基于Sen+Mann-Kendall的北京植被变化趋势分析

基于1998年到2011年长时序SPOTVEGETATION归一化植被指数数据,采用一元线性回归斜率变化法和Sen+Mann-Kendall法对北京地区的植被变化趋势做了时空分析。实验结果表明:在1998年到2011年期间,北京市城区、延庆县、怀柔区和平谷区的植被变化趋势显著上升;而植被恶化区则集中在北京市城区北部、东部和南部,并以马蹄形包围北京市区。两种方法实验结果在植被上升(下降)区域具有一致性。同时,Sen+Mann-Kendall法以其良好的抗噪性和对数据分布无要求性可广泛应用到其他区域的植被变化趋势分析中。

基于Sen+Mann-Kendall陕西省植被覆盖度时空变化规律研究

研究长时段、多尺度植被覆盖度时空格局变化及其影响因素对于监测陕西省环境变化,保障生态环境高质量发展具有重要意义。基于MOD17A3H数据、采用Sen趋势分析以及Mann-Kendall显著性检验,对陕西省2000—2019年植被覆盖度时空格局变化进行研究。结果表明:时间上,2010—2019年陕西省植被覆盖度呈波动增长趋势,植被生长环境不断改善;空间上,自北向南,植被覆盖度整体呈低-高-低-高分布,植被覆盖度年际变化趋势呈增-减-增-减分布,两者空间上具有一定互补性;Sen+Mann-Kendall方法对于异常值不敏感,对于数据分布无要求,可以广泛应用到植被覆盖度变化趋势分析中。

水文多变量趋势分析的应用研究

水文频率分析需要进行一系列的假设,包括一致性、同分布性和独立性。由于水文事件通常都包含多个水文变量,例如洪水过程包含洪峰和洪量,低径流过程包括年最小月径流和年最小3个月径流等,因此近年来多变量水文分析与计算方法在水文领域中得到广泛应用。然而,多变量频率分析并未对上述假设进行检验,而是直接对频率分布进行函数拟合,不能保证得到的频率分布函数符合实际情况。引入水质研究领域内广泛使用的多变量MK检验方法,分别对长江上游干支流主要控制站点的年最大洪峰、年最大7d洪量和年最低月径流、年最低3个月径流的单变量和联合变量进行变化趋势分析。结果表明,单变量趋势分析仅仅能够检验出单个变量的变化趋势,而多变量趋势分析则能够综合检验出联合变量是否存在变化趋势。因此,为保证水文频率分析结果的准确,有必要在进行多变量水文频率分析前对单变量和联合变量进行趋势分析。

1952-2008年延河流域降水与径流的变化趋势分析

利用延河流域控制站甘谷驿水文站流量实测数据及流域内5个县级气象站降水观测数据,分析了1952-2008年间甘谷驿水文站以上延河流域降水与径流的年内、年际变化特征,并运用滑动平均法、Mann-Kendall趋势检验法和Sen斜率估计法对延河流域降水、径流的变化趋势进行了分析。结果表明,延河流域汛期降水量和径流量分别占全年降水量和径流量的72%和64%。20世纪50年代至90年代,径流变化过程基本与降水过程一致,但到了21世纪初期,降水量呈先升后降的变化趋势,而径流量呈下降趋势。1952-2008年间流域降水量呈微弱的减少趋势,而冬季降水却以0.18mm/a的幅度显著递增。甘谷驿站汛期径流量以99.25万m3/a幅度显著降低。从径流的季节变化上来看,春季降低趋势不显著;夏秋两季径流分别以83.83万m3/a和26.16万m3/a的幅度显著减少;而冬季径流以15.62万m3/a的幅度显著增加。虽然相关分析表明降水变化与径流变化有较好的相关关系,但人类活动对径流的影响不容忽视。

基于日尺度旱涝急转指数的重庆市旱涝急转事件演变特征分析

为准确地反映旱涝急转事件的“突发性”与“交替性”特征,对重庆市34个气象站采用日尺度旱涝急转指数DWAAI提取1960—2018年旱涝急转事件,根据重庆市的实际情况划分不同强度旱涝急转事件对应的DWAAI数值范围,探究不同强度旱涝急转事件发生频次的时空演变特征。结果表明:重庆市旱涝急转事件以旱急转涝为主,旱急转涝事件占旱涝急转事件累计次数的85%,主要发生在4—9月,多年平均次数为22.64站次,其中,中度、重度事件占所有旱急转涝事件的11.7%、2.9%;旱急转涝事件频发于重庆市西部、中部及东北部区域,发生频次的变化趋势不显著;涝急转旱事件主要发生在7—9月,多年平均次数为5.60站次,轻度、中度事件占所有涝急转旱事件的92.9%、7.1%;涝急转旱事件在重庆市东南部、中部以及东北部区域的西部地区(如开县)频发,频发地区的发生频次总体呈增加的趋势。研究成果可为保障重庆市及相关地区水安全、加强防旱抗涝减灾工作提供理论基础。

2000—2040年黄河流域(河南段)生境质量时空格局演变及驱动力分析

实现经济发展与生态保护的共赢是一个世界性难题。随着经济社会的发展,人类活动强度对区域生境质量产生不同程度的影响,在欠发达地区这种影响往往是负面的,因此实现人口稠密的欠发达地区经济发展与生境保护相结合具有重要意义。以黄河流域(河南段)为例,基于InVEST模型生境质量模块与PLUS模型对该区域2000—2021年(历史时期)生境质量时空演变特征进行分析,并以5年为步长对2025年、2030年、2035年和2040年的生境质量进行模拟。研究结果表明:(1)历史时期研究区生境质量均值下降了0.05,呈下降趋势,生境质量高值区集中分布在研究区西南和西北部的山地,呈西高东低的分布格局。(2)历史时期研究区44.74%区域生境质量显著下降,下降区域分布在城乡建设和道路扩张用地区域,西部山区此趋势最为突出。33.81%区域生境质量显著上升,上升区域分布在东部耕地区域和西部林地。研究区生境破碎化趋势加强,海拔与植被等自然要素对区域生境质量水平影响显著,与生境质量水平正相关。(3)2025—2040年不同土地利用情景下的未来生境质量格局差异明显,生态保护情境下生境质量水平呈上升趋势,耕地保护情景下生境质量均值稳定中呈现小幅度提升,城市发展情景下生境质量均值呈现明显下降趋势,不同发展情景下人类活动对区域生境质量影响显著。本研究有助于进一步了解区域生境质量的发展趋势与对土地利用变化的响应。

基于参数最优地理探测器的福建省植被NPP时空分异及驱动力探究

植被净初级生产力(NPP)是生态系统碳循环的重要组成,研究其时空尺度的变化和驱动机制,对生态系统的可持续发展具有重大意义。选取MOD17A3HGF植被NPP数据、土地利用、地形、气象和社会经济数据,通过Sen+MK趋势分析、Hurst指数、最优参数地理探测器等方法,分析2000-2020年福建省植被NPP时空变化特征及未来趋势,并探究植被NPP空间分异的驱动因子。结果表明,1)2000-2020年福建省植被NPP呈波动状缓慢下降,多年均值为843.71 gC·m^(-2)·a^(-1);灌木植被NPP的多年均值926.54 gC·m^(-2)·a^(-1),是生产力最强的土地利用类型;植被NPP主要集中在600~900 gC·m^(-2)·a^(-1),处在该范围的区域占全省总面积的52.09%~66.23%。2)福建省北部、东南部植被NPP多为显著上升,而中部和西南部主要为显著下降;未来植被NPP变化趋势以反持续性为主(53.25%),应重点关注闽北山地与闽江下游区域。3)造成植被NPP空间分异的驱动因子平均解释度高低排序为降水量>气温>土地利用>夜间灯光>人口密度>坡度>高程>国内生产总值,双因子交互中最高解释度为气温∩降水量(0.282),自然因子间的交互作用影响更大。

三种趋势分析法在东帕米尔高原降水特征分析中的应用

基于东帕米尔高原3个气象站近58年(1961—2018年)逐月降水量资料,借助创新性趋势分析(innovative trend analysis,ITA)法、Mann-Kendall(M-K)非参数检验和Sen’s斜率估计法分析了东帕米尔高原降水量的变化趋势。结果表明:三种分析方法得出的结论具有一致性,近年来东帕米尔高原降水量呈增加趋势。Sen’s斜率估计法分析得出有69.44%的月份降水呈增加趋势,11.11%的月份呈减少趋势;M-K法分析得出有75%的月份降水呈增加趋势,22.22%的月份呈减少趋势;ITA法分析得出有94.44%的月份降水呈增加趋势,5.56%的月份呈减少趋势。三种方法在分析过程中也存在着差异性,如利用Sen’s斜率估计法分析塔什库尔干气象站点时有5个月无变化趋势,与其他两种方法分析结果差异较大。而ITA和M-K法较为准确地辨识时间序列的变化趋势,且不受异常值影响;三种分析方法中,显著性趋势最强的是ITA法,其次是M-K法,Sen’s斜率估计法表现较为一般。其中,ITA分析法有63.89%的月份通过了0.10的显著性水平检验,M-K有25%的月份通过了0.10的显著性水平检验。相较于传统分析方法,ITA的优势在于,它能够给出不同月份不同级别降水量增加或减少的范围和趋势,所以可以有效地识别传统检验无法确定的隐藏的微趋势,更有助于分析水文气象方面数据系列的变化趋势。

山东省沿黄九市生态分析评估

为揭示2000—2020年间山东省沿黄九市生态质量的时空变化,本研究利用GEE平台,基于MODIS产品影像集计算了遥感生态指数(RSEI),并结合Theil-Sen Median对研究区的生态质量进行趋势分析。结果表明:1)2000—2020年间,沿黄九市的RSEI整体呈现出中和良等级,且南部高于北部,西部高于东部。生态环境质量整体向好发展;2)沿黄九市RSEI提升的面积占研究区总面积的65.78%,其中显著提升的面积占18.40%。RSEI降低的面积占研究区总面积的20.33%,其中显著降低的面积仅占0.27%。研究表明,山东省沿黄九市生态质量呈整体好转、局部退化现象。研究结果可为研究区域生态环境治理提供一定的参考。

长江上游气温、降水和干旱的变化趋势研究

基于长江上游1962~2012年的85个气象观测站的实测数据,统计分析了该区域气温和降水的变化趋势,并结合SPEI(standardized precipitation evapotranspiration index)指数评价分析了干旱的变化趋势。研究结果表明:长江上游年平均气温呈现上升的趋势,增温率为0.195℃/10a,秋、冬平均气温呈现明显的上升趋势;多年平均气温最高的地区集中在长江上游的南部和东部,西北部最低;多年平均年降水量变化趋势不显著,降水季节性变化差异比较大,春季和冬季的降水量呈现上升的趋势;多年平均年降水主要集中在东部地区,西北部最低。SPEI指数的分析结果显示,长江上游区域干旱状况整体呈现加剧的趋势,干旱次数和干旱程度均加剧,长江上游东部地区干旱趋势最为严重,西北部地区呈现变湿趋势。

2015-2100年黄土高原四季气候变化的时空分布趋势预测

[目的]研究黄土高原2015-2100年四季气候的时空变化及趋势,为该区应对全球气候变化制定适应性策略时提供科学依据。[方法]基于27个GCMs 2015-2100年逐月气候数据集,利用Delta空间降尺度方法对该数据集在黄土高原地区进行降尺度处理并评价,最后采用距平、Mann-Kendall趋势检验和Sen’s斜率估计方法分析该区未来时期四季气候变化的时空分布特征。[结果]①所用27个GCMs,最适合模拟黄土高原未来时期四季月均温和月降水量降尺度的气候模式分别是NorESM1-M和GFDL-ESM2M模式。②2015-2100年该区四季均温只有典型路径(RCP)2.6情景下的春季、秋季无显著变化趋势,其余情景下均呈显著上升趋势;四季降水量只有RCP4.5和RCP8.5情景下的春季呈显著上升趋势,其余排放情景下均无显著变化趋势。③3种RCP情景下,四季均温在21世纪初期、中期和末期相比于气候平均值均是增加的,降水量只在春季均是增加的。④3种RCP情景下,四季均温和降水量趋势在空间分布上具有很大差异。[结论]黄土高原区域气候对全球气候变暖有显著响应,对于造成未来时期黄土高原区域特定季节下气候变化的成因等问题,还需展开进一步的研究。

攀枝花市区5—7月人体舒适度变化趋势研究

选用攀枝花市区1977—2009年5—7月逐日平均气温、平均相对湿度和平均风速资料,计算攀枝花市区的人体舒适度指数,并利用线性趋势系数、多项式以及MK突变检验等方法分析攀枝花市区的舒适程度和舒适度指数变化规律。结果表明：攀枝花市区舒适度指数绝大多数处于5~6级,占到总统计天数的96.9%;攀枝花市区舒适度指数5级、6级的天数年际变化大,但5级、6级舒适度指数的合计天数比较稳定;攀枝花市区舒适度指数在所选取的3个要素中,与平均气温相关性最高,与风速相关性次之,与相对湿度相关性最低;攀枝花市区5级舒适度天数从1979年开始具有显著的下降趋势,而6级舒适度天数在同一时期开始具有上升趋势,但并不显著,2007年以后,两种趋势都发生了逆转。

攀枝花市区33年气温变化趋势研究

本文利用攀枝花市区1977～2009年年平均气温、年平均极端最高气温、年平均极端最低气温以及逐日最高气温资料,运用气候趋势系数、累计距平、MK突变检验等方法研究分析了攀枝花市区气温变化趋势,主要结论有:(1)33年来该地区年平均气温呈现弱的下降趋势,与全球升温趋势相悖。(2)年平均极端最低气温升温趋势率为0.24℃/(10a),大大高于年平均极端最高气温升温趋势率0.09℃/(10a)。(3)高温日数及热积温均呈下降趋势,其中热积温下降趋势率为8.4℃/(10a)。(4)市区炳草岗年平均气温相对稳定,不存在突变现象。

2001-2100年中国降水时空格局及其趋势分析

使用长时间序列高空间分辨率的降水数据集,基于突变检测和趋势分析方法,揭示2001-2100年中国的降水时空格局及其变化趋势.结果表明,历史时期(2001-2020年)中国的降水量呈小幅度上升趋势,未来时期(2021-2100年)SSP119、SSP245和SSP585气候情景下中国的降水量均呈上升趋势.历史时期中国40.4%的区域年降水量在2008年发生显著突变,未来时期3个气候情景下,年降水量分别在2055、2065和2075年前后发生显著突变.历史时期中国中部及东北部年降水量显著上升,云南东部、广西南部年降水量显著下降,在年降水量突变前、后,显著上升的区域分别占6.75%和3.73%,显著下降的区域分别占2.64%和0.31%.未来时期3个气候情景下年降水量显著上升的区域占比分别为19.61%、79.75%和84.18%, SSP119情景下新疆西部年降水量显著下降, SSP245和SSP585情景下未检测到年降水量显著下降区域.在年降水量突变前, SSP585情景下年降水量显著上升的区域最大, SSP245情景下未检测到年降水量显著上升区域, SSP245情景下年降水量显著下降的区域最大;在年降水量突变后, SSP585情景下年降水量显著上升的区域最大, SSP119情景下年降水量显著下降的区域最大.

1951—2019年阜新市气温变化特征及R/S趋势分析

应用Morlet小波分析等气候诊断方法,对阜新地区近69年气温变化进行分析,结果表明:(1)从线性趋势分析得出,阜新市近69年各类气温(除气温年较差外)都呈现出上升趋势。(2)在周期分布上,平均最低气温和极端最低气温的第一主周期在69年以上,第二主周期呈现20~25 a的振荡周期。而其它气温的第一主周期为18~26 a。(3)从突变检验分析得出,20世纪50年代气温年较差和极端最低气温均出现了突变点;21世纪20年代气温又呈现出激烈的震荡,极端最高气温和极端最低气温在此期间均出现了不止一个突变点。(4)在未来趋势上,由Hurst指数分析得出,未来气温变化趋势并不明显。

区域降雨变化趋势及规律分析——以龙游县为例

由全球变暖引起的环境变化会导致区域水资源的变异,识别处理这些变异对于区域水资源管理至关重要。为研究区域水文要素变化趋势及规律,采用Mann-Kendall检验法以及小波分析方法对近60 a降雨资料进行分析,确定了趋势变化、周期变化以及突变时间,识别了未来龙游县气候变化趋势。

祖厉河流域水资源演变趋势分析

选用祖厉河3个控制水文站自建站至2010年监测整编流量资料,运用数理统计方法及MK检验方法分析了祖厉河近50余年来水资源演变趋势。分析结果表明,祖厉河自20世纪80年代至2010年水资源呈持续减少趋势,尤其是进入21世纪的头10年减少趋势仍以显著水平持续。

塞罕坝森林生态系统对区域温度降水变化的影响

森林是地-气之间物质运移和能量传递的高效接口,能够影响局地的气候特性。运用MK趋势检验和突变点识别、小波分析方法,选取塞罕坝地区为研究对象,以围场县和多伦县为参照对象,获取3个气象站的温度和降水资料,分析了各站1961—2020年的年降水、月降水、年均温、年最高温、年最低温、月均温的演变规律,对比得到塞罕坝森林对局地气候特性的影响。结果表明,林地对温度的影响表现在:年际尺度上,林地能够降低局地年均温、最高温、最低温,森林虽然改变不了局地升温的变化趋势,但能推迟升温的起始时间,并加强年均温的短周期变化;季节和月尺度上,林地能够维持春末夏初温度稳定、长时间尺度没有升降趋势、缩小年际间7月平均温的差异,却拉大冬夏季的温差,在冬季林地更易于出现低温。林地对降水的影响表现在:年际尺度上,林地能够减缓降水量的年际间波动,同时使局地降水增加更快;林地的存在打破了降水的周期性,使降水表现出非周期性变化;季节和月尺度上,林地减小了年内降水的集中程度,同时减缓了6—7月降水的变化趋势。

1961-2016年中国冰雹日数时空演变特征

采用1961—2016年2 481站的冰雹日数数据,利用多种统计方法分析了中国及七大地理分区的冰雹日数时空分布特征和周期变化规律。结果表明:1961—2016年中国整体及其不同区域的冰雹日数整体均呈减少趋势,且西藏(东南)地区明显高(低)于其他6个分区和全国平均水平。全国和七大地理分区的年均冰雹日数在5年以下和30~60年尺度上的振荡周期相对显著,且大致都在1990s中期至2000s中期发生突变。中国冰雹事件多发区域比较稳定,且在分布上西部地区较多,东部地区较少;地表复杂地区较多,地表单一地区较少;高原和山地较多,平原较少;迎风坡较多,背风坡较少。2000s和2010s为全国冰雹日数偏多的年代,而1960s和1990s则偏少。1961—2016年全国年均冰雹日数呈增加趋势的地区分布较少,而呈减少趋势的地区主要集中在西藏、青海南部及东北部、四川西部、新疆西北部、内蒙古中部及其交界的河北北部、内蒙古东北部、黑龙江中部和吉林东部地区。全国年均冰雹日数波动特征从东南沿海向西北内陆呈现"两端高、中间低"的分布特征。波动较大的地区主要分布在华东、华南、华中、重庆、四川东部、陕西南部、内蒙古西部、新疆东部及其交界的甘肃地区、新疆南部及其交界西藏地区。

淮河流域降雨集中度的时空演变规律分析

基于淮河流域内30个常规气象站点1957-2008年的逐日降水资料．计算了淮河流域内各站点长期降雨集中度（LCI）和逐年降雨集中度（ACI）。在此基础上，分别采用Mann-Kendall趋势检验法和Sen’s坡度检验法检测了ACI时间上的变化趋势。并采用Pettitt检验找出ACI突变的年份。同时，采用反距离权重插值法分析了淮河流域LCI的空间分布规律和ACI在时间上的变化趋势。结果表明。在淮河上中游区LCI值偏小，降水分布较平均，而在沂沭泗河流域和淮河下游区LCI值偏大，降水较集中。降水极值情况发生的频率相对较高；淮河流域上ACI的年际变化较大．整体呈下降趋势，其中60％的站点下降趋势显著，在流域的大部分地区，降雨ACI均有明显的突变，集中发生于20世纪70-80年代初。