辽宁省潜在蒸散量演变规律及归因分析

根据辽宁省21个气象站点1965—2017年的逐日实测气象数据,利用Penman-Monteith法、小波分析法、敏感系数和因子分析法探究潜在蒸散量的时空变异规律及其主要气象要素多年变化定量分析。结果表明:(1)从变化趋势来看,在时间尺度上,辽宁省潜在蒸散量下降趋势显著,变化率为2.89 mm/a,多年平均值为955.82 mm,21个气象站点中有20个气象站点潜在蒸散量呈递减趋势,仅有1个气象站点呈递增趋势;在空间尺度上,辽宁省潜在蒸散量由西向东呈递减趋势。(2)潜在蒸散量对相对湿度最为敏感,对最低气温敏感性最小。(3)平均风速是对潜在蒸散量影响最大的气象因子,相对湿度与潜在蒸散量呈负相关。     

泾河流域潜在蒸散量的时空变异

潜在蒸散量是水文循环中的重要变量,分析其当前特征并预测未来变化,对于区域干旱和水文特征分析具有重要的参考意义。基于15个气象站点的日数据、NCEP再分析数据以及HadCM3的预测数据,在分析当前潜在蒸散量的基础上,应用统计降尺度方法对泾河流域21世纪的潜在蒸散量进行了预测。结果表明,1961—2005年泾河流域潜在蒸散量年均值为934.6 mm,且存在空间差异,整体由东向西南方向递减;时间变化上呈不显著的上升趋势。21世纪泾河流域潜在蒸散量呈显著的上升趋势,但存在季节差异,夏季增幅较大而冬季增幅较小;空间分布基本保持现有模式,但区域差异增大。潜在蒸散量增加可能加剧泾河流域的干旱状况,需提前采取一定的应对措施。     

长江流域潜在蒸散量时空变化特征

根据1961-2011年长江流域116个气象站点的逐日气象资料,应用Penman-Monteith法计算该流域的潜在蒸散量,在此基础上使用反距离加权(IDW)插值、M-K突变检验、Morlet小波分析和R/S趋势分析等方法对该流域潜在蒸散量的时空变化特征进行研究.结果表明:近51年来长江流域潜在蒸散量年际变化倾向率为-0.34 mm· a-1,空间分布上表现为由西向东先减小后增大的趋势;从潜在蒸散量的季节变化来看,除秋季增加趋势比较明显外,其他各季均表现为不同程度的减小趋势,总体表现为夏季＞秋季＞春季＞冬季;通过M-K突变检验和小波分析发现,全年潜在蒸散量的突变发生在1980年前后,年潜在蒸散量出现了准12年左右的第一主周期和准4年左右的第二主周期;R/S分析表明,除了降水量之外,其他气候因子与潜在蒸散量的变化都与过去保持持续的趋势一致性.     

石羊河流域气候干湿状况分析及评价

分析了河西走廊石羊河流域用水区降水的年际时空分布和演化规律,用潜在蒸散、气候干旱指数、蒸降差计算了不同流域段的水分平衡收支情况。结果表明,20世纪80~90年代降水呈增加趋势,但量较小;春、夏季降水增加,秋、冬季降水减少;潜在蒸散多年平均值为1 026.1 mm,并由上游向下游逐渐增大。20世纪70~90年代潜在蒸散呈增加趋势,平均增加4.1~43.6 mm;季节潜在蒸散大小顺序为夏>春>秋>冬,平均为403.5~521.6 mm;历年气候干旱指数平均为0.002,极值出现在下游的民勤地区,达0.581。20世纪70~90年代,气候干旱指数呈增大趋势,气候变得越来越干燥;年水分亏缺量平均为810.7 mm,表现为水分严重不足。最后,提出了合理利用水资源的建议,以科学应对气候变化,促进流域经济持续发展。     

宁夏中部干旱带潜在蒸散量变化及影响因素

潜在蒸散量(PE,Potential Evapotranspiration)的估算与分析对于研究气候变化、监测农业旱情、提高农业水资源利用率具有十分重要的意义。在利用FAO Penman-Monteith(FPM)公式计算研究区1975—2012年PE日值的基础上,采用去趋势预置白Mann-Kendall检验法及敏感性分析探讨了历年来PE的变化规律和影响因素,将Matlab与Arc GIS相结合,研究了PE及其时序趋势的空间特征。结果显示:研究区多年平均PE月值呈现倒U形的变化规律,最大值和最小值分别出现在7月和1月;多年来,同心县PE具有明显的增长趋势,盐池和海原县则表现为微弱的减少。就影响因素而言,年际尺度上,同心县PE的主导因素为温度和风速,海原县为风速和水汽压,盐池县则以风速为主;月际水平上,温度的变化幅度最大,特别是在植物的生长季节(5—9月份)明显高于其他因素。研究区内PE具有明显的空间变化规律,盐池县表现为沿经向递减,同心和海原县则表现为沿纬向递增;就PE变化趋势的空间特征而言,盐池县大部分区域的PE变化不明显,显著增加的区域仅占该县总面积的2.52%,同心县显著和极显著增加的区域占全县面积的61.98%,海原县PE则以微弱减少和微弱增加为主,显著增加的区域面积比例小于30.00%。     

松嫩平原潜在蒸散量的时空变化特征

利用松嫩平原及周边地区72个气象站1961—2003年逐日气象资料,应用Penman-Monteith方程计算潜在蒸散量,采用气候倾向率、Mann-Kendall突变检验、累积距平法,对松嫩平原地区潜在蒸散量变化进行定量分析,并应用ArcGIS软件的空间分析功能对研究区潜在蒸散量的空间分布特征进行分析.结果表明:1961—2003年,松嫩平原年均潜在蒸散量在330~860 mm,总体呈减小趋势,空间分布总体特征为西南高、四周低,呈环带状向西南方向增加;年潜在蒸散量的气候倾向率为-0.21 mm.a-1;年潜在蒸散量在1982年达最大值,形成突变点,而后下降,至1995年降至最低,此后呈增加趋势;春、夏、秋、冬季潜在蒸散量的气候倾向率分别为-0.19、0.01、-0.05、0.03 mm.a-1,表明春、秋季潜在蒸散量呈微弱减小趋势,夏、冬呈微弱增加趋势.     

2001-2020年新疆阿勒泰地区归一化植被指数时空变化特征及其对气候变化的响应

气候变化是干旱区植被变化的重要驱动因素,探究干旱区气候与植被关系的时空变化,有助于理解生态系统演化特征。基于MODIS-NDVI与CRU数据集中气候数据（降水、平均气温、最高气温、最低气温、水汽压及潜在蒸散）,采用Sen+Mann-kendall、Hurst指数及相关分析法,在不同时间尺度评价了阿勒泰地区NDVI的时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明：（1）在年尺度上,植被NDVI整体呈上升趋势,但存在弱反持续特征。区域内植被退化现象严重（12.11%）,植被改善区域与退化区域呈破碎化分布。（2）月尺度与季尺度上,NDVI与降水、气温、极端气温、水汽压和潜在蒸散呈正相关,其中降水因素在季尺度上的相关性高于月尺度。（3）不同土地利用方式下NDVI与气候因子的滞后效应表现为短期正效应与长期负效应。     

辽西樟子松人工林净生态系统碳交换

樟子松是三北地区造林的主要树种之一,研究樟子松人工林净生态系统碳交换(NEE)及其影响要素对理解我国人工林碳平衡有重要意义。本研究以辽西樟子松人工林为对象,采用涡度相关系统及其配套设备于2020年对樟子松人工林NEE和环境要素进行了原位连续观测。结果表明: 在0.5 h尺度上,1—12月夜间为碳源,白天为碳汇,且受干旱影响5—8月下午碳吸收受到明显抑制。在日尺度上,受干旱影响,控制夜间NEE季节动态的主要要素为土壤温度和土壤湿度,控制白天NEE季节动态的主要要素为土壤湿度和饱和水汽压差;土壤干旱时降水可促进夜间和白天NEE,并导致光合呼吸参数升高。在月尺度上,白天NEE与表观量子利用效率和最大光合速率均呈显著负相关,当空气温度小于5 ℃时,10 ℃生态系统呼吸和生态系统呼吸温度敏感性随空气温度降低而呈线性增加。2020年辽西樟子松人工林NEE积累量为-145.17 g C·m^-2,表现为弱碳汇。     

华北低丘山地人工林蒸散的季节变化及环境影响要素

蒸散（ET）是生态系统水分平衡和能量平衡的重要组分,中国人工林对区域水分循环及平衡发挥着重要作用。本文基于2007—2008年涡度相关观测资料,分析了华北低丘山地近30年生栓皮栎-刺槐-侧柏人工林生态系统蒸散的变化特征及其环境影响要素。结果表明,2007—2008年实验区气候较常年偏暖、偏旱。ET表现出单峰季节变化特征,秋冬季节较低,春夏季节（4—9月）蒸散旺盛。全年最高值出现在每年5月份,日峰值出现于午后13时左右。2007—2008年平均蒸散量为546.1 mm,降水量为354.1 mm,夏季（7—8月）和冬季（12—1月）的日蒸散量分别为2.19 mm/d和0.44 mm/d。温度是驱动ET季节变化的主要环境因子,饱和差也是影响蒸散季节变化的重要环境要素。土壤含水量对ET季节变化的影响并不显著,有近1/3日数的土壤含水量为0.16—0.18 m3/m3,期间日蒸散量平均值为1.0 mm/d。年蒸散量均高于降水量,蒸散量高于降水量的部分来自深层土壤水分的供给。     

"蒸发悖论"在秦岭南北地区的探讨

潜在蒸散量(ET0)是大气蒸发的估计值,已经广泛应用于灌溉管理和无实测蒸发资料地区的估算.分析ET0的时空变化是研究水资源对气候变化响应的基础工作,同时对于农业水资源的优化利用也具有重要意义.根据秦岭南北47个气象站1960-2011年逐日数据,利用FAO Penman-Monteith公式计算出各站的潜在蒸散量(ET0),研究了气温、降水与ET0之间的长期变化趋势关系,对导致ET0下降的主要原因进行了讨论,着重对秦岭南北地区是否存在“蒸发悖论”进行验证.结果表明:(1)秦岭南北整体气温经历了先降后升的变化过程,1993年为突变年份,1960-1993年的降温速率和1994-2011年的升温速率均表现出由南向北递减的规律,1960-2011年整体升温速率由北向南递减.(2)1979年和1993年是ET0变化的转折点,以1979和1993为界ET0经历了“升—降—降”的变化阶段.1960-1979年仅汉水流域和巴巫谷地存在“蒸发悖论”现象,1980-1993、1994-2011和1960-2011年3个时段区域整体和各子区均发现了“蒸发悖论”现象.秋季后18a和52a整体以及冬季前34a和52a整体均存在“蒸发悖论”现象,冬季最为明显.(3)近52年整体降水表现出不显著的下降趋势,相较于年尺度,夏季降水与ET0逆向变化趋势更为明显.(4)年尺度上,太阳辐射(日照时数)下降引起的潜热通量减少是造成ET0下降即“蒸发悖论”现象的主要原因.季节尺度,春季ET0下降的主导因素为风速,其它季节均为太阳辐射(日照时数).     

河南省冬小麦需水量的时空变化及影响因素

基于河南省17个气象监测站点1961-2012年逐旬气象数据,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算参考作物需水量,结合“全国灌溉试验资料数据库”中冬小麦生育期、作物系数等数据计算冬小麦生育期需水量,利用时间序列分析法和灰色关联分析法,分析河南省冬小麦需水量近51年来的时空分布特征、变化规律及其主要影响因素.结果表明: 1961-2011年,河南省冬小麦平均需水量在345~492 mm,卢氏站冬小麦平均需水量最低,孟津站最高.大部分站点1980-1989年冬小麦平均需水量最低,1961-1969年冬小麦平均需水量最高.17个站点中,新乡、栾川、开封、西峡、南阳、信阳、固始7站冬小麦需水量随年份呈上升趋势,其余10个站点需水量均呈下降趋势;豫北需水量高于豫南,豫西地区需水量跨度较大.河南省17站冬小麦生育期日平均高温、日平均低温均随年份呈上升趋势,生育期日平均风速、日平均相对湿度、日照时数基本呈下降趋势.河南省冬小麦生育期日平均高温、日照时数是影响冬小麦需水量的主要因素,日平均相对湿度对其影响最小.     

近40年来辽宁地区气候干湿界线年代际波动及其成因

应用1961～2004年辽宁省内52个气象站的温度、降水、湿度、风和日照等气候资料,采用改进的Penman模型计算了辽宁地区近40年的潜在蒸发量,讨论了其时空代表性及分布特征;以干燥度指数为干湿气候区的划分标准,通过对该地区近40年干湿气候界线波动状况的对比,在10年际尺度上详细分析了其干湿气候界线波动及变化规律.结果表明,20世纪60年代以来,辽宁省干湿气候界线波动显著,呈现出整体移动的特征,但半湿润与湿润、半干旱与半湿润两条界线并未表现出同进、同退的年际变化特征.20世纪90年代辽宁省干湿气候存在一次突变,半湿润与湿润界限明显东移,半干旱与半湿润界线明显西移,半干旱和湿润区面积都显著缩小,半湿润区面积显著扩大.辽宁西部的气候干湿状况主要由西太平洋副热带高压和东南季风控制,辽宁东部的气候干湿状况除受西太平洋副热带高压和东南季风的影响外,还应考虑到地形降水的作用.     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅲ.西北干旱区农业气候资源时空变化特征

基于1961-2007年中国西北干旱区78个气象台站的气象资料,分析了西北干旱区全年、喜凉作物和喜温作物温度生长期内热量、光照和水分的时空变化特征.结果表明：研究期间,西北干旱区年均气温呈上升趋势,其气候倾向率为0.35 ℃·(10 a)^-1;喜凉作物和喜温作物温度生长期内积温总体呈升高趋势,其气候倾向率分别为67和50 ℃·d·(10 a)^-1;研究区大部站点的年日照时数呈明显下降趋势,除新疆大部地区和宁夏平原以东的喜凉作物和喜温作物温度生长期内日照时数呈降低趋势外,其余地区均呈升高趋势;研究区大部地区的全年参考作物蒸散量呈下降趋势,而喜凉作物和喜温作物温度生长期内的参考作物蒸散量则表现为研究区西部下降、东部上升.与1961-1980年相比,1981-2007年研究区大部地区全年及喜凉作物和喜温作物温度生长期内的降水量呈增加趋势,其增幅的空间变化趋势均由西北向东南递减.     

葡萄生长季内需水特征

为了定量评估我国鲜食葡萄主产区降水量对葡萄生长发育过程需水量的满足程度,本研究基于研究区域内(东北地区的吉林和辽宁,华北地区的山西和河北,西北地区的甘肃、宁夏和陕西,西南地区的四川、贵州和云南以及东南地区的江苏、山东、浙江、安徽、福建、河南、湖北、湖南和广西)1981—2016年429个气象站逐日气象数据,分析葡萄不同生育阶段降水量、需水量和水分亏缺量时空分布特征。结果表明: 研究期间,葡萄各生育阶段降水量整体由北向南、由西向东增加;萌芽-开花阶段的降水量最少且呈下降趋势,成熟-落叶阶段也呈下降趋势,开花-着色和着色-成熟阶段呈上升趋势。研究区各生育阶段的葡萄需水量均呈上升趋势,新疆和甘肃省北部的葡萄需水量最高。新疆、甘肃省北部、宁夏、陕西省北部、山西省北部、河北省、辽宁省西部和吉林省西部各生育阶段以及云南省北部、四川省南部萌芽-开花生育阶段的降水量无法满足葡萄需水量,其他地区,特别是我国东南和西南部部分地区水分盈余明显;萌芽-开花和成熟-落叶阶段的葡萄水分亏缺量呈上升趋势,开花-着色和着色-成熟阶段呈下降趋势。     

Changes of China agricultural climate resources under the background of climate change. III. Spatiotemporal change characteristics of agricultural climate resources in Northwest Arid Area

By using the 1961-2007 daily weather data from 78 meteorological stations in Northwest Arid Area, this paper analyzed the spatiotemporal characteristics of agricultural climate resources, i.e., heat, light, and precipitation, in the area, both in the whole year and in temperature-defined growth seasons of chimonophilous and thermophilic crops. In 1961-2007, the mean annual temperature in the area had an increasing trend, and the climate tendency rate was 0.35 degrees C x (10 a)(-1). The accumulated temperature in temperature-defined growth seasons of both chimonophilous and thermophilic crops also had an increasing trend, and the climate tendency rate was 67 and 50 degrees C d x (10 a)(-1), respectively. The annual sunshine hours in most stations of the research area had an obvious decreasing trend, but the sunshine hours during the temperature-defined growth seasons of chimonophilous and thermophilic crops had an increasing trend, except that in most regions of Xin-jiang and east Ningxia Plain. The annual reference evapotranspiration in most regions of the study area tended to decrease, while the reference evapotranspiration during temperature-defined growth seasons of chimonophilous and thermophilic crops tended to decrease in the west but increase in the east. Compared with that in 1961-1980, the precipitation both in the whole year and in temperature-defined growth seasons of chimonophilous and thermophilic crops in 1981-2007 increased, and the increment reduced progressively from the northwest to the southeast.     

1961-2017年环渤海地区气象干旱时空特征及致灾危险性评估

基于1961-2017年环渤海地区60个地面气象站点的逐日气温和降水资料,计算了各站点逐日气象干旱综合指数（Meteorological drought Composite Index,MCI）,统计近57年各站点的气象干旱过程,并进一步分析了环渤海地区各季节气象干旱的时空变化特征及致灾危险性等级分布。结果表明：（1）环渤海地区春季干旱覆盖范围和持续日数呈下降趋势,但干旱强度有所增加,夏、秋两季干旱覆盖范围和持续日数呈上升趋势,而干旱强度有所减少,冬季干旱覆盖范围和干旱强度均呈增加状态,干旱持续日数有所下降。（2）春季干旱覆盖范围、干旱持续日数、干旱强度以及干旱发生频率均居四季之首,干旱状况最严重,夏、秋季次之,冬季最轻。（3）各季节干旱强度和干旱发生频率的高值区主要分布在辽宁西北部、河北中南部以及山东大部分地区,低值区主要位于辽宁东部地区。（4）各季节干旱致灾危险性等级总体呈西高东低、南高北低的分布特征,其中,河北中南部气象干旱的致灾危险性较高,辽宁东部的较低;春旱致灾危险性总体较高,夏、秋季次之,冬季最低。     

气候变化背景下我国东北三省农业气候资源变化特征

基于1961-2007年中国东北三省72个气象台站的气象资料,分析了东北三省全年及温度生长期内的平均气温、≥10 ℃积温、降水量、日照时数和参考作物蒸散量等农业气候资源的变化特征.结果表明：研究期间,东北三省年均气温总体呈升高趋势,其气候倾向率为0.38 ℃·10 a^-1;温度生长期内≥10 ℃积温同样呈上升趋势,且积温带逐渐北移东扩,全区高于3200 ℃·d积温带面积增加了2.2×10⁴ km²,2800～3200 ℃·d积温带北移0.85°、东移0.67°,2400～2800 ℃·d积温带北移1.1°;东北三省年日照时数显著下降,且以松嫩平原东部、吉林省中西部平原、辽河平原西部的减少尤为明显,全区年日照时数高于2800 h的区域面积由13.6×10⁴ km²缩小到4.1×10⁴ km²,2600～2800 h的区域向西推进了1.5°;全区温度生长期内日照时数平均为1174 h,与1961-1980年相比,1981-2007年温度生长期内的日照时数高值区明显减少,日照时数1200～1400 h的区域向西推进了0.9°;1961-2007年间,研究区年降水量及温度生长期内降水量均呈下降趋势;黑龙江省全年参考作物蒸散量整体呈增加趋势,吉林省中西部平原区有所减小、东部山区呈增加趋势,辽宁省均呈减小趋势,与1961-1980年的年均值相比,1981-2007年年参考作物蒸散量高于900 mm区域向西推移了约1°;黑龙江省和吉林省绝大部分区域温度生长期内参考作物蒸散量逐年增加,而辽宁省绝大部分区域以小于14 mm·10 a^-1的幅度在减少.     

气候变化背景下东北三省大豆干旱时空特征

利用1961—2010年东北三省大豆种植区71个气象站点地面气象观测资料,基于农业干旱指标作物水分亏缺指数(CWDI)及干旱等级,分析了气候变化背景下近50年来我国东北地区大豆干旱发生频率演变趋势及干旱程度演变特征,研究结果表明:东北三省大豆干旱频率空间差异较大,呈明显的西高东低的经向带状分布特征;大豆全生育期干旱频率以轻旱最高,中旱次之,重旱和特严重干旱频率最低;轻旱及以上干旱频率以播种到分枝阶段最高,分枝到开花阶段次之,开花到成熟阶段最低;作物水分亏缺指数年际变化趋势各地不同,总体而言以播种到分枝期干旱为主向开花到成熟期干旱转变的特点;大豆全生育干旱等级存在明显的年代际变化,20世纪80年代干旱范围最小、程度最轻,2000年以后重旱及中旱范围增加明显,干旱趋于严重。