湖南省气候变化代表站的选取

气候变化问题已引起各国政府、科学家的广泛关注和高度重视[1-4]。众所周知,用于研究气候变化的资料不仅要有足够的序列长度,还应有足够的精确度。目前,我国开展气候变化研究的资料主要来源于地面气象观测台站的气象观测资料,因此,资料的均一性、代表性和比较性[5]更显重要。湖南地形地貌特点复杂，东、南、西及西北部为山地所环绕，中部丘岗起伏，北部低缓，

气象因子对湖南油茶产量的影响及其产量模型构建

利用2006—2013年湖南省不同县市多块油茶样地的产量资料和同时段近地面气象观测站的气温、光照及降水等资料,在对油茶产量数据进行质量控制,剔除不同样地油茶树龄、品种和土壤等对产量影响的基础上,采用统计方法分析油茶不同物候期气象因子对产量的影响,并利用气象因子建立了油茶产量模型。结果表明:湖南省油茶开花期的平均气温、果实膨大高峰期的降水日数、油脂转化期和积累高峰期的日照时数及花芽成熟期的平均气温,是影响油茶产量的主要气象因素。利用气象因子构建的油茶产量预测模型准确率较高,具有一定的适用性。

长沙城市化进程对局地气候的影响

利用1961—2010年湖南省长沙及周边郊县共5个气象站的逐日气温、降水和相对湿度观测数据,在对各气象要素资料序列进行均一性检验和订正的基础上,以郊县站作为背景场,系统地分析了长沙城市化不同阶段对城市气候的影响。结果表明:受城市化的影响,近50年长沙市区地面气温及其上升速率远高于郊县的,城市热岛效应明显,热岛效应对市区年平均气温的增温贡献率达30%,且主要出现在20世纪90年代之后,四季中城市化贡献率的最大值出现在夏季,秋季和春季的次之,冬季的最小。50年来长沙市区和郊县年降水量差值序列呈显著增加趋势,长沙城市雨岛效应较为显著,且主要发生在春季和夏季,城市化带来的雨岛效应加速了长沙降水结构两极分化,使城市内涝发生的概率进一步增大。50年来长沙市区和郊县年平均相对湿度及其差值的变化趋势均不显著,就全年平均而言,长沙的城市干岛效应并不明显,但近20年来干岛效应显著增强;分季节来看,近50年干岛效应主要发生在夏季。

洞庭湖区近百年气温序列构建及其变化特征

采用统计方法结合气象台站历史沿革信息,对1910—2010年洞庭湖区气温观测资料进行均一性检验和订正,并利用洞庭湖区周边气象台站资料对洞庭湖区1951年以前缺测的气温资料进行插补,构成完整的气温序列。基于洞庭湖区完整的气温序列,构建洞庭湖区近百年气温序列并分析其变化特征。结果表明:1910—2010年洞庭湖区年平均气温呈显著上升趋势,其中冬季和春季平均气温上升幅度最大,秋季次之,夏季变化趋势不显著;气温变化存在明显的冷暖交替,冷暖期交替比中国地区更频繁;近百年洞庭湖区年和冬季、春季、秋季平均气温均存在一个显著增暖的突变点;小波分析表明,近百年洞庭湖区年和四季平均气温均经历了冷—暖—冷—暖4个阶段的交替。

洞庭湖区近百年降水序列构建及其变化特征

采用统计方法结合气象台站历史沿革信息,对1910—2010年洞庭湖区逐月降水量观测资料进行均一化处理,并利用洞庭湖周边气象台站资料对洞庭湖区1951年以前缺测的降水资料进行插补,构成完整均一的降水序列。在此基础上,构建洞庭湖区近百年降水序列并分析其变化特征。结果表明:1910—2010年洞庭湖区年及春、夏、秋三季降水量的变化趋势不显著,冬季降水量呈显著上升的趋势;年降水量存在准3、6、8 a和20 a等多时间尺度的振荡周期;小波分析显示,近百年洞庭湖区年降水量和冬季降水量均存在显著增多的突变。

气象因子对油茶油酸含量的影响分析及模型构建

利用2012—2017年湖南省不同县市多块油茶(Camellia oleifera)样地的油酸含量资料和同时段邻近气象站资料构建的油茶生长或处理期各阶段气象指标,采用主成分分析的方法分析不同阶段气象指标对油茶油酸含量的影响,并基于此建立油酸含量预测模型。结果表明,采摘当年、果实膨大高峰期、油脂转化和积累高峰期的气象因子对于油酸含量有重要影响,降水类指标特别是降水量和最长连续降水日数是影响油茶油酸含量最重要的气象因子,利用气象因子构建的油茶油酸含量预测模型精度较高,具有一定的适用性。

中国中部典型高山气象站风速的均一性检验及其变化特点

采用二相回归方法并结合台站历史沿革信息,在对中国中部典型高山站南岳和庐山1960—2017年平均风速资料进行均一性检验和订正的基础上,分析其变化特征及其与周边低海拔台站的差异,并利用NCEP/NCAR再分析风速资料对其差异进行验证。结果表明:南岳站平均风速序列存在一个由测风仪器变更而导致的非均一点,而庐山站不存在非均一点;南岳和庐山年及四季平均风速均显著高于周边台站,且高山站以春季和夏季风速最大,而低海拔台站各季节风速差异较小;近58a高山站及周边低海拔台站的年及四季平均风速均呈显著的减小趋势,但高山站的减小速率显著高于低海拔台站;同区域NCEP/NCAR的1000hPa和850hPa平均风速变化的差异与高山站和低海拔台站的差异基本一致,说明中低空和地面风速的这种差异在中国中部地区具有一定的普遍性。

近百年洞庭湖区可利用降水量变化特征

洞庭湖区是久负盛名的鱼米之乡,同时又是国际著名的重要湿地自然保护区。全球气候变暖、极端天气和气候事件的频繁发生必然对湖区水资源产生不可忽视的影响。可利用降水量是可被实际利用的降水资源,其变化直接影响到湖区的农业生产、湿地保护等方方面面。利用洞庭湖区21个气象站构建的1910—2013年区域平均逐月气温、降水序列,采用陆面蒸发经验模型计算得到逐月蒸发量,并验证其可靠性;再根据水量平衡关系,得到可利用降水量,最后采用数理统计方法分析洞庭湖区可利用降水量的变化特征。结果表明,洞庭湖区可利用降水主要集中在3—6月,占全年的60.0%;1910—2013年湖区年可利用降水量无显著线性变化趋势,以20~25 a周期的年代际波动为主;洞庭湖区可利用降水量变化存在季节差异,近百年来冬季和夏季可利用降水量有所增多,秋季可利用降水量略有减少,春季无明显变化,但各季节可利用降水量的变化趋势均未通过显著性检验,整体仍以年代际波动为主。突变检验结果显示,近百年洞庭湖区年、冬季、夏季可利用降水量均存在1个显著增多的突变点,表明尽管年、冬季、夏季可利用降水量呈现以年代际波动为主的变化特征,但一定时段内仍存在突然增多的现象。小波分析结果显示,近百年来年和四季可利用降水量均存在多时间尺度的周期振荡,均经历了10~13个偏多或偏少期的转换,且在这些偏多或偏少期内可利用降水量仍存在明显的年际波动。文章旨在为今后洞庭湖区的农业生产和防汛抗旱提供理论依据,同时为制定洞庭湖区应对气候变化的战略提供一定的理论指导。

气象因子对油茶鲜果含油率的影响分析及模型构建

利用2009—2017年湖南省不同县市多块油茶(Camellia oleifera Abel.)样地的鲜果含油率资料和同时段邻近气象站资料构建的油茶生长或处理期各阶段气象指标,利用主成分分析方法分析不同阶段气象指标对油茶鲜果含油率的影响,并基于此建立含油率预测模型。结果表明,果实成熟期、油脂转化和积累高峰期、采摘当年和果实膨大高峰期气象因子对含油率的影响较其他阶段更为显著,温度类指标特别是极端最高气温为影响含油率的主导因子,利用气象因子构建的油茶含油率预测模型具有一定的适用性。

电力调度气象服务效益评估研究——以长沙市为例

基于长沙市2010—2013年逐日日平均电力负荷资料及同时段逐日气象观测资料,利用统计方法对分离出社会经济因素对电力负荷的影响,在此基础上构建电力负荷与气象因子之间的关系模型,并基于该模型和对比分析法对长沙市电力调度的气象服务效益进行评估,最终得出2010—2013年长沙市电力调度的气象服务效益值为2.77亿元。

湖南气象干旱日数的时空变化特征

利用湖南88个地面气象站点1960-2009年逐日资料,按照国家标准《气象干旱等级GB/T 20481-2006》中推荐使用的综合气象干旱指数（CI）,采用EOF、REOF和Morlet小波分析等方法,统计分析了1960-2009年湖南气象干旱日数的时空变化特征。结果表明：湖南年平均气象干旱日数呈南多北少的分布特点,高值区位于湘江中上游地区。湘江中上游、常德西北部至怀化一带为轻旱日数相对高值区;中旱日数偏多中心为湘中、湘南北部、湘北部分地区;湘中以南、湘北、湘西为重旱日数偏多区域;湘中衡邵盆地为特旱日数大值中心。EOF和REOF分析表明,湖南气象干旱日数空间分布既有全区一致性,也存在南部与北部、东北与西南相反变化的差异,空间分布大致可分为湘南、湘东北、湘西北、湘西和湘中5个气候区。近50a各气候区气象干旱日数变化趋势均不显著,气象干旱日数的年际变化幅度均较大,但进入21世纪后,除湘西区气象干旱日数有减少趋势外,其余4个气候区均呈增多趋势。Morlet小波功率谱分析表明,气象干旱日数存在2~3a、4~6a的显著性周期变化。研究结果可为湖南制定合理的抗旱对策提供科学依据。

洞庭湖区旱涝灾害加剧的气象成因

利用洞庭湖区及湖南四水流域、长江上游地区气象观测资料和各类指标资料,基于统计方法,开展洞庭湖区旱涝加剧气象成因分析,得出如下结论:我国主雨带位置的年代际变化直接影响到洞庭湖区雨水资源的丰枯变化,进而影响到旱涝趋势的变化;东亚夏季风和赤道中东太平洋地区海表温度异常通过对我国主雨带位置的影响来影响洞庭湖区水资源的丰枯;气候变暖背景下洞庭湖各流域雨水资源向丰枯同步转变,易使洞庭湖洪水形成顶托之势或水资源来源枯竭,导致旱涝灾害加重;洞庭湖各流域枯水季节雨水资源减少加重洞庭湖区枯水季节缺水程度。

湖南省油茶旱害及防治对策

为了减少旱灾对油茶林造成的损失,采用现场抽样调查与评价方法,调查了2013年夏季持续高温干旱天气条件下湖南省重点油茶产区的苗圃、新造林、幼林和自然林的高温干旱受灾情况,提出了湖南油茶产业应对高温干旱天气的防治对策。

湖南气候对全球气候变化的响应

利用湖南省96个台站1960—2010年逐日气象观测资料,在进行均一性检验和订正的基础上对湖南省气候变化事实进行检测分析。结果表明:湖南气候与全球气候变化一致,呈现以变暖为主要特征的变化,且变暖存在季节、地域上的差异,冬、春、秋气温变暖趋势显著,增暖幅度最大的区域在湘北地区;对气候变暖响应敏感的要素主要是与平均气温、冬季气温相关密切的要素,如季平均气温、年平均最低气温、活动积温等;湖南气温在突变时间上具有较好的时间逻辑关系;湖南降水量无显著趋势变化,但极端降水增加,地域性差异明显,湖南东部地区降水量呈现明显增加趋势,日降水量大于等于100 mm的日数呈显著增加趋势;湖南日照时数、风速、相对湿度均呈现显著减少的变化趋势。

基于气象条件的油茶产量模型研究

为给每年油料加工规模的规划提供分析依据,基于1 222项气象指标数据,利用湖南省77县(区)1969—1979年油茶历史产量和24个测产点2006年以来的测产序列,选用逐步回归方法,建立了油茶不同物候期气象条件与油茶产量的关系模型,及以各物候期拟合产量数据为因子构建的油茶产量模型,比较分析了各产量模型的平均相对误差和对增、减产的拟合能力。结果表明:以开花期和果实成熟期气象条件建立的产量模型其拟合效果最好,但仍比不上以11个物候期拟合产量作为因子建立的油茶产量模型的效果好;拟合效果与地理条件密切相关,低海拔地区的湘北以及湘中偏南地区的平均相对误差均较小,而海拔较高的湘西北、湘西南和湘南南部山区的平均相对误差均较大。同时,分析建立的101个油茶产量模型的因子结构发现:开花期、果实成熟期、油脂转化和积累高峰期为模型入选频次最高的3个物候期,其中开花期入选频次最高的气象因子为气温类因子;果实成熟期入选频次高的因子有平均最低气温、连续有日照天数、15℃以上的积温;油脂转化和积累高峰期入选频次最多的为气温尤其是高温日数。文中因此认为,基于开花期气象条件建立的油茶产量模型可用于油茶产量预估,入选产量模型频次高的因子可为油茶产量气候潜力的挖掘提供参考依据。

湖南农业气候资源对全球气候变化的响应分析

为了揭示全球气候变化背景下湖南农业气候资源的变化特征。利用湖南省97个台站1960—2010年逐日气象观测资料,在进行均一性检验和订正的基础上,分析湖南省农业气候资源时间、空间变化趋势及其差异。结果表明:湖南气温与全球气温变化趋势一致,呈现以变暖为主要特征的气候变化,相对应的热量资源也呈现为显著增多的变化趋势,以活动积温对气候变暖响应最敏感;湖南降水量无显著趋势变化,但在不同季节、不同地区的变化趋势差异较大,冬季湘北地区呈显著增多趋势,春季湘西地区呈显著减少趋势,夏季湘中地区呈显著增多趋势,秋季湘西南地区呈显著减少趋势;日照时数呈现以夏季显著减少为主要特征的变化趋势,减少幅度最大的地区位于湘江中下游地区。气候变化导致湖南省农业气候资源发生变化,进而影响到农业生产布局和结构,需合理利用气候资源,提高农业适应气候变化的能力。

2012年上半年我国南方地区极端阴雨天气评价——以湖南省为例

基于湖南省97个地面气象观测站观测资料,根据所选定的阴雨天气评价指标,运用数理统计方法,对2012年上半年湖南省阴雨天气特征及强度进行分析评估,结果表明,阴雨天气阶段性特征显著,属隆冬至初春历史罕见的寡照低温多雨事件与初春至初夏的极端多雨寡照事件的组合。同时根据社会调查数据对阴雨天气的影响展开多方位分析,得出低温阴雨天气不仅对农业造成了重大影响,而且对水利、交通、建筑业等多行业和人们身体健康也有较大影响,以此提出了应对极端天气气候事件的对策建议。

油茶含油率关键气候影响因子及模型分析

为找到影响主产区油茶含油率的关键物候期和关键气候因子,利用湖南省多地区2009-2017年共120项油茶样本鲜果含油率数据及临近的气象观测数据,采用相关分析和逐步回归方法,分析了油茶生长各阶段气候因子与鲜果含油率的关联性。结果表明:与鲜果含油率相关系数最高的气候因子分别为:全年的极端最高气温、果实膨大高峰期的日最高气温≥37℃天数、采后处理期的日降水量≥1mm天数、果实成熟期的最长连续无雨日数、油脂转化和积累高峰期的极端最高气温和果实第一次膨大期的平均最小相对湿度。基于420项气候因子构建的油茶鲜果含油率的模型精度最高。综合分析得出,油脂转化和积累高峰期是影响油茶鲜果含油率的关键物候期,极端最高气温、日平均气温≥20℃的积温和最长连续无日照天数是影响鲜果含油率的关键气候因子。其中鲜果含油率与极端最高气温呈显著负相关,而与日平均气温≥20℃的积温呈显著正相关,与最长连续无日照天数呈显著负相关,说明油脂转化需要适宜的温度和日照条件。

湖南水稻干旱评估方法研究

为了探讨双季早稻、双季晚稻、一季稻干旱影响定量评估方法,统计各熟制水稻各生育期综合气象干旱指数、水分亏缺指数与水稻受旱率、成灾率、单位面积粮食减产量的相关,分析各熟制水稻干旱影响敏感期;基于相关系数,定量计算综合气象干旱指数、水分亏缺指数组合成综合评估指标所占的权重,组建各熟制水稻旱情综合评估指标;基于各熟制水稻旱情综合评估指标,结合抗旱能力,通过多元回归建立各熟制水稻受旱率、成灾率、单位粮食减产量评估模型。结果表明:(1)湖南季节性干旱特征明显,对于双季晚稻,各生育期干旱出现频率基本接近,干旱影响期为返青分蘖期和幼穗形成期;双季早稻、一季稻各生育期干旱出现频率差异较大,以水稻生长后期干旱出现频率高,而水稻干旱影响敏感期也在水稻生长后期。(2)双季早稻干旱灾害评估模型历史同级拟合率平均为77.6%,级差一级以下的拟合率为91.1%;双季晚稻同级拟合率为70.9%,级差一级以下的拟合率为83.0%;一季稻同级拟合率为61.8%,级差一级以下的拟合率为84.5%。基于降水、需水、可供水等因子建立水稻干旱灾害评估模型,物理意义清楚,准确率较高,可为水稻干旱影响定量评估提供技术支持。

关键气候因子与油茶油酸含量的相关性

为油茶生产应用提供科学依据,利用湖南省36个油茶油酸数据及97个地面气象观测站逐年观测数据,采用相关分析和逐步回归方法,分析了油茶各阶段气候因子与油酸的关联性。结果表明:在420项气候因子与鲜果含油率的相关系数通过0.05置信度检验的因子中,温度类气候因子占比最高;基于420项气候因子构建的油茶油酸的模型精度最高,入选模型比例最高的是温度和水分类因子;果实第一次膨大期和果实膨大高峰期是影响油茶油酸的关键物候期,而油脂转化/积累高峰期对油酸影响较小;果实第一次膨大期的极端最高气温、日照时数和平均相对湿度是影响油茶油酸的关键气象因子,其中油酸与极端最高气温和日照时数呈显著正相关,与平均相对湿度呈负相关;果实膨大高峰期的极端最高气温、气温日较差和日平均气温≥20℃的积温是影响油茶油酸的关键气象因子,且均与油酸含量呈正相关。