1951—2018年中国年降水量及气象干旱的时空变异

探求降水量及干旱时空变化特征及规律是当前水文学研究的重要课题。基于中国619个气象站1951—2018年的降水量数据,采用距平百分率法和Morlet小波分析等方法,揭示年降水量及干旱的时空变异。结果表明: 研究期间,中国年降水量空间上呈东南至西北阶梯递减的特征,多年降水量变化剧烈程度反之;地势二、三阶梯分界线左右区域降水量呈下降趋势,且多于20世纪60—70年代发生突变,其余地区呈上升趋势,大多数突变发生于20世纪90年代;温带大陆和温带季风气候区降水量主周期小。20世纪60年代至21世纪10年代,中国干旱区面积减少,半干旱区面积增加,特别是近10年干旱和半干旱区面积减小,半湿润区面积增大。在30°—40° N之间发现一条干旱南北差异分界线,分界线以北干旱次数远多于以南;干旱的主体区域在年代际的转移方向为西北中部→华北南部→华北北部,发生次数及分布范围逐渐减小。     

1961—2020年松花江流域极端气候指数的时空变化特征

研究气候变化和极端气候对保障松花江流域的粮食安全和社会经济发展具有重要意义。基于松花江流域及其附近69个气象站点的1961—2020年逐日降水量、最高气温和最低气温数据,采用世界气象组织推荐的27个极端气候指数,利用一元线性回归模型和Mann-Kendall趋势检验以及普通克里金插值分析松花江流域极端温度和降水的时空变化特征。结果表明：1961—2020年,研究区极端冷指数中除了冷日持续时间外,其余均呈下降趋势,而极端暖指数、极值指数及其他温度指数呈上升趋势,且最低气温的上升趋势大于最高气温。结冰日数和冷日持续时间及暖日持续时间呈现出自南向北递增的趋势,而日最高气温极低值和日最低气温极低值则呈现相反的空间特征。夏日日数和热夜日数的高值区主要分布在西南部,而冷昼日数、暖夜日数、暖昼日数的空间变化不明显。整体上,除了冷日持续时间外,其他的极端冷指数在松花江流域北部和西部下降趋势较快;而暖指数中的夏日日数、暖夜日数、暖昼日数、暖日持续时间在北部和西部的上升速度较快,热夜日数在西南部上升速度最快;极值指数中,温度的极大值在西北部上升最快,而极小值在东北部上升最快。除了持续干燥日外,其余的降水指...     

淮河流域暖季极端高温干旱复合事件的演变特征及其与气候和植被的关系

使用淮河流域1981年至2020年的149个气象站点的气温和相对湿度数据,分析了流域暖季极端高温干旱复合事件(Compound Drought and Heat Events,CDHEs)的时空演变特征,并通过趋势分析和相关分析法探讨了CDHEs与气候和植被的关系。结果表明:①CDHEs的发生日数在年代际尺度上呈现明显的增加趋势,并且范围扩大,频发区逐渐向淮河流域中西部移动;②在年际尺度上,CDHEs随时间序列呈显著的波动上升趋势,空间分布上以西北部为中心向四周递减。连续CDHEs事件呈年际变化,最大2至4天的连续事件存在波动,2019年达到高峰,并且在流域内零散或成片出现;③在月际尺度上,CDHEs的发生日数在6月最多,其次是5月、7月、9月和8月。淮河流域入汛前的旱情和入汛后的旱涝急转都容易导致CDHEs发生,而且随着月际变化向南移动;④CDHEs对水热条件和大气环流具有特别的敏感性。在850hPa反气旋和500hPa显著高压异常的控制下,高温、低湿、高蒸发和降水少的气候背景有利于淮河地区CDHEs的形成,尤其是在淮河中西部地区。因此,CDHEs的发生与气候变化密切相关;⑤CDHEs与植被生长也存在显著关系。CDHEs与GPP呈显著的负相关,而与NDVI呈显著的正相关,显著地区的土地类型以耕地和城乡、工矿、居民用地为主。GPP和NDVI的不同步可能是因为多种因素的非线性相互作用,而不仅仅是单一因素的影响。此外,对于GPP和NDVI来说,土壤含水量至关重要。总之,本文对淮河流域CDHEs的时空分布特征进行了深入研究,并探讨了其与气候和植被的关系。研究结果可以为该地区的气象灾害防御和生态环境保护提供科学依据和参考。     

华南地区1961—2008年夏季极端降水频次的时空变化

根据华南地区110个气象站1961—2008年逐日降水资料,以百分位方法定义极端降水事件的阈值,采用旋转经验正交函数、趋势系数计算、线性倾向计算、M-K检测、方差分析等方法,对华南地区夏季极端降水频次的时空变化特征进行了研究。结果表明:整体上,华南地区极端降水频次呈显著的阶段性变化特征,20世纪70年代末—90年代初偏少,90年代中期至今偏多;从区域变化特征上可以分为6个主要空间区域,对各空间区域代表站的资料分析发现,桂东北区、桂东南到粤西区和海南南部夏季极端降水频次呈显著上升趋势,粤东区、桂西区和雷州区呈显著的阶段性变化特征,3个区域的共同特点是80年代偏少,90年代和21世纪初偏多;6个主要空间区域夏季极端降水频次周期变化特征显著,长周期是23a、21a,次之是17a、16a和12a,短周期是5a、4a,6个空间区域中的5个都在90年代发生了显著增多的突变现象。     

中国西北地区蚂蚁区系特征

于1997－2000年对宁夏、甘肃、青海及内蒙古西北部地区进行了系统的蚁类标本采集,获得标本1000余号,并对其进行了系统的分类鉴定,获得蚂蚁3亚科16属79种。本调查区蚁类区系组成呈现以下特征：古北界分布的有15属,代表属为蚁属、红蚁属、毛蚁属、原蚁属、箭蚁属、收获蚁属等;东洋界分布的有9属,代表属为火蚁属、细胸蚁属、酸臭蚁属、光胸臭蚁属和弓背蚁属等;在种级水平上,古北界分布的有79种,东洋界分布的仅17种。蒙新区分布的成分有15属,其中以铺道蚁属、原蚁属及箭蚁属为主体,蚁属和心结蚁属次之;区分布的成分有4属,以蚁属和毛蚁属为主体;东北区分布的成分有5属,蚁属和毛蚁属为主体;华北区分布的成分有15属,其中以蚁属、红蚁属和毛蚁属为主体,仅心结蚁属无分布;华中区、华南区和西南区分布的成分均不明显。在种级水平,华北区和蒙新区分布的成分为主体,分别占51和49种,其次为华中区、青藏区和东北区的成分,分别占17、15和15种,华南区和西南区的成分最少,分别为8和5种。在区系分类的基础上,根据优势种、特有种,并结合植被、地形、地貌将调查区划分为6个蚁类区：黄土高原蚁类区、荒漠蚁类区（其下设4个蚁类亚区;荒化草原蚁类亚区、草原化茺蚁类亚区、典型荒蚁类亚区和荒漠绿洲蚁类亚区）、荒漠沼泽蚁类区、高寒灌草丛蚁类区、贺兰山蚁为区和六盘山蚁类区。利用主成分分析对不同草原类型的蚂蚁群落进行了相似性分析,结果表明：荒漠化草原群落、草原化荒漠群落、典型荒漠群落和荒漠绿洲群落明显靠近,构成荒类集团,荒漠森林草原（贺兰山）群落明显远离于荒漠类群,反而与典型草原（黄土高原区）群落靠近,这与蚁类区划结果是十分吻合的。此外,利用主成分分析对79种蚂蚁划分为10个生态种组。     

1961-2014年中国沿海极端气温事件变化及区域差异分析

基于1961-2014年156个地面气象站日尺度的气温数据集,利用趋势分析、小波分析、Mann-Kendall检验、累积距平、Pettitt检验、主成分分析等方法分析了中国沿海地区极端气温事件的时空变化特征。结果表明：中国沿海及各子区域极端气温暖指数呈上升趋势,冷指数和气温日较差呈下降趋势,夜指数的年际倾向率明显大于昼指数的年际倾向率;除相对指数、极高值指数和冷（暖）持续日数的多年均值在各子区域之间相差不大以外,霜冻日数、冰冻日数以及气温日较差的多年均值从北至南依次递减,与之相反,夏季日数、热夜日数、极端气温极低值指数以及生长季长度的多年均值则从北至南依次增加。各子区域极端气温指数年际间的主周期介于2-8 a,均无显著的年代际震荡周期;各子区域极端气温指数的突变主要发生在1980s和1990s期间,冷指数和极低值指数的突变时间稍早于暖指数和极高值指数的突变时间,突变后,极端暖事件和气温的极值事件进入多发阶段,极端冷事件进入相对少发的阶段;主成分分析中第一主成分高载荷的极端气温指数对日均气温和日最高（低）气温均有较好的指示性,这类极端指数两两之间的相关性也较强,低载荷的极端气温指数对日均气温和日最高（低）气温的指示性相对较弱,与其他极端气温指数之间的相关性也均较弱。     

陕西省植被覆盖时空变化及其对极端气候的响应

基于2001—2018年MODIS NDVI数据,从生态分区视角分析陕西省归一化植被指数(NDVI)的时空变化特征,并结合该地区31个气象站点日值数据,探讨NDVI对极端气温和极端降水指数的响应特征。结果表明：(1)陕西省及其各生态区的NDVI变化均显著上升,整体呈南高北低的分布特点,其中秦巴山地落叶与阔叶林生态区(IV)NDVI值最高为0.86,陕北北部典型草原生态区(I)NDVI值最低为0.38。(2)年际尺度上,陕西省NDVI与极端气温暖极值(暖夜日数)和极端降水指数总体呈显著正相关(P<0.05),在陕西省北部NDVI变化主要受极端降水的影响,南部则对极端气温的敏感度更高。(3)多年月尺度上,各生态区NDVI对极端气温冷极值(最低气温、日最低气温的极低值和日最高气温的极低值)和极端气温暖极值(最高气温、日最低气温的极高值和日最高气温的极高值)存在明显的滞后性,滞后时间多为3个月;与极端降水指数(单日最大降水量和连续5日最大降水量)的滞后时间为2个月,说明陕西省内NDVI对极端气候的响应具有显著的滞后效应。     

2000-2014年我国西北地区湖泊面积的时空变化

以2000-2014年Landsat TM、ETM+以及OLI影像为基础,通过人工目视解译方法提取我国西北地区111个面积10.0 km²以上湖泊矢量数据,并对湖泊面积变化总体趋势、空间分异特征以及成因进行分析。结果表明：（1）2000-2014年期间,西北地区湖泊总面积呈整体增加的态势,由1.58×10⁴ km²增加为1.74×10⁴ km²。（2）在研究时段内,我国西北地区湖泊面积在整体增加的同时也表现出明显的空间差异。根据湖泊面积变化不同,研究区可以被划分为稳定、扩张、萎缩3种类型和5个区域：新疆维吾尔自治区北部与青海省南部为湖泊面积稳定区;塔里木盆地、昆仑山北麓、阿尔金山、柴达木盆地、可可西里地区、祁连山南麓至三江源北部大片区域为湖泊面积扩张区;由准噶尔盆地和吐鲁番盆地组成的北疆中部地区和喀喇昆仑山北坡山区为湖泊萎缩区。（3）受研究区复杂的自然人文环境影响,在不同区域引起湖泊面积变化的原因不尽相同：总体而言,降水增加、气温上升导致的冰川融水增加和冻土水分释放是湖泊面积呈现扩张趋势地区的最主要原因;在湖泊面积稳定区,湖泊所处的地形条件以及湖泊与河流间强烈的水量交换起着关键作用;日益增强的人类活动是湖泊萎缩区的主要影响要素,但在喀喇昆仑山北坡地区,冰川物质平衡状态的变化也可能发挥着重要作用。     

极端水文干旱下鄱阳湖浮游动物群落结构特征及其影响因素

2022年鄱阳湖流域发生了特大干旱事件,对鄱阳湖生态环境产生了严重影响。为揭示极端水文干旱年的鄱阳湖浮游动物群落结构特征及其主要影响因素,于2022年1月(冬季)、4月(春季)、7月(夏季)和10月(秋季)对鄱阳湖浮游动物进行了综合调查。本次调查共鉴定出浮游动物70种(轮虫40种、桡足类17种和枝角类13种),丰度和生物量范围分别为0—152.67个/L和0—1.52 mg/L。浮游动物群落结构具有较大的时空差异：在季节上,物种数夏季最多,丰度和生物量呈现夏季最高、秋季最低的特征,干旱季节的Shannon-Wiener多样性指数和优势种组成明显不同于非干旱季节;在空间上,南部湖区的物种数、丰度、生物量高于北部湖区,多样性指数在中部湖区最高、北部湖区最低。极端水文干旱年的物种数、丰度和生物量均明显低于往年同期,但空间上的差异较小。相关性分析和冗余分析结果表明,浮游动物群落结构在干旱季节和非干旱季节的主要影响因素存在明显差异,其中干旱季节浮游动物群落结构主要受水温、水位、硝态氮、氨氮等的共同影响,非干旱季节受化学需氧量和水位的影响较大。总体上,极端水文干旱使得鄱阳湖浮游动物群落结构稳定性较...     

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...     

东北地区近50年来极端降水和干燥事件时空演变特征

利用东北地区93个国家常规气象观测站1951~2002年逐日降水资料,分析了东北地区的暴雨、严重干燥事件等极端降水事件的时空演变特征,从极端降水事件发生频率和强度变化的角度解释旱涝灾害加剧的原因。结果表明,近52年来,小雨事件发生频次显著减少;暴雨发生频次变化不大,但强度增强;严重干燥事件显著增加;严重湿润事件显著下降。因此,在东北地区降水总量具有减少趋势的背景下,降水事件还有向极端化发展的倾向,降水分布变得更不均匀,从而可能引起更多、更强的旱涝灾害,尤其是旱灾,从而对东北地区的生态环境,尤其是农业生产带来不利的影响,这应引起重视。     

基于SPEI指数的华北冬麦区干旱时空分布特征分析

气候变化的背景下,华北地区干旱化趋势不断加剧。利用华北冬麦区45个气象站1961—2010逐月温度与降水数据,选取标准化降水蒸散指数SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)作为区域干旱指数进行华北冬麦区近50年干旱时空特征分析。研究表明:(1)近50年来华北地区平均温度明显上升,研究区整体呈现干旱化加剧趋势。华北地区平均SPEI指数对于典型干旱年份的表征准确,与历史资料相符合。(2)华北不同区域之间增温率不同,导致干旱化趋势存在差异。通过对典型站点的分析,发现增温率越大的区域干旱化趋势越严重。(3)不同等级干旱发生的站次比能够较好地反映不同年型干旱的发生特点。对SPEI指数矩阵的EOF分析结果显示出华北地区典型的干旱时空分布特征,第一模态呈现全区旱涝变化一致型的分布形式,高值区包括山东西部、河南北部、河北南部地区,表明这些地区对干旱的反应最为敏感。时间系数序列未显示出明显的变化趋势;第二模态呈现南北相反的分布型,河北及山东的大部分地区空间系数均为正值,而河南大部分地区为负值。时间系数序列整体呈下降趋势,表明研究区北部干旱化趋势加剧,南部干旱化有所缓解;第三模态呈现东西相反的分布形式,这种分布特征的变化趋势不明显。     

荒漠短命植物地上和地下生产力对极端干旱和降水的响应

在古尔班通古特沙漠南缘沙垄4个坡位和坡向,设置减少65%和增加65%生长季降水量以模拟极端干旱和极端降水事件,研究极端干旱和极端降水事件对沙垄不同坡位和坡向短命植物层片生产力的影响。结果表明: 极端干旱使地上净初级生产力和地下净初级生产力分别显著降低48.8%和13.7%,极端降水使地上净初级生产力和地下净初级生产力分别显著增加37.9%和23.2%。地上净初级生产力对极端干旱和极端降水的敏感性(0.26和0.21 g·m^-2·mm^-1)显著强于地下净初级生产力的敏感性(0.02和0.03 g·m^-2·mm^-1)。沙垄东坡地上净初级生产力(24.22 g·m^-2)和地下净初级生产力(5.77 g·m^-2)与西坡相比显著增大29.7%和71.7%,而地上净初级生产力和地下净初级生产力对降水变化的敏感性在不同坡位和坡向之间差异不显著。     

基于主成分分析的广西省干旱时空格局

广西省地处喀斯特地貌区,土壤保水效率低,且年降水时空分布不均,研究干旱时空分布尤为重要。基于广西省1981—2010年20个气象站实测和2011—2100年HadGEM2-ES模型模拟数据,利用标准化降水指数(SPI, Standardized Precipitation Index)和标准化降水蒸散指数(SPEI,Standardized Precipitation Evapotranspiration Index),分析广西省干旱的时空变化。对不同时间尺度的SPI和SPEI应用主成分分析(PCA,Principal Component Analysis)确定干旱的空间模式,结果揭示了3个空间分布明确的区域:桂东北地区(PC1),桂西北地区(PC2)和桂南地区(PC3)。各区域干旱的时空变化和频率分布差异显著。PC1和PC3的SPEI-12呈负增长趋势,PC2的SPEI-12呈正增长趋势,且PC1、PC2和PC3的SPI-12均大于SPEI-12。年尺度(SPEI-12)上PC1和PC3的干旱频率大于PC2,其干旱频率分别为34.24%和35.83%。SPI和SPEI在空间和时间尺度...     

中国西北干旱区降水时空分布特征

利用中国西北干旱区122个气象站点1961—2011年月降水量资料,运用线性趋势、Mann-Kendall非参数趋势和突变检验法、Morlet小波分析等方法研究了西北干旱区降水量空间分布及多时间尺度下的变化规律和趋势。结果表明:近50年来西北干旱区降水量呈增加趋势,95.9%的站点有增湿特征,全区增湿趋势为9.31mm/10a(P0.01),但增湿幅度存在区域差异性,其中祁连山亚区(38.67mm/10a)增湿最明显;从季节来看,冬季增湿具有全区普遍性,但夏季增湿的区域差异性特征明显。全区及各亚区降水量在20世纪80年代至90年代初有明显的突变特征,除内蒙西部亚区外均通过了0.01的显著性水平检验,降水量序列存在4、8、12a和22a振荡周期,其中22a尺度振荡周期最强,其次是12a尺度。全区32%的年份降水量属正常范围,偏干年份为24%,异常偏干年份为12%,异常偏湿和偏湿年份均为16%。20世纪70年代之前降水量略低于标准降水均值,80年代开始有区域性增湿趋势,90年代之后全区增湿均较明显,正距平年数比例由70年代的10%上升至21世纪初的80%,西北干旱区整体处于相对湿润时段,且增湿趋势明显。     

近50年华南气象干旱时空特征及其变化趋势

采用标准化前期降水指数(SAPI)和常年平均相对湿润度指数(M)构建的逐日气象干旱指数(DI),根据华南(广东、广西)174个气象站资料分析了近50年(1961—2010年)气象干旱时空特征及其气候变化趋势。结果表明:(1)华南近30年(1981—2010年)总旱日频率平均为26.0%,其中轻旱、中旱、重旱和特旱日分别为12.3%、8.1%、4.2%和1.4%。(2)各等级旱日频率具有非汛期(10月至次年3月)高于汛期(4月至9月)、广西高于广东的特征。(3)近50年华南最旱的5a依次为:1963、1991、2004、2009、1977。(4)气候变化趋势分析表明,1至9月降水和月干旱指数(MI)以增加趋势为主,各等级旱日数以减少趋势为主,其中7月份MI增加趋势及各等级旱日减少趋势均达到0.1显著水平;而10至12月降水和MI以减小趋势为主,各等级旱日数以增加趋势为主,其中11月份MI减小趋势及中旱、重旱、总旱日增加趋势均达到0.05显著水平。(5)年总旱日趋于增加、减少的站点数各占60%、40%,有11%的站点达到0.1以上显著水平。各等级旱日显著增加的站点大多集中在广西,而旱日显著减少的站点主要集中在广东,表明广西干旱总体上重于广东的格局可能进一步加剧。目的为进一步开展华南气候变化影响评估、水资源利用及应对气候变化提供基础。     

基于SPEI指数的淮河流域干旱时空演变特征及影响研究

运用淮河流域149个气象站1962—2016年逐日气温、降水资料以及历史旱情资料,基于SPEI、EOF和M-K等方法分析淮河流域的干旱时空特征,研究干旱的时空演变规律并揭示其对农业生产的影响。结果表明:(1)基于SPEI得到的干旱频次与受灾、成灾面积的相关性通过了0.1的显著性水平检验,表明SPEI在淮河流域具有较好的适用性;(2)淮河流域干旱发生时间差异明显,干旱次数呈现波动变化,发生重旱和特旱次数占总干旱的比重是20.0%,其中重旱和特旱在1960s比重最大(24.8%),其次是2010s(15.8%),在1980s比重最低(10.0%);(3)干旱的空间分布差异大,淮河流域干旱频率在27.76%—36.04%之间,西北部和东南部发生干旱强度较西南部、东北部及中部低;(4)淮河流域总体呈干旱化的趋势,从中部到四周呈现由高到低递减的趋势变化,且空间模态表现为全区一致型、南北相反型和东西相反型。     

鄱阳湖流域极端降水时空分布和非平稳性特征

全球变暖背景下的极端天气气候事件显著增加.本研究基于PreWhitening Mann-Kendall(PWMK)、极点对称模态分解法和广义可加模型,利用鄱阳湖流域1959-2019年16个国家级气象站点的逐日降水数据,从极端降水的强度、频率和持续性3个维度系统检测和分析流域极端降水的时空分布和非平稳性特征.结果 表明...