最近15年来中国气候变化、农业自然灾害与粮食生产的初步研究

本文分析了最近１５ａ来中国气候变化在最近５０ａ来的比较特征,并着重分析与讨论了这一期间气候变化、农业自然灾害与粮食生产的关系。结果表明：降水变化是影响中国粮食生产变化的主要原因,温度变化对粮食生产的影响主要表现在高纬度地区和高海拔地区；因气候变化影响粮食产量的变化幅度一般为３％～５％,个别年份可达１０％左右；因农业自然灾害造成的粮食减产幅度一般在５％～１０％,个别可达１０％左右。     

基于SPOT VEGETATION的秦岭南坡近10年来植被覆盖变化及其对温度的响应

利用1km分辨率的SPOT VEGETATION(SPOTVGT)数据对秦岭南坡1998～2007年植被覆盖空间变化特征进行分析,并研究了温度与年最大NDVI(归一化植被指数)值的相关性.结果表明:秦岭南坡年最大NDVI值大于0.57的面积占总面积的97%.植被覆盖增加地区的面积总体大于退化的面积,但年最大NDVI值显著减小的像元占像元总数的4.45%以上,且部分阔叶林分布区的NDVI值显著降低;草灌丛是秦岭南坡退化最严重的植被类型.年最大NDVI值与前一年8月至当年7月平均温度具有显著的相关性,其大小随平均温度的变化符合y=-0.004x2-0.0015x+0.7168(p0.05).在研究区范围内,当前一年8月至当年7月平均温度低于某一温度(约为(13.0±0.2)℃)时,其与年最大NDVI呈正相关,而高于另一温度界限(约为(14.4±0.2)℃)时则呈负相关,其中研究区南端的人为耕作区表现尤为敏感.     

百年来北方湖泊沉积物PAHs的变化特征及其对人类活动的响应

多环芳烃(PAHs)具有致癌、致畸、致突变性和生物累积效应,在社会引起了广泛关注.鉴于我国北方地区湖泊众多,且受人为活动影响日益加剧,收集了我国北方30个湖泊沉积物中的PAHs数据,分析了 PAHs的历史变化、空间分布和生态风险,阐述了 PAHs对人为排放和削减措施的响应.结果表明,北方湖泊沉积物中ω(PAHs)在18...     

水温变化对EBPR系统除磷效果响应机制的数值模拟研究

大量研究表明,水温变化会影响聚磷菌和聚糖菌之间的竞争关系,是造成EBPR系统除磷效果波动的重要因素.温度的逐步升高导致聚磷菌在强化生物除磷(EBPR)系统中逐渐失去优势直至系统崩溃.然而,有关如何利用物理模拟和数值模拟手段恢复升温破坏后的EBPR系统除磷效果及其响应机制的研究甚少.本文基于全耦合活性污泥数学模型(FCASM3),对EBPR系统进行数值建模和模拟试验,研究温度变化对EBPR系统的影响,旨在用模型预测及验证水温变化对EBPR系统除磷效果响应机制及适宜聚磷菌生存的极限条件,通过升温破坏及温度恢复的试验与模拟研究,进一步分析不同温度对EBPR系统中聚磷菌和聚糖菌的影响.通过对比FCASM3与国际水协的除磷代谢模型ASM2d在不同运行温度(20℃,25℃,30℃,35℃)下,对EBPR系统出水COD、PO43--P等污染物质的模拟变化趋势,结果表明FCASM3能更好地模拟EBPR系统中聚磷菌和聚糖菌的行为,且随着温度的升高,EBPR的除磷效率下降.在水温升高和恢复的过程中发现,温度升高到35℃,会导致EBPR的崩溃,短时间内不能恢复升温前的除磷效率.     

不同退化程度羊草草原碳收支对模拟氮沉降变化的响应

2009~2010年,选择内蒙古温带典型草原区2个不同退化程度羊草群落为研究对象,利用小区模拟控制试验,设置0g·(m2·a)-1(CK)、10 g·(m2·a)-1(MN)这2个氮处理水平,模拟研究了大气氮沉降水平变化对植物净初级生产力(NPP),土壤呼吸(Rs)以及整个群落碳收支(NEE)的定量影响,比较了不同退化程度草地群落NEE对等量氮添加的响应差异.结果表明,对于轻度退化羊草草原(样地A),MN处理生长季平均地上生物量(AGB)两年分别比CK增加21.5%及46.8%,而对于中度退化羊草草原(样地B),氮添加在2009年降低了植物AGB及地上NPP(ANPP),在2010年则表现为正效应;两年氮添加均增加了样地A与样地B的根系生物量(BGB)以及样地B的地下NPP(BNPP),但降低了2010年样地A的BNPP;氮输入增加并未明显改变Rs的时间变化规律.与CK处理相比,样地A的MN处理两年土壤微生物呼吸年累积通量较CK分别增加了14.6%与25.7%,而样地B则分别降低了10.4%与11.3%;样地A与样地B两年均表现为大气的碳汇,碳汇强度(以碳计)分别为59.22 g·(m2·a)-1与166.68 g·(m2·a)-1以及83.27 g·(m2·a)-1与117.47 g·(m2·a)-1.相对于CK,样地A两年碳汇增加量分别为15.79 g·(m2·a)-1与82.94 g·(m2·a)-1,样地B分别为74.54 g·(m2·a)-1与101.23 g·(m2·a)-1,单位氮输入量在初始氮水平低的草地群落能获得更大的增汇效应.     

1961—2010年广西气温变化对全球变暖的响应

利用广西88 个气象站1961—2010 年的年平均气温和年极端最高、最低气温数据,运用GIS 技术、气候倾向率以及Mann-Kendall 突变检验方法对广西近50 a 气温的时空变化特征及突变特征进行分析。结果表明:在全球变暖影响下, 近50 a 广西全区年平均气温和年极端最高、最低气温总体上均呈上升趋势,其中年平均气温和年极端最低气温的气候倾向率均达到了极显著水平;年平均气温和年极端最高气温的突变时间分别为2001 年和2003 年,均比极端最低气温(1984 年) 晚了近20 a 左右;年极端最高和最低气温存在非对称变化。时空分布图表明,区域平均值忽略了研究区域内的差异,尽管近50 a 来广西气温区域平均值的总体变化呈上升趋势,但不同时期各地区间气温变化的趋势和幅度各有差异。     

贵州七星洞石笋记录的最近2300年气候和环境变化

基于贵州都匀七星洞石笋(QX-3)8个~(230)Th年代数据和414个δ~(18)O数据建立了研究区过去2360年、分辨率约为5年的石笋氧同位素时间序列。七星洞石笋QX-3δ~(18)O记录与灰度记录高度相关,表明石笋灰度值的变化亦可作为重建古气候和古环境的一个替代指标。功率谱分析显示石笋QX-3δ~(18)O序列具有显著的24~20 a和12~10 a周期,与树轮Δ~(14)C周期有很好对应,为太阳辐射驱动气候变化假说提供又一重要证据。亚洲季风区万象洞、黄爷洞、和尚洞、七星洞和董哥洞的δ~(18)O年代序列曲线对比显示,在长时间尺度上各洞穴的δ~(18)O记录均表现出较一致的气候环境变化特征;但在百年到数十年尺度上存在一定差异,这可能指示了区域降水对亚洲季风变化的响应差异。     

黄土高原冬小麦田土壤水分与小麦产量对降水和气温变化响应的模拟研究

明确黄土高原地区降水和气温变化对冬小麦田土壤水分和产量的影响,对探索适应气候变化的冬小麦田间管理措施具有重要的现实意义。论文在验证EPIC模型对冬小麦田土壤水分模拟精度的基础上,以历史气象数据为基础,设置TR1、TR2和TR3三个气候情景,采用作物模型模拟的方法,研究黄土高原冬小麦田土壤水分和冬小麦产量对降水和气温变化的响应。结果显示：1）1961—2010年黄土高原降水呈降低趋势,其年际间变化幅度和频率均有所增加。与1961—1970年相比,洛川、长武、运城和延安的年均降水量在2001—2010年间分别降低了18.1%、13.6%、18.8%和24.9%,其变差系数分别增加了0.029、0.087、0.02和0.057。1961—2010年黄土高原气温呈波动性增加趋势,其中日最低气温增加幅度大于日最高气温增加幅度。与1961—1970年相比,日最高气温在2001—2010年间增加了0.30~0.84 ℃,而日最低气温增加了1.00~1.55 ℃。2）EPIC模型能够较好地模拟黄土高原冬小麦田土壤水分动态变化规律,0~2.0 m土层土壤湿度观测值与模拟值间的相对均方根误差RRMSE值为6.0%~14.0%,R²和模型效率ME值分别为0.824和0.815。3）黄土高原地区降水的减少和最高气温的增加均不利于冬小麦生产,而最低气温的提高对冬小麦生产较为有利。洛川、长武、运城和延安冬小麦产量因年降水量的降低而分别减产了8.5%、7.6%、11.7%和12.3%;因日最高气温的升高分别减产了6.4%、6.8%、7.2%和-3.0%;因日最低气温的提高而分别增加了8.8%、10.2%、1.5%和12.0%。因此,为适应降水减少和日最低气温升高的趋势,黄土高原冬小麦生产区应适当调整冬小麦播期,研究并推广保水节水技术措施,充分利用气候变化对冬小麦生产的有利因素,克服不利因素,确保冬小麦的可持续生产。     

1977-2017年萨吾尔山冰川变化及其对气候变化的响应

利用1977年MSS和1989年、1998年、2006年TM及2017年OLI/TIRS遥感影像资料,通过目视解译和GIS技术,提取萨吾尔山地区五个时期的冰川信息,同时对研究区周边气温降水的趋势性和周期性进行分析,探讨该地区最近40年冰川对气候变化的响应。研究表明： （1）1977-2017年,研究区冰川总面积减小了10.51 km²,退缩45.72%,退缩速率为1.14%·a^-1,且冰川处于加速退缩阶段;（2）冰川规模越小,退缩越快;（3）南坡退缩速度最快,东南坡和西南坡次之,东北坡退缩最慢,冰川退缩率在5°~40°坡度大体呈现随坡度增大而增加的趋势;（4）研究区正处于气温上升期,降水增加期,降水量增加幅度不能弥补由气温升高造成的冰川消融,引起冰川退缩速率不断加快;（5）与其他因素主导区域的冰川相比,研究区冰川退缩率较高,面积较小的冰川占比较多是形成这一结果的另一因素。     

人类活动对40年间黄河三角洲湿地景观类型变化的影响

为了解人类活动对黄河三角洲湿地景观类型变化的影响以及判别主导的人为因素,本文采用Landsat系列1976、1986、1996、2006、2016年卫星数据,利用景观转移矩阵、人类活动强度模型等方法对40 a人类活动影响下黄河三角洲湿地景观类型变化进行定量监测并对研究区内人类活动影响大小进行分区评估,研究结果如下:（1）受人类干扰影响较大的三种主要转换:自然湿地向人工和非湿地转移量最多、非湿地向人工湿地转移其次、人工湿地向非湿地转移最小。（2）40 a人类活动影响比率由前10 a的16.77%到后10 a达到了52.93%。1976~2006年农田开垦是影响景观类型变化的主要因素,2006~2016年间由各种人类活动影响导致的自然湿地面积变化转移分布较为均衡,向库塘转移比例较大占34%。1976~2016年整体上以农田开垦为主。（3）人类活动强度模型适用于黄河三角洲湿地人类活动强度的评估计算,从结果可以看出1976~2016年,重度干扰主要集中于沿海区域,未干扰和干扰减弱区主要集中于自然保护区内,与实际野外调查结果较为贴合。该研究结果可为有关部门对黄河三角洲湿地保护和管理、修复提供有利参考。     

天津市突发事故条件下大气污染的应急模拟

基于数值天气预报模式和自动气象站观测资料,采用随机游走粒子-烟团模式对天津市突发事故条件进行应急示踪模拟试验.结果表明,模式能在10min内给出计算结果,并能较好地模拟大气突发事故的大气扩散过程,粒子的散布和积分浓度的分布均能反映出大气突发事故污染物扩散路径和影响范围的变化,可以作为事故应急决策系统的大气扩散模块,为早期应急和后果评价提供更接近实际的信息.     

东海西湖凹陷区溢油行为数值模拟

研究东中国海中日共同开发区附近海域溢油污染的问题,在模拟水动力场的基础上模拟了海上溢油漂移扩散情况。在表层流场和风场的作用下漂移,而油膜的扩展则通过油粒子的随机走动来实现。本文以东海西湖凹陷原油为溢油油种,通过模拟分析不同季节和不同风况下的溢油事故,对溢油油膜的扫海范围进行了分析。     

天水市过去116年气温变化趋势及突变分析

天水位于青藏高原东北部的副热带北部边缘,受大陆性季风气候的影响,生态环境脆弱,是研究全球变化区域响应的理想之地。基于天水市1901—2016年的月平均气温资料,运用一元线性回归、5年滑动平均和Mann-Kendall非参数检验等方法分析了过去116年来天水市气温在不同尺度上的变化特征及突变节点。结果表明：天水市1901—2016年气温总体呈上升趋势,气候倾向率为0.058℃?(10a) ^?1。各季节均表现出增温趋势,春季、夏季、秋季和冬季的线性倾向率分别为0.084℃?(10a) ^?1、0.019℃?(10a) ^?1、0.022℃?(10a) ^?1、0.102℃?(10a) ^?1。最冷月份1月及最热月份7月同样表现出增温趋势,线性倾向率依次为0.085℃?(10a) ^?1、0.038℃?(10a) ^?1。年平均气温在1923年和1993年发生了两次突变。春季和秋季突变年与年平均气温基本一致,夏季气温突变存在超前和滞后现象,冬季突变时间为1978年。最冷月份1月平均气温在1977年发生突变,最热月份7月平均气温突变年份集中在2000年之后。总体而言,天水市过去一百多年来,气温呈上升趋势与全球变暖大背景一致。     

Environmental changes in Jiaozhou Bay of northern China during the past 90 years using metals and biogenic elements in sediments

Metals and biogenic elements were analyzed from surface sediments and a 100 cm core collected from Jiaozhou Bay in July 2009, to determine how the environment has changed over the past 90 years due to increasing anthropogenic influences in this region. High concentrations of biogenic silica (BSi) represented the dominance of diatoms in the bay. Most metals were lower than the marine sediment quality guidelines; however, Hg, Zn, and Mn were at polluted levels. The vertical profiles of biogenic elements and metals in the sediment core suggest that the most significant environmental changes occurred since the 1990s, and three stages could be defined: (1) before 1950, characterized by low concentrations of biogenic elements and metals; (2) between 1950 and 1990, displaying an obvious increase of Hg and a slow increase of biogenic elements; (3) after 1990, reflected by a significant increase of total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN), total phosphate (TP), and most metals, but a decrease of BSi. Correlation and principal component analyses indicated that most metals originated from lithogenic sources, industrial and domestic discharges as well as maricultural activities.     

近40 年苏北海岸线时空动态变迁分析

海岸线对海平面上升、海岸侵蚀、港湾淤积、湿地生态资源和近海海域环境等具有重要指示作用。利用遥感（remote sensing, RS）和地理信息系统（geographic information system, GIS）技术获取苏北海岸在1978年至2018年5期海岸线数据,对海岸线长度变化、岸线速率变化以及岸线类型转变进行分析,并以河口为分界点对岸线变迁特征分段分析。结果表明:（1）40 年间研究区岸线总长度大致呈现递减趋势,岸线类型变化较为明显,随时间推移人工岸线和自然岸线分别表现为增长和削弱的趋势。（2）研究区在1978年至2018年,海岸线向海域推进速率远大于海岸线向陆域推进速率。（3）1978年至1988年,射阳河口至新阳港口之间的海岸线推进速率最为明显,主要以自然淤长的方式向海域推进,岸线平均端点速率（end point rate, EPR）为281.4 m/a;在1988至1998年,新阳港口到斗龙港口之间岸线推进速率最为明显,主要以自然淤长方式向海域推进,平均EPR为535.5 m/a;在1998年至2008年,斗龙港口到大丰港口之间岸线推进速率最为明显,主要以人工围垦方式向海域推进,平均EPR为502.1 m/a;在2008年至2018年,梁垛河口到方塘河口之间岸线推进速率最为明显,主要以人工围垦方式向海域推进,平均EPR为347.7 m/a。     

亚洲季风的多尺度变化规律及其与全球气候变化的关系

在科技部"973"计划和国家自然科学基金委的资助下,西安交通大学全球环境变化研究院程海教授带领研究团队利用中国、印度、乌兹别克斯坦等地的洞穴石笋,重建了目前全球最长的,有绝对年代控制的高分辨率亚洲季风和中亚核心区气候变化的石笋记录,深入研究了不同时间尺度上亚洲季风的变化规律、影响机制及其与全球气候变化的关系。直接验证了10万年的冰期循环是4—5个岁差周期的平均,发现了高低纬气候系统之间的"简洁"关系,进一步证实亚洲季风与太阳辐射变化在岁差尺度上没有显著的相位差,揭示了亚洲季风与西风带气候模态之间的耦合分异,研究了历史时期百到十年尺度的季风降水变化并尝试预估未来变化趋势。以上成果为全球气候变化研究提供了重要标尺,加强了对于气候系统相互作用、强迫因子及其响应机制的理解,为全球气候事件研究和模拟工作提供了重要的新线索,也为相关政府部门制定水资源的长期规划提供了科学依据。     

亚运时段广州大气污染物来源数值模拟研究

利用嵌套网格空气质量预报模式系统(Nested Air Quality Prediction Model System,NAQPMS)研究2006年亚运时段广州的空气质量状况,同时结合污染源追踪方法,分析珠三角各城市的源排放对广州全市、广州二环以内市区、广州6个亚运加强观测站的污染物浓度贡献.结果表明,NAQPMS模式能较好地反映广州各污染物(NO2、SO2、PM10)浓度的变化;广州全市、广州市区、6个亚运加强观测站的污染物最主要来源于本地排放,而周边城市以东莞的贡献最大.3个源受体中,广州市区受本地排放的影响最显著,来自本地的NO2、SO2、PM10的月均贡献率分别为89.5%、75.4%、86.7%;东莞则对6个亚运加强观测站的影响最为突出,其NO2、SO2、PM10的月均贡献率达9.3%、23.8%、21.7%,而日最大贡献率高达19.3%、40.2%、48.7%.因此在大力削减广州本地污染排放的同时,对周边城市特别是东莞实施区域联防联控,将能有效改善亚运场馆附近的空气质量.     

采煤塌陷塘浮游生物对矿区生态变化的响应

通过分析淮南矿区生态环境对塌陷塘水体的影响及不同时序采煤塌陷塘浮游生物的种类变化,探讨了塌陷塘水域浮游生物对矿区生态变化的响应;从中发现塌陷初期硅藻-裸藻占优势,到中期随着营养水平的增加,绿藻-蓝藻成为水体主要藻类,经过很长时间的高营养化水平后,塌陷塘周边环境逐渐稳定,影响因素也趋于单一化,硅藻-裸藻再次成为水体的优势藻类.浮游动物种类则呈现明显下降趋势,且优势种也发生变化.这说明塌陷塘的浮游生物演替不同于一般的水库和湖泊.