华北平原参考作物蒸散量时空变化及其影响因素分析

根据华北平原56个气象站1960—2012年逐日气象数据和Penman-Monteith模型计算了各站及区域整体参考作物蒸散量(ET0),利用样条插值法、气候倾向率、累积距平、敏感性系数等方法对华北平原ET0的时空变化及其影响因素进行了分析。结果表明:(1)华北平原多年平均ET0为1071.37mm,空间上呈现高低值相间分布格局,高值中心分布在冀北、鲁中、豫西,而低值中心分布在冀东、鲁南、豫东及豫南等地;(2)近53年ET0呈减少趋势(-12.8mm/10a),山东半岛北部及冀北等地有缓慢增加趋势,其余地区以减少为主;(3)ET0对气温、平均风速、日照时数为正敏感,而对相对湿度为负敏感。平均气温与日照时数敏感系数呈现下降趋势,相对湿度与风速敏感系数表现出上升趋势。ET0对气温和风速敏感度高的区域同时对日照时数和相对湿度敏感度较低;(4)归因分析表明,华北平原ET0的主导因子是日照时数,平均风速次之,相对湿度、最高温度、最低温度对ET0变化影响较小,日照时数主导区域包括冀北、坝上地区、冀中、豫西、豫南、鲁中及鲁西北,平均风速的主导区域为冀南、河南黄河以北、豫中、鲁西北,温度主导区域零星分布于冀北、豫西、山东半岛等地,相对湿度的主导区域主要分布在鲁南、山东半岛。     

西南地区水稻水分亏缺率时空变化特征及其影响因素

基于西南及周边地区1960—2013年气象观测资料,分析了近54年西南地区水稻生长季水分亏缺率时空变化特征,探讨了环流异常、地理环境与水分亏缺率时空变化的关系。结果表明:在空间格局上,由于受气候条件和地理环境影响,东部丘陵区水分亏缺相对较多,云贵高原水分供给相对充足,且水分亏缺区和盈余区分别呈现出“一带两中心”的分布特征;在变化趋势上,近54年西南地区水稻水分亏缺呈现“整体变干、局部变湿”的空间格局,“甘孜—钦州”一线以南地区水分亏缺率呈现增大趋势,“甘孜—钦州”一线以北地区水分亏缺率呈现“增大—减小相间”的分布格局;在影响因素上,NAO、ENSO与西南地区水稻水分亏缺率变化具有相关性。在NAO正相位时,除广西丘陵区沿海地带部分站点水分亏缺率呈下降趋势外,整个地区干旱化程度加剧;在厄尔尼诺年,西南地区水分亏缺率存在地域分异,横断山区、四川盆地和云贵高原水分亏缺率呈上升趋势,东部丘陵区水分亏缺率则呈下降趋势。全球变暖背景下,西南地区水稻水分亏缺率逐年增加,对灌溉蓄水依赖明显,增大了区域农业脆弱性。     

1982-2012年中国植被覆盖时空变化特征

利用GIMMS NDVI、MODIS NDVI和气象数据,辅以趋势分析、分段回归以及相关分析等方法,分析了1982—2012年我国植被NDVI时空变化特征及其驱动因素。结果表明:(1)近30年我国植被NDVI呈缓慢增加趋势,增速为0.2%/10a;植被覆盖变化阶段性特征明显:即1982—1997年和1997—2012年植被覆盖均呈显著增加趋势,增速分别为1.2%/10a和0.6%/10a,均通过显著水平0.05的检验。(2)空间上,我国陕北黄土高原、西藏中西部以及新疆准格尔盆地等地区植被NDVI呈显著增加趋势;而东北地区的大、小兴安岭和长白山、新疆北部的天山和阿尔泰山以及黄河源和秦巴山区等地区植被NDVI呈显著下降趋势,其中东北地区和新疆北部山区下降尤为显著,说明近年来我国中高纬度山区植被活动呈下降趋势。(3)不同区域植被对气温和降水的响应存在差异,我国北方地区植被对气温具有较长的响应持续时间;而除云南外,南方地区植被对降水的响应时间存在1—3个月的响应时间,且随着滞后时间的延长,相关性逐渐增大。(4)我国植被覆盖增加是气候变化和人类活动共同驱动的结果,尤其是1999年之后人类活动影响逐渐加强。而我国东北地区和新疆北部山区植被覆盖的下降可能是由于该区降水减少所致,东南沿海地区植被退化则受城市化影响显著。     

生态系统服务级联效应研究进展

生态系统服务级联效应(ESC)将生态系统服务各组成部分与社会价值联系起来,构建了自然科学到社会科学跨学科研究的桥梁,可以帮助决策者更好地将生态系统服务概念融入到决策制定中。本文梳理了生态系统服务级联效应的概念,回顾了级联效应的研究进展。从理论角度看,ESC的理论研究主要集中在如何准确定义各成分及各成分间的因果关系,提高ESC模型的实用性与适用性,以及如何有效连接利益相关者与生态系统服务结构。从应用角度看,ESC在生态系统服务制图、生态系统服务评估及政策制定发挥了巨大作用。当前研究在指标筛选和互馈机制上仍存在较大不确定性。建议未来应从以下几个方面加强研究:更加关注生态系统服务结构过程及分类标准,通过多模型融合和区域调查来弥补ESC对反馈机制描述的不足,结合区域特征为人地耦合和可持续发展提供科学指导。     

2001—2020年秦巴山区植被生产力对干旱的响应

为定量评估干旱对秦巴山区植被生产力的影响,本研究利用MODIS GPP数据和标准化降水蒸散指数(SPEI),分析了2001—2020年秦巴山区总初级生产力(GPP)和干旱时空变化特征,识别了不同植被类型GPP负异常事件的波动趋势,量化了GPP的干旱脆弱性和干旱风险。结果表明: 2001—2020年间,秦巴山区98.0%的区域年GPP呈增加趋势。除湿地外,其余植被类型GPP均呈极显著增长。秦巴山区23.8%的区域SPEI呈减小趋势。GPP负异常事件数无显著变化,但GPP异常波动程度逐渐加剧,并以耕地最明显。2011年后,所有地类GPP负异常与干旱并发事件比例均下降,但干旱在GPP负异常事件中的时空范围呈扩大趋势。与2001—2010年相比,2011年后GPP干旱脆弱性和干旱风险为正值的区域占比分别增长104.1%和6.7%,即干旱导致GPP下降的面积有所扩大。所有地类中,干旱导致湿地GPP下降的程度最大。研究结果揭示出2001—2020年干旱使秦巴山区GPP波动加剧,极端值出现频率增大,进而导致多数植被类型GPP出现不同程度的下降。     

秦岭南北地区绝对湿度的时空变化及其与潜在蒸发量的关系

基于秦岭南北地区1960—2011年的气象观测资料,分别利用绝对湿度计算公式和Penman-Monteith公式估算大气绝对湿度和潜在蒸发量,并进一步分析了绝对湿度的空间分布规律、时空变化特征及其与潜在蒸发量变化的响应关系。结果表明:(1)秦岭南北地区绝对湿度由南向北顺次递减,具有较好的海拔地带性和纬度地带性。季节平均湿度以夏季为最大,冬季最小。(2)近52年绝对湿度除巴巫谷地表现出不显著下降趋势外,其它子区均呈现出增加趋势。1986年和1998年是湿度变化的转折点,1960—1986年以微弱下降为主,此后直至1998年震荡上升,1998年以后呈下降趋势。(3)年尺度和春、秋两季,除巴巫谷地外,湿度和潜在蒸发量均表现出显著的负相关关系;而在夏季和冬季,除汉水流域和巴巫谷地不显著正相关以外,其它区域也均为负相关。年度和春、秋两季两个指标负相关的紧密程度随着区域的南移而逐渐减弱。1960—2011年间,年度和季节尺度潜在蒸发和绝对湿度呈反向变化趋势;而在1960—1989年间,两者同向变化;1990—2011年间,年度和春、冬两季潜在蒸发上升,而同期的绝对湿度则是先上升再下降。(4)实际蒸发量的增加导致空气中水汽含量(湿度)增加,反过来抑制了水面蒸发(潜在蒸发量)。秦岭以北、秦岭南坡、汉水流域和巴巫谷地部分地区绝对湿度和潜在蒸发量为互补关系,由北向南随着水分限制作用的不断减弱两者逐渐转化为不显著的正相关关系。     

960-2011年西北五省潜在蒸散的时空变化

基于Penman-Monteith模型和Hurst指数模型,分析了我国西北五省1960-2011年潜在蒸散(ET₀)的时空演变特征及其未来趋势,并采用敏感性分析方法定量分析了驱动ET₀变化的主导因素.结果表明:研究期间,西北五省ET₀整体呈下降趋势,降速为-0.72 mm·a^-1,但1993年之后,ET₀逐渐增加;ET₀空间分布存在显著差异,西北五省ET₀平均值为1158 mm 675~2282 mm),最大值出现在新疆的七角井（2282 mm）,低值区主要分布在陕南秦巴山地（<800 mm）.除春季外,其余季节ET₀均呈下降趋势,且在未来趋势分析中,西北五省81.4%的区域ET₀由减少转为增加,在全球变暖背景下,该区暖湿化程度将有所减弱,而新疆中部的ET₀将持续减少.西北五省全年及各季节影响ET₀变化的主导因素主要为风速,但风速在不同季节、不同区域的影响范围有所差异,冬季风速影响范围覆盖整个西北五省,夏季则影响整个新疆及甘肃和青海的西北部.