气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅵ.黑龙江省三江平原地区降水资源变化特征及其对春玉米生产的可能影响

利用黑龙江省三江平原地区1959-2007年降水资料和1983-2007年春玉米生育期资料,采用百分位法确定了各站点的极端降水阈值,结合极端降水频次、强度、最长连续(无)降水日数、极端降水贡献率等指标,分析了三江平原地区极端降水的年际间变化特征、不同等级的降水量变化以及春玉米各生育阶段极端降水的分配特征.结果表明:1959-2007年间,研究区域年降水量呈略微减少趋势,且年降水日数的减幅远大于降水量,年内降水量分布更趋于集中;极端降水频次和强度均呈减少趋势,极端降水频次的年际间波动大于极端降水强度;年极端降水量占全年降水量的比例略有减少,减少趋势不显著;年小雨日数极显著减少,而年中雨日数和年内大到暴雨日数的减少趋势不显著.三江平原地区春玉米各生育阶段的极端降水分配比例由高到低依次为生殖生长阶段、营养生长与生殖生长并存阶段、营养生长阶段和出苗前;春玉米生长季内降水量占年降水量的比例显著减少,导致春玉米生长季缺水的风险加大;春玉米生长季内最长连续无降水日数呈极显著增加趋势,增幅达1.1 d·(10 a)-1,而最长连续降水日数却呈极显著下降趋势,减幅为0.5 d·(10 a)-1,说明研究区自然降水条件下春玉米生长季干旱风险有所加大.     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅵ. 黑龙江省三江平原地区降水资源变化特征及其对春玉米生产的可能影响

利用黑龙江省三江平原地区1959—2007年降水资料和1983—2007年春玉米生育期资料,采用百分位法确定了各站点的极端降水阈值,结合极端降水频次、强度、最长连续（无）降水日数、极端降水贡献率等指标,分析了三江平原地区极端降水的年际间变化特征、不同等级的降水量变化以及春玉米各生育阶段极端降水的分配特征.结果表明：1959—2007年间,研究区域年降水量呈略微减少趋势,且年降水日数的减幅远大于降水量,年内降水量分布更趋于集中;极端降水频次和强度均呈减少趋势,极端降水频次的年际间波动大于极端降水强度;年极端降水量占全年降水量的比例略有减少,减少趋势不显著;年小雨日数极显著减少,而年中雨日数和年内大到暴雨日数的减少趋势不显著.三江平原地区春玉米各生育阶段的极端降水分配比例由高到低依次为生殖生长阶段、营养生长与生殖生长并存阶段、营养生长阶段和出苗前;春玉米生长季内降水量占年降水量的比例显著减少,导致春玉米生长季缺水的风险加大;春玉米生长季内最长连续无降水日数呈极显著增加趋势,增幅达1.1 d·(10 a) ^-1,而最长连续降水日数却呈极显著下降趋势,减幅为0.5 d·(10 a)^-1,说明研究区自然降水条件下春玉米生长季干旱风险有所加大.     

近45年内蒙古大兴安岭林区不同等级降水变化特征

利用内蒙古大兴安岭林区11个气象站点1971—2015年逐日降水资料,采用一元线性趋势、反距离加权(IDW)插值法和Morlet小波分析方法,分析了该林区近45年不同等级降水(小雨、中雨和大雨)日数及强度的时空变化特征。结果表明:(1)小雨日数呈现减少趋势,中雨、大雨日数变化趋势不明显;不同等级降水强度年际变化趋势不明显,进入2000年以后,大雨强度波动趋于平缓;(2)各级降水对总降水的平均贡献率大小依次为小雨中雨大雨;(3)不同等级降水强度均存在不同时间尺度的周期变化规律,小雨存在7、13、19、27 a左右的周期变化,中雨存在22、10 a左右的周期变化,大雨存在25、7 a左右的周期变化;(4)在空间分布上,中雨、大雨日数和各级降水强度均呈现由西向东逐渐增加的空间分布趋势,小雨日数却呈相反趋势;(5)林区各地的降水量年际变化差异不显著。研究结果可为该地区林业、农业生产提供基础性参考。     

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。     

1960—2014年松嫩草地极端气候事件的时空变化

基于1960—2014年松嫩草地13个气象站点的日值记录数据,计算与区域水旱寒热灾害、植被生长发育密切相关的14个极端气候指数;利用线性趋势法、间断趋势分析法、Mann-Kendall检验、Sen斜率估计和滑动t检验等方法,分析松嫩草地极端气候事件的发生趋势与时空格局.结果表明: 表征极端高温指数的夏日日数、暖昼日数、暖夜日数、暖持续指数均呈显著上升趋势,表征低温指数的霜日日数、冷昼日数、冷夜日数、冷持续指数均呈明显下降趋势,区域变暖趋势显著;区域极端低温的增幅大于极端高温的增幅,夜间增温幅度大于白昼;1970—2009年区域气候变暖趋势较为明显,各指数突变也集中发生在这一时期;表征极端降水的各指数变化趋势不显著,普通日降水强度和持续干燥指数呈下降趋势,5日最大降水量、强降水量、年湿期降水总量和持续湿润指数呈微弱上升趋势,表明区域气候呈微弱的暖湿化特征;松嫩草地南部和北部地区是对气候变暖响应最显著的区域;对极端降水指数而言,各指数南北分异特征明显,区域北部以变湿为主要特征,而南部则以变干为主要特征,尤其是区域西南部的干旱风险较高.     

近51年来三江源区降水变化的空间差异

利用1960—2010年三江源区12个气象站的降水资料,通过气候线性趋势分析、5年滑动平均、IDW插值法、Morlet小波分析和R/S分析法对该区降水量的时空变化特征进行了分析,并探讨了降水量变化趋势。结果表明:三江源区1960—2010年降水量总体呈现增加趋势,具体表现为20世纪60、70和90年代降水量偏低,80年代明显偏高,2000年以后显著增多;从季节变化来看,春季、夏季和冬季降水量均呈增加趋势,尤其春季增加显著,而秋季降水量呈减少趋势,不同流域的季节变化趋势不尽相同;空间变化上,三江源区绝大部分地区的降水量呈增加趋势,表现为北高南低,东西差异明显,同时不同季节的空间变化存在差异;不同流域降水量在一定的时间序列中存在不同周期变化;三江源区年降水量和各季节降水量的未来变化趋势与过去基本一致,但各流域降水的持续性强度有所不同。     

荒漠草原脉动性降水格局及其时空变化特征——以达尔罕茂明安联合旗为例

全球变化背景下,荒漠草原降水格局受到不同程度扰动,识别荒漠草原变化环境下脉动性降水格局及其时空变化特征具有重要生态学和水文学意义。利用达尔罕茂明安联合旗位于不同雨量带的3个气象站1960—2013年日降水数据,分析荒漠草原地区降水格局及其时空变化特征。研究表明,研究区0—5 mm、5—10 mm和大于10mm降水事件及降水量所占的比例分别为77%—80.9%、11.5%—12.2%、7.6%—10.9%和25.2%—32.2%、21.9%—25.4%、42.4%—52.9%。不同等级降水事件日均降水量分别为1.2—1.3 mm/d、7.0—7.1 mm/d、17.8—19.2 mm/d。研究区降水量较降水日数具有更强的时空变异性,全年和生长季降水日数和降水量主周期在2.84—4.5a左右。研究区不同雨量带不同降水等级降水日数和降水量普遍呈增加趋势,尤以0—5mm小降水事件的增加为主。     

1956-2009年内蒙古苏尼特左旗荒漠草原的降水格局

弄清全球变化背景下不同地区降水格局的变化对科学理解气候变化及其影响具有重要意义。苏尼特左旗荒漠草原是温带干旱半干旱地区的典型荒漠草原,对气候变化,特别是降水变化非常敏感。利用1956-2009年的日降水资料探讨了苏尼特左旗荒漠草原降水格局的变化规律,以为揭示气候变化的影响机制提供依据。结果表明,该地区年均降水量为191.9 mm,年际变化剧烈,变异系数达26.63%;年均降水日数为63.8 d,变异系数16.9%。生长季降水占全年的85%,但各月变异系数均>50%;降水日数占全年的63%。年和生长季的各月降水以中等降水量、弱降水日数为主,中等强度以上降水事件较少。近50 a来,年和生长季的降水量、降水日数与各等级降水事件均呈下降趋势,年降水减少的原因在于中等降水事件的减少、生长季降水减少的原因在于弱降水事件的减少。年降水减少将影响草地的土壤水分与植物返青;而生长季降水减少将直接影响草地固碳。气候变化背景下年与生长季降水的减少将进一步加剧该地区干旱程度并影响植物的生长发育,从而直接威胁到草地畜牧业的发展。     

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7d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.(10a)-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·(10a)-1、10.22mm·(10a)-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.     

珠江流域极端降水事件及其与大气环流之间的关系

基于1960—2012年珠江流域42个气象站点逐日降水量资料,利用线性趋势法、主成分分析法、重标极差(rescaled range analysis method,R/S)分析法及相关分析法,对选取的11种极端降水指标时间变化趋势和空间分布规律进行探讨,并在此基础上分析了该区域极端降水与大气环流之间的关系。结果表明:近53 a以来,珠江流域湿天降水总量以-7.2 mm·10 a-1的趋势呈下降趋势,最大1 d降水量、连续5天最大降水量、非常湿天降水量和极端湿天降水量分别以1.1、0.8、5.3和3.9 mm·10 a-1的趋势增加,降水强度以0.2 mm·d-1·10 a-1趋势呈增加趋势;中雨日数和持续湿润日数以-0.4和-0.2 d·10a-1的不显著减少趋势,大雨日数、强降水日数和持续干燥日数以0.05、0.1和1.1 d·10a-1的趋势增加;空间分布上,极端降水指数表现出明显的区域差异,除持续干燥日数外,其他指数均在云贵高原区呈下降趋势,在广东丘陵和广西丘陵区呈轻微的上升趋势;R/S分析结果显示,极端降水事件未来变化趋势与过去一致;相关性分析结果表明,除持续干燥日数外,各极端降水指数之间均呈现较高的相关性;美国环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)联合推出的(NCEP/NCAR)再分析资料大气环流表明,欧亚大陆冬季反气旋势力增强和东亚夏季风减弱可能是引起珠江流域极端降水事件增加的原因之一。     

长白山地区生长季降水不均匀性特征

利用长白山地区13个台站1960-2007年逐日降水资料,采用降水集中度和降水集中期的概念,提出降水集中时段的指标,并应用这些指标分析了该地区生长季降水特征.结果表明:历年降水集中度平均为0.31,年际、年代际变化特征明显;降水集中度准10年周期波动比较明显;从降水集中度的站间差异看,具有明显的空间非均一性;历年降水集...     

2000—2015年青藏高原草地归一化植被指数对降水变化的响应

降水变化是造成青藏高原草地植被生长年际变异的重要因素,降水量、分配方式及发生时间是降水变化的重要特征.利用2000—2015年青藏高原及附近区域145个气象站点的降水资料,以年降水量表征降水整体状况,以改进的降水集度(PCI)表征年内降水的分配状况,以定义的降水重心(PC)表征降水的集中时期,分析青藏高原降水变化的时空特征;并进一步以归一化植被指数最大值(NDVI_max)表征植被生长状况,探讨了青藏高原草地对降水年际变化的响应.结果表明: 青藏高原年降水量和PCI存在明显的梯度特征,PC在西藏南部形成中心.青藏高原灌丛草地NDVI_max年际变化对PCI变化响应敏感,降水越均匀越有利于NDVI_max的增加,但受到降水量的限制;高寒草甸对降水特征没有表现出显著的相关关系;草原植被NDVI_max的年际变化同时受PCI和PC的控制;高寒荒漠植被NDVI_max的年际变化主要受降水量的控制.在研究降水变化对青藏高原不同类型植被的影响时,除降水量之外,还需进一步考虑降水的分配格局等特征.     

Responses of soil moisture to precipitation pattern change in semiarid grasslands in Nei Mongol,China

Aims Under global climate change, precipitation patterns were predicted to change with larger seasonal and annual variations and more extreme events in the semiarid regions of northern China. Water availability is one of the key limited factors in semiarid grasslands. Changes in precipitation patterns will inevitably affect ecosystem structure and function through soil water condition. Our objective was to investigate the response of soil water content to changes of precipitation pattern, especially its pulse response to precipitation events.
Methods Two semiarid steppe sites (Duolun and Xilinhot) in Nei Mongol were chosen and meteorological stations were installed to monitor precipitation and soil volumetric water content (VWC) at five soil depths (0-10 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm, 50 cm) from 2006 to 2013. The pulse response of VWC at 0-10 cm to an individual precipitation event was simulated by an exponential equation.
Important findings Significant seasonal and inter-annual variations of VWC were observed at the Duolun and Xilinhot sites. VWC at 50 cm soil layer in Xilinhot showed an obvious increase during the early spring due to the influences of snow melting. Mean surface (0-10 cm soil layer) VWC was significantly correlated with annual precipitation across eight years, but VWC in the deeper soil layers (10-50 cm) were not impacted by precipitation. We also found that the precipitation event larger than 2 mm could induce a significant increase in surface (0-10 cm soil layer) VWC, and could be regarded as an effective precipitation in this region. The maximum increment of surface VWC after the events and lasting time (T_lasting) were determined by the event size, while showed negatively linear correlations with the initial soil water content before the events. Vegetation development (leaf area index) did not show significant impacts on the responses of surface soil moisture to precipitation pulses. The infiltration depth of rain water was also determined by rain size and pre-event soil moisture. In average, soil water can infiltrate 1.06 cm and 0.79 cm deeper in Duolun and Xilinhot with 1 mm more precipitation, respectively. Therefore, our results suggest that the event size and pre-event soil moisture were the most important factors affecting response patterns of soil moisture to rain events in semiarid ecosystems.     

内蒙古半干旱草原土壤水分对降水格局变化的响应

在全球气候变化背景下, 未来我国北方半干旱地区的降水格局将呈现出季节与年际间降水波动增强和极端降水事件增加的趋势。水分是半干旱草原的主要限制因子, 降水格局变化导致的土壤水分状况的改变必然对生态系统的结构和功能产生显著的影响。该研究选取内蒙古多伦和锡林浩特两个典型半干旱草原群落, 通过分析2006-2013年的降水和多层次土壤(0-10 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm和50 cm)含水量连续观测数据, 研究降水格局变化对土壤水分状况及其垂直分布的影响, 特别是土壤水分对降水事件的脉冲响应过程。结果表明: 两个站点的土壤含水量均呈现显著的季节及年际间波动, 其中土壤表层 0-10 cm水分波动更剧烈。锡林浩特50 cm处土壤含水量波动较大, 主要由于春季融雪的影响。年际间多伦和锡林浩特生长季土壤表层0-10 cm土壤含水量与降水量存在显著的正相关关系, 下层(10-50 cm)土壤含水量与降水量相关性不显著。研究发现小至2 mm的降水事件就能够引起两个站点表层0-10 cm土壤含水量的升高, 即该地区有效降水为日降水量> 2 mm。表层0-10 cm土壤含水量对独立降水事件的脉冲响应可通过指数方程很好地拟合。降水事件的大小决定了降水后表层0-10 cm土壤含水量的最大增量和持续时间, 同时这个脉冲响应过程还受到降水前土壤含水量的影响, 但该过程中并未发现植被因子(叶面积指数)的显著影响。降水后水分下渗深度及该深度的土壤含水量增量主要由降水事件的大小主导, 同时受到降水前土壤含水量的影响。在多伦和锡林浩特, 平均每增加1 mm降水, 下渗深度分别增加1.06和0.79 cm。由此作者认为, 在内蒙古半干旱草原, 降水事件大小和降水前土壤干湿状况是影响土壤水分对降水响应的主要因素, 而植被因子的影响较小。     

科尔沁固定沙地植被特征对降雨变化的响应

选择科尔沁固定沙地利用一种野外增减雨试验装置研究了沙地植被生长特征对降雨增减变化的响应。结果表明:(1)在6月,降雨增减变化对植物群落高度有显著影响(P0.05)。减雨60%和30%时,植物群落平均高度比对照分别降低8.8%和2.3%,增雨60%和30%时,则分别增加6.8%和1.4%;相比增雨60%,增雨30%更能促进群落盖度的增大;降雨量变化影响群落植株密度。(2)1a的降雨增减变化对沙地植被的多样性和均匀度均没有显著影响,但减雨可显著增加7月物种的丰富度(P0.05)。(3)随着降雨量的增加,地上生物量逐渐增大,在增雨30%时达到最大值;而地下生物量会随着降雨量增加而显著增大,同时,减雨60%也使地下生物量增加。此外,降雨量的增加和减少都会使地下与地上生物量的比值增加。(4)固定沙地地下生物量主要分布在0—20 cm之间,占总地下生物量的52.7%;降雨量的增加显著增加20—40 cm土壤中根系的分布,当降雨量减少60%时,20—40 cm土壤中根系的分布也略有增加,增雨60%和减雨60%对地下生物量在40—60 cm土层的分布具有明显的促进作用。     

1960-2011年陕西省年内降水分配非均匀性特征及预测

根据陕西省19个气象站点1960-2011年逐日降水资料,利用反距离加权插值、气候趋势系数、M-K突变检验、Morlet小波分析、相关分析、合成分析和R/S分析等方法对陕西省年内降水集中度和集中期变化特征及其未来变化趋势进行分析.结果表明:1960-2011年,陕西省年内降水集中度为0.44 ～0.66,总的分布特征是南北高、中部低,而年内降水集中期变化于18.32 ～22.37旬,地域差异较小;年内降水集中度呈增加趋势,而年内降水集中期呈提前趋势,且二者的变化趋势均存在明显的区域差异;年内降水集中度在1974年发生减小突变,而年内降水集中期在1962年发生推后突变;年内降水集中度和集中期的变化并没有一个固定周期,而是大、中、小多种周期尺度相互嵌套,具有较强的时频局部特征;年降水量与年内降水集中度在全省表现出一致的正相关,而与年内降水集中期除在陕北的横山呈微弱的负相关外,在其他地区均呈正相关;多水年与少水年降水集中度的空间分布均呈南北高、中间低的特征,而多水年和少水年的降水集中期空间分布差异较大;年内降水集中度和集中期的未来变化趋势将与过去52年的变化趋势保持一致.     

Recovery of proteins and amino acids from reverse micelles by dehydration with molecular sieves

A new method is presented to precipitate proteins and amino acids from reverse micelles by dehydrating the micelles with molecular sieves. Nearly complete precipitation is demonstrated for alpha-chymotrypsin, cytochromec, and trytophan from 2-ethylhexyl sodium sulfosuccinate (AOT)/isooctane/water reverse micelle solutions. The products precipitate as a solid powder, which is relatively free of surfactant. The method does not require any manipulation of pH, ionic strength, temperature, pressure, or solvent composition, and is applicable over a broad range of these properties. This general approach is compared with other techniques. This general approach is compared with other techniques for the recovery of biomolecules from reverse micelles. (c) 1994 John Wiley & Sons, Inc.