基于干旱指数的宁夏干旱时空变化特征及其Morlet小波分析

基于宁夏9个气象站点1961—2012年逐日气温、降水、风速、日照时数和相对湿度数据,应用Penman-Monteith模型、Arc GIS反距离加权插值、突变检验和Morlet小波等方法,分析其参考作物蒸散量、降水量和干旱指数(AI)时空变化及其影响因素。结果表明:近52年来,宁夏潜在蒸散量(ET0)和降水量在波动中呈降低趋势,倾向率为分别-8.64 mm·10 a-1和-10.04 mm·10 a-1,AI指数则在波动中略呈增加趋势,倾向率为0.01 10 a-1,表明宁夏气候有变干的趋势;从年内分布看,ET0和降水量呈单峰型分布,峰值分别为8月的118.12 mm和7月的66.82 mm,而AI指数呈谷状分布,以8月最小,为0.42;AI指数空间差异明显,呈自南向北递增趋势,表明气候自南向北依次变干;宁夏ET0、降水量和AI指数均在1970年末期、1980年早期和1980年中期发生突变,均存在21 a中尺度的优势周期,并与太阳黑子活动22 a的海尔(磁)准周期基本一致,短周期为3、5、7 a,可能受大气环流和厄尔尼诺等影响。     

1961-2010年中国东部林区降水的完整日值序列建立与变化特征

高精度地对各气象站缺测降水资料进行插补,从而获得完整序列的降水资料,对于提高气候变化影响分析的时空精度具有十分重要的意义.本文利用空间相关和逐步回归法,对东部林区月内有单日缺测或不多于7 d缺测的降水资料进行插补,最终建立了853个站自1961-2010年完整序列的降水资料.在此基础上,应用趋势分析法,分析了1961-2010年降水量、降水日数和极端降水事件的变化特性.结果表明： 1961-2010年,研究区年降水量略呈不显著增加趋势,倾向率为5.58 mm·(10 a)^-1,年代际变化明显;年降水日数呈显著减少趋势.极端降水日数和极端降水量呈显著上升趋势,倾向率分别为0.12 d·(10 a)^-1、10.22 mm·(10 a)^-1.尤其是20世纪90年代以后,该区极端降水事件明显偏多偏强,极端降水量对总降水量的比率也呈显著增加趋势.极端降水日数和极端降水量均在1993年发生突变.     

中国西北地区植被NPP多时间尺度变化及其对气候变化的响应

净初级生产力(NPP)是评估植被生长的重要参数,也是评价区域生态环境质量的重要指标。以"一带一路"枢纽地区西北六省为研究区,基于多年连续的GIMMS NDVI资料和气象数据,利用CASA模型,估算了西北六省34年NPP值,利用MK和EEMD方法,揭示了NPP变化的非线性特征,并探究不同时间尺度植被NPP变化对气候变化的响应。研究结果发现:(1)1982—2015年生长季植被NPP总体呈增加趋势,线性增长率为0.718 gCm~(-2) a~(-1);大多数研究区植被NPP短时间内将保持现有变化趋势,尤其是青藏高原、塔里木盆地边缘和内蒙古南部一带。(2)1982—2015年植被NPP以3年周期变化和长期增加趋势为主。其中陕西的南部,甘肃、新疆、宁夏和青海的北部以及内蒙古中部和北部以3年周期变化为主导,而陕西的北部,甘肃、新疆、宁夏的南部以及内蒙古东部以长期变化为主。不同植被类型NPP变化差异明显:针叶林、阔叶林以及混交林以3年周期波动为主,而灌木、草地和农田以3年周期波动和长期增长趋势为主。(3)NPP与气温和降水之间的相关性随着时间尺度的增大逐渐显著。在3年时间尺度上,大多数研究区NPP与气温和降水的相关性很小(P0.05)。6年时间尺度上,NPP与降水量呈正相关的区域向南略有扩散,其中青海南部高寒草甸NPP与降水的相关性由负相关转为正相关。在长期趋势上,NPP与气温和降水量具有非常显著的相关关系,且呈正相关的区域大于负相关的区域。本研究发现多时间尺度能够更好的分析NPP时空特征以及不同时间尺度NPP对气候变化的响应,有助于揭示全球气候变化背景下植被NPP对气候变化的非线性响应机制,评价气候变化的生态坏境风险,为西北六省区域可持续发展和生态环境保护提供理论依据。     

气候变化背景下甘肃农牧交错带玉米气候生产潜力和资源利用效率变化特征

为评估辐射、积温、降水和气候资源变化对甘肃农牧交错带玉米气候资源利用效率的影响,基于研究区45个气象站点1971—2020年玉米生育期内气象资料,结合玉米生育期数据,利用作物生产潜力逐级订正模型和指数化处理方法对研究区玉米气候生产潜力损失率以及光能、热量、降水和气候资源综合利用效率的变化特征进行分析。结果表明: 研究期间,甘肃农牧交错带玉米生育期内太阳总辐射量以-22.03 MJ·m^-2·(10 a)^-1的速率呈波动下降趋势,≥11 ℃积温以60.89 ℃·(10 a)^-1的速率呈显著上升趋势,降水量以2.05 mm·(10 a)^-1的速率呈缓慢上升趋势。甘南地区和陇中北部地区分别因温度和降水限制导致玉米气候生产潜力损失率较高,陇东大部分地区玉米气候生产潜力损失率较低;除中部地区和陇东部分地区外,研究区其他地区因温度和降水限制导致的气候生产潜力损失率分别以-2.0%·(10 a)^-1和-0.6%·(10 a)^-1的速率呈下降趋势。陇中北部、南部以及甘南部分地区为光能和热量资源利用效率的低值区,甘南地区为降水资源利用效率的低值区,兰州市和白银市气候资源综合利用效率较低,分别为0.41和0.47;陇东地区最适宜玉米种植,该地区4种气候资源利用效率均最高,然后依次为甘南和陇中地区;研究区光能、热量、降水以及气候资源综合利用效率的平均倾向率均呈上升趋势,分别为0.1%·(10 a)^-1、0.07 kg·hm^-2·℃^-1·d^-1·(10 a)^-1、1.17 kg·hm^-2·mm^-1·(10 a)^-1和0.05 ·(10 a)^-1,表现出玉米增产的良好潜力。     

中国西北干旱地区农牧业生态系统碳排放的空间分布与演变趋势

研究西北干旱地区农牧业生态系统碳排放的空间分布特点与演变趋势对于我国制定更具针对性的农牧业减排政策具有重要的指导意义。对2000—2013年中国西北干旱地区农牧业生态系统碳排放量进行测算的基础上,运用非参数核密度方法对中国西北干旱地区农牧业生态系统碳排放的演变趋势进行分析,研究发现:中国西北地区农牧业生态系统碳排放总量增势强劲,但空间非均衡性特征明显,以新疆最高,甘肃次之,陕西和青海居中,宁夏最低,农牧业碳排放源从以畜牧业为主向以种植业为主转变;西北地区农牧业碳排放强度呈下降趋势,省域差距明显,碳排放强度由大到小排序依次是:青海宁夏甘肃新疆陕西。从考察期内西北干旱地区农牧业碳排放的地区差距来看,整体上呈扩大趋势,但相对微弱的变化态势则反映了其变化幅度相对有限,其原因在于四种碳排放的变化趋势不一致,具体表现为:农田土壤碳排放的地区差距明显扩大;农用物资碳排放的地区差距在大幅扩大的同时,还表现出峰值从陡峭变为平缓,变化区间大幅扩大的现象;牲畜肠道发酵碳排放地区差距大幅缩小;牲畜粪便碳排放的地区差距也明显缩小。     

葡萄生长季内需水特征

为了定量评估我国鲜食葡萄主产区降水量对葡萄生长发育过程需水量的满足程度,本研究基于研究区域内(东北地区的吉林和辽宁,华北地区的山西和河北,西北地区的甘肃、宁夏和陕西,西南地区的四川、贵州和云南以及东南地区的江苏、山东、浙江、安徽、福建、河南、湖北、湖南和广西)1981—2016年429个气象站逐日气象数据,分析葡萄不同生育阶段降水量、需水量和水分亏缺量时空分布特征。结果表明: 研究期间,葡萄各生育阶段降水量整体由北向南、由西向东增加;萌芽-开花阶段的降水量最少且呈下降趋势,成熟-落叶阶段也呈下降趋势,开花-着色和着色-成熟阶段呈上升趋势。研究区各生育阶段的葡萄需水量均呈上升趋势,新疆和甘肃省北部的葡萄需水量最高。新疆、甘肃省北部、宁夏、陕西省北部、山西省北部、河北省、辽宁省西部和吉林省西部各生育阶段以及云南省北部、四川省南部萌芽-开花生育阶段的降水量无法满足葡萄需水量,其他地区,特别是我国东南和西南部部分地区水分盈余明显;萌芽-开花和成熟-落叶阶段的葡萄水分亏缺量呈上升趋势,开花-着色和着色-成熟阶段呈下降趋势。     

黄土高原半干旱区气候变化及其对马铃薯生长发育的影响

基于黄土高原半干旱区1988-2008年马铃薯生长发育定位观测资料、2007-2008年加密观测和1957-2008年地面气象观测资料,研究了气候变化对马铃薯生长发育的影响.结果表明：1957-2008年,研究区年降水量呈下降趋势,降水量变化曲线线性拟合倾向率为-13.359 mm·(10 a)^-1;年均气温呈上升趋势,年均气温变化曲线线性拟合倾向率为0.239 ℃·(10 a)^-1;作物生长季干燥指数呈显著上升趋势,干燥指数变化曲线线性拟合倾向率为0.102 ·(10 a)^-1.从播种后第96 天开始,马铃薯块茎由缓慢生长转为迅速生长,在播种后第110天,马铃薯块茎的生长速度达最大;从播种后第124 天开始,马铃薯块茎从迅速生长又转为缓慢生长.从播种至出苗期的间隔日数为每10年缩短1～2 d,花序形成至采收期和全生育期的间隔日数均为每10年延长9～10 d.气候变暖导致马铃薯生育前期的营养生长阶段缩短以及生殖生长阶段和全生育期延长.     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅴ.宁夏农业气候资源变化特征

基于1961—2009年宁夏21个气象站点的气象资料,分析了宁夏各区农业气候资源的时空变化趋势.结果表明：研究期间,宁夏各地气温逐渐升高,呈北高南低的空间分布特征,年均气温的气候倾向率为0.4 ℃·(10 a)^-1;大部分地区年降水量呈逐渐减少趋势,年降水量的气候倾向率为4.26 mm·(10 a)^-1;无霜期和作物生长季天数随着气候变暖逐渐延长;≥10 ℃积温在3200 ℃·d以上的区域向南扩展,宁夏适宜种植中晚熟水稻的区域有所扩大;2001—2009年,宁夏大部分地区适宜种植冬小麦,全区各地几乎都适宜种植春小麦;宁夏南部山区各地7月平均气温≤20 ℃的区域面积逐渐缩小,适宜种植马铃薯的地域也随之缩小.     

2000—2019年宁夏植被净初级生产力时空变化及其驱动因素

宁夏是我国重要的农牧交错区,开展该地区植被净初级生产力(NPP)时空变化及其驱动因素研究对于认知该地区NPP变化趋势及主导因素、揭示其植被恢复状况及成因具有重要作用。本研究基于MODIS NPP数据,利用Theil-Sen Median趋势分析、相关分析、叠加分析等方法分析宁夏植被NPP的时空变化及驱动因素。结果表明: 2000—2019年,宁夏植被NPP总体呈波动上升趋势,其线性增长速度为5.46 g C·m^-2·a^-1。研究区植被NPP在空间上呈现两高两低的分布特征,以南部山区最高,其次为引黄灌区,中部干旱带丘陵区和贺兰山一带最低。研究区84.2%的植被NPP处于显著恢复中,主要分布在中部及南部山区丘陵地,植被NPP随海拔变化显著,受地形影响明显。宁夏植被NPP重心总体向正南方向移动,南部植被NPP的增量和增速大于北部。宁夏地区年降水量呈增加趋势,年均温微弱降低,植被NPP主要受降水量的显著影响(R²=0.291),年均温与植被NPP相关性不显著。研究区96.9%的区域处于植被恢复状态,受气候变化和人类活动共同促进。     

延安市安塞区极端降水变化特征

以1980—2019年安塞气象站的日降水资料为基础选取11个极端降水指标,从降水强度和降水频率的角度对安塞区的极端降水数据进行分析,并对未来极端降水趋势进行预测。结果表明: 1980—2019年,安塞区极端降水指标总体呈现下降趋势,其中,大雨以上日数和普通日降水强度的下降趋势达到显著水平,其气候倾向斜率分别为-0.65 d·(10 a)^-1和-0.32 mm·d^-1·(10 a)^-1。除持续湿润日数和极端降水总量外,其余极端降水指标均存在突变点,突变之后各指标多呈下降趋势,且年降水量、中雨以上日数、大雨以上日数、暴雨以上日数、异常降水总量、普通日降水强度的下降趋势达到显著水平。持续干燥日数与其他指标的相关性较低且与一些指标呈负相关,而持续湿润日数只与少数几个指标具有相关性,此外,其他极端降水指标之间均呈显著相关。Hurst指数分析表明,未来安塞区极端降水总体变化趋势具有持续性。     

长白山生态功能区气候变化特征

为探究长白山生态功能区气候变化特征,本研究利用区域内及周边36个气象站数据与CN05.1格点数据集,采用线性倾向估计法、Mann-Kendall突变检验、累积距平法、Morlet小波分析等方法研究1961—2016年长白山生态功能区内温度(平均气温、四季气温、极端气温)、水分(年降水量、四季降水量、降水日数、相对湿度)、光照(日照时数与日照百分率)和风速因子的时空变化规律.结果表明: 1961—2016年,长白山生态功能区气温升高、日照减少、风速减弱、降水量周期振荡变化.其中,冬季气温[0.45 ℃·(10 a)^-1]与最低温度[0.74 ℃·(10 a)^-1]大幅上升.年平均风速显著降低[-0.21 m·s^-1·(10 a)^-1]但并未发生气候突变.年降水日数大幅降低[-7.01 d·(10 a)^-1],使其与东北地区气候变化特点有所不同.虽然功能区内年降水量倾向率为16.06 mm·(10 a)^-1,但不能以简单的趋势增加或减少来描述降水量变化特征,功能区内降水量变化以26年长周期叠加3年的短周期为主.研究结果对区域生态评估、生态系统响应气候变化、物候变化等研究具有指示意义.     

1980—2019年南太行地区气候变化趋势

南太行地区是我国黄河重点生态区的重要组成部分,研究该区域气候变化趋势对我国黄河流域生态安全维护、重大生态工程计划决策具有重要意义。本研究以南太行地区济源市为研究区,基于1980—2019年气象资料,分析了该地区气候变化趋势。结果表明: 研究期间,济源气候变化整体趋于暖湿化,气温和降水量的变化率分别为0.48 ℃·(10 a)^-1、14.21 mm·(10 a)^-1。春、夏季增温高于秋、冬季,春季气候变化趋势为暖干化,夏、秋、冬季趋于暖湿化。潜在蒸散和干燥度分别为增加和下降趋势,均值分别为748 mm、1.36。≥10 ℃初、终日每10年分别提前3 d、延迟1 d,≥10 ℃有效积温、≥10 ℃持续日数和高温日数的变化趋势分别为116.57 ℃·(10 a)^-1、4 d·(10 a)^-1和5 d·(10 a)^-1。20世纪90年代是研究期间济源最干旱的10年,升温最快,有一半年份表现出半干旱区气候特征。2010—2019年,济源气候暖湿化趋势明显加快,为研究期间最暖最湿润的10年,这10年的≥10 ℃持续日数增长28 d,有效积温增加389.36 ℃,高温天气发生频率和强度明显增加。     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅲ.西北干旱区农业气候资源时空变化特征

基于1961-2007年中国西北干旱区78个气象台站的气象资料,分析了西北干旱区全年、喜凉作物和喜温作物温度生长期内热量、光照和水分的时空变化特征.结果表明：研究期间,西北干旱区年均气温呈上升趋势,其气候倾向率为0.35 ℃·(10 a)^-1;喜凉作物和喜温作物温度生长期内积温总体呈升高趋势,其气候倾向率分别为67和50 ℃·d·(10 a)^-1;研究区大部站点的年日照时数呈明显下降趋势,除新疆大部地区和宁夏平原以东的喜凉作物和喜温作物温度生长期内日照时数呈降低趋势外,其余地区均呈升高趋势;研究区大部地区的全年参考作物蒸散量呈下降趋势,而喜凉作物和喜温作物温度生长期内的参考作物蒸散量则表现为研究区西部下降、东部上升.与1961-1980年相比,1981-2007年研究区大部地区全年及喜凉作物和喜温作物温度生长期内的降水量呈增加趋势,其增幅的空间变化趋势均由西北向东南递减.     

东北三省水稻生长季农业气候资源及障碍型冷害的时空特征

基于东北三省1981—2017年逐日地面观测资料和农业气象观测站水稻生育期资料,结合水稻障碍型冷害指标,分析东北三省水稻生长季特别是孕穗-开花期光、温、降水资源以及障碍型冷害的时空分布特征。结果表明: 1981—2017年,东北三省水稻生长季农业气候资源呈暖干变暗趋势,≥10 ℃活动积温和日照时数增幅分别为73.5 ℃·d·(10 a)^-1和17.7 h·(10 a)^-1,降水量减幅为8.9 mm·(10 a)^-1。水稻孕穗期,农业气候资源呈暖干变暗趋势,日平均温度升幅为0.27 ℃·(10 a)^-1,日照时数和降水量降幅分别为2.06 h·(10 a)^-1和1.90 mm·(10 a)^-1;水稻开花期,农业气候资源呈暖湿变暗趋势,日平均温度增幅为0.12 ℃·(10 a)^-1,日照时数减幅为0.83 h·(10 a)^-1,与孕穗期相反,水稻开花期降水量呈增加趋势,增幅为1.35 mm·(10 a)^-1。气候变暖背景下,水稻障碍型冷害发生频率和强度在大部分地区呈减少趋势,发生频率和强度存在显著的年代际变化特征。研究期间,黑龙江省孕穗开花期发生障碍型冷害次数最多,强度最高,吉林省次之,辽宁省最少。     

晋南地区冬小麦生育期气候变化特征及其对产量的影响

明确气候变化特征及其对小麦生产的影响,有助于为农业适应气候变化方案的制定提供理论依据.本研究分析了晋南小麦主产区临汾、运城市1957-2015年降水量、气温、日照时长、潜在蒸散量、干燥度等变化及其对冬小麦生育期及产量的影响.结果 表明:1957-2015年,临汾、运城市全年降水量和冬小麦生育期日照时长均呈下降趋势,冬小...     

2000-2017年新疆天山植被水分利用效率时空特征及其与气候因子关系分析

水分利用效率(WUE)是衡量生态系统碳水循环耦合程度的重要指标, 估算新疆天山及南北主要绿洲的植被WUE并分析其时空变化规律, 探索其影响因素, 对该区域生态系统保护、农业水资源的合理利用与开发等方面具有重要的意义。基于MODIS遥感数据、气象数据和土地利用类型数据, 分析新疆天山近18年植被WUE时空变化特征以及与气候因子的关系。结果表明: (1) 2000-2017年新疆天山植被WUE变化范围为0.84-1.34 g·mm ^-1·m ^-2, 多年均值为1.11 g·mm ^-1·m ^-2, 整体呈减少趋势, 变化率为-0.014 1 g·mm ^-1·m ^-2·a ^-1; 空间分布具有较强的垂直地带性规律, 1 000 m以上的区域随着海拔的升高而减少。(2)植被WUE年内变化呈单峰型变化格局, 具有明显的季节性差异, 表现为: 夏季>春季>秋季>冬季。(3)相关分析和统计结果表明, 新疆天山植被WUE时空变化受到气温影响的区域占33.23%, 受降水影响的区域占8.57%, 受气温和降水综合强影响的区域占5.63%, 气温和降水综合弱影响的区域占13.13%; 因此气候因素中气温在新疆天山植被WUE的变化中起到主导作用。(4)水田与旱地水分利用效率随着时间变化呈持续减少趋势, 并且这些区域基本上受到非气候因子的影响, 说明当地人类活动存在不合理性。