横断山区27 个气象台站1961-2012 年的实测数据,应用Penman-Monteith 模型、气候倾向率空间插值、交叉小波和相干小波变换等方法分析横断山区季风期水分盈亏量的时空变化趋势及其与若干气候指数之间的相互关系。结果表明:近52 a 来,横断山区季风期水分盈亏量在波动中呈增加趋势,其增加速率为5.87 mm/10 a;且在整个时段内,横断山区季风期水分盈亏量均呈盈余状态。该区季风期水分盈亏量空间差异也较为明显,水分盈亏量从南到北逐渐降低,但其增加趋势却从南到北逐渐增大。季风期水分盈亏量与海拔呈现负相关,即水分盈亏量随着海拔的升高而降低;在海拔相对较低的区域,水分盈亏量较高;反之,水分盈亏量较低。此外,该区域季风期水分盈亏量与北极涛动(AO)、太平洋年代际振荡(PDO)和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)气候指数等存在多尺度的显著相关性。     

1951-2008年东北地区水分盈亏量时空格局

基于1951-2008年东北地区106个气象站点的实测数据,利用Penman-Monteith公式计算潜在蒸散量,并将气候水分盈亏量表示为同期降水量与潜在蒸散量之差。最后,通过Kendall秩次相关趋势分析、Morlet小波函数、Mann-Kendall突变检验等方法探讨了东北地区水分盈亏量的时空变化特征。结果表明:①1951-2008年,东北地区多年平均水分盈亏量在-850~650 mm之间变化,呈自东向西、自北向南、自东北向西南逐渐减少的空间变化趋势;②东北地区106个气象站点中有97个站点的水分盈亏量呈下降趋势,其中28个站点的下降趋势能通过P<0.05的显著性检验;③全区平均、海拉尔、长春、宽甸年际波动明显,多年平均值依次为-283.60、-427.25、-362.58、334.91 mm,四者的水分盈亏量年内分配不均匀,最小值出现在5月,最大值出现在7-8月;④水分盈亏量存在周期结构性,偏高期、偏低期交替出现,全区平均、海拉尔、长春、宽甸的第一主周期依次为26、28、25、9 a,水分盈亏量还具有突变特征,全区平均在1999年发生了一次减少突变,长春在1958、1998年各发生了一次减少突变。     

四川冬小麦产量对气候变化的敏感性和脆弱性研究

论文以四川冬小麦种植区1981—2012年88个县的气象观测数据和冬小麦生产数据为基础,采用一元线性回归和逐步回归等方法,评价四川冬小麦产量对单个气候因子及气候变化的敏感性与脆弱性。结果显示：假设冬小麦生育期内平均气温和日较差升高1 ℃、降水量下降100 mm、辐射量下降100 MJ/m²,冬小麦的产量随之发生变化,全生育期降水量下降导致产量敏感的面积最大,占整个研究区域播种总面积的6.5%;而辐射量下降使产量脆弱的面积最大,为2.4%。从各个生育阶段来看,研究区域内冬小麦产量对播种到拔节期辐射量下降表现为敏感和脆弱的面积比例最大,分别占9.4%和7.9%。受到4种气候因子变化的综合影响,产量对冬小麦生育期内气候变化表现为敏感的面积占播种总面积的40.0%,在7个冬麦区均有分布,产量变化为-23.0%~9.5%;产量脆弱的面积占14.0%,主要分布在川西北高原大部及盆西、盆南和川西南的部分区域。     

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。     

甘肃省农田水分平衡及其时空分布规律

采用农田水量平衡模型,以县域为基本单元,对甘肃省1961～2001年10种作物逐月天然状态下农田水分平衡时空分布规律进行了研究。结果表明:天然状态下,甘肃省多年平均农田需水量为121.06×10⁸m3;亏水量为43.28×10⁸m3;盈水量为0.62×10⁸m3,降水不能满足作物生长需求。在25%、50%、75%三种降水保证率下,作物的亏水总量分为35.99×10⁸m3、42.93×10⁸m3、49.85×10⁸m3,盈水量分别为0.61×10⁸m3、0.11×10⁸m3、0.00×10⁸m3。农田水分亏缺是甘肃省农田水分平衡的主要特征。对大多数作物而言,亏水量集中于夏季,10种作物夏季亏水总量占全年亏水总量的60.2%。全生育期棉花水分盈亏的稳定性最强,水量盈亏变异系数为6.9%,麻类最差,变异系数高达43.6%。全省天然状态下,农田亏水量由东南向西北、高山向河谷递增,农田盈水量由东南向西北递减,农田水分满足率与农田水分盈亏波动性具有从东南向西北递减的趋势。     

北京农业气候资源变化特征及其对不同种植模式玉米各生育期的影响

分析1960—2008年北京山区和平原的春玉米、平原夏玉米不同生育期的热量、水、光等农业气候资源的变化趋势和突变特征,研究农业气候资源变化对玉米可能产生的影响。利用统计回归分析方法研究不同种植模式玉米在关键生育期内主要农业气候资源历史时间序列特征,同时以突变理论中的Mann-Kendall方法和Pettitt方法分析主要气候资源的趋势变化特征并检测其突变特征;在数据分析的基础上,结合国内和国际相关研究成果讨论北京市气候资源变化对玉米生长的可能性影响并给出相应对策。结果显示:近50 a来北京地区大于10℃的年活动积温和玉米全生育期有效积温呈现明显增长趋势,变化过程中无明显的突变特征;玉米播种—拔节期降水量呈增加的趋势,平原夏玉米在拔节—抽雄期和全生育期、平原春玉米在吐丝—成熟期降水量减少趋势均达显著水平,其它生育期间降水呈现不明显的下降趋势,但无明显突变点;除了抽雄—吐丝期外,玉米各生育期光照资源呈现明显的下降趋势,不同生育期的突变点均出现在20世纪80年代中期到90年代中期。北京地区农业气候资源变化趋势对玉米生产有利有弊:对积温增长的响应应以灌浆期延长为主要方式,对降水减少的响应应以种植抗旱品种和加大抗旱技术研究为主,对光照资源显著减少的对策应以调节田间通风透光和培育耐阴性品种为主。     

东北地区参考蒸散量的变化特征及其成因分析

蒸散是水分运动过程中地表热量平衡和水分平衡的组成部分,是影响气候变化的重要一项。进行蒸散量变化的研究,对了解气候变化、探讨水分循环变化规律具有十分重要的意义。论文利用东北地区124个气象站1961—2007年的日气象数据,采用Penman-Monteith方程计算了参考蒸散量,分析了参考蒸散量的变化趋势及其变化原因。结果表明,在这47 a间,东北地区年平均气温以0.38℃/(10 a)的趋势递增,但是参考蒸散量总体上却以4.4 mm/(10 a)的速度递减。在地区分布上,三分之二的地区参考蒸散量呈下降趋势,显著下降的地区集中在辽宁朝阳地区,三分之一的地区参考蒸散量呈上升趋势,主要集中在辽宁南部和吉林东部地区。对有关各气象因子分析表明,影响参考蒸散量的主要因子为日照时数和风速。     

中国西北地区持续干期日数时空变化特征

采用1961-2011 年111 个地面观测站逐日降水量资料,分析了中国西北地区近51 a 四季持续干期日数变化趋势。结果表明：近51 a 来西北全区春季和冬季持续干期日数都呈明显的下降趋势,冬季的下降幅度达到-1.6 d·(10 a)^-1,而夏季和秋季变化趋势不太明显。空间分布上该区大部分地区持续干期日数变化倾向率春季呈减少趋势,变化倾向率在-5.0～5.0d·(10 a)^-1之间;夏季不同的区域变化趋势不同;秋季西北西部呈减少趋势,而西北东部则呈增加趋势;冬季除陕西南部的关中平原和秦巴山地外,其他大部分地区呈减少趋势,变化倾向率在-6.0～3.0 d·(10 a)^-1之间。持续干期日数年代际变化和空间变化趋势在不同自然区变化趋势也存在差异。     

泾惠渠灌区潜在蒸散发量的敏感性及变化成因

潜在蒸散发量(ET₀)是计算作物需水量的关键因子和制定灌溉制度的依据,敏感性分析对评估气候变化对ET₀的影响至关重要.根据泾惠渠灌区4 个气象站1961—2011 年逐日气象资料,采用Penman-Monteith 公式计算日ET₀,应用Mann-Kendall 趋势检验方法研究气象因子变化趋势,采用无量纲的相对敏感系数分析ET₀对4 个主要气象因子的敏感性,结合气象因子的多年变化定量分析ET₀的变化成因.结果表明,泾惠渠灌区风速和日照时数呈显著下降趋势,气温呈显著上升趋势,相对湿度在南部和东南部呈显著下降趋势,而西部和东北部呈不显著的上升趋势,ET₀呈显著下降趋势;ET₀对相对湿度、太阳辐射、风速和气温的敏感系数分别为-0.77、0.41、0.16 和0.08;风速和太阳辐射的显著下降是灌区ET₀下降的主要原因.     

中国种植业碳汇盈余动态变化及地区差异分析——基于31个省(市、区)2000—2012年的面板数据

在科学测算31个省(市、区)2000—2012年种植业碳汇盈余量的基础上,利用基尼系数系统考察了其地区差距及动态演变特征。研究结论揭示:1)中国种植业碳汇盈余量呈现较为明显的空间差异性。基于总量变化趋势的不同可将31个地区划分为"持续增长型"、"波动增长型"、"波动下降型"与"持续下降型"等4类地区。16个地区种植业碳汇水平得到提升但增幅差异较大;余下15个地区则处于下降态势。2)基尼系数测算结果表明,中国种植业碳汇盈余的地区差距在样本考察期内虽存在一定的年际起伏,但总体处于逐步扩大趋势。从三大区域来看,东部地区差距变化幅度居中,经历了差距缩小期、波动扩大期和波动平稳期等变化阶段;中部地区差距变化幅度最大,其绝对差距也高于东、西部地区,经历了差距持续扩大期、波动平稳期、波动缩小期与小幅扩大期等变化阶段;西部地区差距变化幅度最小,经历了"扩大"与"缩小"的循环演变。     

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。     

气候变暖背景下安徽省冬小麦产量对气候要素变化的响应

论文在分析安徽省近47 a(1961-2007年)来气候要素及冬小麦产量变化特征,确定产量突变点的基础上,采用相关分析,提取影响产量形成的气候因子,构建安徽省冬小麦气候产量模型,并利用该模型定量地估算了近47 a来气候要素变化对冬小麦产量的贡献率。结果表明:安徽省冬小麦生长季内的平均气温增暖趋势明显,降水量无明显变化趋势,但年际波动大,日照时数呈显著下降趋势。越冬期最高气温、返青期最低气温和灌浆期日照时数与产量呈显著正相关,灌浆期降水量与产量呈显著负相关。近47 a来,气候要素变化对冬小麦产量存在微弱的负贡献,贡献率为-5.89％。冬小麦生长季内一定程度的暖干化条件有利于产量的增加。     

汉江上游森林生态系统土壤保持服务功能研究

汉江上游是南水北调中线水源地主要集水区,流域森林生态系统土壤保持是保证水源地水质的关键因素之一。该研究以汉江上游森林生态系统为对象,运用In-vest模型土壤保持模块(Sediment Retention Model)对区域土壤保持功能进行动态变化分析。结果表明,2000年、2005年、2010年汉江上游森林生态系统土壤保持功能价值先减后增,总体呈下降趋势,三期价值依次为8.23、7.86、8.18亿元;从空间上看,三期均为中低山区潜在土壤侵蚀明显高于中高山区,土壤保持功能随海拔增高而增强,在区域内总体呈西南高、东北低的趋势。研究表明,区域潜在土壤侵蚀较高,土壤保持功能有所下降,应进一步做好相应防治措施。     

洞庭湖水环境演变特征及关键影响因素识别

为了更有效地保护洞庭湖水环境,本研究基于1991—2015年流域社会经济发展、水文情势变化与湖泊水环境监测数据,从水质和藻类水华两方面探讨了洞庭湖水环境演变特征,采用主成分分析法筛选确定了主要驱动因素,并通过多元回归分析识别了不同阶段洞庭湖水环境演变的关键影响因素.结果表明:1991—2015年,洞庭湖水环境质量总体呈下降趋势;其中,1991—2002年洞庭湖水质下降较为缓慢,藻类水华程度总体稳定,影响水环境演变的关键影响因素为流域污染负荷输入,其中农业面源贡献相对较大;2003—2015年洞庭湖水质呈加速下降趋势,藻类水华程度也明显加重,局部水域已出现明显藻类水华现象,该阶段水环境演变主要受流域污染负荷输入和水文情势变化共同影响.因此,今后洞庭湖水环境保护不仅要继续加强流域污染控制,有效削减入湖污染负荷,也要密切关注水文情势变化对洞庭湖水环境的不利影响,采取针对性的措施,科学恢复或调整江湖关系,把不利影响降到最低.     

滇池流域的气候变化特征、预估及其影响

利用1961—2014年滇池流域6个代表站点的降水和气温资料及多模式集成的2016—2100年不同排放情境下气候变化模拟实验的预估结果,分析滇池流域过去54a降水和气温的变化,并预估未来85a该流域的气候变化趋势。分析表明,过去54a滇池流域年降水量总体呈不显著的下降趋势,而年平均气温和年平均最高(低)气温呈显著上升趋势。预估显示,未来85a在不同排放情境下,滇池流域的降水总体呈增加趋势,其中前25a降水量偏少,中后期逐渐转为偏多。不同季节流域降水距平百分率变幅从大到小依次是冬夏春秋;滇池流域年平均气温、最高气温和最低气温均呈上升趋势,不同季节流域气温增幅依次为春夏秋冬。预估提示未来滇池流域春季气温上升现象尤其明显,需特别关注春季异常偏暖对流域水环境的影响。     

1950-2009年洞庭湖流域农业水灾演变特征及分异规律

洞庭湖流域为我国重要农业生产区,而农业水灾却一直是制约农业可持续发展的最大障碍因素。以1950-2009年水灾统计资料为依据,用定性与定量相结合的方法,系统分析了该流域农业水灾演变特征及区域分异。结果表明:①年年发生流域性或区域性的农业水灾,其中重灾、特大水灾频率呈增大趋势;②在长时间尺度演变过程中,受灾率异常指数岀现2个波峰期和4个波谷期,成灾率异常指数岀现3个波峰期和3个波谷期,且水灾受灾率与成灾率大体上呈同步变化,但短时间內受灾率与成灾率却呈反向波动;③农业水灾具有突变性,但总体演变呈增加趋势;④受孕灾环境、洪涝致灾因子及经济发展水平组合差异的制约,农业相对灾情与绝对灾情在空间上的分布均呈明显的南北分异与东西分异。     

兴隆山自然保护区优势植物的物候格局对气候变化的响应

甘肃兴隆山自然保护区地处青藏高原、黄土高原、蒙新高原交汇地带,区域内的植物物候变化对探索气候变化对该地区的生态影响有重要意义。本文对1951—2014年的气象数据进行了分析,结果表明:60年来,兴隆山地区的日均温呈逐年上升趋势,累积增温0.92℃,年降水量逐年下降,平均减少率为83.09 mm?(10a)~(-1)。通过对比2004—2007年和2012—2015年间两时间段内的鲜黄小檗(Berberis diaphana)等14种植物物种的开花等8种物候现象的发生时间发现,有42.86%的观测物种的物候存在显著差异,其中华北珍珠梅(Sorbaria kirilowii)、鲜黄小檗最为显著。鲜黄小檗物候期都呈推迟趋势。华北珍珠梅的春季物候期推迟,秋季物候期提前,其生长季减少率为15.49 d?a~(-1)。在保护区的植被管理实践中,应特别加强对华北珍珠梅的保育。     

流域人类活动对鄱阳湖生态安全演变的驱动

分析了20世纪80年代到2008年鄱阳湖生态安全演变趋势及其阶段性特征,深入研究了流域人类活动与鄱阳湖生态安全之间的相关性及鄱阳湖生态安全演变的主要驱动因素. 结果表明,鄱阳湖生态安全状况经历了3个演变阶段,总体呈下降趋势:①其中20世纪80—90年代为快速下降阶段,由很安全状态下降为安全状态;流域社会经济不合理的发展模式,尤其是20世纪50—80年代大规模围垦等人类不合理开发活动,导致该阶段鄱阳湖生态安全状况快速下降. ②20世纪90年代到2002年为缓慢下降阶段,总体处于“安全”水平;伴随着1992年鄱阳湖被列入国际重要湿地以及1998年“退田还湖、移民建镇”等保护措施的实施,使该阶段鄱阳湖生态安全状况下降速度有所减缓. ③2003—2008年为反弹下滑期,总体已接近“一般安全”水平;随着2003年三峡工程试运行以来,鄱阳湖与长江江湖关系发生了较大变化,这一阶段鄱阳湖流域进入了新的发展阶段,致使其生态安全状况进一步下降. 流域社会经济不合理发展模式是鄱阳湖生态安全状况下降的重要原因,对鄱阳湖的过度无序利用直接驱动了其生态安全状况的恶化,湖区人口增长与其生态安全状况下降之间有着很好的相关性,维护鄱阳湖生态系统处于“安全”以上水平,湖区人口密度应控制在350人/km2以内. 按照保护优先的思路,坚持人湖和谐的流域可持续发展模式是保障鄱阳湖生态安全的关键.