1961-2017年广西北部湾海岸带太阳总辐射时空动态特征

【摘要】太阳辐射是地球生命发生发展的决定因素之一, 是大气运动唯一的能量来源。在全球气候变暖背景下, 关注海岸带太阳辐射变化尤为必要。为了揭示广西北部湾海岸带太阳辐射的时空变化特征, 基于北部湾海岸带临近区域的22个气象站1961-2017年逐日日照资料和南宁、北海站的太阳辐射资料, 采用Angstrom模型对各气象站点的月太阳总辐射进行了估算。在此基础上借助于Mann-kendall检验、气候倾向率、趋势面分析法等数理统计方法对北部湾海岸带年内和年际太阳总辐射时空变化特征进行了分析。研究结果表明: 在时间尺度上, 研究区域年际太阳辐射总量变化呈现出"W"型特征, 其波动幅度介于4002.5MJ·m-2到5981.9 MJ·m-2之间, 呈显著上升趋势具体为91.7 MJ·m–2·10a–1。在空间分布上, 北部湾海岸带太阳辐射资源空间差异较大, 位于上思与防城港交界地区的太阳辐射最高, 海岸东岸的北海市和合浦县次之, 海岸西岸的钦江流域和茅岭江流域最小。突变分析上: 春、夏、秋季的年均太阳总辐射在研究期均发生了突变, 而冬季没有发生突变。丘陵地区和海岸西岸年均太阳辐射发生了突变, 而海岸东岸没有发生突变。其中海岸西岸的东兴太阳辐射突变的时间最早, 防城港突变的时间最晚。本文研究成果为太阳总辐射的定量化研究提供了方法学上的经验, 并对该区太阳总辐射资源合理利用与管理具有较好的指导意义。     

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.     

1961—2017年攀西烤烟生育期农业气候资源变化特征

研究当地主要农作物生育期的农业气候资源变化特征,对于区域农业可持续发展具有重要意义。本研究基于四川攀西地区1961—2017年15个烤烟种植县气象站点数据,采用平均温度、平均温度日较差、缺水率和总辐射4个气候因子,分析攀西烤烟种植区全生育期及不同生育阶段光、温、水等农业气候资源时空分布状况。结果表明: 1961—2017年,攀西烤烟全生育期平均温度呈现由南至北逐渐降低的分布特点,大部分区域呈升高趋势,且显著升温的区域占播种总面积的54.5%;攀西东部大部及中部部分区域平均温度日较差呈上升趋势,且显著增大的区域占总面积的76.4%;攀西农区烤烟缺水率从南到北逐渐降低,总体呈上升趋势;攀西农区总辐射量呈现从西南到东北逐步减小趋势,其中,西南部气候倾向率为正值。研究期间,攀西烤烟平均温度在旺长-开始成熟期最高,总体均呈升高趋势;平均温度日较差在移栽-蹲苗期最大;移栽-蹲苗期的缺水率最大;开始成熟-成熟期的总辐射量最大,蹲苗-旺长期略有增长。     

1961-2009年淮河流域昼夜降水变化特征

利用淮河流域162个台站1961-2009年逐时降水资料,采用线性倾向估计、REOF分析、功率谱、Mann-Kendall突变检验等方法,分析淮河流域昼夜降水基本特征及其时空演变规律.结果表明:淮河流域昼夜降水空间差异明显,总体呈北少南多分布,年夜雨量和夜雨日略多于昼雨量和昼雨日,且不同季节和不同强度等级降水昼夜差异显著;气候变化导致淮河流域昼夜降水量格局发生改变,年夜雨量大部地区有增多趋势,年昼雨量呈东部减少而西部增多的趋势.REOF分析表明,年昼夜降水量空间模态基本划分为流域东北部、中北部、西北部、东部、西部和南部等6个高载场区;流域年昼夜降水量均存在7～9a显著主周期振荡,此外年昼雨量还存在2 a左右次周期变化.Mann-Kendall分析表明,年昼夜降水量均分别经历了一次减少和一次增多的突变,但未通过0.05的信度检验.     

近48a华北区太阳辐射量时空格局的变化特征

以分析华北区太阳辐射量时空格局变化特征为研究目标,应用国家气象局整编的华北地区120个气象站点48a(1961-2008)的气象资料和中国数字高程模型,对48a来华北地区太阳辐射量进行计算及验证,并对空间格局及变异特征进行了探讨,结果表明:(1)华北地区太阳辐射量的年际间变化较大,总体呈下降趋势,线性倾向值为-7.72 MJ · m^-2 · a^-1;(2)太阳辐射量由多到少突变发生在1981年,1981-2008年太阳辐射量平均值较1961-1981年降低了203.92 MJ · m^-2 · a^-1。从1981年突变年开始,华北地区太阳辐射量表现出明显的下降趋势,且在分析期内,下降的态势得到持续发生;(3)1981/1982年度发生的太阳辐射量由多到少突变,大部分地区突变幅度在150 MJ/m²以上。突变严重的华北中部和南部地区,突变值可达300 MJ/m²;(4)突变年后,华北大部分地区均表现出持续下降的态势,下降速度在6 MJ · m^-2 · a^-1以上,其中华北东北部下降严重,下降速度可达15 MJ · m^-2 · a^-1。     

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Budyko假设的洮河与大夏河径流变化归因识别

受气候变化和人类活动的影响,世界许多河流水文过程发生了显著的变化。研究河川径流变化特征及其原因对流域水资源管理和规划有十分重要的意义。以黄河上游支流洮河、大夏河为研究对象,采用Mann-Kendall趋势检验法、突变分析等方法探究河川径流的趋势变化、阶段特征,并采用Budyko水热耦合平衡方程定量评估径流变化影响因素的贡献率。研究发现洮河与大夏河流域年径流深均呈显著减少趋势,减少速率为：-1.85 mm/a、-1.36 mm/a （P≤0.01）。通过突变检验可将洮河的径流序列分为基准期1961-1987年,剧烈人类活动期1988-2017年,而大夏河的基准期为1961-1985年,人类活动期1986-2017年。洮河、大夏河流域下垫面变化对径流变化的贡献率超过60%,降雨次之,潜在蒸散发最弱,约贡献10%。流域下垫面改变是引起研究区河川径流变化的主要因素。     

烤烟低温冷害指数构建及其变化特征

使用1961-2009年云南烤烟种植区62个气象代表站的逐日平均气温和最低气温,基于低温指标和权重指数构建了烤烟低温冷害指数模型,采用线性趋势及M-K突变检测方法,分析了低温冷害指数的变化特征.结果表明:1961-2009年春、夏、秋烤烟低温冷害指数全省平均值逐年变化均呈减弱趋势,春季减弱最为显著,夏秋减弱趋势不及春季且不显著;春、夏烤烟低温冷害指数全省平均值在20世纪60年代和70年代最高,在2001-2009年最低,秋季则为60年代最高,70年代最低;各季节中低温冷害指数呈减弱趋势及变化显著的站点春、夏季最多,秋季最少;M-K检测表明,春季低温冷害指数全省逐年平均值变化趋势显著,并在1997年出现突变点,而夏季和秋初变化均不显著,春季全省发生显著突变的站点达30％,但夏秋季不到10％,各站点出现突变的时间以20世纪80年代及90年代末期为主.     

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.     

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.     

Comparison of different methods of estimating the mean radiant temperature in outdoor thermal comfort studies

Correlations between outdoor thermal indices and the calculated or measured mean radiant temperature T_mrt are in general of high importance because of the combined effect on human energy balance in outdoor spaces. The most accurate way to determine T_mrt is by means of integral radiation measurements, i.e. measuring the short- and long-wave radiation from six directions using pyranometers and pyrgeometers, an expensive and not always an easily available procedure. Some studies use globe thermometers combined with air temperature and wind speed sensors. An alternative way to determine T_mrt is based on output from the RayMan model from measured data of incoming global radiation and morphological features of the monitoring site in particular sky view factor (SVF) data. The purpose of this paper is to compare different methods to assess the mean radiant temperature T_mrt in terms of differences to a reference condition (T_mrt calculated from field measurements) and to resulting outdoor comfort levels expressed as PET and UTCI values. The T_mrt obtained from field measurements is a combination of air temperature, wind speed and globe temperature data according to the forced ventilation formula of ISO 7726 for data collected in Glasgow, UK. Four different methods were used in the RayMan model for T_mrt calculations: input data consisting exclusively of data measured at urban sites; urban data excluding solar radiation, estimated SVF data and solar radiation data measured at a rural site; urban data excluding solar radiation with SVF data for each site; urban data excluding solar radiation and including solar radiation at the rural site taking no account of SVF information. Results show that all methods overestimate T_mrt when compared to ISO calculations. Correlations were found to be significant for the first method and lower for the other three. Results in terms of comfort (PET, UTCI) suggest that reasonable estimates could be made based on global radiation data measured at the urban site or as a surrogate of missing SR data or globe temperature data recorded at the urban area on global radiation data measured at a rural location.     

我国陆地生态系统的植物太阳能利用率

本文计算分析了我国陆生植物在各种情况下的净初级生产力及其太阳能利用率。 计算表明,每年进入我国960万平方公里国土上的太阳总辐射Q和光合有效辐射PAR分别为13×10~(18)千卡和6.4×10~(18)千卡,其所含能量约合标准煤20,000亿吨和10,000亿吨。在充分利用我国光、温、水气候资源,而其他条件都处于最适状况时每年净初级气候潜力Y_(ptw)的全国总量为250亿吨(植物质干重,下同)。由植被产量的实际资料与气候因子的经验关系估算的自然植被产量Y_n的全国总量为每年70亿吨。 就全国加权平均单产而言,净初级光能潜力Y_p=87吨/公顷·年;净初级光温潜力Y_(pt)=50吨/公顷·年;净初级气候潜力Y_(ptw)=30吨/公顷·年;自然植被生产力Y_(?)=8吨/公顷·年;现阶段主要农作物的净初级实际生产力Y_α=8.7吨/公顷·年。各省区情况见表1。 太阳能利用率:就全国加权平均而言,如果把总辐射Q计为100％,则光合有效辐射PAR约占49％;具有最佳叶冠层的高产植物在生长盛期对Q的利用率上限为7％;相应于Y_p、Y_(pt),Y_(ptw)和Y_n的太阳能利用率R_p、R_(pt)、R_(ptw)和R_n分别为2.5％,1.4％、0.82％和0.22％,我国当前主要农作物的净初级产量对我国农田上Q的利用率R_α为0.28％。各省区情况见表2。     

Human and cattle population changes in deltaic West Bengal,India between 1967 and 1977

Humans and domestic animals in 14.94 square kilometers of rural West Bengal were intensively studied between 1967 and 1970. In 1977, 3.81 square kilometers (25.5%) of the same area was resurveyed and all humans and cattle enumerated. The human population has increased 10% from 1969 to 1977, but the total number of children in the younger age groups has actually diminished. The cattle population has decreased 3.7% since the 1969 census, but in 1977 there were 19% fewer working bullocks present. Other significant observations relative to the primary productivity and economics of the area are noted. This research was supported by a 1977–1978 Indo-American Fellowship Award from the Indo-U.S. Subcommission on Education and Culture.     

陕西黄河流域植被变化与城镇化协同权衡关系研究——基于卫星遥感数据

基于卫星植被指数与夜间灯光数据,利用相关系数法和变化趋势法综合分析了陕西黄河流域植被变化与城镇化发展之间的协同和权衡关系。结果显示:陕西黄河流域城镇化与经济发展实现了较高水平上的稳定增长,灯光强度从2000年的2.04上升至2020年的8.86,呈明显上升趋势的区域占总面积的93.46%,形成了以中心城市带动的关中城镇发展群,和围绕能源化工开采为主的陕北城镇发展群,并由交通运输网建设发展带动中小城市发展;陕西黄河流域生态环境总体向好,植被覆盖度由2000年的42.90%增加至2020年的64.19%。植被覆盖度显著增加的区域面积占67.45%,以陕北退耕还林(草)区植被增加最为显著;陕西黄河流域经济与生态高质量协同发展成为主要趋势,灯光强度与植被覆盖度同时明显上升的区域占总面积的63.49%,其中两者表现为协同关系的区域占比56.42%,主要位于退耕还林(草)区;有占研究区域总面积4.6%的区域灯光强度明显增加而植被明显降低,其中表现为权衡关系的区域占比高达71.75%,主要位于关中城镇化正在的快速发展的地区;城市核心区域及靠近城市的周边占总面积不到5%的区域,有明显的空间分布差异,在陕北能源化工区城市核心区域灯光强度下降而植被恢复较快,以西安为中心关中城市群,市中心这一概念逐渐弱化,原来的市中心灯光强度下降,并且随着老城区设施逐渐老旧,新城区人口不断涌入,城市生态环境有待改善。     

Climate impact on suicide rates in Finland from 1971 to 2003

Seasonal patterns of death from suicide are well-documented and have been attributed to climatic factors such as solar radiation and ambient temperature. However, studies on the impact of weather and climate on suicide are not consistent, and conflicting data have been reported. In this study, we performed a correlation analysis between nationwide suicide rates and weather variables in Finland during the period 1971–2003. The weather parameters studied were global solar radiation, temperature and precipitation, and a range of time spans from 1 month to 1 year were used in order to elucidate the dose-response relationship, if any, between weather variables and suicide. Single and multiple linear regression models show weak associations using 1-month and 3-month time spans, but robust associations using a 12-month time span. Cumulative global solar radiation had the best explanatory power, while average temperature and cumulative precipitation had only a minor impact on suicide rates. Our results demonstrate that winters with low global radiation may increase the risk of suicide. The best correlation found was for the 5-month period from November to March; the inter-annual variability in the cumulative global radiation for that period explained 40 % of the variation in the male suicide rate and 14 % of the variation in the female suicide rate, both at a statistically significant level. Long-term variations in global radiation may also explain, in part, the observed increasing trend in the suicide rate until 1990 and the decreasing trend since then in Finland.     

Solar radiation transmission in and around canopy gaps in an uneven-aged <Emphasis Type="Italic">Nothofagus betuloides</Emphasis> forest

The transmission of direct, diffuse and global solar radiation in and around canopy gaps occurring in an uneven-aged, evergreen Nothofagus betuloides forest during the growing season (October 2006–March 2007) was estimated by means of hemispherical photographs. The transmission of solar radiation into the forest was affected not only by a high level of horizontal and vertical heterogeneity of the forest canopy, but also by low angles of the sun’s path. The below-canopy direct solar radiation appeared to be variable in space and time. On average, the highest amount of transmitted direct solar radiation was estimated below the undisturbed canopy at the southeast of the gap centre. The transmitted diffuse and global solar radiation above the forest floor exhibited lower variability and, on average, both were higher at the centre of the canopy gaps. Canopy structure and stand parameters were also measured to explain the variation in the below-canopy solar radiation in the forest. The model that best fit the transmitted below-canopy direct solar radiation was a growth model, using plant area index with an ellipsoidal angle distribution as the independent variable (R ² = 0.263). Both diffuse and global solar radiation were very sensitive to canopy openness, and for both cases a quadratic model provided the best fit for these data (R ² = 0.963 and 0.833, respectively). As much as 75% and 73% of the variation in the diffuse and global solar radiation, respectively, were explained by a combination of stand parameters, namely basal area, crown projection, crown volume, stem volume, and average equivalent crown radius.     

21世纪以来陕西生态足迹和承载力变化

采用修正后的生态足迹模型测算了2000—2012年陕西省生态足迹和生态承载力。修正的工作主要体现在增加了包括废气、废水和固体废弃物科目的污染排放账户,确定了同全球平均产量表科目有差异、但能体现陕西地域特点的板栗、核桃、禽蛋、蚕茧、花椒、棕片及生漆7个科目的全球平均产量,并且测算了对应的生态足迹。结果显示,21世纪以来陕西省人均生态足迹从1.300 hm~2/人增加到3.077 hm~2/人,人均生态赤字由0.374 hm~2/人增加到2.176 hm~2/人,人均生态承载力从0.926 hm~2/人减少到0.901 hm~2/人。这些数据表明陕西已处于生态超载的状态,且有逐步加剧的趋势。万元GDP生态足迹由2.626 hm~2/万元减少到0.799 hm~2/万元,表明全省资源利用率正逐步提高,经济发展能力持续向好。这一观点从发展能力指数由3.191增加到6.842也可得到验证。陕西省生态足迹值的上升和生态承载力的下降导致了生态赤字的增加。究其原因,第一,陕北能源重化工产业的发展对煤、石油等矿物能源消耗加速;第二,关中城市群中城镇人口聚集、工业企业发展等带来的污染排放增速过快;第三,陕南矿物资源开采伴生的生态环境破坏加剧。为此,陕西省应把生态承载力作为推进新型城镇化、承接产业转移和规范产业发展的重要依据,严格控制省内地级市以上主城区人口数量,提高县城和重点镇的人口城市化率,把重点镇建设和避灾扶贫移民有机结合起来,建立能源重化工、矿物开采等行业门槛,执行节能减排目标机制。     

东北城市露水凝结观测及其与常规气象要素的关系

露水是城市生态系统水循环组成部分,是重要的凝结水资源和湿度来源,为了揭示"全球变暖"对我国东北地区城市露水凝结的影响,于2014和2015年植物生长季对长春市绿地区、道路区及裸土区露水强度和气象因子进行监测和相关性分析。结果表明,东北城市绿地区露水强度与相对湿度、露点温度、气温、风寒温度、太阳辐射(n=254,P0.01)正相关,与PM_(2.5)、PM_(10)、空气质量指数、夜间风速、大气压(n=254,P0.01)负相关。东北城市年露日数为132—136d,占无霜期的62.5%左右。绿地区是城市生态系统水汽凝结的主要区域,绿地区占市区面积的比例是城市年露水量的决定因子,长春市年露水凝结量约为23—35mm,如城市绿地区所占比例降低至5%,年露水量基本可忽略不计。东北城市露水强度可通过I=(-5.9+0.156RH-0.86V_(night)+0.117R_n)×10~(-2)(R~2=0.857)模型进行模拟。结合研究区1965—2015年植物生长期夜间凝露段气候因子的变化趋势,判断东北城市生态系统露水量的变化率为-1.07mm/10a(P0.01)。在相对湿度、夜间风速和太阳辐射共同影响条件下,研究区气候变化对露水凝结影响不大。提供了城市不同下垫面露水监测及计算的方法,完善了不同生态系统露水监测体系,通过间接模型法构建了露水强度模拟模型,进一步明确了气候变化对近地表水循环的影响。     

Biomass energy: the scale of the potential resource

Increased production of biomass for energy has the potential to offset substantial use of fossil fuels, but it also has the potential to threaten conservation areas, pollute water resources and decrease food security. The net effect of biomass energy agriculture on climate could be either cooling or warming, depending on the crop, the technology for converting biomass into useable energy, and the difference in carbon stocks and reflectance of solar radiation between the biomass crop and the pre-existing vegetation. The area with the greatest potential for yielding biomass energy that reduces net warming and avoids competition with food production is land that was previously used for agriculture or pasture but that has been abandoned and not converted to forest or urban areas. At the global scale, potential above-ground plant growth on these abandoned lands has an energy content representing approximately 5% of world primary energy consumption in 2006. The global potential for biomass energy production is large in absolute terms, but it is not enough to replace more than a few percent of current fossil fuel usage. Increasing biomass energy production beyond this level would probably reduce food security and exacerbate forcing of climate change.