省市县生态气象一体化业务平台建设与发布系统

针对数据管理不高效、平台分散化、预警和服务信息传送效率低等问题,以及农牧业监测服务产品难以快速高效制作发布难题;坚持“平台上移,服务下延”的原则。集成、研发、优化针对农牧业气象服务信息、牧草、积雪、干旱等精细化遥感反演模型,构建基于云计算和并行数据处理技术的多源卫星农牧业综合监测业务支撑平台和发布平台,实现数据科学管理、智能检索以及产品自动生产发布和实时推送,强化预警和评估能力。并与青海省科学技术信息研究所现有的“青海省农牧区科技信息综合服务平台”对接,推广该平台并进行应用示范。从而提升对农牧业的生产服务和预警能力,可为全省农牧业生产提供科技支撑。全面提升省市县三级气象服务能力和科技支撑能力。

围绕国家公园体制试点建设 开展青海生态气象保障服务示范省研究

三江源、祁连山国家公园体制试点建设,是党中央、国务院统筹推进"五位一体"总体布局的重大战略决策,是生态文明制度建设的重要内容。青海省气象局以需求为牵引,构建适应国家公园的"136"青海生态气象保障服务新格局,研究总结形成可复制、可推广的模式和做法,为推动生态文明先行区建设奠定坚实的气象保障基础。

青海省生态气象业务系统建设

青海省生态气象业务系统具备了多源生态气象数据收集整理、标准化处理、产品自动生成和发布能力,形成了省级生产、州县两级应用的扁平化生态气象业务服务格局。总结了青海省生态气象业务系统一期和二期系统建设背景、设计建设和部署应用情况,以及气象高质量发展要求下的系统融云设计情况,归纳了系统建设过程中的经验与不足,可为相关省级生态气象业务系统建设工作提供参考。

1961—2020年青海省饱和水汽压差变化特征及影响因子分析

饱和水汽压差(Vapor Pressure Deficit,VPD)作为蒸散的主要驱动因子之一,能够反映大气从地表获取水分的能力,厘清VPD时空变化特征有助于理解青藏高原地区大气干湿程度对气候变化的响应。利用Mann-Kendall检验、多元线性回归等方法分析了青海省1961—2020年VPD时空变化特征以及影响因子。结果表明:1961—2020年青海省平均VPD呈上升趋势,且在1998年发生突变;其季节平均值和对应的气候倾向率均表现为:夏季>春季>秋季>冬季;不同的功能区,VPD平均值表现为:柴达木盆地>东部农业区>青海湖地区>青南牧区,对应的气候倾向率表现为:东部农业区>柴达木盆地>青南牧区>青海湖地区。多年平均VPD在空间上呈“鞍形场”分布格局,且除了青南牧区东北部的贵南站呈减少趋势,其余地区均为增加趋势。VPD突变前后的气象主导因子有所差异,但总体主要为最高温度和相对湿度。春、夏、秋3个季节以及多年VPD变化过程中,海拔贡献率最高,其次为经度;冬季海拔贡献率依旧最高,其次为纬度。

2020年青海省面积≥1.0 km^(2)湖泊边界数据集

青海省(31°39′-39°19′N,89°35′-103°04′E)地处青藏高原东北部,作为长江、黄河和澜沧江等诸多河流的发源地,被誉为“中华水塔”,开展青海省内湖泊现状调查对正确认识气候变化影响和推进生态文明建设具有重要意义。本数据集使用Sentinel-2A/2B MSI高分辨率影像,基于水体的归一化差异水体指数(NDWI)大于归一化差异植被指数(NDVI)这一特征进行逐像元初步筛选,经人工检核修订后构建2020年青海省面积≥1.0 km^(2)的湖泊边界数据集,其中包括湖泊名称、面积、高程、流域、行政区划和日期等属性信息。本数据集反映了2020年青海省湖泊分布状况,可作为青海省湖泊生态环境保护、区域水资源合理利用以及防灾减灾等研究的数据源和科学依据。

基于NDVI-Albedo特征空间的柴达木盆地荒漠化监测研究

荒漠化目前已成为威胁全球生态环境的主要问题,开展荒漠化监测对于荒漠化防治至关重要。基于2014—2021年植被生长季(5—9月)Suomi/NPP(National Polar-orbiting Partnership)遥感数据和柴达木盆地8个气象站点观测数据,利用NDVI-Albedo(Normalized Difference Vegetation Index-Albedo)特征空间计算荒漠化差值指数(Desertification Difference Index,DDI),运用自然间断法、Sen+M-K趋势分析法、相关性分析法、精度误差矩阵计算和转移矩阵计算等方法,探讨柴达木盆地植被生长季荒漠化土地时空动态演变及气象影响因素。结果表明:(1)基于NDVI-Albedo特征空间构建的DDI在柴达木盆地荒漠化监测中适用性较高,特征方程R2≥0.65,整体分类精度79.38%,Kappa系数0.62。(2)2014—2021年,柴达木盆地荒漠化程度东部、南部较低而西部、中部较高,且东部、南部部分地区DDI值以每年超过0.01的速率增大,部分地区增大显著;荒漠化土地总面积呈减小趋势,速率为-1 173 km^(2)·a^(-1),不同程度荒漠化土地之间存在转移特征,具体表现为荒漠化程度较重的土地向较轻的土地转移。(3)相关性分析表明,降水量、平均相对湿度均与DDI呈极显著正相关(P<0.01),相关系数分别为0.91、0.86,水分是影响柴达木盆地荒漠化的主要气象因子。

青海省高寒生态气象服务

青海省地处青藏高原高寒地区核心地带,区域生态环境脆弱又敏感。在全球气候变化背景下,青藏高原高寒生态系统的格局、过程与功能会发生较大的改变,对该区生态安全和稳定带来前所未有的挑战。生态气象服务作为青海省生态文明建设的重要决策支撑,是应对气候变化和保障高原生态安全的内在需求,也是实现“双碳”目标、探索绿色发展模式的具体行动。

黄河源区玛多县土地利用和生态系统服务价值的演变

黄河源区玛多县作为“世界的一方净土”,开展土地利用变化及生态系统服务功能量化评价,以期为保障黄河流域乃至全国生态安全提供支撑。以黄河源区玛多县为研究案例,统计了2005—2015年玛多县土地利用类型转移矩阵、土地利用变化动态度,计量了2005—2015年玛多县生态系统服务价值演变特征。结果表明:(1)10年间玛多县土地利用结构变化显著,高覆盖度草地、建设用地面积分别增加了38.30%和3.85倍,低覆盖度草地、林地分别降低了44.29%和86.55%。(2)10年间林地、低覆盖度草地的单一土地利用动态度分别为-8.65%、-4.43%,高覆盖度草地、中覆盖度草地的单一土地利用动态度分别为3.83%、2.83%,土地利用类型演变表现为从林地、低覆盖度草地向高覆盖度草地、中覆盖度草地的转移;前期(2005—2010年)林地、低覆盖度草地迅速减少,后期(2010—2015年)建设用地急速扩张。(3)10年间玛多县生态系统服务价值(ESV)呈增长趋势,从2005年的911.24×10^8元增长到2015年938.87×10^8元;单项生态系统服务价值中水文调节的ESV贡献量最大,在53.70%—55.24%之间。(4)10年间水域面积比例在8.21%—8.31%之间波动,ESV贡献量约占生态系统服务价值均在50%左右,未利用土地和高覆盖度草地的ESV贡献量分别为16.85%—17.26%和13.78%—18.50%,低覆盖度草地的ESV减少了44.29%。

基于RS和GIS的西宁市LUCC分析及模拟预测

通过研究位于青藏高原东部边缘西宁市土地利用/覆被变化(LUCC)空间转化规律,以期揭示在人类活动加剧的大背景下,实施生态建设对城市与农村及其农牧业土地利用格局、生态环境效应、社会经济状况等产生的驱动机制。运用RS与GIS综合技术,通过精确解译西宁市1999年与2005年两期Landsat TM遥感影像,获取了较高精度的土地利用/覆被的定量统计及矢量图,结合动态指标分析了LUCC特征;并采用地图代数运算法求得各土地利用类型的Markov转移矩阵。结果表明:1999-2005年西宁市的耕地、草地和未利用土地是LUCC的核心类型,共有占研究区域总面积73.58%的土地利用方式发生了变化,表现为一种突变性质;6a间,西宁市的河流、湖泊、湿地、草地和林地等面积显著增加,充分表明自2000年以来实施的生态建设极大地改善了西宁市的生态环境。在目前外界驱动力不变的条件下,通过Markov过程模拟与预测,未来10a以及至终级稳定状态下,西宁市的耕地面积将继续减少,建筑和交通等建设用地持续增加;林地和草地,以及河流和湖泊等湿地所占面积比例的增加,将产生良好的生态环境效应。

柴达木盆地气候由暖干向暖湿转型的变化特征分析

利用1961-2010年柴达木盆地格尔木等10个气象站的观测资料以及水文、植被等资料,研究了柴达木盆地气候由暖干向暖湿转型的变化特征。结果表明,20世纪80年代中后期柴达木盆地出现了以气温上升、降水量和径流量增加、沙尘暴日数减少、潜在蒸散量下降、湖泊水位显著上升和植被覆盖率增加为主要特征的气候由暖干向暖湿转型的事实;全球气候变暖、水循环加快、高空水汽不断增加和黑碳气溶胶浓度增加是柴达木盆地气候由暖干向暖湿转型的主要气候原因。

黄河源区地表水资源变化及其影响因子

利用1955￣2005年黄河源区玛多气象站和黄河沿水文站气象、水文资料,分析了该区域地表水资源、气候及冻土演变规律,揭示了地表水资源变化的成因。研究表明:近51年黄河源流量丰枯转化频繁,但在总体上特别是进入20世纪90年代以来黄河源流量呈减少趋势,流量年内分配表现为单峰型;降水量对流量有着较为显著的影响,且具有一定的持续性;黄河源区气温的显著升高对于加大流域蒸发量导致流量补给的减少作用要大于其升高致使冰雪融水的补给作用,其中春季气温回升的这一效应更为显著;黄河源区冻土呈现出显著的退化趋势,冻土厚度与流量总体上呈显著的正相关关系,其不断减小削弱了自身天然隔水层的作用;黄河源区蒸发量呈现出显著的增大趋势,并导致流量的减少;气候变化导致流量的减少量占总减少量的70%,其余30%可能是由人类活动加剧造成的,气候及冻土因子对流量的作用大小依次为冻土、降水、蒸发和气温,显然多年冻土对于黄河源区地表水资源的形成和发育有着至关重要的作用。

近年来黄河源头地区玛多县湖泊变化

根据时间序列数据2001-2006年连续6年的MODIS资料,连续监测了玛多县近几年的湖泊变化情况,结果表明玛多全县2006年的湖泊比2001年多35个,湖泊面积增加了56.59km2,以2003年为最低值,从2001-2003年全县湖泊面积逐年减少,而从2003-2006年全县湖泊面积逐年增加.各主要湖泊呈现不同的变化趋势,与全县湖泊的变化趋势不太一致.年降水量与全县湖泊面积相关系数最大,说明年降水量对全县湖泊面积的影响较大,各主要湖泊受各气候要素的影响大小也不一样.

基于温度植被旱情指数的青海高寒区干旱遥感动态监测研究

利用MODIS资料提取的归一化植被指数(NDVI)和地表温度(Ts),构建NDVI-Ts特征空间,依据该特征空间设计的温度植被旱情指数作为旱情指标,对青海省东部浅山农业区2004年7月上旬的旱情进行了动态监测,同时利用各气象台站实测的地面数据进行了验证,结果表明利用温度植被旱情指数(TVDI)法对青海高寒区进行干旱动态监测是可行的。

基于GIS的青海省雪灾风险评估模型

通过建立雪灾定量化评估模型,提供反映雪灾地理分布特征的风险区划,以实现快速、准确地对区域雪灾进行大范围监测和情景分析。根据青海基础地理信息数据,以县级行政为评价单元,提取了91.7m×91.7m栅格的坡度、坡向、草地类型等孕灾环境参数值,对雪灾形成的潜在地理条件进行分析;以雪灾规模、频率和密度等为致灾体危险性指标;选取人口密度、经济密度、交通密度以及土地资源丰富度等社会经济背景数据为承灾体易损性评价指标。基于ArcGIS平台,应用数学综合评价法建立了基于空间统计分析的青海牧区雪灾定量化综合风险评估模型,在使用相关基础图件和资料基础上,对属性和图形数据库进行操作,分别得到雪灾的孕灾环境敏感性、灾害危险性、承灾体易损性评价图层,再经过图层叠加、斑块合并以及等级划分等操作,最终得到青海省雪灾风险区划图。研究结果可对牧区越冬前采取有效风险管理以减轻损失,保障草地畜牧业的可持续发展具有重要意义;并且为当地政府及防灾救灾部门制定灾前减灾规划和灾后救助决策提供科学依据,研究方法对于全国其他省区的雪灾风险评估也具有重要参考价值。

环青海湖地区气候变化及其环境效应

通过对环青海湖地区近44年平均气温、降水、蒸发量、风速及大风日数等气候要素的定量化统计分析,以及环青海湖地区草地、青海湖变迁、沙漠化等具指示性意义的生态要素指标进行研究,揭示了气候变化对该区域生态与环境的影响效应。结果表明:①近44年中,年、季的平均气温均表现出显著增温趋势,年平均气温增幅为0.262℃/10年;年降水量在20世纪60年代和70年代分别偏少3.8%和5.2%,80年代以1.37mm/10年趋势增加,90年代与21世纪初接近平均值;春、夏和冬季及年蒸发量呈减小趋势,年蒸发量以66.53mm/10年倾向率减小;月平均风速以0.01(m/s)/10年倾向率减小,大风日数以4.5d/10年倾向率减少;②该区域牧草生物量与降水量呈正相关,由于气温显著升高,且季节性降水变率大,不仅影响牧草的生育期,且造成牧草地上生物量的波动;③青海湖水域面积的自然摆动与年平均气温以及秋、冬季气温呈显著负相关,而与地表蒸发量却呈正相关,在20世纪60年代和70年代升温不显著时,水域面积与春季降水呈正相关,90年代显著升温以后,气温对青海湖水域面积的影响占主导作用;④环青海湖地区暖干化气候趋势是沙漠化发展迅速的主导因素。

1971-2010年三江源地区干湿状况变化的空间特征

依据1971-2010年地面观测气象数据,计算了三江源地区湿润指数。利用经验正交函数分解(EOF)和偏相关系数,对近40 a三江源地区干湿状况变化的时空特征及其影响因素进行了分析。结果表明:三江源地区干湿状况的变化在其北部与南部、东部与西部间存在明显反相位变化特征。北部和东部的部分区域分别在20世纪90年代和21世纪后表现出气候湿润化趋势,其余大部地区的持续干旱化趋势始于20世纪80年代初,其中南部与西部变干趋势显著,其湿润指数线性趋势率达到-8%/10 a。虽然三江源地区干湿状况主要决定于降水量和相对湿度的变化,但20世纪90年代中期后气温的显著上升,使得气温也成为关键的影响因子之一,即使在降水明显增加的背景下,也引起三江源主体区域湿润指数的明显下降。气候变暖情景下,北部和东部地区在近十几年暖湿化趋势明显,其余大部地区表现为不同程度的暖干化趋势。

青海南部冬春季雪灾的气候诊断与预测

根据青海省气象台站的历史积雪等资料,依据气候诊断方法分析了降水、积雪的变化特征和2012年冬春季雪灾形成的气候成因.结果表明:2012年后冬～初春北半球乌拉尔山阻塞高压稳定维持、青藏高原高度场偏低、高原低槽和印缅槽活跃、极地冷空气向南不断扩散,冷暖空气在高原地区汇合,在青海南部和北部地面温度梯度大、锋区强的零温度线两侧形成大量的降水和积雪.期间的降雪量与降雪日数突破历史极值,最高气温偏低,积雪持续难以融化,出现了历史少见的冬、春季两季连续积雪,导致玛沁、甘德、达日、玛多等县出现不同程度雪灾,1982年、1993年、1995年、2008年、2012年1-3月青海南部牧区的雪灾过程都基本属于这种类型.1961-2009年高原牧区积雪与环流因子的气候诊断分析显示,在1-3月北半球环流场上,若北极涛动负值偏大、乌拉尔山高压脊偏强、印缅槽和高原低槽偏深时,青海南部牧区降雪量大、积雪量多,积雪持续的时间长、雪灾也相对比较严重,在上述环流因子相反的配置下,青海南部牧区的雪灾则比较轻.

放牧对高寒草地植被生长的影响及其生物量预测模型构建

以青海省海晏县高寒草地为研究对象,分析了2003–2015年围封与自由放牧地植被变化及其与气象因子的关系。结果表明,1)2003–2015年生长季(5–9月)自由放牧草地植被高度、产量均显著低于围封草地,盖度仅6–7月显著高于围封样地(P<0.05);2)以围封草地7月末观测数据作为年牧草高度和盖度最大值,发现2003–2015年高度呈抛物线型变化趋势,盖度呈倒抛物线型变化趋势;3)年牧草产量最大值与6–7月平均气温趋势一致,且呈显著幂函数相关关系(P<0.01),降水对牧草的影响有一定的滞后性,即年牧草产量与上一年降水呈显著幂函数相关关系;4)利用SPSS线性回归分析做年牧草产量预测模型结果为y=124.44T6-7月+2.59R上一年–2 180.23(P<0.01)。

环青海湖地区湿地变化初步研究

以遥感、地理信息系统和全球定位系统为主,应用空间对地观测的技术资源和数据资源,结合地面考察资料和已有的研究成果,对环青海湖地区的湿地类型和面积变化进行研究,结果发现:研究区内的湿地分为天然湿地和人工湿地两大类,其中天然湿地分为沼泽、河流、湖泊。天然湿地的面积在13a内出现了不同程度的变化,其中沼泽面积有所扩大,而河流、湖泊面积缩小。造成这种变化的主要原因是气候暖干化和人类活动的共同影响。

气候变化对柴达木盆地水资源的影响——以克鲁克湖流域为例

利用气象、水文和遥感资料，根据柴达木盆地克鲁克湖流域湖泊、湿地和水文状况进行了分析．对柴达木盆地克鲁克湖流域1990-2006年TM卫星影像图解译，并与20世纪50-70年代遥感影像资料对比发现，克鲁克湖以及湿地沼泽群的面积变化不显著，而位于河流尾闾的托素湖水域面积以8．71km^2·（10a）^-1的趋势缩小．建立了气候因子与湖泊面积回归方程，计算表明：上一年8—10月降水及年降水对克鲁克湖影响为正效应，而蒸发量及年干燥度对湖泊影响为负效应；气温对托素湖面积影响的贡献率最大，其次为年均水汽压饱和差，均为负效应．当降水量不变，气温每升高1℃，托素湖面积将减小5．40km^2；1989年以前，人为因子对托素湖萎缩占主导作用，贡献率为72．73％～85．03％；1989年之后，克鲁克湖维系了一个新的平衡，气候因子对湖泊萎缩贡献率占居主导作用，贡献率为78．39％．