2000−2020年华北干旱半干旱区碳储量变化特征及影响因素

生态工程背景下的碳储量空间格局变化及其影响因素识别是当前研究的焦点和前沿议题.华北干旱半干旱区作为退耕还林(草)工程成效显著区域,其碳储量动态变化与影响因素对促进碳汇以实现可持续发展具有重大意义.本研究通过修正碳密度数据,利用InVEST模型,估算了华北干旱半干旱区2000−2020年碳储量并分析了其时空变化特征,同时利用地理探测器定量探讨了影响碳储量变化的因素.结果表明:①2000−2020年华北干旱半干旱区土地利用类型的改变主要体现在耕地、未利用地和水域的减少以及林地、灌木、草地和建设用地的增加,林地和草地面积占比之和由52.94%增至54.47%,建设用地面积增幅最大,达60.59%.②华北干旱半干旱区2000年、2005年、2010年、2015年、2020年总碳储量分别为7542.46 Tg、7570.94 Tg、7733.11 Tg、7909.20 Tg、8210.84 Tg,平均变化速率为33.501 Tg/a,21年间累计增加668.38 Tg.③碳储量稳定区域的面积占92.39%;碳储量增加区域面积占5.17%,主要分布于河流沿岸的绿洲地区及山地林区,与林地、草地转入区域存在一定重叠;碳储量减少区域面积占2.45%,主要位于乌兰布和沙漠中草地-未利用地交界处以及河北省居民用地.④植被覆盖度是影响华北干旱半干旱区碳汇的首要因素,其次为年均降水量和累计造林面积.不同因子交互作用后会增强单因子对碳汇空间分异的解释力,表明区域内碳汇受到多种因素共同影响.研究显示,华北干旱半干旱区生态修复工程成效显著,碳储量持续增加,其碳汇能力主要受限于自然因素,但生态工程等积极人为措施也能显著提升碳汇.

用一维能量平衡模式研究华北干旱化的一些问题

近年来华北干旱化表现为降水减小和温度增加 ,本文用一维能量平衡模式在不计平流的条件下研究年温度增加和降水减少间的关系 ,所得结果大致符合我国北方的实际资料。还研究了在二氧化碳倍增情况下一维能量平衡模式得出的华北温度增加大小 ,其值在 1℃左右 ,大致符合数值模式得出的结论 。

华北干旱综合评估和预警技术研究

论述了根据热惯量理论，利用气象卫星ＡＶＨＲＲ资料，对华北平原的土壤墒情进行动态监测的方法。并在分析土壤墒情、降水量、气温和未来降水趋势对干旱综合影响的基础上，提出了适用华北地区农作物生长季节干旱的综合评估和预警指标。根据这种指标研制的干旱综合评估和预警系统其灵敏性和稳定性均有显著的提高。

长江委水文局赴华北干旱灾区有关单位进行抗旱业务调研

为较全面了解我国华北地区有关单位开展的抗旱业务工作,更好地为长江流域今后开展抗旱工作提供参考,3月8日至17日,长江水利委员会水文局副总工黄艳率水文气象预报处副处长杨文发、气象室技术人员等一行5人,前往华北干旱的重灾区河南、山东、河北等单位,相继对黄委水文局、黄委水调局、中电科技集团二十七所、河南省防办及水文局、山东省水文局、

怎样防治华北干旱?

以海河流域为中心的华北干旱,自七十年代以来年甚一年,人们设想用引水、淡化海水、节约用水等方法改变缺水的局面。治理华北干旱用什么方法,是个值得认真考虑的问题。先说引水,河北省打算从河南的白坡引黄河水,经卫河入东风渠到白洋淀。这么一个有众多现有设施可利用的平原引水方案。

2010年秋、冬季节华北持续性干旱的气候成因分析

利用1951～2011年中国台站观测的逐日降水、温度和美国NCEP/NCAR再分析月平均资料,本文分析2010年秋、冬季(11月至次年2月)发生在华北地区持续性干旱的大气环流和海温异常特征,并讨论了北极涛动(AO)和LaNia事件对此次干旱事件的影响。分析表明,2010年发生在华北秋、冬季节的持续性干旱是叠加在降水减少气候趋势之上的一次极端干旱事件,但本次极端干旱事件主要成因是受到同期较强的AO负位相和LaNia事件共同的影响。统计发现:AO的负位相有利于乌拉尔山阻塞高压维持和发展,而贝加尔湖上空出现负位势高度异常,导致东亚中高纬度经向环流加强和冷空气向南侵袭。AO负位相可导致贝加尔湖上空气压场偏低并影响冷空气的路径和强度,进而间接地导致华北地区的干冷气候,而同期LaNia的海温异常分布导致西北太平洋副热带高压偏弱偏南,抑制了西太平洋水汽向华北地区输送,从而直接导致该地区的干旱。由于2010年AO负指数和LaNia事件较历史干旱年份表现出较强和长时间持续性,从而导致了锋面位置位于华北以南和华北本次的持续性干旱事件。

亚非副热带西风急流入口区位置及动能异常对中国华北盛夏年代际干旱的影响

研究使用了欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的全球再分析数据,通过局地多尺度能量涡度分析法(MS-EVA)研究7-8月亚非急流入口区域的位置及能量变化对华北地区干旱的影响。结果发现:7月亚非急流入口区域在1997年之后有明显的北抬趋势,使得北大西洋及欧洲辐射的能量更易进入急流;8月亚非急流入口区域在1997年后有东缩,但急流入口区域的能量充沛,易于进入急流。能量在波导作用下向下游频散,经过华北地区上空,在平均槽的西侧辐合加强,不利于气流的上升运动;在平均槽的东侧辐散加强,使得槽向东移,华北由槽前变为槽后。急流上能量频散到我国沿海地区,引起西太平洋副热带高压东退,向华北地区水汽输送减弱,不利于华北地区的降水。

基于华北地区气象指数SPI干旱时空分析

干旱是全球范围内影响最广的自然灾害,近年来,华北地区几乎每年都有不同程度的干旱发生,旱情持续时间长,影响范围广,作物受旱程度十分严重,甚至出现连年干旱情况,影响较为巨大。依据1998—2017年气象降水资料,计算标准化降水指数(SPI),采用SPI栅格化处理和时间序列相结合的方法从SPI的年、月时序变化和空间尺度的季节性干旱演变分析了华北地区这20年的干旱时空变化特征。结果表明:(1)华北地区1998—2017年干旱发生频繁,在年与年之间发生干旱的程度和范围有所不同;(2)干旱主要发生在春、夏、秋3个季节,春、夏旱发生频率较高;(3)河南、山西、山东部分地区春旱较为严重,华北地区夏旱面积最广。

基于MODIS的华北地区2008~2017年干旱遥感监测研究

干旱是全球范围内影响最广的自然灾害,它不仅威胁着人类赖以生存的自然环境,而且还严重影响着人类社会、经济的可持续发展。华北地区作为我国重要的农业经济区,出现连年干旱情况,是我国最大的干旱区。分析了MODIS干旱指数对干旱响应的敏感性,依据2008~2017年气象降水资料,初步估算了旱情发展过程和空间分布范围旱情发展过程和空间分布范围,从干旱发生的时段和面积分布对MODIS构建的AVI、AWI、VCI、TCI、VHI 5个干旱指数进行比较,对华北区各分区2008~2017年干旱进行了时空分析。旱情监测结果与实际情况较为符合,说明此方法适用于区域旱情的动态监测。

华北干旱地区应因地制宜发展自然生禾本草

草坪是目前绿化中发展最快,栽培面积最大的绿化项目。由于国外的早熟禾、结缕草等草类颜色较绿,叶枯黄得稍晚,观赏期相对较长,更受推崇。所以,引进洋草的趋势也愈演愈烈。但洋草虽美观、观赏期稍长,但却不抗病、抗旱性极差。经过几年的栽培,我们把洋草与本地自然生草进行了对比,发现洋草由于抗病性较差,经常出现像影碟大小的圆形死亡区,而且有面积逐年扩大的趋势。另一点就是其抗旱性极差。高温时,两三天不浇就可旱死。

华北降水年代际变化特征及相关的海气异常型

利用近50年华北地区26个站逐月降水观测资料和全球大气海洋分析资料,分析了华北降水的年代际变化特征及其和全球海气系统年代际变化的关系.对华北降水距平指数变化分析表明,近50年来华北降水具有减少的总体趋势,叠加在该趋势之上的是年代际变化,其中1965年和1980年发生了两次跃变,使得20世纪80年代干旱尤为严重.在对华北地区降水年代际变化特征分析的基础上,揭示了与华北降水年代际异常相伴随的大气环流和上层海洋热力异常型.结果表明,华北降水年代际异常与太平洋上层海洋热力状况异常有显著关系,主要表现为太平洋年代际振荡(PDO)与华北降水异常的相关.在年代际时间尺度上,华北干旱与上层海洋热力及大气环流异常的配置关系如下:当华北地区干旱时,则热带中东太平洋海温偏高,北太平洋中部海温偏低,即太平洋上主要表现为PDO暖位相,全球大部分地区(包括华北地区)气温偏高,青藏高原地区气温偏低,日本北部及东西伯利亚气压异常偏低,华北及其以南大片地区气压偏高,华北地区由异常西北风控制,不利于水汽向华北地区输送.

华北降水频谱变化及其可能机制分析

华北降水从20世纪60年代开始趋于减少,1977年后干旱化加重.小波分析发现1951～2000年华北降水频谱结构在60年代中期发生了突变,年际变化部分减弱,年代际成分相对增强,与此同时华北进入了干旱少雨的时期.年代际尺度成分的位相大致规定了华北降水偏多或偏少的时段.近20年与1977年前相比,华北降水的季节分布也发生了变化,春季降水增加,夏秋降水减少.相关分析发现华北降水与500 hPa高度及850 hPa经向风关系密切,7～9月降水主要与中国西北及西南的位势高度呈显著负相关,与南风呈显著正相关.观测资料分析指出,近20年7～9月我国西北500 hPa高度明显上升,东亚夏季风持续偏弱,这可能是华北持续干旱的重要原因.

青藏高原西侧绕流风系的变化及其与东亚夏季风和我国华北地区夏季降水的关系

从观测资料分析了青藏高原西侧绕流偏北风系的年际和年代际变化及其与东亚夏季风和华北地区夏季降水的关系。研究表明 ,前者对后者有很大影响 ,若夏季青藏高原西侧绕流的偏北风系强 ,则东亚夏季风偏南风分量强 ,且华北地区夏季降水可能偏多 ;相反 ,若夏季青藏高原西侧绕流的偏北风系弱 ,则东亚夏季风的偏南风分量弱 ,且华北地区夏季降水可能偏少。分析结果还表明 ,由于从 1 965年之后 (特别从 1 977年之后 ) ,高原西侧绕流的偏北风系减弱 ,可能导致了东亚夏季风的偏南风分量减弱 ,使得输向华北的水汽大大减弱 ,且引起华北地区降水减少 ,发生了持续严重干旱。

华北地区夏季降水的年际变化特征

利用1951—2000年中国160个台站降水资料和1958—2002年欧洲中心的ERA-40再分析资料,分析了华北地区夏季降水和对应大气环流的变化特征。结果表明:华北地区夏季降水自20世纪70年代中后期开始明显减少,出现持续性干旱;华北地区上空的暖高压、鄂霍次克海地区的高压脊和西太平洋副热带高压是控制华北地区的主要环流系统。当华北地区降水偏少时,华北地区上空700hPa出现反气旋型环流异常,华北地区上空出现明显偏北风异常,且下沉气流加强,水汽出现辐散,200hPa高度上西风带偏南且减弱;反之,当华北地区降水偏多时,华北地区上空700hPa出现气旋型环流异常,并出现偏南风异常,上升气流加强,水汽输送辐合,200hPa上西风异常偏北加强。

2013年春季我国气候异常特征及其可能原因

2013年春季,全国平均气温较常年同期偏高1.0℃,平均降水量较常年同期偏多8.3%,但气温和降水空间分布不均,东北气温持续偏低,华北出现区域性气象干旱。分析表明:2013年冬春季北极涛动(Arctic Oscillation,AO)持续强的负位相;3和4月东北冷涡活跃,不仅频次偏多且强度偏强;同时,从2013年秋季开始东北地区积雪面积持续偏大,这些因子共同作用造成东北出现强的持续性低温。而2012年冬季以来西伯利亚高压持续偏弱,同时异常高脊控制我国北方大部地区,加之水汽输送不足,造成华北地区出现区域性气象干旱。

华北汛期降水多尺度特征与夏季风年代际衰变

研究了近50年华北汛期降水的频谱结构和演变特征及其与夏季风衰变之间的关系.小波分析表明华北汛期(7～9月)降水年际尺度成分约占总方差的85％,其演变代表了华北降水的基本走势.近30年降水年际尺度部分发生了很大变化,准5年谱消失,准2年谱逐渐减弱,1977年后降水年际变化十分微弱.与此同时,夏季风也呈现明显的年代际衰减.计算表明,华北汛期 850 hPa平均经向风的演变以年代际尺度成分为主,其演变特征与汛期降水非常相似,且与降水序列及其年际尺度序列都呈显著正相关,说明华北夏季风的年代际衰变可能是华北干旱的主要原因之一.此外,伴随20世纪60和70年代东亚季风的两次年代际突变,我国大部分地区都出现了年代尺度的旱、涝更替,而华北却从20世纪60～70年代的部分地区少雨发展成80～90年代的严重干旱.