羌塘国家级自然保护区地表土壤冻结天数时空变化特征

利用1981—2018年羌塘自然保护区周边5个气象台站的地表逐日最低温度和平均气温资料,采用线性回归和Mann-Kendall非参数检验方法,分析了近38 a以及全球变暖1.5℃和2℃阈值时羌塘自然保护区地表土壤冻结天数的时空变化特征。结果表明:(1)近38 a近地表土壤冻结开始日期呈推迟趋势,变化率为7.72 d·10 a^-1,冻结终止日期以8.17d·10 a^-1的速率显著提早;冻结持续时间和冻结天数均呈显著缩短趋势,平均每10年分别缩短14.69和11.19 d;同时段内,自然保护区大部分土壤冻结参数的变化率均大于青藏高原。(2)在年代际变化上,自然保护区呈现土壤冻结开始日期推迟、冻结终止日期提前、冻结持续时间和冻结天数缩短的变化特征。(3)土壤冻结参数在21世纪初均发生了气候突变,较青藏高原土壤冻融时间的突变点偏晚。(4)在全球变暖1.5℃时,RCP4.5和RCP8.5情景下的自然保护区土壤冻结参数变化值相同,冻结开始日期推迟25 d,冻结终止日期提早22 d,冻结持续时间和冻结天数分别缩短46和28 d;变暖2.0℃时,RCP4.5和RCP8.5情景下的土壤冻结开始日期推迟35和33 d,冻结终止日期提早30和29 d,冻结持续时间减少64和62 d,冻结天数缩短40和39 d。     

黑河下游绿洲胡杨物候期对1960～2010年气温变暖的响应

基于黑河下游绿洲胡杨林分布区气象站1960～2010年的气温数据,利用气候倾向率、Mann-Kendall检验及相关分析等方法,研究了近51年来胡杨年生长期物候特征及其对气候变化的响应特征。结果表明:(1)黑河下游绿洲气温有明显的增暖趋势,且1960～2010年研究区内鼎新和额济纳旗绿洲气温分别增高了1.6℃和2.4℃。(2)黑河下游绿洲胡杨年生长期开始日有明显提早趋势,其中,鼎新绿洲和额济纳旗绿洲胡杨年生长期开始日的变化倾向率分别为-1.46d/10a(α=0.01),-1.54d/10a(α=0.02),51年两绿洲分别提早了7d和8d;胡杨年生长期终止日呈明显推迟趋势,51年分别推迟了5d、9d,并以额济纳旗绿洲推迟更显著,且以2000s变化最显著;胡杨生长期天数呈明显延长趋势,而且额济纳旗绿洲比鼎新绿洲的年生长期变化倾向率多延长了0.9d/10a、平均年生长期缩短了1d;胡杨叶黄开始日呈微推迟趋势,在一定的程度上响应了气候季节变化的特征,并与夏秋季气温增温变化不显著的结论相吻合。(3)上述胡杨主要物候期的突变显著不同,且以生长期终止日响应最明显,并以纬度偏北的额济纳旗绿洲胡杨响应更敏感。     

东北地区玉米适应气候变化措施对生产潜力的影响

为探求东北玉米未来如何更好地适应气候变化,本研究采用抗逆品种和推迟播种期两种适应措施,结合区域气候模式模拟的2010-2099年间RCP4.5、RCP8.5两种浓度路径逐日气象资料,分析了不同气候变化情景下东北玉米适应措施的生产潜力变化.结果表明: 2010-2099年间,东北区玉米气候生产潜力的空间分布特征基本为东南向西北减小的趋势,RCP4.5情景下东北玉米生产潜力高于RCP8.5情景,且RCP8.5情景出现极低值年份明显多于RCP4.5情景.所有抗逆品种的玉米生产潜力均高于原有品种,在RCP4.5情景下,耐高温品种的玉米生产潜力更高,在RCP8.5情景下,耐旱品种表现更好,双耐(耐高温、耐旱)品种的玉米生产潜力在2种气候变化情景下均最高.RCP4.5情景下,推迟播种均出现增产情况,其中,推迟30~40 d播种的玉米增产率达到最大;RCP8.5情景下,部分地区出现减产情况.说明适当推迟播种期有利于提高玉米气候生产潜力,但地区间存在差异.     

绿洲胡杨生长期对全球变暖停滞响应的时空差异

基于中国绿洲胡杨分布区48个地面气象站1960—2017年逐日平均气温数据,运用线性趋势法、相关分析和偏最小二乘回归等方法,分析了中国绿洲胡杨生长期起止日和生长期对全球变暖停滞响应的时空差异。结果表明:1998—2012年中国绿洲胡杨起始日、终止日、生长期倾向率分别为-0.764、-0.328、0.535 d·10 a-1,与1960—2017年和1960—1998年相比呈现起始日推迟、终止日提前、生长期缩短的态势,对全球变暖停滞(global warming hiatus)响应明显,其中,终止日响应最显著。研究区有超过47%的站点呈现出起始日推迟、终止日提前、生长期缩短的趋势,对全球变暖停滞的响应呈自西南向东北逐渐减弱的趋势。但各绿洲胡杨生长期对全球变暖停滞的响应不尽相同,其中,河套绿洲对全球变暖停滞响应最显著,柴达木绿洲的响应不显著。成因分析表明,亚洲极涡面积指数、青藏高原指数、西风指数是影响胡杨生长期对全球变暖停滞响应的主要驱动因子。     

未来情景羌塘高原野牦牛栖息地分布及其影响因素

近30年来,羌塘高原野牦牛(Bos mutus) 种群数量虽缓慢恢复,但仍为野生有蹄类中仅有的易危物种。由于其对人为活动规避明显且具有极强的攻击性,野牦牛栖息地分布和质量数据仍很匮乏。把野外调查与最大熵(Maxent)、土地利用模拟模型(FLUS)、InVEST三种模型相结合,系统分析羌塘高原野牦牛栖息地分布及其影响因素,并通过未来气候、未来土地覆被和未来食物情景构建2050年不同温室气体排放浓度(RCPs)情景下羌塘高原生境状况,预测栖息地变化状况,以期为青藏高原生物多样性维护提供数据支撑。结果发现:2020年前后野牦牛栖息地总面积为25.1万km²,集中分布在那曲市北部,阿里地区分布零散。栖息地以草原和荒漠为主,部分位于冰川区,野牦牛对气候条件反应敏感,偏好生活在暖季降雨量约在200mm,冷季降雨量约10mm,年最低温度-30℃的区域,坡度耐受性高。约92%的野牦牛栖息地位于羌塘国家自然保护区内,仅有南部约1.2万km²栖息地与人类活动交叠明显。2050年前后羌塘高原暖湿化明显,草原面积增加,野牦牛栖息地将向西北部无人区扩张,目前栖息地分布较零散的阿里地区也将出现大面积高质量栖息地,三种RCPs情境下栖息地面积分别为28.2万km²(RCP2.6)、28.4万km²(RCP4.5)和28.0万km²(RCP8.5),新增栖息地以极重要栖息地为主,边界与羌塘自然保护区范围更加吻合,自然保护地体系建设将有力支撑野牦牛的保护。     

甘肃陇东地区季节冻土变化对气候变暖的响应

受气候变暖的影响,季节冻土的冻结、融化及持续时间都发生了较大变化。运用陇东地区8个气象站1971-2005年温度、冻土观测资料,分析了该地气候变化对季节冻土的影响。结果表明：自20世纪70年代以来,该地冬季气温升高了2．7℃,30cm的冻土冻结时间大约推后了10d,冻土融化时间提前了10d,冻土持续时间缩短了20d左右;35年来平均最大冻结深度减少了约20cm;随着气候的持续变暖,最大冻土深度将进一步减少,预计2050年至少比现在减少15cm左右,对未来建设工程的设计及施工有较大影响。     

不同类型植被绿度始期的遥感模拟及变化规律

植被绿度始期是研究植被生长周期与气候变化关系的一个重要参量。本文选取中国的青藏高原地区、中东部地区和东北地区作为研究区域,基于1983—2012年NOAA/AVHRR上的NDVI累积频率曲线,利用Logistic函数进行拟合计算植被的绿度始期,并结合MODIS Collection 5地表覆盖类型数据,分析了不同区域内不同类型植被绿度始期的变化特征及差异性。结果表明:草地、灌木林、落叶乔木林和农田类型的绿度始期总体呈现提前趋势;在同一区域内,不同类型植被的绿度始期出现的时间不同;在不同区域内,同一类型植被绿度始期的年际变化表现不同的趋势,草地的绿度始期总体呈现提前的趋势,青藏高原地区提前趋势明显,变化率达到6.11 d·10 a~(-1),中东部地区为5.37 d·10 a~(-1),东北地区为2.13 d·10 a~(-1);落叶乔木林的年际变化幅度大致和草地相似,随着纬度的升高和海拔的降低,其绿度始期的提前变化速率会逐渐变小,灌木和农田在东北出现了绿度始期的推迟趋势,多年延迟的变化率为1.49和1.03 d·10 a~(-1)。     

冻融变化对西南亚高山森林优势种云杉和华西箭竹根区土壤理化性质与酶活性的影响

西南亚高山森林是典型的季节性冻土区,为深入研究气候变暖背景下冻融循环变化对森林土壤环境的影响,该研究以西南亚高山森林乔木层与灌木层优势种云杉(Picea asperata)和华西箭竹(Fargesia nitida)根区土壤为研究对象,利用红外辐射加热器模拟气候变暖,研究增温对非生长季土壤冻融循环、土壤理化性质和酶活性的影响。在此基础上,开展室内培养实验,进一步验证冻融循环变化对土壤性质的影响。结果表明:(1)与对照小区比较,增温小区5cm和15cm土层温度分别升高2.85和2.13℃,冻结天数分别减少了60和32天,冻融循环次数分别由3次和1次降为0次。(2)增温增加了两物种根区土壤总氮(TN)、可溶性有机氮(DON)和微生物生物量氮(MBN)含量,但降低了土壤铵态氮(NH₄⁺-N)含量。土壤冻结天数、冻融循环次数与TN、DON含量显著负相关,与NH₄⁺-N含量显著正相关。(3)增温显著促进了两树种根区土壤N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶(NAG)活性,但显著抑制了脲酶(Ure)活性。土壤冻结天数、冻...     

气候变化对我国南方人工林地上生物量影响的模拟研究——以会同生态站磨哨实验林场为例

全球气候变暖对陆地生态系统尤其是森林生态系统有着重要的影响,气温升高、辐射强迫的增强将显著改变森林生态系统的结构和功能.南方人工林作为我国森林的重要组成部分,对气候变化的响应日益强烈.为了探究未来气候情景下我国南方人工林对气候变化的响应,降低未来气候变化对人工林可能带来的损失,本研究采用3种最新的气候情景—典型浓度排放路径情景(RCP2.6情景、RCP4.5情景、RCP8.5情景)预估数据,应用生态系统过程模型PnET-Ⅱ和空间直观景观模型LANDIS-Ⅱ模拟2014—2094年间湖南省会同森林生态实验站磨哨实验林场森林的地表净初级生产力(ANPP)、物种建立可能性(SEP)和地上生物量的变化.结果表明: 不同森林类型的SEP和ANPP对气候变化的响应有明显的差异,各森林类型对气候变化的响应程度表现为: 对于SEP,在RCP2.6和RCP4.5情景下,人工针叶林＞天然阔叶林＞人工阔叶林;在RCP8.5情景下,天然阔叶林＞人工阔叶林＞人工针叶林.对于ANPP,在RCP2.6情景下,人工阔叶林＞天然阔叶林＞人工针叶林;在RCP4.5和RCP8.5情景下,天然阔叶林＞人工阔叶林＞人工针叶林.人工针叶林的地上生物量在2050年左右开始下降,天然阔叶林和人工阔叶林整体呈现上升趋势.2014—2094年,研究区地上总生物量在不同气候情景下增加幅度不同,RCP2.6情景下增加了68.2%,RCP4.5情景下增加了79.3%,RCP8.5情景下增加了72.6%.3种情景下的总地上生物量大小排序为: RCP4.5> RCP8.5> RCP2.6.我们认为,适当的增温将有助于未来研究区森林总地上生物量的积累,但过度的增温也可能会阻碍森林的生产和生态功能的持续发展.     

华南地区温度变化及其对登革热传播时间的影响

根据华南地区110个气象站1961—2012年的逐日气温资料,以及Reg CM4区域气候模式RCP情景下未来逐日气温预估数据,采用Ross-Macdonald疾病传播动力学模型、线性趋势分析、累积距平、五日滑动平均等方法和Arc GIS技术,研究了华南地区温度变化及其对登革热传播时间的影响。结果表明:21℃可作为适宜登革热传播的下限温度指标,1961—2012年华南地区年平均气温以0.14℃·10 a-1的速率显著上升,1997年发生了突变;与1981—2010年平均值相比,2020s、2050s和2080s华南地区温度增幅在RCP4.5情景下分别为0.8、1.3和1.7℃,RCP8.5情景下分别为0.9、1.7和2.9℃;气温突变后(1997—2012年)全年适于登革热传播的日数、终年流行区面积分别较突变前(1961—1996年)增加了10 d和408 km2;与1997—2012年平均值相比,2020s、2050s和2080s全年适于登革热传播的日数在RCP4.5情景下分别增加了10、15和20 d,RCP8.5情景下分别增加了15、25和40 d,终年流行区面积在RCP4.5情景下分别增加了3962、5436和8260 km2,RCP8.5情景下分别增加了4536、8780和20680 km2。     

河北省土壤表面冻融物候特征及其对气候变化的响应

基于1981—2006年河北省土壤表面冻融物候观测资料和气象资料,研究了河北省土壤表面冻融物候的空间和时间变化特征及对气候变化的响应。结果表明:河北省地表始冻期、解冻期和封冻期随纬度、高度不同存在很大差别,东南平原地区地表始冻期偏晚,解冻期偏早,封冻期较短,而北部、西北部地区地表始冻期偏早,解冻期偏晚,封冻期较长;相比物候期多年均值,20世纪90年代初之前,河北省地表始冻期以提前年份为主,解冻期以推迟年份为主,封冻期以延长年份为主;20世纪90年代后期之后河北省绝大部分地区地表解冻期显著提前,始冻期推迟,封冻期缩短;地势较低地区的地表冻融物候与气温显著相关,河北省秋季气温上升1℃,地表始冻期推迟3.8d,2—3月气温上升1℃,地表解冻期提前5.3d,响应幅度大于始冻期对秋季气温的响应幅度;10月—翌年3月气温上升1℃,河北省地表封冻期缩短12.6d。     

近55a来河西走廊荒漠绿洲区季节变化特征及其对胡杨年生长期的影响

利用河西走廊荒漠绿洲胡杨林集中分布区的4个气象站点1955-2009年日平均气温资料,采用5d滑动平均、气候倾向率、Mann-Kendall和滑动t检验等方法,分析其四季开始日与长度的变化特征及其对胡杨年生长期的影响。结果表明:近55a来,河西走廊荒漠绿洲区四季开始日主要表现为春、夏和秋季提早,冬季推迟的变化趋势,并以夏季提早最显著,且以21世纪初更突出。研究区平均四季长短变化特征为:冬季>夏季>春季>秋季。胡杨年生长期有开始日提早、终止日推后的趋势,且推迟趋势更明显;胡杨年生长期天数具有延长趋势。突变分析表明:春季开始日在1969年和2001年发生突变,夏、秋开始日则分别在1998年、 1985年和1997年发生突变,而冬季开始日发生突变的时间早于其它3季,为1985年;胡杨年生长期开始日具有多个突变,分别在1961年、1973年和1997年发生突变。显然,研究区胡杨对气候变化的响应更敏感。     

未来气候变化对海南橡胶树春季物候期的影响

为研究未来气候变化对海南岛橡胶树春季物候期(第一蓬叶展叶期和春花期)的影响,以国内外关于橡胶树物候期量化研究和橡胶树观测试验数据为基础,结合作物生长钟模型,建立橡胶树春季物候期模型,开发成计算机软件RubberSP并进行适宜性评价。在此基础上,通过贝叶斯模型平均法(BMA)结合耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)多模式数据集中的5个大气环流模式(GCMs),分别在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5气候情景下,以1986—2017年为基准时段,预估2020—2099年气候变化对橡胶树春季物候期的可能影响。结果表明:RubberSP的模拟精度较高,模拟值与实测值的决定系数R²为0.73～0.87,均方根误差RMSE为3.26～4.15 d,归一化均方根误差NRMSE为3.4%～7.4%。BMA方法可以有效地处理单一GCMs带来的不确定性问题,较好地反映出气温变化趋势;预估RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,海南岛至21世纪末较基准时段分别升温超过0.3、1.0和2.5 ℃。在未来气候情景下,春季物候期出现日序提前,产胶量提高的可能性变大。日序等值线均向西北方向移动,海南岛橡胶树种植最适宜区有向西北方向扩大的可能。第一蓬叶展叶期的空间差异性变大,春花期则略微变小。橡胶树春季物候期在未来3种情景下提前或推迟的变化幅度随RCP情景下升温的幅度而变化,RCP2.6最平缓,RCP8.5最剧烈。     

秦岭太白红杉林遥感物候提取及对气候变化的响应

高山林线树种对气候变化响应敏感,是研究气候变化和物候变化的理想树种。本文基于双Logistic曲线拟合法重建了2000—2015年MODIS EVI2时间序列影像并提取太白红杉林关键物候参数,结合太白山地区气象站的气候资料,研究太白红杉林遥感物候及其对气候因子的响应。结果表明:2000—2015年太白红杉林生长期开始时间在第120天左右,生长期结束时间在第288天左右,平均生长期长度为168 d; 16 a来太白红杉林生长期始期整体呈提前趋势,变化率为-0.65 d·10 a~(-1);生长期末期整体呈推迟趋势,变化率为0.35 d·10 a~(-1);整个生长期呈延长趋势,平均延长幅度为0.99 d·10 a~(-1);太白红杉林物候始期与同期气温、降水呈负相关的区域分别占研究区的73.11%和61.25%,而与潜在蒸散呈正相关的区域占65.17%;物候末期与同期气温、降水、潜在蒸散、日照和风速均呈正相关,面积比分别为74.91%、72.87%、78.14%、68.60%和64.74%,其中气温是太白红杉林物候始期提前的主要影响因素,气温、降水、潜在蒸散是物候末期推迟的主要影响因素。     

气候变暖对中国西北地区农作物种植的影响

采用对农作物生长有指标意义的≥10℃积温和<0℃负积温与农作物适宜种植面积、生长发育速度及产量进行对比统计分析研究,指出气候变暖对中国西北地区农作物种植结构发生了较大改变,冬小麦种植区西伸北扩,棉花面积迅速扩大,多熟制向北和高海拔地区推移.农作物生长发育速度发生了明显变化,春播作物提早播种,喜温作物生育期延长,越冬作物推迟播种,生育期缩短.棉花气候产量明显增加.     

近50年京津冀气候舒适度的区域时空特征分析

受气候变化影响,区域气候舒适期势必会发生不同程度的变化。从气候舒适性的视角出发,利用京津冀地区1966—2015年的170个观测站点50年逐日气象资料,以温湿指数、风效指数、着衣指数及其综合指数为气候舒适性的评价指标,统计分析区域气候舒适期的起止日期、天数及其年际间变化规律,揭示京津冀区域气候舒适度的时空变化特征,为区域人口合理分布和气候资源评价提供科学依据。此外,以日为时间尺度进行气候舒适期分析,有利于气候变化背景下区域间横向和区域内纵向的比较研究。结果显示:(1)京津冀气候舒适度指数近50年来的变化趋势基本相同,综合指数呈显著增加趋势;但各地间变幅存在一定差异,其中天津气候舒适度指数变化幅度最为明显,北京变化相对平稳。(2)从气候舒适度综合指数来看,京津冀地区气候舒适期年内分布呈"M"型,舒适期相对集中在4—5月、9—10月,舒适和较舒适等级的月累计日数均达到28 d以上,其中5月气候最为舒适,舒适等级日数最多,达到24—26 d;北京年平均舒适天数最多(100 d),天津最少(91 d)。(3)从单一气候舒适度指数来看,京津冀舒适和较舒适等级的初始日期大多呈显著的提前趋势;终止日期和天数大多略有增加,但变化趋势不显著。而综合指数显示,1966—2015年较舒适等级的初始日期变化最为显著,大约每10年提前3—4 d;天津和河北终止日期变化也达到显著水平,大约每10年推迟1—2 d,北京增加趋势不明显。(4)京津冀气候舒适期的空间分布显示,舒适等级的日数从西北向东南地区呈减少特征,河北北部舒适等级的年平均日数最多达115—120 d,东南部最少,不足90 d。     

1962—2012年青海省降雪初始终止日期和降雪日数时空变化特征

根据1962—2012年青海省27个站的逐日降雪资料,利用反距离加权(IDW)插值法、Mann-Kendall突变检验等方法对降雪初始终止日期和降雪日数的时空变化特征进行了分析。结果表明:青海省降雪初始日期主要集中在9、10和11月,终止日期则主要在4、5月;三江源地区是青海省降雪最早的地区,柴达木盆地最迟,且大部分地区的降雪初始日期都在逐渐推迟,而降雪终止日期有所提前;3、4月和10月的降雪日数较多(以小雪和中雪为主),且在以不同的速率(1~3 d·10 a-1)减少;降雪初始终止日期和降雪日数均存在比较明显的突变现象;纬度、海拔和年平均气温分别与降雪初始终止日期和降雪日数均存在密切的关系,且在不同月份降雪初始终止日期与日平均气温、最高气温和最低气温的相关性不同;此外,雪季长度与降雪日数还存在显著的正相关关系。     

未来气候变化情景下中国自然湿地CH4排放的时空变化

应用TRIPLEX GHG模型,模拟未来气候变化背景下2006—2100年中国自然湿地生态系统CH₄排放的时空变化.结果表明： 保持中国现有自然湿地分布不变,在3种相对浓度路径(RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5）情境下,21世纪末,中国自然湿地CH₄排放量与当前水平相比将分别增长32.0%、55.3%和90.8%.中国大陆南方自然湿地CH₄排放高于中部和北方,且自西向东呈现上升趋势.CH₄高通量排放区域主要集中在长江中下游湿地、东北湿地和珠江沿岸湿地.RCP4.5和RCP8.5情境下全国大部分自然湿地CH₄排放通量增加,而RCP2.6情境下21世纪中后期CH₄排放上升趋势得到控制并开始下降,到世纪末部分地区（尤其是青藏高原地区）CH₄排放通量与当前水平相比有所降低.     

未来气候变化情景下中国自然湿地CH4排放的时空变化

应用TRIPLEX GHG模型,模拟未来气候变化背景下2006—2100年中国自然湿地生态系统CH₄排放的时空变化.结果表明： 保持中国现有自然湿地分布不变,在3种相对浓度路径(RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5）情境下,21世纪末,中国自然湿地CH₄排放量与当前水平相比将分别增长32.0%、55.3%和90.8%.中国大陆南方自然湿地CH₄排放高于中部和北方,且自西向东呈现上升趋势.CH₄高通量排放区域主要集中在长江中下游湿地、东北湿地和珠江沿岸湿地.RCP4.5和RCP8.5情境下全国大部分自然湿地CH₄排放通量增加,而RCP2.6情境下21世纪中后期CH₄排放上升趋势得到控制并开始下降,到世纪末部分地区（尤其是青藏高原地区）CH₄排放通量与当前水平相比有所降低.     

基于遥感的东北植被物候沿城乡梯度变化

植被物候沿城乡梯度的变化反映城市化过程对局地水热条件的调节作用。遥感技术可从区域和全球等大尺度上获取植被物候信息,从而弥补传统物候观测方法的不足。本研究以我国东北省会城市沈阳、长春、哈尔滨为例,基于MODIS NDVI数据,利用SavitzkyGolay滤波和分段高斯函数计算了各城区周边20 km内缓冲带的2种关键物候参数(生长季开始和结束日期);分析多年平均物候沿城乡梯度的变化,以及地表温度和林地盖度对物候空间变化的影响。结果发现:距城区越近,生长季开始越早,结束越晚,变化也越明显;在城乡梯度上,生长季随春季和前一年冬季地温升高而提前开始6~31 d·℃~(-1),随夏秋两季地温升高而推迟结束0.9~7.6 d·℃~(-1),而部分缓冲带内林地增多也会导致类似的生长季提前开始和延后结束。