中国北方气候干湿变化及干旱演变特征

利用中国北方15个省(区、市)320个气象站1960—2014年逐月降水量资料,运用标准化降水指数(SPI)、标准差和相关分析等方法,基于不同时间尺度,对近55年来中国北方及不同干湿区气候干湿时空变化特征进行分析,并从干旱站次比、干旱强度等方面分析了年际干旱的时空变化特征。结果表明:(1)1960—2014年中国北方地区整体呈变干趋势,年际干旱站次比和干旱强度在同步波动中均呈下降趋势。(2)1960—2014年北方地区春季和冬季呈湿润化趋势,冬季湿润化趋势最明显,夏季和秋季呈干旱化趋势,夏季干旱化趋势最显著,夏季降水对年干湿状况的变化起决定性作用。(3)湿润区和半湿润区有干旱化趋势,而干旱区和半干旱区均呈湿润化趋势发展;湿润区和半湿润区年际干旱站次比、干旱强度呈上升趋势,而干旱区和半干旱区则相反。(4)中国北方东部季风区的湿润区和半湿润区以及处于季风区和非季风区分界线两侧的半湿润区和半干旱区气候干湿变化均呈显著同步波动变化趋势,而中国北方东部季风区的湿润区和半湿润区与中国北方西部非季风区的干旱区气候干湿变化呈显著反向波动变化趋势,夏季具有同样的规律,而冬季和春季四大干湿区干湿变化具有较好的同步一致性。     

黄河上游不同干湿气候区植被对气候变化的响应

 研究气候变化背景下植被变化趋势及其与水热因子的关系, 对于黄河源区的生态恢复和生态建设具有重要意义。采用基于FAO Penman-Monteith的降水蒸散比来描述区域的干湿状况, 划分了黄河上游地区的干湿气候区。在此基础上, 利用AVHRR归一化植被指数(NDVI)和GLOPEM净初级生产力(NPP)数据集和同期的气候资料, 分析了黄河上游植被覆盖、植被生产力和气候变化的趋势, 探讨了不同干湿气候区影响植被变化的主要气候因子。结果表明, 研究区域东南部为半湿润气候区, 其余为半干旱气候区, 干湿气候分界线与450 mm降水等值线较接近; 1981–2006年区域气候趋于干暖化, 尤其是气温的升高趋势明显; 半湿润地区NDVI和NPP显著增加, 半干旱地区略有增加; 半湿润地区的NDVI多与气温显著正相关, 与降水量的相关性较弱, 气温是植被生长的主要气候制约因素; 半干旱地区的NDVI则与降水量的正相关性更强, 对降水量的变化较为敏感。NPP对气候变化的响应模式与NDVI相似。植被对气候变化的响应部分依赖于研究区域所具备的水热条件, 干湿气候划分有助于更好地解释植被对气候变化响应的空间差异。     

青藏高原植被生长季NDVI时空变化与影响因素

青藏高原是中国乃至亚洲的生态屏障,研究其植被对气候变化的响应对区域生态保护具有重要的现实意义。基于MOD09A1数据反演的生长季归一化植被指数(NDVI),分析2001—2018年青藏高原植被生长季NDVI时空特征和变化趋势,结合气象站点数据阐释NDVI与气候因子的关系。结果表明: 研究期间,青藏高原植被生长季NDVI呈缓慢上升趋势,不同气候区生长季NDVI年际变化差异明显,NDVI值波动幅度表现为高原湿润气候区>半湿润气候区>半干旱气候区>干旱气候区。青藏高原湿润气候区、半湿润气候区、干旱气候区、半干旱气候区NDVI显著升高和降低面积占比分别为1.4%和1.9%、4.9%和1.5%、16.4%和0.8%、7.0%和2.0%,干旱和半干旱气候区NDVI升高面积占比明显大于湿润和半湿润气候区。气温是影响湿润气候区和半湿润气候区NDVI变化的主导因子,而在干旱气候区,降水对NDVI的影响明显强于其他气候因子。气温对整个青藏高原植被生长季NDVI的驱动作用强于降水和相对湿度。     

鹤庆深钻孢粉记录揭示的气候变化与西南季风演化

本文在鹤庆深钻孢粉分析的基础上,把各孢粉类型划分成不同的孢粉生态组,结合孢粉多样性指数,系统重建云南鹤庆地区2.78 Ma以来的占气候演化所经历的8个大的阶段,与西南季风在滇西北地区8次大的变化相对应:即在2.729-2.608Ma和0.118Ma-11.83ka BP期间,气候整体湿润,冬、夏季降水的季节性较强,反映西南季风相对较强盛;1.447-0.342Ma期间,气候整体逐渐变湿,冷暖、干湿变化幅度逐渐变大,气候组合特征逐渐变复杂,反映西南季风逐渐增强,其波动幅度也逐渐变大,并于0.991-0.342Ma期间达到最强盛,其波动幅度也最大;而在2.780-2.729Ma、2.608-1.447Ma和0.342-0.118Ma期间,气候普遍相对温暖干旱,西南季风相对较弱.     

青藏高原不同气候区高寒沙地两种优势植物及其根际土壤的养分特征

为了探究青藏高原寒冷沙地上优势植物及其根际土壤的养分对不同气候的响应过程, 选取半干旱和半湿润沙地上的优势植物中国沙棘(Hippophae rhamnoides subsp. sinensis)和沙蒿(Artemisia desertorum)为对象, 调查自然条件下青藏高原半干旱和半湿润沙地上两种植物枝叶和根的碳、氮、磷含量, 及其根际0-10 cm和10-20 cm土壤的有机碳、全氮、全磷、铵态氮、硝态氮、有效磷含量, 并探讨两种优势植物和根际土壤的养分含量的关系及其影响因子。结果表明, 半干旱和半湿润条件下中国沙棘和沙蒿及其根际土壤的养分差异明显。半干旱和半湿润气候条件下两种植物碳、氮、磷的积累差异显著。半湿润条件下, 沙蒿根际土壤中的有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮、有效磷的含量高于半干旱条件, 而中国沙棘根际土壤养分的结果却相反。不同气候条件下, 沙蒿和沙棘的养分和根际土壤的养分显著相关, 两种植物的养分比差异显著, 沙蒿氮磷比与其根际土壤的氮磷比以及中国沙棘的碳氮比与其根际土壤的碳氮比显著负相关。     

Characteristics of nutrients in two dominant plant species and rhizospheric soils in alpine desert of the Qinghai-Xizang Plateau under contrasting climates

为了探究青藏高原寒冷沙地上优势植物及其根际土壤的养分对不同气候的响应过程, 选取半干旱和半湿润沙地上的优势植物中国沙棘(Hippophae rhamnoides subsp. sinensis)和沙蒿(Artemisia desertorum)为对象, 调查自然条件下青藏高原半干旱和半湿润沙地上两种植物枝叶和根的碳、氮、磷含量, 及其根际0-10 cm和10-20 cm土壤的有机碳、全氮、全磷、铵态氮、硝态氮、有效磷含量, 并探讨两种优势植物和根际土壤的养分含量的关系及其影响因子。结果表明, 半干旱和半湿润条件下中国沙棘和沙蒿及其根际土壤的养分差异明显。半干旱和半湿润气候条件下两种植物碳、氮、磷的积累差异显著。半湿润条件下, 沙蒿根际土壤中的有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮、有效磷的含量高于半干旱条件, 而中国沙棘根际土壤养分的结果却相反。不同气候条件下, 沙蒿和沙棘的养分和根际土壤的养分显著相关, 两种植物的养分比差异显著, 沙蒿氮磷比与其根际土壤的氮磷比以及中国沙棘的碳氮比与其根际土壤的碳氮比显著负相关。     

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。     

气候变化背景下中国南方地区季节性干旱特征与适应Ⅴ.南方地区季节性干旱特征分区和评述

在干旱特征研究的基础上开展季节性干旱分类分区,可为不同干旱区域应对全球气候变化、制定抗旱减灾对策和防控技术提供理论依据.以国家标准中的气象干旱、农业干旱指标为主要依据,利用南方地区268个气象台站1959-2008年的气候资料,在分析南方地区季节性干旱的气候背景和分布特征的基础上,采用综合因子与主导因子相结合方法、逐级指标筛选法,综合灾害分析和聚类分析方法,对季节性干旱进行3级分区.一级分区以年干燥度和季干燥度为主要指标,以年尺度和主要作物生长季的降水量为辅助指标,将南方区域分为半干旱区、半湿润区、湿润区和极湿润区4个一级区;在此基础上再划分为川滇高原山地温凉半干旱区,江北温暖半湿润区、华南暖热半湿润区和西南高原温凉半湿润区3个半湿润区,长江流域温热湿润区、华南暖热湿润区和西南山地温暖湿润区3个湿润区,以及华南暖热极湿润区和江南西南山区温凉极湿润区2个极湿润区,共9个二级干旱分区.最后基于多个干旱指标的干旱频率和干旱强度,将南方区域分成29个三级干旱区.在分区基础上对不同季节性干旱特征分区分布情况、干旱特点及对农业生产影响进行评述,并提出了防旱避灾措施.     

西藏羊湖地区近1.4万年以来孢粉植物群及古气候研究

通过对西藏羊湖地区ZK1和卡拉苏代牙剖面(IP16)的孢粉分析和总有机碳(TOC)、元素含量分析等,建立了羊湖地区近1.4万年以来的孢粉组合带、重建当时的植被类型及古气候演变序列.结果显示:该时期经历了5次植被类型的更替,即草原型→疏林草原型→草原型→疏林草原型→草原型,与之相对应的气候经历了5次波动(2个半旋回),即11220a.B.P.左右的第一气候旋回:由干旱→半干旱半湿润转化;8970a.B.P.左右的第二气候旋回,同样由干旱→半干旱半湿润转化,然后进入半个气候旋回,即干旱气候期,推测今后有可能进入半干旱半湿润气候期.     

内蒙古羊草草原植物群落地上初级生产力时间动态对降水变化的响应

植被生产力对水热因子的反应是气候 -植被关系研究的焦点之一。利用 1981～ 1994年的固定围栏样地植物群落调查数据及同期降水资料 ,分析了羊草草原群落地上初级生产力和降水的年际变化特征及植物群落地上初级生产力的时间动态与降水年际变化的相互关系。结果表明 ,羊草草原年降水以及月降水的年际波动明显 ;年内降水分配不均匀 ,降水集中分布于 6～ 8月份。月均降水以 7月份最高 ,基本呈对称分布。群落地上初级生产力年际间变化介于年降水与月降水的年际变化之间。影响群落地上初级生产力时间动态最显著的因子是植物生长周期内前一年 10月至当年 8月的累积降水 ,而与年降水和月降水无显著相关。群落地上初级生产力时间动态对累积降水波动的反应呈显著的二次曲线关系 ,与空间尺度上地上初级生产力与年降水呈线性相关关系不同。因此 ,降水波动对羊草草原地上初级生产力的影响是一个累积效应 ,确定对植物生长产生影响的有效降水时间对建立羊草草原生产力模型关系具有十分重要的意义。     

Historical biogeographical patterns in continental Australia: congruence among areas of endemism of two major clades of eucalypts

Published phylogenies of two eucalypt clades, red bloodwoods Corymbia subgenus Corymbia and eudesmids Eucalyptus subgenus Eudesmia (Myrtaceae), were combined for an analysis of historical biogeographical area relationships within continental Australia. The method of paralogy‐free subtree analysis was used to eliminate geographical paralogy; the paralogy‐free subtrees were coded as characters for parsimony analysis to find the minimal and area cladogram, which proved to be informative of a continent‐wide pattern. The eucalypt fossil record and molecular dating studies allow an interpretation of the biogeographical history in terms of major vicariance events that date from the early Paleogene. The summary area cladogram shows the wet jarrah forest region of South‐West Western Australia, a region of high endemism, as the earliest to differentiate from all other areas, isolated by marine inundation across southern Australia and climatic cooling in the Late Eocene–Early Oligocene. From about this time, regionalization continued, with warmer conditions and monsoonal climate developing in central and northern Australia, and cooling in the south‐east. Northern and eastern humid and semi‐humid areas were related as a track, but with increased aridity in the interior of the continent, the monsoonal climate contracted northwards. The Australian Monsoon Tropics (AMT: Kimberley, Top End, Arnhem, Cape York and inland north‐east Queensland) differentiated from eastern areas (Queensland wet tropics to McPherson–Macleay). Our results also show all arid and semi‐arid regions as related, suggestive of a historically cohesive interior biota rather than repeated colonizations of the interior from the periphery of the continent. Climate largely differentiates hot arid areas in the north (Pilbara, Northern and Central deserts) from arid areas in the south (south‐west interzone, Wheatbelt, Goldfields and Great Victoria Desert). © The Willi Hennig Society 2010.     

辽宁省生态系统敏感性评价

根据辽宁主要生态环境问题的形成机制,分析了生态系统敏感性的区域分异规律,并对多种生态环境问题的敏感性进行了综合分析。结果表明,全省处于轻度至高度敏感区域,高度敏感区、中度敏感区、轻度敏感区分别占全省陆域面积的34.00%、62.66%和3.34%。高度敏感区分布在辽东山地丘陵、辽东半岛、辽西低山丘陵、辽西北、柳绕地区和大洼县。辽东山地丘陵、辽东半岛和辽西低山丘陵主要是土壤侵蚀高度敏感。辽西北和柳绕地区主要是土地沙漠化高度敏感。大洼县是土壤盐渍化高度敏感。     

北部湾盆地海中凹陷古近纪古气候研究

古气候对烃源岩的发育具有重要的控制作用,温暖湿润的气候成为优质湖相烃源岩发育的有利气候条件。本次根据X1井及X2井的孢粉资料及粘土矿物数据,采用孢粉定量统计分析与粘土矿物分析相结合的方法,对海中凹陷中始新世—晚渐新世的古气候进行了研究。研究显示海中凹陷流沙港组二段沉积时期(中—晚始新世)气候相对温暖湿润,为南亚热带湿润—半湿润气候;流沙港组一段沉积时期(晚始新世—早渐新世早期)气候开始转凉,为中亚热带湿润—半湿润气候;涠洲组沉积时期(早渐新世晚期—晚渐新世晚期)气候逐渐变得干燥,为中亚热带半湿润—半干旱气候,同时明确了流沙港组二段沉积时期为海中凹陷优质湖相烃源岩发育的最佳时期。     

中国水分状况对全球气候变化的敏感性分析

中国气候信息库提供了全国太阳辐射日资料以及12个月的气温,降水量,相对湿度,日照百分率和风速资料。利用改进后的Penman式估算出全国潜在蒸散和干燥指数的空间分布,以及降水量增加10％,平均气温上升1．5度,3．0度和4．5倍,3种假定未来气候情况下的潜在蒸散和干燥指数,以评价全球气候变化对中国水分状况的可能影响,结果表明,随着气温的升高,潜在蒸散量会显著增加,而干燥指数变化较为复杂,与当前气候怦景相比较,降水量增加10％,平均气温上升1．5度时中国水分状况会稍微湿润,气温上升4．5度时会稍微干燥,而气温上升3．0度时中国水分状况将介于稍微润与稍干燥之间。     

Nitrogen cycling in the soil–plant system along a precipitation gradient in the Kalahari sands

Nitrogen (N) cycling was analyzed in the Kalahari region of southern Africa, where a strong precipitation gradient (from 978 to 230 mm mean annual precipitation) is the main variable affecting vegetation. The region is underlain by a homogeneous soil substrate, the Kalahari sands, and provides the opportunity to analyze climate effects on nutrient cycling. Soil and plant N pools, ¹⁵N natural abundance (δ¹⁵N), and soil NO emissions were measured to indicate patterns of N cycling along a precipitation gradient. The importance of biogenic N₂ fixation associated with vascular plants was estimated with foliar δ¹⁵N and the basal area of leguminous plants. Soil and plant N was more ¹⁵N enriched in arid than in humid areas, and the relation was steeper in samples collected during wet than during dry years. This indicates a strong effect of annual precipitation variability on N cycling. Soil organic carbon and C/N decreased with aridity, and soil N was influenced by plant functional types. Biogenic N₂ fixation associated with vascular plants was more important in humid areas. Nitrogen fixation associated with trees and shrubs was almost absent in arid areas, even though Mimosoideae species dominate. Soil NO emissions increased with temperature and moisture and were therefore estimated to be lower in drier areas. The isotopic pattern observed in the Kalahari (¹⁵N enrichment with aridity) agrees with the lower soil organic matter, soil C/N, and N₂ fixation found in arid areas. However, the estimated NO emissions would cause an opposite pattern in δ¹⁵N, suggesting that other processes, such as internal recycling and ammonia volatilization, may also affect isotopic signatures. This study indicates that spatial, and mainly temporal, variability of precipitation play a key role on N cycling and isotopic signatures in the soil–plant system.     

基于作物需水与自然降水适配度的湖南省防旱避灾种植制度优化

季节性干旱对湖南省农业生产造成很大影响,明确防旱避灾种植制度,可为指导当地农业生产提供科学依据。基于湖南省代表站点1981-2007年的气候数据和作物生育期资料,依据干燥度和地形地势特点,划分不同类型区,并在各区域内选取代表站点和代表性种植制度,采用FAO推荐的分段单值平均作物系数法订正了作物系数。比较了主要种植制度的作物需水与自然降水适配度及作物需水与自然降水适配度保证指数,确定了湖南省基于自然降水的防旱避灾种植制度。研究结果表明:各区域基于自然降水资源的防旱避灾种植制度分别为:(1)湘中偏北湿润中低海拔地形复杂区和湘东北半湿润中低海拔山地丘陵区为麦-稻和薯-稻种植模式;(2)湘北半湿润低海拔平原区为油-棉、油-稻和豆-稻种植模式;(3)湘东偏北半干旱低海拔平原与盆地丘陵过渡区为油-苕、油-棉和油-稻种植模式;(4)湘东南较干旱中低海拔丘陵区为油-稻、麦-稻和薯-稻种植模式;(5)中南部较干旱中低海拔盆地区为油-稻和油-棉种植模式;(6)湘西北较湿润中高海拔中山低山区为薯-稻和油-苕种植模式;(7)湘西南较湿润中高海拔丘陵区为油-苕、油-稻、麦-稻和薯-稻种植模式;(8)湘西干旱高海拔山地丘陵区为油-苕和油-棉种植模式。     

江苏沿江和江淮区褐飞虱前期迁入量与太平洋海温场的遥相关及其可能机制

为筛选出有效的长期预测因子,对江苏通州和江苏淮安褐飞虱前期迁入量与太平洋海温场遥相关时空分布分别进行了相关分析及其稳定性检验。结果表明： 与褐飞虱前期迁入量连续稳定显著相关的海温区,在空间上主要分布在中太平洋和南太平洋（72.4%）,在时间上主要分布在前两年和前一年（82.7%）。分别分析褐飞虱前期迁入量与当年4-8月上旬各旬降水量、平均温度、当年1-8月500 hPa西太平洋副高月平均指数之间的两两相关关系,并比较这三者与前期太平洋海温场遥相关时空分布的异同。根据对两地的个例分析表明：前一冬春季赤道中东太平洋海温的变化引起当年6月副高面积指数的变化,影响江苏通州当年6月下旬降水,从而影响江苏通州褐飞虱的前期迁入量;前两年春夏季赤道中东太平洋海温的变化引起当年5月副高北界位置的变化,影响江苏淮安当年7月上旬降水,从而影响江苏淮安褐飞虱的前期迁入量。在此基础上,对褐飞虱前期迁入量与太平洋海温场遥相关的可能机制提出“海温→大气环流（副高）→气候→褐飞虱前期迁入"的一般假想模式。     

Aridity Induces Nonlinear Effects of Human Disturbance on Precipitation-Use Efficiency of Iberian Woodlands

The effects of ecosystem degradation are pervasive worldwide and increasingly concerning under the present context of global changes in climate and land use. Theoretical studies and empirical evidence increasingly suggest that drylands are particularly prone to develop nonlinear functional changes in response to climate variations and human disturbance. Precipitation-use efficiency (PUE) represents the ratio of vegetation production to precipitation and provides a tool for evaluating human and climate impacts on landscape functionality. Holm oak (Quercus ilex) woodlands are one of the most conspicuous dry forest ecosystems in the western Mediterranean basin and present a variety of degraded states, due to their long history of human use. We studied the response of Iberian holm oak woodlands to human disturbance along an aridity gradient (that is, semi-arid, dry-transition and sub-humid conditions) using PUE estimations from enhanced vegetation index (EVI) observations of the Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). Our results indicated that PUE decreased linearly with disturbance intensity in sub-humid holm oak woodlands, but showed accelerated, nonlinear reductions with increased disturbance intensity in semi-arid and dry-transition holm oak sites. The impact of disturbance on PUE was larger for dry years than for wet years, and these differences increased with aridity from sub-humid to dry-transition and semi-arid holm oak woodlands. Therefore, aridity may also interact with ecosystem degradation in holm oak woodlands by reducing the landscape ability to buffer large changes in vegetation production caused by climate variability.