基于优选遥感干旱指数的华北平原干旱时空变化特征分析

基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)产品和气象资料,对比分析了作物缺水指数(CWSI)、干旱严重度指数(DSI)、归一化植被供水指数(NVSWI)和温度植被干旱指数(TVDI)表征华北平原干旱状况的适用性,并基于优选后的指数研究了2000—2018年干旱的时空变化特征。结果表明：(1)CWSI在反映干旱的效果上明显优于另外三种干旱指数。(2)时间上,2000—2018年春季干旱最严重,其次是秋季和冬季,夏季干旱最轻,但春季干旱强度有所下降,速率为-0.03/10a,而其他三季均呈增加趋势,速率为(0.01—0.08)/10a。(3)空间上,华北平原东部和东南部发生轻旱频率高,西部和北部中旱及以上干旱频率较高。山东省西北部及河南省东部、安徽省北部等地春旱呈显著减弱趋势(P<0.05);夏季华北平原东南部干旱增加趋势显著(P<0.05),而北部减弱趋势显著(P<0.05);秋季华北平原西南一带干旱上升趋势较大;冬季西部、中部及南部干旱增加趋势显著(P<0.05)。     

基于标准化降水蒸散指数的川西高原干旱时空变化

干旱是川西高原具有一定破坏力的自然灾害,研究其时空变化对该区抗旱防灾、保障农业生产安全、维持生态系统健康具有重要的现实意义。本研究基于川西高原1980—2020年48个气象站点的逐日气象数据,利用Penman-Monteith模型计算潜在蒸散量和标准化降水蒸散指数(SPEI),通过线性倾向分析、干旱特征分析方法对川西高原干旱时空特征进行分析。结果表明：1980—2020年,川西高原年尺度和春季尺度SPEI呈弱湿润化趋势,夏秋冬季呈干旱化趋势,研究区西南部的山地及东北部的草原为易旱区。研究区年际干旱影响范围弱增,除春季为减少趋势外,夏秋冬季的干旱影响范围均呈增加趋势。全区干旱频率整体偏高,干旱低频区主要位于川西西部和东北部的部分地区,其余均为高频区。     

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。     

基于SPEI指数的辽宁省生长季干旱时空特征

根据辽宁省50个气象站1961—2015年温度和降水资料,采用标准化降水蒸散指数(standardized precipitation-evapotranspiration index,SPEI)、线性趋势分析、突变检验、经验正交函数分解等方法,研究了辽宁省生长季干旱的时空分布特征。结果表明:近55年来,辽宁省生长季干旱指数以0.13 10 a~(-1)的速率显著下降,干旱整体呈现加剧趋势;20世纪60年代和70年代、80年代初到90年代中后期,干旱强度呈减弱趋势;80年代初、90年后期代初到2015年,干旱强度呈加剧趋势;1996年全省SPEI指数发生了突变性下降,干旱程度发生了突变性增强,其中,2000年全省有47个站点发生了干旱,干旱率高达94%,是近55年来干旱发生范围最大的年份,其次是1999和2014年,干旱率分别为92%和88%;全省SPEI指数的空间分布主要呈现全区一致型、东南与西北反向型、中部与其他地区反向型等3个模态,其中,全区一致型高值区包括葫芦岛沿海地区、锦州地区、沈阳地区、鞍山地区等,表明这些地区对干旱的反应最为敏感。时间系数序列显示出明显的下降趋势;东南与西北反向型中,空间系数0值线位于辽宁中部,呈东北西南向,0值线以西的辽西和辽北地区其空间系数为负值,而0值线以东地区的空间系数为正。时间系数序列的变化趋势不明显;中部及渤海沿岸与其他区反向型中,东南及西部地区空间系数均为正值,而其他区为负值。时间系数序列无明显变化趋势。     

基于标准化降水蒸散指数的呼伦贝尔草原干旱变化特征及趋势分析

呼伦贝尔草原是我国北方地区重要的防风固沙和水源涵养生态功能区,在气候变化的背景下,该区的草原畜牧业和旱作农业深受干旱的影响。研究该区干旱发生的特征及趋势,对当地采取适应气候变化对策具有重要意义。基于1960—2017年呼伦贝尔草原4个气象站逐月降水和气温资料,计算标准化降水蒸散指数(SPEI),并采用Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析和R/S分析法分析了近58年呼伦贝尔草原年、季尺度的气候变化及干旱特征与趋势,并结合该区实际发生的灾害事件对SPEI指数进行了验证。结果表明:1)近58年来呼伦贝尔草原在气温显著上升,降水量减少的背景下干旱化趋势显著。2)该区域年尺度和季节尺度下干旱化特征具有差异性,其中,年尺度下,该区域SPEI指数以-0.218×10 a~(-1)倾向率呈显著下降趋势,1998年是干旱加剧的突变年,未来在11年尺度上有持续偏旱的趋势;季节尺度下,冬季SPEI指数显著增加,且未来在17年尺度上有持续偏湿的趋势,春、夏和秋季的SPEI指数均呈下降趋势,并分别在22年、9年和15年尺度上有持续偏旱的趋势。3)2000年以来,干旱发生的总频率尤其重旱和极旱的发生频率均显著高于其他年代;4)夏季和秋季分别是发生重旱和极旱次数最多的季节。5)SPEI指数在呼伦贝尔草原区的干旱监测与分析中具有较好的适用性。     

基于综合气象干旱指数的1961—2012年阿勒泰地区干旱时空演变特征

基于阿勒泰地区7个气象站1961—2012年的逐日气温、降水等气象资料,运用趋势分析法、M-K突变检验法、小波分析法并结合Arc GIS软件,探究了阿勒泰地区干旱的时空演变特征.结果表明:综合气象干旱指数能较好地反映阿勒泰地区干旱状况.研究期间,阿勒泰地区虽然年和四季的干旱频次和不同等级干旱覆盖范围都呈减少趋势,但是旱情仍较为严重,年和季节的干旱发生频繁,且多年存在重旱和特旱发生在整个阿勒泰地区;秋季和冬季的干旱频次分别在1997和1983年发生减少突变,夏季的干旱频次首先在1962年发生增加突变,随后在1991年发生减少突变,年均和春季的干旱频次无突变发生;年和四季的干旱频次都存在明显的周期性.干旱频次和不同干旱等级在空间上的分布表明,东部清河县旱情较为严重,中部阿勒泰市、富蕴县、布尔津县、福海县旱情次之,西部地区的哈巴河和吉木乃县的旱情较轻.     

宁夏黄河流域景观破碎化时空变化特征

基于RS和GIS技术,以土地利用数据为基础,采用有效粒度尺寸对宁夏黄河流域1985年和2010年的景观破碎化进行时空变化分析。结果显示:流域整体的有效粒度尺寸(meff)从1985年的6326.62 km2下降到2010年的2974.32 km2,破碎化程度呈显著加剧变化;从流域内部来看,景观破碎化程度最大的是黄左区间,破碎化程度最小的是苦水河和红柳沟;除引黄区间外,其余分区景观破碎化程度在25年间均有所加剧。特征尺度分析结果显示研究区景观破碎化空间变异分析的合适尺度为4500 m;景观破碎化指数的空间变异结果表明破碎化程度较大的区域面积明显多于破碎化程度弱的区域,景观破碎化空间异质性在25年间表现出明显的上升趋势。在海拔背景条件下,2400 m以下区域的景观破碎化程度较高,2400m以上区域破碎化程度较低,且随海拔的升高有降低的趋势;流域景观破碎化受人为干扰影响强烈,在人为干扰较强的1000—1500 m区段的景观破碎化程度最大;景观破碎化在时间上的变化受人为干扰影响产生的变化最为显著,由自然条件改变产生的影响有限。研究结果可为西北地区景观格局及景观破碎化的研究提供参考,并为区域景观格局优化和土地的有效管理提供依据。     

基于综合气象干旱指数的1961—2012年阿勒泰地区干旱时空演变特征

基于阿勒泰地区7个气象站1961—2012年的逐日气温、降水等气象资料,运用趋势分析法、M-K突变检验法、小波分析法并结合ArcGIS软件,探究了阿勒泰地区干旱的时空演变特征.结果表明： 综合气象干旱指数能较好地反映阿勒泰地区干旱状况.研究期间,阿勒泰地区虽然年和四季的干旱频次和不同等级干旱覆盖范围都呈减少趋势,但是旱情仍较为严重,年和季节的干旱发生频繁,且多年存在重旱和特旱发生在整个阿勒泰地区;秋季和冬季的干旱频次分别在1997和1983年发生减少突变,夏季的干旱频次首先在1962年发生增加突变,随后在1991年发生减少突变,年均和春季的干旱频次无突变发生;年和四季的干旱频次都存在明显的周期性.干旱频次和不同干旱等级在空间上的分布表明,东部清河县旱情较为严重,中部阿勒泰市、富蕴县、布尔津县、福海县旱情次之,西部地区的哈巴河和吉木乃县的旱情较轻.     

基于改进后相对湿润度指数的山西省气象干旱时空特征

基于山西省境内较为均匀分布的70个地面气象观测站57 a(1960-2016年)的逐日降水量、气温、日照时数、相对湿度、风速、水汽压等气象资料,选用国家标准中相对湿润度指数(M),在其基础上构建了改进的相对湿润度指数(M_(10i))作为干旱指标,以年、季为时间尺度,研究山西省干旱频率和强度的空间分布特征,并分析干旱频率和强度的年际变化规律。结果表明:改进的相对湿润度指数可很好地表征出典型干旱年;从57 a的资料来看,山西干旱程度总体呈现加重的趋势;对比各年代干旱程度,以20世纪60年代干旱最轻,80年代和90年代干旱最为严重,90年代之后又呈现逐年代减轻的趋势;山西省干旱强度呈北高南低的分布,北部大部、太原中部干旱强度最强;冬季、春季干旱强度明显高于夏季和秋季;山西省历年特旱的频率明显高于其他等级的干旱,重旱频率略高于轻旱和中旱的频率;大多数年份,山西省冬季总干旱频率最高,春季次高,秋季较低,夏季最低。     

宁夏引黄灌区土壤有机碳密度时空变化特征

利用1980年全国第二次土壤普查的102个土壤剖面(0~100 cm)和147个表层样(0~20 cm),以及2009年采集的39个土壤剖面和241个表层土样属性数据,分别计算灌区表层和剖面土壤有机碳密度,通过对比分析,研究了宁夏引黄灌区近30年来土壤有机碳储量的变化特征。结果表明:1980—2009年,宁夏引黄灌区表层(0~20 cm)土壤有机碳密度由16.57 Mg C·hm-2增至21.44 Mg C·hm-2,平均年增幅为0.98%(P0.01);剖面(0~100 cm)土壤有机碳密度平均由55.70 Mg C·hm-2增至58.49 Mg C·hm-2,平均年增幅为0.17%(P0.05);土壤类型是影响灌区土壤有机碳储量的主导性因素;灌区土壤有机碳密度与灌溉时间之间有较强的相关性(P0.01),灌溉耕作时间越长,土壤有机碳密度越高;单位面积化肥施用量、单位面积作物产量及作物种植类型对灌区土壤有机碳变化产生了重要影响;气温和降水对土壤有机碳变化影响不明显。引黄灌溉耕作对提高灌区土壤有机碳储量和降低温室气体排放具有积极的作用。     

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。     

Temporal and spatial variations in the behavior of shrubsteppe birds

Summary We documented patterns of activity and microhabitat use by breeding male Sage Sparrows (Amphispiza belli) and Brewer's Sparrows (Spizella breweri) in the semiarid shrubsteppe of northwestern U.S.A. to determine how their behavior varies in space and time and how these variations relate to environmental features. In analyses of several sites with multiple plots that were studied for 2–4 yr, the frequencies of activities and substrate use varied significantly with year, plot, and location. The major activities, foraging and singing, varied inversely with one another. Thus, although the general structure of the activity budgets of these species was stable (i.e. foraging and singing were always the most frequent activities), there was considerable variation in the quantitative details of their behavior in space and time. Using stepwise regression, we related these variations in behavior to variations in environmental features such as the densities of the same or other species, the number of species in the community, and coverages of the different substrate types. Few patterns emerged, and those that did were generally not in accord with our expectations. In particular, patterns of substrate use were not related to variations in coverages of those substrates. Sage Sparrows, for example, increased their use of sagebrush and grass with increasing grass coverage and with increasing densities of Sage Sparrows. Responses to both variables suggested nonlinear threshold patterns.We interpret the variations in behavior as indicating a loose coupling between behavior and proximate environmental conditions for these species. In such situations, the variability of behavior complicates attempts to test ecological hypotheses (e.g. behavioral niche partitioning) with data from a limited number of locations or years.     

玉米营养成分时空动态

研究了玉米营养成分时空动态变化．结果表明,随着玉米生育期的推进,玉米籽粒的总淀粉、粗蛋白和粗脂肪的含量逐渐升高;而茎、叶的粗蛋白、粗脂肪含量逐渐下降,中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和酸性洗涤木质素含量逐渐升高．茎、叶粗蛋白含量下降的幅度大于籽粒粗蛋白含量上升幅度．同时,玉米植抹上部叶片的粗蛋白含量高于下部叶片,而中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和酸性洗涤木质索含量低于下部叶片．茎上部粗蛋白含量高于下部,中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和酸性洗涤木质素含量低于下部．     

华北地区土壤水分的时空变化特征

土壤水分是重要的水文参数,也是水循环、气候变化等研究的基本要素.本研究利用中国气象局新一代自动土壤水分观测网逐小时土壤水分观测数据,分析2013-2019年间华北地区土壤水分的时空分布和变化趋势及其与降水和温度的关系.结果 表明:研究期间,华北地区10～100 cm土层土壤水分整体呈波动下降趋势,尤以100 cm根区土...     

Temporal and spatial variations of cell-free layer width in arterioles

Separation of red blood cells and plasma in microcirculatory vessels produces a cell-free layer at the wall. This layer may be an important determinant of blood viscosity and wall shear stress in arterioles, where most of the hydraulic pressure loss in the circulatory system occurs and flow regulatory mechanisms are prominent. With the use of a newly developed method, the width of the cell-free layer was rapidly and repeatedly determined in arterioles (10- to 50-microm inner diameter) in the rat cremaster muscle at normal arterial pressure. The temporal variation of the cell-free layer width was non-Gaussian, but calculated mean and median values differed by <0.2 microm. The correlation length of the temporal variations downstream (an indication of mixing) was approximately 30 microm and was independent of pseudoshear rate (ratio of mean velocity to vessel diameter) and of vessel diameter. The cell-free layer width was significantly different on opposite sides of the vessel and inversely related. Increasing red blood cell aggregability reduced this inverse relation but had no effect on correlation length. In the diameter range studied, the mean width of the cell-free layer increased from 0.8 to 3.1 microm and temporal variations increased from 30% to 70% of the mean width. Increased aggregability did not alter either relationship. In summary, the cell-free layer width in arterioles is diameter dependent and shows substantial non-Gaussian temporal variations. The temporal variations increase as diameter increases and are inversely related on opposite sides of the vessel.     

西南地区水稻干旱时空分布特征

从西南地区水稻生产特点和气候条件出发,改进相对湿润指数,建立计算偏离多年平均相对湿润指数值变化程度的湿润指数距平率（M_p）农业干旱监测模型,并采用农业干旱监测等级指标分析了1961—2010年西南地区水稻生育期间农业干旱时空分布特征,验证了M_p在西南地区水稻干旱监测方面的适用性.结果表明： 从年代际变化趋势来看,随着年代的增加,水稻受旱频率有降低趋势;从空间分布趋势来看,水稻受旱高频区主要分布在云南西北部和中东部,以及四川盆地东部、重庆东北部、贵州东南部局部区域;从各生长阶段发生干旱频率来看,水稻移栽至抽穗阶段发生干旱频率最高,其次是灌浆至成熟阶段,抽穗至灌浆期受旱频率最低.湿润指数距平率能较好地监测西南地区水稻的受旱情况,对于缺乏灌溉资料的地区采用该方法进行水稻干旱监测具有一定的实用价值.     

基于空间距离指数的青藏高原生态敏感性综合评价及时空演变分析

生态敏感性是生态系统对外界压力的适应性及遭受破坏的恢复力,开展生态敏感性评价是识别区域生态环境问题的有效手段之一。根据青藏高原的区域特性和主要生态环境问题,在定量构建土地荒漠化敏感性、水土流失敏感性、滑坡灾害敏感性和冻融侵蚀敏感性的基础上,通过空间距离指数法对青藏高原生态敏感性进行综合评价,并采用空间自相关分析和生态敏感性变化模式分析,探讨其时空演变特征和保护管理区划。结果表明：（1）青藏高原综合生态敏感性由西北向东南递减,极度和重度敏感区主要集中在西北部和高大山脉区,不敏感区主要集中在东南部;（2）2000-2018年间青藏高原综合生态敏感性指数值从1.49上升到1.51,表明该区域生态敏感性逐步下降,生态环境改善明显;（3）青藏高原生态敏感性存在显著的空间正相关,低-低聚集网格数量波动上升,从2000年的7277增至2018年7357,表明青藏高原部分地区的生态环境仍存在着一定恶化的风险;（4）根据区域生态敏感性变化模式分析,将青藏高原划分为严格保护区、生态退化区、潜在治理区、生态改善区和综合发展区五个区域,并提出了相应保护与管理对策。研究结果可以为青藏高原生态保护和可持续发展提供参考,从而有效推动保护管理措施的制定。     

基于SPI的石羊河流域气候干湿变化及干旱事件的时空格局特征研究

利用石羊河流域4个气象站1960—2013年逐月降水量资料,应用标准化降水指数(SPI)、游程理论等方法,分析石羊河流域近54年的气候干湿变化及不同时间尺度干旱事件时空演变特征。结果表明:1不同时间尺度SPI对降水量变化的敏感程度存在较大差异,时间尺度越小,SPI对一次降水的反应越明显。2石羊河流域年代际、年际和季的SPI在波动中均呈增加趋势,其中,冬季湿润化速度最快,对年湿润化过程的贡献最显著。31960—2013年,石羊河流域不同时间尺度干旱事件持续时间、干旱程度和干旱强度均呈减少趋势,且波动渐趋平缓;石羊河流域农业干旱和水文干旱最严重的时期分别为1964—1965年和1962—1964年。4两种时间尺度干旱事件持续时间的减少速度从上游至下游均逐渐变慢,上游乌鞘岭地区是农业干旱持续时间最长区域,永昌和下游民勤地区是水文干旱持续时间较长区域;两种时间尺度干旱事件干旱程度减少速度最快区域均在上游乌鞘岭地区;武威和民勤地区3月尺度干旱强度稍有上升,其它地区不同时间尺度干旱事件干旱强度均呈下降趋势,永昌地区是多尺度干旱事件干旱强度较大区域。     

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。