中国北方地区年降水与气温关系及其时空变异性

降水与气温之间的不同关系类型对植被、水资源、生态环境等有着不同的影响,全面揭示大范围多气候类型区关系类型及其时空变异性和影响成为重要研究内容.文章以范围较广、涵盖气候类型较多的中国北方地区为研究区,利用研究区及其周边的357个高密度气象站点1951—2016年年降水量、气温数据,采用中心聚类等方法,定性、定量揭示了中国...     

佛山农业表层土壤磁化率特征及其与重金属含量的关系

环境磁学方法针对城市、矿区、工业区等特定区域土壤的研究现已比较普遍,但在农业土壤重金属研究中的应用还比较少。本文对采自佛山市的532件农业表层土壤样品进行低频（976 Hz）和高频（15616 Hz）磁化率测试,在分析其空间分布特征的基础上选取175件（其中,旱地土样149件,水田土样26件）代表性样品进行重金属（Cd、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn、Hg、As）含量的分析测试。在分析不同土壤样品磁化率与重金属含量之间相关关系的基础上,从旱地和水田土壤中分别挑选出6种与低频磁化率高度相关的重金属元素（旱地Ni、Cu、Cr、Zn、Cd、Pb,相关系数分别为0.599、0.492、0.279、0.510、0.445、0.225;水田Ni、Cu、Cr、Zn、Cd、Hg,相关系数分别为0.728、0.699、0.606、0.602、0.764、0.450）进行回归分析,列出回归方程,并得到一些初步认识。主要有（1）低频磁化率与频率磁化率在空间分布上总体呈现相反趋势;（2）重金属含量与低频磁化率总体呈正相关,但正相关的元素种类在旱地和水田土壤中有所差异;（3）所研究的旱地土壤重金属含量与频率磁化率呈负相关关系,但这种相关关系在水田土壤中没有明显表现;（4）Pb 元素在旱地土壤中与低频磁化率表现出显著正相关（P〈0.01）,在水田土壤中却与低频磁化率和频率磁化率表现出一定的负相关性。（5）通过测定农业土壤的磁化率即可初步推算出相应的重金属含量,为磁学方法在农业表层土壤重金属快速监测领域的进一步应用提供了数据支持和科学依据。     

甘肃黄土高原各级降水和极端降水时空分布特征

利用甘肃黄土高原地区1960－2011年12个及周边4个站点的逐日降水观测资料,用阈值检测方法计算出甘肃黄土高原地区极端降水的阈值并运用气候线性趋势、多项式拟合、反距离加权法、Mann-Kendall检验、Morlet小波、R／S方法分析了近52a甘肃黄土高原各级雨量和R95极端降水的时空变化特征及对未来进行预测。结果表明：①近52a来甘肃黄土高原春季以小雨为主,夏、秋季以暴雨为主,冬季以大雪为主,R95极端降水主要集中在夏季;②春、秋季主要以大雨降水强度最强,夏季暴雨降水强度最强,冬季则为大雪;R95极端降水强度夏季降水强度最强。③小雪呈显著增加,微雨、中雨、大雨、微雪、R95极端降水量均呈显著减少;④微雨量、小雨量、中雨量、大雨量、R95极端降水量与年降水总量有很好的相关性,对年降水总量有很好的响应;⑤在空间分布上,各量级降水和R95极端降水大部分存在减小趋势,减小区主要集中在西南部和东北部;⑥各量级降水和R95极端降水突变年份不尽相同;⑦各量级降水和R95极端降水在不同的时间序列存在长短不同的周期震荡;⑧R／S分析表明不同量级降水和R95极端降水的未来变化趋势和过去一致。     

1982—2006年京津冀地区植被时空变化及其与降水和地面气温的联系

利用NOAA/AVHRR归一化植被指数（Normalized difference vegetation index,NDVI）,分析过去25年（1982—2006年）京津冀地区生长季（4—10月）植被覆盖时空变化、趋势及其与降水和地面气温的联系。经验正交函数展开（EOF）、奇异值分解（SVD）及相关分析,结果表明：过去25年京津冀地区植被总体呈增加趋势,其中,河北中部地区增长速率超过3%/10 a。植被覆盖年际变化与气温变化呈正相关,但与降水变化的正相关更加显著。1989年和1999—2002年的干旱导致当年NDVI显著减少,而1990、1998年和2003—2005年降水增加使得研究区NDVI明显增加。     

近53年黄河流域降水时空分布特征

利用黄河流域76个气象台站近53 a（1960-2012）的逐日降水资料,采用国际上通用的极端降水事件指数,应用一元线性回归法、移动平均法和径向基函数空间插值法,研究了黄河流域极端降水指数时空变化特征。结果表明：（1）时间上,黄河流域年平均降水量在过去53 a下降趋势较为显著,降水倾向率为-7.2 mm/10a;极端降水量变化趋势表现较为稳定,极端降水倾向率为-0.64 mm/10a,呈不断降低趋势;极端降水强度倾向率为-0.078 mm/10a,呈不断下降趋势;极端降水比率总体表现为微弱增长趋势,倾向率为0.49 mm/10a。（2）空间上,降水量空间分布具有明显的差异性,由北至南呈阶梯式逐渐增多趋势,其中降水量最少的地区是以银川为代表的周边区域,最多的地区为黄河流域南部区域;极端降水量从北至南也具有逐渐增多态势,与降水量具有相似的空间分布特点,且极端降水量越多的地区降水总量也相对较多;极端降水强度表现出由流域西部向东部逐渐增多的趋势,西部最低值为不到20 mm/d,逐渐向东过渡到最大值为76 mm/d;极端降水比率的分布呈由北向南逐渐递减的特点,并且出现了以银川为中心的极大值和以西安为中心的极小值分布格局。     

基于HASM的中国植被NPP时空变化特征及其与气候的关系

植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分,直接反映植被的生产力和地表质量状况,对于研究全球气候变化具有重要意义。为更好地了解近年来中国陆地植被NPP时空分布格局,探讨其对气候因子响应的空间分异规律,利用高精度曲面建模方法(HASM),结合LPJ-GUESS动态植被过程模型和MOD17A3NPP遥感数据产品估算2001-2015年中国陆地生态系统植被NPP的时空分布特征,并根据气候要素和土壤质地特点分区探讨其与气候因子的关系。结果表明,(1)近15年全国植被平均NPP空间分布地域性明显,总体上沿水热梯度由西北向东南呈逐渐增加的趋势。其中西北沙漠和青藏高原腹地的植被NPP值最小,在100 g·m~(-2)(以C计,下同)以下,西北内陆向东南沿海过渡带植被NPP值在300-600 g·m~(-2)之间,四川盆地大部分地区以及海南省和东北平原局部植被NPP值在700g·m~(-2)以上。(2)近15年全国植被NPP均值为376 g·m~(-2)·a~(-1),变化范围为1.9~(-1) 131 g·m~(-2)·a~(-1)。青藏区面积和植被NPP总量占全国的比例最大,均为23%,甘新区面积占全国的23%,年均NPP总量只占全国的10%;西南区、东北区和长江中下游区植被丰富,年均NPP总量占比大于面积占比。其他地区面积和年均NPP总量占全国的比例相当。(3)近15年全国有65.29%的区域植被NPP呈增加趋势,最大增速为72.64 g·m~(-2)·a~(-1),平均增速为2.29 g·m~(-2)·a~(-1),以青藏部分地区、黄土高原区、海南大部和台湾北部地区增幅最大。(4)近15年来全国有79.26%的地区年平均NPP与年平均降水之间呈显著正相关,而年平均NPP与年平均温度这一比例仅为8.71%,分布在青藏高原部分地区。     

河南省PM_(2.5)时空分布特征及其与植被覆盖度的关系

随着中国城市化和工业化的不断推进,大气污染治理形势严峻,PM_(2.5)作为首要的大气污染物,已经引起了公众和学术界的普遍关注。研究PM_(2.5)的时空分布特征及其质量浓度同植被覆盖度之间的关系,为区域大气污染联防联控提供数据支撑和理论依据。以大气污染严重的河南省为研究对象,利用2017年1月—2019年2月期间75个国控空气质量监测站的逐日PM_(2.5)质量浓度数据,通过空间插值技术,分析了PM_(2.5)质量浓度的时间和空间分布特征。基于MODID NDVI遥感卫星数据,采用像元二分模型反演获取植被覆盖度数据,再计算其与PM_(2.5)质量浓度的秩相关系数。研究发现,(1)总体上,河南省PM_(2.5)年均质量浓度逐年降低,由2015年的79μg·m~(-3)降至2018年的63μg·m~(-3),年均降幅达7.2%,但是依然超过国家二级标准(35μg·m~(-3)),污染防治形势仍然严峻。(2)从时间分布看,PM_(2.5)季节差异明显,月均质量浓度曲线大致呈"U"形,冬季质量浓度最高(113μg·m~(-3)),夏季最低(35μg·m~(-3)),春秋两季居中。(3)从空间分布来看,PM_(2.5)质量浓度在河南省内由南至北污染程度递减,形成了以污染最严重的郑州市、安阳市为中心的PM_(2.5)辐射圈。(4)植被覆盖度和PM_(2.5)质量浓度相关性强,秩相关系数为-0.55。从污染治理来看,提高植被覆盖度,增加植被面积对PM_(2.5)沉降有积极作用,但作用有限。     

上海地区降水pH值与近地面层大气水平输送关系的研究

对上海地区降水pH值与地面风向、混合层平均风向、地面风速以及通风系数进行实例分析和统计表明:在离市区较远的地区,酸雨的出现与混合层平均风向的变化有关,而与地面风向的变化关系不大;在市区下风方向,随着地面风速或通风系数的增大,降水pH值逐渐降低,当通风系数增加到一定量级后,下风方向才显著地出现酸雨。     

青藏高原不同等级降水时空变化特征北大核心CSCD

利用1981-2019年青藏高原气象站的逐日降水量资料,研究青藏高原不同等级降水的空间分布特征和时间变化规律.结果表明:青藏高原主要以小雨和中雨为主,大雨和暴雨非常少.年平均不同等级降水日数和降水量总体均呈东南多、西北少的分布状态. 1981-2019年小雨等级降水日数总体呈不明显的减少趋势,高原东侧和东南侧显著减少;中雨等级的降水日数总体呈显著的增多趋势,显著站点主要出现在青海东北部和四川中部;大雨和暴雨等级降水日数总体为不显著的增多趋势.1981-2019年青藏高原不同等级降水量均呈增多趋势,其中小雨、中雨和大雨通过了95%置信度检验.进一步研究发现小雨等级降水日数的减少主要由0.1-1 mm的降水日数减少导致,而小雨等级降水量的增多则主要由6-10mm的降水量增加引起.综上所述,青藏高原不同等级降水日数和降水量均呈由东南向西北递减的分布特征,变化趋势的空间差异非常大,总体上小雨日数为减少趋势,其他等级降水日数和所有等级降水量呈增加趋势.(图10表1参31)     

基于标准化降水蒸发指数(SPEI)的东北干旱时空特征

东北地区是我国重要的粮食作物和经济作物的生产基地,易受异常降水和干旱的影响。随着全球气候变暖,东北地区温度增高、降水量减少,干旱事件发生频繁。但是目前国内对东北地区干旱的研究较少、结果存在分歧,且主要关注干旱的时空变化特征和干旱的影响,较少研究关注干旱的区划研究。依据1961─2013年东北地区月平均气温和降水资料,运用标准化降水蒸发指数（SPEI）分析了东北地区的干旱趋势,并根据主成分分析和聚类分析研究东北地区干旱的时空特征,研究结果表明：东北地区在1961─2012年期间干旱发生频率呈现波动增加的趋势;在1961─1999年期间,东北地区干旱发生频率低、持续时间短,干旱危害较小;而2000年以后,东北地区干旱事件频发,干旱持续时间长、强度大,出现了2000─2002和2007─2008年2个连续干旱期。从空间分布来看,2000─2010年是东北地区干旱发生频率和影响范围最大的时期,尤其是东北地区的中部和西部,其干旱频率分别达到42.86%和33.34%。根据主成分析和聚类分析的结果将东北划分为8个干旱相似区。研究结果对于实现东北干旱监测、评估,为减轻该区域干旱损失,指导区域水资源管理和农业生产具有重要的现实意义。     

渭河流域土壤侵蚀时空特征及其地理探测

基于GIS和RS技术,利用RUSLE模型研究渭河流域2000—2015年土壤侵蚀时空分异特征,并运用地理探测器对其影响因素进行研究,结果表明:(1)2000—2015年渭河流域土壤侵蚀模数呈减小趋势,2000、2005、2010和2015年平均土壤侵蚀模数分别为50.724、42.270、39.716和35.944 t·hm~(-2)·a~(-1),侵蚀总量减少1.959亿t,大部分地区土壤侵蚀强度向低级别转化;(2)流域土壤侵蚀强度较大区域主要分布在陇东黄土高原区及陇中黄土丘陵区,较小区域主要分布在关中平原和河谷平原。(3)植被覆盖度、造林面积和降雨量是影响流域土壤侵蚀空间分布的主要因素,且不同因子的交互作用均会增强对土壤侵蚀的解释力。(4)植被覆盖度小于0.3、降雨量在481.27～547.75 mm区间、海拔处于3 282～3 874 m区间以及坡度位于20°～25°区间的地区为流域土壤侵蚀高风险区。     

半个世纪以来黄土高原降水的时空变化

在全球性的显著升温引起全球环境的一系列变化,而全球变暖必然被引起区域降水分布的改变.气候变化将改变全球水循环的现状,导致水资源时空分布的重新分配,并对降水、蒸散发、径流等造成直接影响.运用中国气象中心黄土高原51个站点的降水资料,通过Mann-Kendall趋势分析法,对1947-2004年期间的降水时空分布规律及其原因进行了分析.结果发现,多数站点的降水在半个世纪中呈现减少趋势,降水减少的突变时间大约在1983年;降水显著减少的区域为夏季风边缘地区,季风边缘地区的降水序列与东南季风指数之间存在很好的相关性,说明夏季风的变化是引起该区域降水变化的主要原因.     

煤炭工业城市近地面臭氧变化特征及其与气象条件的关联

考察太原城区10个国控点O3日浓度变化,并分析了其与相关气象因子(能见度、大气压、空气温度、空气湿度、风速和风向)的关系.研究结果表明,夏季平均O3浓度变化最大;春季O3平均浓度变化次之,冬季变化最小;全年O3平均浓度均低于国家环境空气质量的最高标准.对各国控点日O3浓度的相关性进行聚类分析,结果显示,城市新兴繁荣区和传统重工业区等人类活动频繁的区域(GroupⅠ)的O3浓度变化的持续时间要明显高于过渡区域(GroupⅡ).城区全年时间尺度上,O3均与能见度、空气温度、空气湿度和风速存在极显著的相关性(n=365,P0.001).小波分析结果显示城区O3时间序列的变化周期为以4 d的短周期为主(P0.05),且在6—7月与空气温度和空气湿度存在严格的线性同步变化特征,在11月则与可见度存在近似严格的线性同步变化特征.西西北风对O3浓度影响最大,全年影响频率达50%;而夏季受此影响频率高达60%,秋季西西北风和西北北风对O3浓度的影响频率相近(约40%).     

东江湖水质时空变化规律及其与流域土地利用的关系

东江湖是长江中下游重要的人工湖泊之一,也是湖南省最大的饮用水源地,探究水质变化规律及其与流域土地利用关系,可为东江湖生态保护提供科学依据。基于2011-2022年东江湖2个国控断面及2021-2022年6条主要入湖河口水质监测数据,运用统计分析和Spearman秩相关系数法,阐明了东江湖水质时空变化规律及其与土地利用变化的关系。结果表明,（1）在近12年期间,东江湖水环境污染综合指数呈上升趋势,水质由地表Ⅰ类水下降到地表Ⅲ类水。东江湖主要入湖河口水质介于地表Ⅲ-Ⅳ类水之间,水环境污染综合指数呈现出枯水期高于丰水期特点。（2）东江湖流域各土地利用类型的面积呈现出林地>耕地>水域>建设用地>草地的特点,其中建设用地、耕地和草地面积随着时间的增加而增高,林地面积随着时间的增加而减少,水域面积呈现小幅减少。（3）东江湖国控断面的化学需氧量、高锰酸盐指数、电导率及水环境污染综合指数与流域内耕地和建设用地面积呈极显著正相关,而与林地面积呈显著负相关;然而,东江湖入湖河口水体的溶解氧与子流域内水域面积呈显著正相关。可见,在2011-2022年间,东江湖水质呈下降趋势,而流域内...     

2013─2014年武汉市PM_(2.5)的时空分布特征及其与气象条件的关系

霾天气的频繁发生降低了武汉空气质量,明晰致霾污染物PM2.5的污染机理、污染时空分布特征、影响因素是科学认识和解决霾污染天气的重要前提。在全国大范围内开展PM2.5源解析的背景下,探讨其时空分布特征,厘清与气象因子的相互关系,是对源解析工作的响应,也是污染防治决策的科学依据。本文以2013─2014年武汉市10个国控点的PM2.5监测数据和中国地面气象交换站气象数据为基础,运用统计学方法,基于不同时间尺度和空间分布类型研究PM2.5污染分布特征,并探讨其与气象条件的相互关系。结果表明:(1)武汉市PM2.5污染表现出显著的时间分布规律。就年变化而言,PM2.5污染程度2014年(年均值121μg·m-3)2013年(107μg·m-3),且PM2.5污染主要为良好和轻度污染,季节尺度上冬季秋季春季夏季,月均值规律体现为4─9月优于10─翌年3月,以周为单位表现出显著的正周末效应,即周日周六周一周五周四周三周二;(2)武汉市ρ(PM2.5)的空间差异与区域类型、城市布局有关,工业区、居民区、交通区较风景区污染严重,二环和三环较一环严重;(3)ρ(PM2.5)月均值分布与降雨量、气温、平均风速、相对湿度呈负相关关系(P0.05),与气压呈正相关关系(P0.01),监测点S2、S3、S9与平均相对湿度相关性更显著。PM2.5污染的减轻与气象条件有一定关系,也离不开城市环境空气治理。     

桂林岩溶表层带土壤 CO2体积分数时空变化规律及其意义

通过2010—2011年的监测建立了桂林盘龙洞坡地和洼地不同深度土壤 CO2体积分数的季节性变化.监测土壤 CO2体积分数空间上变化为:坡地80 cm>50 cm>30 cm;洼地80 cm >100 cm >50 cm>30 cm.监测土壤 CO2体积分数时间上变化为2010年7月和2011年6月未 CO2体积分数达到最高值,2010到2011年冬季为土壤 CO2达到最低值.由于受到大气降水量急剧减少的影响2011年土壤 CO2体积分数整体比2010年低.显示大气降水量也是影响土壤 CO2体积分数的重要环境因素.为我国固碳减排科学的选择时间和空间提供有力的依据     

桂林岩溶表层带土壤C02体积分数时空变化规律及其意义

通过20lO-2011年的监测建立了桂林盘龙洞坡地和洼地不同深度土壤C02体积分数的季节性变化。监测土壤C02体积分数空间上变化为：坡地80cm〉50cm〉30cm;洼地80cm〉100cm〉50cm〉30cm。监测土壤C02体积分数时间上变化为2010年7月和2011年6月未C02体积分数达到最高值,2010到2011年冬季为土壤C02达到最低值。由于受到大气降水量急剧减少的影响2011年土壤C02体积分数整体比2010年低。显示大气降水量也是影响土壤C02体积分数的重要环境因素。为我国固碳减排科学的选择时间和空间提供有力的依据。     

乌梁素海叶绿素a的时空分布及其与环境因子的关系

叶绿素a是浮游植物均具有的光合色素,是评价水环境质量的重要指标之一。以叶绿素a为指示性指标对冰封期和非冰封期叶绿素a及相关环境因子含量指标进行了监测,以了解乌梁素海水体叶绿素a在治理前后(2014-2017年)在时间和空间上的分布变化特征及影响因素,尤其是针对寒区湖泊的特点,对冰封期叶绿素a、总氮、总磷的时空分布进行了深入分析,运用相关性分析和逐步回归分析方法探讨了叶绿素a与理化环境因子的关系。结果表明,绿素a总体上呈冰封期高于非冰封期的特征,2014-2016年叶绿素a呈逐年递减趋势,但2017年又略有回升,且区域性差异显著,与氮磷营养盐空间分布趋势一致,表现为湖北区总排干入水口附近大于湖心区和湖南区。影响乌梁素海的主要水化学因子依次为总磷、溶解氧、溶解无机磷、总氮、正磷酸盐、总溶解性固体;同时,透明度与叶绿素a呈极显著负相关;冰层厚度因其影响冰下水体污染物的蓄积,也是影响水域环境的关键因素。总体上,治理后叶绿素a较治理前有明显的下降趋势,表明湖北区总排干入湖水的污染物得到了有效控制,对乌梁素海水体污染控制与修复取得了一定成效,同时也显现出乌梁素海冰封期水体由于水体冻结使得污染物析出,致使冰下水体富营养化较其他时期严重。     

江西省农田投入品输入时空演变特征及与种植业结构调整的关系

厘清近30年间江西省农田投入品输入的时空演变特征,并探究其与种植业结构调整的关系,可为江西省农业生产提质增效和农业面源污染防治提供理论依据。采用重心模型和结构均衡度方法,基于ArcGIS探究了江西省1992—2019年农田化肥、农药和农用薄膜输入的时空演变特征,并通过线性回归分析探讨了种植业结构调整与农田投入品输入量的关系。结果表明：(1)1992—2019年江西省化肥、农药和农用薄膜输入量整体呈先增后减的变化趋势,自2015年实施了一系列农药化肥减量增效政策之后,江西省农田化肥和农药输入量明显降低,2020年化肥、农药输入量比2015年分别下降24.5%和43.9%,但是近年来农用薄膜输入量的减缓趋势并不明显;(2)江西省化肥输入强度存在明显的空间聚集现象,总体呈现沿鄱阳湖流域、抚河流域和赣江流域聚集分布的趋势;农药输入程度在赣东北地区普遍较高;农用薄膜输入量在全省普遍增加,其中,赣东和赣南农用薄膜输入量增加尤其明显;(3)江西省种植业结构调整表现为果园种植面积占比不断增大,从1992年的10.67万hm²增长到2020年的42.78万hm²