湖北省2000—2019年降水时空变化分析

为评估长序列降水时空变化及其对旱涝灾害的影响,采用趋势分析、累积距平分析等方法,选择降水集中指数(PCI)、降水异常指数(PAI)等指标分析了湖北省2000—2019年20 a间降水时空分布特征以及旱涝灾害发生状况。结果表明:近20 a湖北省累计年降水量增加了0.03%,降水多集中在4—8月份,雨热同期;2019年较2000年东部降水量增加;纬度决定了省内降水量的基数,总体呈现南部多于北部,经度影响降雨量变幅,表现为东西方向降水量空间分布的较大变异性;20 a间的PCI呈下降趋势,降水季节性和时段性特征较明显,PAI显示2005—2015年期间具有洪涝转干旱的趋势,2015年SPI值最大为1.425,出现了较严重洪涝;总体来看湖北省旱涝灾害呈现周期性波动特点,时间周期特征显著。研究成果对年际尺度上区域气候变化应对、旱涝灾害预警等方面具有重要意义。

青海高原1960—2019年冬半年降水变化特征及重心迁移研究

冬半年降水对农业、交通、生态安全等方面都有很大影响。青海高原是我国冬半年强降水量、降水日数最多的地方之一。利用重心模型来分析青海高原42个气象站1961—2019年不同等级冬半年降水的空间分布和变化迁移,旨在揭示青海高原多年的冬半年降水的时空分配格局。结果显示:(1)空间上青海高原冬半年平均降水量呈现出由西北向东南递增的趋势,且东部地区冬半年降水量呈现明显的下降趋势;时间上整体呈增加趋势,年代周期内呈现“少-多-少-多-少-多”的趋势。(2)不同等级冬半年降水量的气候倾向率的空间分布整体呈现南高北低,西高东低的趋势。青海高原冬半年降水量的变化整体以大量级的增加为主,尤其在中南部地区,增加速率更大。(3)青海省的冬半年降水量重心的纬度和经度均呈现降低的趋势,重心点坐标呈现向西南方向逐渐移动的趋势。青海高原冬半年降水量重心的空间位置集中分布于兴海县附近,最北边可到达共和县,最南边可迁移至玛沁县,青海高原多年降水重心的标准差椭圆的方位角度数为55.8°,冬半年降水量重心主要分布于东北至西南的方向上。(4)青海高原各等级冬半年降水量的经、纬度时间变化上均呈现下降趋势,且经度的变化速率较纬度的高。各降水量级的标准差椭圆的方位角大小相差十几度,但均为东北至西南方向分布,且主要分布在兴海县附近,轴长和椭圆圆心坐标存在较大差异。冬半年降水重心量级越小离散性越小,且平均降水量的重心离散程度和分布也是小量级降水量的贡献较大。可以利用冬半年降水重心的南北移动方向来判断青海高原大量级降雪范围的变化。

河南省近20年土壤湿度的时空变化特征分析

利用自然正交函数(EOF)分解、相关分析、趋势倾向率分析等方法,对河南省近20 a土壤湿度的时空变化特征进行了分析。通过建立土壤湿度同温度、降水的多元回归方程,来量化土壤湿度同温度、降水的关系。分析表明:土壤湿度的空间分布有比较明显的差异,总体上由南向东北和西北两个方向逐渐降低;土壤湿度的年际变化有不太显著的下降趋势;年内不同季节土壤湿度有不同的变化趋势,其中春季土壤湿度小,夏季开始升高,进入秋冬逐步保持在较高水平。土壤湿度与降水成显著的正相关,同温度成显著的负相关。各季节影响土壤湿度变化的主要因子为:春季受温度回升影响而降低;夏季随降水增多而增大;秋季继续缓慢上升,主要由降水的缓慢累积所造成;冬季由于温度低,土壤湿度变化不大。

2000—2010年中国三北地区生态系统时空变化特征

基于遥感解译反演、模型模拟估算等方法,以地面调查作为主要验证手段,分析了21世纪前10年我国三北地区生态系统宏观结构、质量及关键服务变化状况及其驱动因素。结果表明:(1)2000—2010年,三北地区林地面积净增加了0.69万km2,草地面积减少了0.13万km2,湿地面积净减少0.21万km2,耕地面积减少了0.87万km2,人工表面增加了0.57万km2,其它类型面积持续减少了496.5km2。(2)近10年,三北地区归一化植被指数(NDVI)、叶面积指数(LAI)、地上植被生产力总体呈现轻微增加趋势,特别是黄土高原丘陵沟壑区,然而植被覆盖度总体呈现微弱减少趋势。(3)近10年,三北地区单位面积土壤风蚀模数下降了27.25%,减少速率为每年1.13t/hm2,由于风蚀力逐年减弱导致防风固沙服务量呈现减弱趋势。三北地区水蚀区近10年土壤水蚀模数总体呈现微弱增加趋势,而黄土高原区和风沙区则呈现降低趋势,生态系统单位面积土壤保持服务量呈现增加趋势,年增速0.28t/hm2,说明土壤保持能力有所提高。(4)三北地区近10年气温变化斜率为0.02℃/a,适度增温、降水量增加有利于植被恢复;东北华北平原农区和黄土高原丘陵沟壑区人类负向扰动指数呈现减少趋势,说明人类活动对这两个区域自然生态系统的扰动有所遏制。

1973—2020年甘肃河东夏半年降水变化特征及影响因素分析

基于1973—2020年4—9月甘肃河东60个国家气象观测站的降水资料,采用经验正交函数分解、相关分析等方法,分析了不同量级降水的时空分布及变化特征,并讨论了气温、大尺度环流、地形等对夏季降水的影响。结果表明:(1)河东西部位于季风区最末端,气温变化对降水影响相对显著。其中甘南高原及以北山区海拔高度高,输入性水汽少,气候变暖对水循环的促进使降水量趋于增多。西部其他区域输入性水汽仍占主导地位,冷空气活动减弱使降水量趋于减少。(2)河东东部地形过渡平缓,降水受季风影响显著。1998年后Niño 3.4区(5°N~5°S、120°~170°W)海温转为负距平为主,随着季风增强及雨带北抬,降水量随之增长。(3)河东地区降水量年际变化的主要特征是所有站点同时增大或减小,但在拉尼娜年更容易出现东、西部降水反相变化的特征,太平洋年代际振荡负相位时西部地区降水增多,东部部分站点减少,北极涛动负相位时,东南部降水增多,西部部分站点减少。甘肃河东夏半年降水变化及影响分析,不仅为复杂地形下大气环流和气候变暖对降水变化影响的差异性研究提供参考,还将丰富季风区末端降水预测依据。

1958—2017年汉江流域日照时数时空变化特征

根据1958—2017年汉江流域15个气象站日照时数的月值数据,利用线性方程拟合、异常特征分析、累积距平和M-K突变检验、空间分析等方法,分析了汉江流域日照时数的时空变化规律.结果表明:①1958—2017年汉江流域全年、夏、秋、冬季日照时数呈显著减少趋势,其气候倾向率为-54.93、-28.93、-14.30、-13.91 h/10 a,春季日照时数以2.98 h/10 a的速率呈不显著增加.②年日照时数异常偏多年份主要出现在20世纪60年代,异常偏少年份多出现在21世纪初期.春、秋、冬季以异常偏多年份为主,夏季以异常偏少年份为主.③全年、夏、秋、冬季日照时数分别在1980、1980、2006、1972年发生显著突变下降,春季未发生突变.④流域内全年及四季日照时数空间差异明显.全年、秋、冬季日照时数由南向北递增,春季东南低北部高,夏季中间高两端低.⑤流域大部分地区全年、四季日照时数均呈减少趋势,气候倾向率呈“中间增加,两端减少”的空间特征.

煤矸石填埋场土壤微生物学特性的时空变异

为了研究煤矸石填埋场土壤微生物学特性的时空变异,以山西长治司马矿煤矸石填埋场为研究对象,通过野外调查和采样分析,对不同复垦年限矸石场的土壤微生物特性进行了分析。结果表明,在垂直方向上,矸石场不同层次土壤的微生物数量以及真菌、放线菌占微生物总数的比例随着复垦年限增加而逐渐增加,而细菌与真菌的比值(B/F值)呈降低趋势。在林木根区水平方向上,随着复垦年限的增加,S1(树基附近)处的细菌占微生物总数的比例逐渐减少,真菌和放线菌占微生物总数的比例逐渐增加。充填复垦5 a后,S1位点的细菌数较S2处(距树干基部约100 cm处)显著低11.70%,真菌和放线菌数量分别较S2处高31.18%和19.08%,B/F值比S2处低19.95%。矸石场各土壤层次的过氧化氢酶、土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性随着复垦年限的增加呈增加趋势。在水平方向上,在充填复垦5 a后,与S2位点相比,S1处磷酸酶和蔗糖酶活性分别降低23.81%和17.95%,脲酶酶活性显著提高19.05%,但S1处的过氧化氢酶活性与S2位点相比没有显著差异。矸石场复垦土壤呼吸速率随着复垦年限的增加,呈增加趋势。在复垦第1年,S1和S2位置土壤呼吸速率没有显著差异。充填复垦3 a后,S2处的土壤呼吸速率显著高于S1,但到复垦5 a后,S1处的土壤呼吸速率较S2显著提高33.33%。

不同开垦年限土壤养分和盐分时空分布特征研究

为了研究干旱区绿洲农业不同开垦年限耕地土壤养分的时间和空间变化规律,选取玛纳斯流域内5个开垦年限(荒地、2 a、4 a、6 a、8 a)的土地,结合地统计学、3S技术,利用空间置换时间的方法对研究区土壤养分和盐分的时空分布特征进行分析研究。结果表明:研究区耕地随着开垦年限的增加,各层土壤的总盐、有效钾含量呈现明显下降的趋势。总盐含量由开垦前11.9~25.2 g·kg^(-1)下降至开垦8 a后的1.7~3.0 g·kg^(-1),尤其是表层土壤总盐的含量在开垦种植6~8 a后基本维持在非盐化-轻盐化水平;而土壤有效钾含量在各个层次均呈现出不断的消耗趋势,由开垦前225~499 mg·kg^(-1)下降至开垦8 a后的138~225 mg·kg^(-1);随着开垦年限的增加,研究区土壤有机质、碱解氮和有效磷含量呈现出先下降再升高的趋势,基本上在开垦4 a左右的时候会出现一个较低值,然后随着开垦种植年限的增加而逐渐上升,如有效磷含量由开垦前3.7~8.1 mg·kg^(-1)下降至开垦4 a后的1.9~5.7 mg·kg^(-1),随后上升至开垦8 a后的3.37~13.5 mg·kg^(-1)。研究表明,研究区农业用地开垦时间的长短对土壤养分、盐分含量的影响表现出一定的规律。

近48年新疆夏半年参考作物蒸散量时空变化

利用新疆101个气象站1961-2008年夏半年（4-9月）逐月气候资料,在采用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算出各站逐月参考作物蒸散量的基础上,使用气候倾向率、累积距平、t检验、Morlet小波、相关分析和Kriging插值技术等方法,对新疆近48a夏半年参考作物蒸散量时空变化特征及其气候成因进行了探讨。结果表明：（1）新疆夏半年平均参考作物蒸散量为942.5mm,在空间分布上呈现＂南疆大于北疆、东部大于西部、平原和盆（谷）地大于山区＂的格局。其空间分布与各地气温、日照时数、降水量、平均风速和空气相对湿度具有较好的对应关系,表现为,气温高、风速大、日照充足、降水少、空气干燥的区域,夏半年参考作物蒸散量较大,反之,蒸散量较小。（2）1961-2008年新疆夏半年参考作物蒸散量与同期日照时数、平均风速呈显著的正相关,与降水量、空气相对湿度为显著的负相关,与平均气温的相关关系虽不显著,但两者的年际间波动趋势基本一致。近48a,受气温上升、风速减小、降水量增多、相对湿度增大的综合影响,新疆夏半年参考作物蒸散量总体以20.09mm.10a-1的倾向率呈极显著的减小趋势。（3）突变检测表明,新疆夏半年参考作物蒸散量于1986年发生了突变性的减小,突变后的平均参考作物蒸散量较突变前减少了65mm,减少6.6%。（4）新疆夏半年参考作物蒸散量存在4~5a、12a和准22a的周期性变化,预计未来数年参考作物蒸散量将有增大的趋势。

近50a黄淮海地区降水演变规律

基于ArcGIS平台分析了黄淮海地区1961—2011年生长季降水量和暴雨的时空变化特征,研究指标包括面生长季降水量、生长季降水质心空间位置以及暴雨中心笼罩面积。结果表明:1961—2011年,黄淮海地区生长季降水整体上呈减小趋势,生长季降水量的倾向率为-8.4 mm/10 a;近50 a来,黄淮海地区雨带整体上呈较明显的南移态势,但近10 a雨带呈北抬的特点;强降水事件特性在20世纪80年代发生转变,尤其是近10 a连续暴雨事件影响范围增大。

“十三五”时期长江流域总磷浓度变化特征

为了探究“十三五”时期长江流域总磷浓度变化,采用“十三五”时期长江流域国家地表水环境质量监测网开展连续监测的590个河流断面和116个湖库点位的总磷数据,分析浓度时空变化特征。结果表明:“十三五”时期长江流域总磷浓度随着时间变化呈下降趋势,年平均浓度由2016年的0.106 mg/L下降至2020年的0.072 mg/L;长江干流93.2%的断面总磷浓度有所下降,年平均浓度由2016年的0.092 mg/L下降至2020年的0.059 mg/L。岷江、沱江和乌江总磷浓度明显下降,降幅超过50%;岷江、沱江、乌江和汉江等主要支流汇入后导致干流沿程总磷浓度有所升高。62.9%的湖库点位总磷浓度较2016年有所下降,太湖和巢湖秋季总磷浓度较高,洞庭湖、鄱阳湖和丹江口水库冬季总磷浓度较高,滇池夏季总磷浓度较高。研究成果一方面反映水污染防治的积极成效,另一方面可为总磷污染深入治理提供参考。

不同滴灌年限小麦土壤养分积累时空变异特征

【目的】研究以滴灌年限为1、3和5年的滴灌小麦农田土壤为研究对象,分析距滴灌带不同位置的养分运移微时空空间分布。【方法】通过对土壤剖面样品的采集,结合连续性定位监测及地统计分析,研究不同滴灌年限土壤养分积累时空变异规律。【结果】在不同滴灌年限各土层土壤养分大部分呈现出中等强度的变异,部分碱解氮及速效磷养分呈现出弱变异性,变异系数在7.68%~45.6%。在垂直方向上,土壤速效养分含量除了速效钾外,碱解氮和速效磷都呈现出从表层到底层逐渐降低的规律。在水平方向上,土壤碱解氮及速效钾在不同滴灌年限中均呈现出较明显的变异规律,且大部分差异性显著,其养分含量大部分随距滴灌带距离的增加而呈现出先升高后降低的趋势。【结论】滴灌冬小麦土壤速效养分在不同滴灌年限中,呈现垂直方向上逐渐降低和水平方向上先升高后降低趋势(速效磷除外)的空间异质性规律,能够为合理施肥和作物的生长提供基础的理论依据。

鄂尔多斯市潜在蒸散发时空变化分析

依据Priestley-Taylor潜在蒸散发量计算模型,在MODIS、GLDAS等多源遥感数据基础上,对鄂尔多斯市2001—2012年的地表潜在蒸散发进行了模拟。结果表明:基于多源遥感数据的Priestley-Taylor模型对鄂尔多斯市潜在蒸散发的模拟效果较好;从时间序列上看,鄂尔多斯市2001—2012年潜在蒸散发量总体呈增长趋势,增长率为8.26 mm/a;7月潜在蒸散发量为170.44 mm,为全年最大值,5—8月潜在蒸散发量占全年的55.56%;从空间分布上看,鄂尔多斯市潜在蒸散发主要发生在草地、沙漠和耕地,三者的潜在蒸散发量分别占总量的50.62%、34.58%、14.35%。

环青海湖地区夏半年极端降水时空特征及其对大气环流因子的响应

利用环青海湖地区8个气象站点1961—2018年逐日降水数据,分析了该地区夏半年降水量和极端降水指标的时空变化和大气环流特征。结果表明:近60 a环青海湖地区夏半年降水量呈显著增加趋势;极端降水事件各项指标(夏半年的极端降水量、极端降水日数、极端降水强度、1日最大极端降水量、极端降水事件频率)呈上升趋势,尤其是2005年以来各项极端降水指标上升趋势特别明显。21世纪初期是环青海湖地区的降水突变期,夏半年降水量和极端降水事件多项指标均在这一时期发生了突变。通过对极端降水指标与环流变化的关系研究发现,南极涛动指数(AAO)、西太平洋副高强度指数(WPSH)与极端降水指标显著正相关。在2006年前后南极涛动指数(AAO)和西太平洋副高指数(WPSH)发生比较明显的转折性变化,最终导致环青海湖地区夏半年极端降水各项指标在2006前后出现比较明显的突变。环青海湖地区夏半年降水量和极端降水量均存在6 a的短周期和16 a左右的长周期。环青海湖地区夏半年极端降水量和极端降水日数均表现为西部较东部显著的空间变化特征。

佛山市“十三五”环境空气质量评价

"十三五"期间,佛山市环境空气质量总体改善。从时间变化上看,SO2、PM10和CO(95per)浓度五年内持续达到国家环境空气质量年二级标准,其中SO2和PM2.5浓度呈明显下降趋势;"十三五"末年(2020年)与"十二五"末年(2015年)相比,佛山市SO2、NO2、PM10、CO(95per)和PM2.5浓度均出现下降,但O3-8h(90per)浓度出现上升;PM2.5作为首要污染物发生频率呈明显下降趋势,但O3-8h作为首要污染物发生频率却呈明显上升趋势。从空间分布上看,佛山市五区SO2、NO2、PM10和PM2.5浓度均有所下降,仅高明区CO(95per)和O3-8h((90per)浓度出现上升。

西南地区冬半年降水的时空变化特征

利用1951-2012年西南地区31个标准站的逐月降水量,采用一元线性回归、二阶拟合、主成分分析、旋转主成分分析对西南地区冬半年(10月-3月)降水量变化的时空特征进行分析。结果表明:西南地区冬半年平均降水量分布有全区一致型、南北和东西两种偶极子型,同时区内降水异常分布局部特征明显,存在贵州丘陵型、横断山区型、云贵高原型、东北部型、川西高原型、平原型这6个降水异常区。过去62年,整个西南地区冬半年的降水呈总体减少趋势,6个气候异常区存在抛物线和直线型两种变化形势,其中云贵高原型经历了少雨-多雨-少雨的变化过程,90年代以来其减少趋势在6个区中最为明显。

过去2000年中国区域温度模拟与重建的对比分析

依据观测/再分析资料及过去2 000年中国区域温度重建资料,对通用地球系统模式(CESM)近2 000年模拟温度进行时空变化的对比分析,检验模式对中国区域温度的模拟性能。结果表明,模拟温度较好地体现了中国区域年平均温度的空间分布型态以及近半个世纪以来的上升趋势;也较好地模拟出了过去2 000年重建资料反映的中国区域平均温度的年代际变化特征;在百年尺度上,模拟的中国区域温度的波动变化与重建资料也基本一致,但华中及青藏地区模拟与重建有所差异。模拟的中国区域平均温度均显示了0—540年、800—1250年和1901—2000年3个暖期,551—721年和1400—1850年2个冷期,与重建结果具有一定的差异。这可能与模式的分辨率、外强迫条件、次网格过程的参数化方案等不确定性有关。

中国北方夏半年干旱的时空变化

利用1951-2008年中国北方348个站的夏半年逐日降水资料,首先把整个北方分几个区分别建立夏半年最长连续无降水日数时间序列;然后采用经验模态分解(EMD)方法求出该序列的本征模态函数(IMF),分析各序列的不同时间尺度的变化,又用小波变换等方法分析各序列的转折点。结果表明,北方4个区(东北、华北、西北东部和西北西部)夏半年最长连续无降水日数的变化主要是由前2个较高频的本征模态函数分量构成,它们的方差贡献占总方差的80%左右,说明3～4年、7年左右尺度的振荡对整个序列的变化起主要作用。较低频的分量则反映10～15年以上的年代际变化。近58年来,东北、华北、西北东部的最长连续无降水日数都呈增加趋势,北方大部分地区干旱化加剧;而西北西部则呈减少趋势,干旱趋于缓解。近十几年来较明显的变化是东北趋于变干,西北东部趋于变湿。各区最长连续无降水日数显著增加的年份,东北、华北在1992年前后,西北主要在1960年前后,相应地,这些地区发生明显的干旱情景。分析所用的时间-空间尺度不同,所得到的结果可能有所不同。