2001—2020年新疆伊犁河谷植被主要生长季NDVI时空变化与水热因子关系研究

利用MODIS-NDVI数据,采用Theil-Sen中值趋势分析、Mann-Kendall检验及变异系数方法,对2001—2020年伊犁河谷植被主要生长季(5—9月)归一化植被指数(NDVI)的时空变化特征进行研究,结合气温降水数据采用相关性分析的方法,探究植被主要生长季的影响因素。结果表明:(1)伊犁河谷植被主要生长季NDVI在空间上存在明显的差异性,NDVI多年均值较高。(2)区域尺度上,NDVI年际变化趋势较为平缓;像元尺度上,微量减少和微量增加的面积占比较大,显著增加与显著减少的区域较集中,占比较小。(3)伊犁河谷生长季植被的稳定性较好,CV≤0.10基本分布在整个区域,0.3<CV≤1分布较集中。(4)伊犁河谷气温呈现上升的趋势,降水量呈现缓慢下降的趋势;NDVI年均值与年降水量显著相关(r=0.7644),与气温无显著相关;NDVI月均值与月气温均值极显著相关,与月降水量相关性不显著。

树轮记录的祁连山南-北侧过去约300年干旱对比研究

我国西北降雨少、变率大、干旱频率高、灾害事件频发,给社会经济造成严重后果。随着全球变暖,深入理解不同气候背景下区域干旱差异的长时间尺度特征,有助于更好地应对区域气候风险。本研究选取祁连山南、北侧5条对降水变化敏感的树轮宽度序列,依据轮宽指数划分干旱强度等级,统计干旱年份及数量,建立极端干旱年分布图表,探讨过去约300年(1701~2005年)祁连山南、北侧极端干旱事件的年际、年代际变化规律及原因。结果显示,1714年为整个研究区的干旱年;1706年、1721年、1727年、1824年和1960年为4个样点记录的极端干旱年,反映了祁连山大尺度上一致的极端干旱事件,显然18世纪祁连山区整体干旱;但过去3个世纪(1701~2005年),南、北两侧极端干旱事件在年际、年代际变化上又存在区域差异:南侧干旱期集中于18~19世纪,表现为干-干-湿,与20世纪60年代之后西北地区的干-湿转型极为吻合,而北侧干旱期集中于18世纪和20世纪,表现为干-湿-干的变化趋势,20世纪20~30年代及90年代多次出现极端干旱记录。在10年尺度上,南侧高频干旱期为1761~1770年,北侧为1711~1720年、1721~1730年和1921~1930年,北侧干旱期略频发;在30年尺度上,南侧高频干旱期为1701~1730年和1761~1790年,北侧高频干旱期为1701~1730年和1911~1940年,其中1701~1730年为南、北一致干旱期。极端干旱事件年与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和北大西洋涛动(NAO)指数的时序叠加分析初步揭示了ENSO事件对祁连山区域极端干旱的可能影响,但两者对区域干旱的影响机理仍需更多研究验证。

树轮记录的伊犁地区近354年帕尔默干旱指数变化

利用伊犁两个采样点的雪岭云杉树轮样本,采用X-Ray树轮密度分析方法,提取出7种树轮宽度和密度参数,建立了7种树轮参数的年表,并以其为基础进行气候序列的重建。通过相关分析发现1~8月的帕尔默干旱指数(PDSI)与树轮晚材宽度年表具有良好的相关性,相关系数达到0.66(建模期,1970-2005年)。利用树轮晚材宽度年表重建了过去354年来1~8月平均PDSI指数的变化,方差解释量高达48.6%(全时段,1940-2005年),且方程稳定。重建的1~8月PDSI指数序列与中亚广大地区PDSI指数的变化趋势比较一致,具有很强的空间代表性,而且西风环流对这一地区的干湿变化有重要影响。重建序列经历了6个偏湿阶段和5个偏干阶段。利用多窗谱分析,发现重建的伊犁地区PDSI指数序列具有64年(99%)、10年(95%)、8.3年(99%)、6.2年(95%)、4.3年(95%)、3.3年(95%)和2.1年(95%)的准周期变化。

树轮记录的贺兰山北部5—7月PDSI变化

利用采自贺兰山北部3个采样点的油松树轮样本,建立了区域树轮宽度年表。相关分析发现,5—7月的帕尔默干旱指数(PDSI)与区域树轮宽度差值年表(RES)具有良好的相关性。因此,利用RES重建贺兰山北部1759—2005年来5—7月的PDSI变化,重建方程的方差解释量达47.90%,且方程稳定。贺兰山北部5—7月的PDSI重建序列平均值为-0.41。重建结果揭示了20世纪20年代干旱事件和19世纪后期、20世纪中期两个显著湿润期的存在。

气候变暖背景下云南西北部大果红杉径向生长衰退及其气候驱动因子分析

气候变化背景下森林生态系统的内部结构和功能发生转变,并减弱了其固碳能力,评估与预测森林生态系统对气候变化响应势在必行。基于采自云南西北部的大果红杉树木年轮样本,建立树轮宽度标准化年表,运用相关分析、空间相关、波谱分析等方法,探讨了滇西北大果红杉径向生长的主控因子及其对气候变化的响应。结果表明:(1)温度是限制滇西北大果红杉树轮径向生长的主要因素,季节性高低温变化交替影响大果红杉树轮径向生长。(2)相对湿度变化与滇西北大果红杉树轮的径向生长紧密关联,对滇西北大果红杉树轮的径向生长起促进作用。(3)波谱分析结果显示滇西北大果红杉径向生长呈周期性变化,受ENSO等外强迫影响显著。(4)气候变暖背景下,滇西北大果红杉的径向生长出现衰退趋势。研究结果为加强云南西北部天然林保护和构建西南绿色生态屏障提供了基础性资料。

阿尔泰山历史时期气候水文变化特征分析

通过分析总结在中国阿尔泰山区域已取得的树轮气候学和树轮水文学研究成果,选取了5条气温重建序列,3条降水重建序列和2条径流量重建序列,对各序列在全频域、低频域和高频域的相关系数、序列的阶段变化、极值年份、周期等特征展开了讨论和对比,并对阿尔泰山气候的年代际变化进行了分析。结果表明:(1)目前在阿尔泰山开展的气温重建中,重建时段均在树木生长季内,5条气温重建序列显示在1690年代-1700年代、1730年代、1780年代-1790年代为偏冷时期,1710年代-1720年代、1800年代-1830年代、1940年代-1960年代及1990年代以来为偏暖时期。有3条序列指示1830年为暖年,1698年、1784年、1911年、1985-1986年为冷年。(2)3条降水重建序列显示,1830年代-1860年代经历了一段降水量相对平稳的时期,1870年代-1900年代为持续时间最长的干旱时期,1900年为干旱年。(3)2条径流量重建序列显示,1730年代和1810年代-1820年代为丰水期,1750年代和1870年代-1890年代为枯水期,降水量对哈巴河径流量有较大影响。(4)年代际气候变化分析显示,阿尔泰山在1830年代-1990年代以暖干为主,1990年代以后进入了暖湿时期。

气候变化背景下中亚干旱区大气水分循环要素时空演变

基于再分析资料,系统分析了1979—2018年中亚干旱区大气水汽含量、水汽收支、降水量、实际蒸发量等水分循环要素的时空变化特征。结果表明:(1)中亚水分循环要素空间差异明显,降水量和实际蒸发量在天山和帕米尔等山区及周边绿洲区为高值区,荒漠平原地区为低值区,而大气水汽含量相反。(2)1979—2018年中亚水汽含量呈微弱的减少趋势,变化速率区域差异明显,咸海周边区域明显减少,而新疆大部和天山山区明显增加;中亚地区水汽输送以纬向输送为主,经向输送相对较弱,不同区域水汽收支和变化有较大差异,其中西边界和北边界水汽输送减少,东边界和南边界水汽输送增加;水汽收支在中亚西北部、中亚南部、帕米尔高原和天山山区呈增加趋势,而中亚北部和新疆大部有减少趋势。(3)与水汽输送变化的表现不同,1979—2018年中亚降水量有增加趋势,为4.14 mm·(10a)^(-1),且年际波动较大,显著增加趋势分布在中亚北部、新疆大部和天山山区,而在中亚西北部和南部有明显减少趋势。(4)中亚实际蒸发量有微弱的增加趋势,在中亚北部、天山山区和帕米尔高原有明显增加,而在里咸海、中亚南部和新疆南部干旱地区明显减少。从季节来看,各水分循环要素季节变化与年变化时空分布特征基本一致。研究成果有助于进一步了解中亚干旱区大气水分循环演变及机理。

1951—2020年阿富汗气候变化特征分析

基于最新CRU TSV4.05格点资料,系统分析了1951—2020年阿富汗气候要素时空变化特征。结果表明:(1)阿富汗自西南向东北部分别为极端干旱、干旱、干旱-半湿润和湿润气候区,年平均气温及潜在蒸散量自西南部锡斯坦盆地向东北部瓦罕走廊地区递减,年降水量呈递增的空间分布。(2)近70 a,阿富汗年及四季平均气温表现为全区一致性地增加且西部增温率大于东部,其中春季的增温幅度最大;阿富汗降水量区域间及季节差异性大,年降水量呈微弱减少趋势[-0.43 mm·(10a)^(-1)],空间表现为自西南向东北呈“减少-增加-减少”变化;降水集中的冬、春季,降水量为减少趋势。(3)阿富汗潜在蒸散量大,1951—2020年呈显著的增加[5.59 mm·(10a)^(-1)],而空间变化与降水相反,中部兴都库什山年潜在蒸散量呈减少趋势;春、夏和秋季潜在蒸散量增加,冬季减少。(4)近70 a以来,干湿指数(AI)表征阿富汗干湿气候变化趋势不明显,以年际变化为主;空间变化表现为阿富汗西南部极端干旱的锡斯坦盆地干旱加剧,中部兴都库什山经历了“暖湿”化,而降水量最集中的瓦罕走廊地区呈“暖干”化;春季平均AI减小幅度最大,加剧了阶段性干旱风险。21世纪以来,阿富汗经历了气候暖湿化的时期,气温略增加,降水量急剧增多,而潜在蒸散量明显减小,尤以春季变化最为显著,这将对该地区农业生产、冰冻圈风险及水资源管理带来挑战。

博斯腾湖流域气候变化及其对径流的影响

利用博斯腾湖流域开都河、黄水沟和清水河的出山口水文站月径流量和气象站月平均数据,开展气候水文变化特征分析和径流变化对气候因子的响应研究。结果表明,博斯腾湖流域年际气候变化以气温上升为主,降水量增加趋势不显著;域内主要河流径流量持续上升。突变检验发现,三条入湖河流20世纪90年代之前径流量增加主要是域内降水量增加的结果,随后受气温上升导致冰雪消融加快也对径流量的增加有贡献。相关分析结果显示,博斯腾湖三条入湖河流年径流量变化主要受4、7月降水因子影响。此外,开都河的径流变化还表现出对8月气温和降水的显著响应,同时开都河流域集水区冰川的面积和占比均大于黄水沟和清水河流域,这表明冰川融水补给对开都河径流的影响大于黄水沟和清水河。所建立的气候因子—径流量多元线性回归模型,能够很好地模拟开都河、黄水沟和清水河的径流变化过程,证明了博斯腾湖流域水文变化受气候因子的显著影响。