中国西北地区降水量及极端干旱气候变化特征

采用1960—2011年西北地区111个观测站逐日气象资料,利用FAO Penman-Monteith模型,计算出各气象站的潜在蒸散量,由此计算出各站的湿润指数,并对其进行标准化,统计极端干旱发生频率。对西北全区和不同自然区的降水量及极端干旱发生频率的时空变化特征进行了探讨分析。结果表明:近52年来西北全区年降水量变化倾向率表现出微弱的上升趋势,平均每年上升0.17 mm。由该区年降水量变化的空间差异,可将研究区划分为3个部分:明显增加区、轻度增加区、减少区。西北全区极端干旱发生频率的平均值为3.8月/a,气候变化倾向率总体上表现出明显的下降趋势,平均每年下降0.011月。根据西北地区极端干旱发生频率变化的空间差异,也可将研究区划分为3个部分:明显减少区、轻度减少区、增加区。极端干旱发生频率与降水量和平均气温表现为显著的负相关性,与无雨总日数呈现出显著的正相关性。

黄土高原半干旱区马铃薯产量对气候变化的响应

为探讨气候变化背景下,黄土高原半干旱区马铃薯生育期气象要素的变化规律及其对马铃薯生长发育的影响,本研究基于黄土高原半干旱区定位观测试验,结合气象要素观测资料,研究了半干旱区马铃薯产量对气候变化的响应。结果表明,1960—2020年61 a间,马铃薯生育期气温和积温显著升高,气候倾向率分别为0.32℃·10a^(-1)和48.14℃·10a^(-1)(P<0.01);降水量波动减少,气候倾向率为3.97 mm·10a^(-1)(P<0.05);日照时数显著减少,气候倾向率为10.92 h·10a^(-1)(P<0.05)。但2005—2020年16 a间,马铃薯生育期气温显著下降,气候倾向率为-0.54℃·10a^(-1)(P<0.01),各生育时期气温均呈下降趋势,其中块茎膨大~成熟期气温下降最明显,气候倾向率为-1.18℃·10a^(-1),通过0.01水平显著性检验;马铃薯生育期降水量增加显著,气候倾向率为13.89 mm·10a^(-1)(P<0.01),各生育时期降水量变化不同,播种~出苗和块茎形成期降水量呈显著减少趋势,气候倾向率为12.32 mm·10a^(-1),出苗~分枝期和块茎膨大~成熟期降水量呈显著减少趋势,气候倾向率为11.22 mm·10a^(-1)和35.26 mm·10a^(-1)。近16 a来,马铃薯生长日数延长、产量下降,产量与全生育期气温、块茎膨大~成熟期气温和积温呈显著负相关(P<0.05),产量与降水量呈极显著正相关(P<0.01),马铃薯生育期适宜降水量阈值为315.7 mm。马铃薯生育期气温及降水量、块茎形成期降水量和播种~出苗降水量是影响马铃薯产量的关键因子。该研究可为黄土高原半干旱区马铃薯种植应对气候变化及产业健康发展提供重要参考。

石羊河流域气候变化及其对植被指数的影响

研究气候变化对植被覆盖的影响,对干旱区生态环境保护具有重要意义。以石羊河流域2000-2020年逐月气温、降水、日照、蒸发和NASA GIMMS归一化植被指数(NDVI)资料为基础,首先运用线性趋势法分析了气温、降水量、日照时数、蒸发量与NDVI的年、季节变化趋势,然后采用相关系数法研究了气候要素对NDVI的影响。结果表明:石羊河流域及各地年气温呈明显上升趋势,春、夏、秋季气温呈上升趋势,冬季(除民勤外)呈下降趋势;全流域及永昌、古浪、天祝年降水量呈增多趋势,民勤、凉州呈减少趋势,各季节降水量变化趋势不太一致;年日照时数除古浪呈增多趋势外,全流域及其他各地呈减少趋势,各季节日照时数变化趋势很不一致;年蒸发量除凉州呈减少趋势外,全流域及其他各地呈增多趋势,各季节蒸发量变化趋势也不太一致。石羊河流域及各地年NDVI呈显著增长趋势,除凉州春季外,各季节也呈增长趋势。年、季气温和降水量与NDVI基本呈正相关,气温、降水量对NDVI具有正贡献。年、季日照时数和蒸发量与NDVI相关性的正负差异较大,总体来看,日照时数对NDVI具有负贡献,蒸发量对NDVI具有正贡献。研究结果将为石羊河流域提高气候资源的利用率、调整种植结构和改善生态环境提供科学的参考依据。

黄土高原半干旱雨养农业区冬小麦气候适宜度评价——以通渭县为例

气候适宜度可以表征气候条件对作物生长发育的影响程度。利用黄土高原半干旱区通渭县近40 a气象资料和农业气象观测资料,基于模糊数学方法,根据冬小麦各发育时段对温度、水分、光照的需求,对黄土高原半干旱雨养农业区冬小麦全生育期气候适宜度进行评价。结果表明:通渭县近40 a冬小麦全生育期温度适宜度为0.58,停止生长—返青期的温度适宜度最高,达0.95,三叶期—停止生长的温度适宜度低,仅为-0.42,年际间差异小,全生育期温度适宜度以0.019/10 a的速率上升;水分适宜度为0.46,乳熟期—成熟期的水分适宜度最高,为0.66,其次为返青期—拔节期,为0.63,年际间差异大,全生育期水分适宜度以0.017/10 a的速率上升;光照适宜度为0.62,三叶期—停止生长和返青期—拔节期的光照适宜度最高,为0.68,乳熟期—成熟期最低,为0.51,全生育期光照适宜度以0.011/10 a的速率上升;综合适宜度为0.54,返青期—拔节期的综合适宜度最高,为0.70,三叶期—停止生长最低,为-0.36,全生育期综合适宜度以0.014/10 a的速率上升。冬小麦产量与抽穗期—乳熟期温度适宜度、乳熟期—成熟期水分适宜度、乳熟期—成熟期综合适宜度呈显著相关。气候适宜度能够较准确地反映出黄土高原半干旱雨养农业区冬小麦生育期内气象条件的优劣变化。

河西走廊东部不同气候态气温变化及其对气候评价的影响

河西走廊东部是气候变化的敏感区,其气候态的更替对气候评价影响较大。采用河西走廊东部5个国家气象站的1961─2022年逐月气温数据,对比分析河西走廊东部1961─1990年、1971─2000年、1981─2010年和1991─2020年4个气候态气温的差异及其对气候业务评价的影响。结果表明:全区域及各地4个气候态年平均气温均呈升高趋势,P2(1971—2000年气候态)~P4(1991—2020年气候态)气温升高趋势均极显著。从4个气候态气温的差值来看,全区域及各地年、季、月气温基本一致升温,除P3(1981—2010年气候态)和P4外,其他气候态表现为冬季升幅最大,夏季升幅最小,各月升温差异较大,同一季度、同一月份气温升幅存在明显空间差异。气候态平均值更替后,河西走廊东部气温距平明显偏大的特征弱化了,其等级由正距平向负距平方向调整,P1(1961—1990年气候态)~P4年平均气温评价等级高达56%~87%向偏低一级转变,冷冬年份增多17~28 a,暖冬年份减少15~23 a。本研究将为了解河西走廊东部气温的变化规律以及气候业务、决策服务和气象科学研究提供参考依据。

天水市干旱气候变化特征及粮食作物结构调整

分析了天水市1960—2005年干旱气候特征,包括温度、降水等气候因子及土壤水分、干旱频次等变化特点。结果表明,20世纪90年代为近46a来降水的最低值,进入21世纪后,降水变率明显增大。气温自20世纪60年代总体呈上升趋势,特别是90年代以来上升趋势明显,土壤蒸散发加大。20世纪90年代土壤含水量最少,水分亏缺最为严重,春旱、初夏旱、伏旱出现几率最多。根据46a来干旱气候变化特点及其对主要粮食作物生长的影响,引进影响系数,对主要夏、秋粮作物种植风险程度进行评估,并运用线性风险决策模式,提出适应干旱气候特点的当地主要粮食作物种植比例调整方案。

气候变化对半干旱雨养农业区春小麦生长的影响

利用甘肃省定西农业气象观测站1986—2004年的观测资料,就气候变化对黄土高原半干旱雨养农业区春小麦生长的影响进行了初步探讨。结果表明,近19年来该地区气候变化呈现暖干化趋势,春小麦对气候变化的响应表现在生长季提前、生长期缩短、产量下降。相关分析也显示,降水量对春小麦生长的影响程度要高于温度。在春小麦整个生长发育过程中,其阶段生长和产量对气候变化的响应不完全一致:气候变化使该地区春小麦出苗期、拔节期、抽穗期和成熟期的出现时间均提前,而乳熟期出现时间推迟,导致播种—出苗期的营养生长阶段缩短、出苗—拔节期的营养生长阶段延长、拔节—抽穗期的生殖生长阶段缩短,抽穗—乳熟期的生殖生长阶段延长,乳熟—成熟期的生殖生长阶段缩短,最终造成全生长期缩短。出苗—拔节期、抽穗—乳熟期降水量减少对春小麦产量下降有显著的正效应(P<0.05),拔节—抽穗期的增温对产量有极显著的负影响(P<0.01)。预计随着未来全球气候进一步的变暖和半干旱区降水量的减少,将会更加严重影响春小麦的生长发育。

中国干旱事件成因和变化规律的研究进展与展望

干旱是世界上危害最广泛、最严重的自然灾害之一。中国地处典型季风气候区,干旱灾害的影响尤为突出。国际上对干旱问题已经进行了大量研究,逐渐由对干旱的定性和表象的认识发展到对干旱客观特征的定量认识和形成机理的深入揭示。自新中国成立以来,中国从以往仅对一些重大干旱事件的零散认识逐步发展到与国际干旱研究的完全接轨,干旱研究取得了长足进展。但是,目前对干旱研究取得的科学进展缺乏客观全面的整体认识,对干旱研究的发展方向尚未能充分洞察。为此,基于国际干旱研究现状,系统回顾了新中国成立以来中国干旱研究的历程,总结了中国干旱研究的重要进展,划分出了干旱事件的现象特征和时空分布、干旱形成机理及变化规律、干旱灾害风险和骤发性干旱研究兴起等中国干旱研究的4个主要发展过程。并从干旱事件特征、干旱时空分布、干旱变化规律、干旱成因、干旱影响机制、干旱风险形成过程以及干旱对气候变暖的响应、骤发性干旱的特殊性等方面归纳凝练了中国干旱研究的主要成果。同时,结合干旱研究的国际前沿、热点问题和发展趋势,科学分析了中国干旱研究的不足和问题,提出了中国未来干旱研究需要在加强典型干旱频发区综合性干旱科学试验研究的基础上,对干旱形成的多因子协同影响、陆-气作用对干旱形成发展的作用、骤发性干旱的判别及监测预测、各类干旱之间转换规律及其非一致性特征、关键影响期对农业干旱发展的作用、干旱对气候变暖响应的复杂性、干旱灾害风险的科学评估等重点科学问题上取得突破。

近50年来西北半干旱区气候变化特征

选用西北半干旱区33个气象站1951-2004年温度、降水、相对湿度、风速、蒸发量等气象观测资料,分析主要气候要素变化规律,揭示了近50年来西北半干旱区气候变化的一些新特征。结果表明,西北半干旱区降水量近50年来年际变化趋势除个别地方外绝大多数地区呈下降趋势,降水量变化曲线线性拟合倾向率在-59.168～-1.143 mm/10 a之间,秋季降水量减少最多,春季次之,而夏季部分地区和冬季大部分地区降水量呈略增趋势。降水量存在3年、6～8年的周期振荡特征,3年周期振荡在1962-1966年为中心的局部时段内最强,之后逐渐减弱。6～8年振荡在1980-1985年为中心的局部时段内最强。气温距平呈上升趋势,气温距平变化曲线线性拟合倾向率在0.074～0.507℃/10 a之间,大部分地区呈先降后升型,转型时间为20世纪60年代后期至70年代前期。冬季气温增高最多,秋季、春季次之,夏季陕、甘、宁交界区及陇中地区气温增高而其余地区气温距平略呈下降趋势。相对湿度近50年来年呈波动变化。平均风速近50年来年际变化趋势除个别地方略增外,其余各地均呈下降趋势。蒸发量近50年来年际变化趋势除个别地方呈上升趋势外,其余各地蒸发量呈下降趋势。

气候变化对中国农业旱灾损失率的影响及其南北区域差异性

在全球变暖背景下,干旱灾害对中国农业生产的影响日益严重,然而由于旱灾损失的复杂性及其显著的区域差异,至今对中国农业旱灾损失规律及其影响机制的认识十分有限。文中利用1961年以来中国农业干旱灾害的灾情资料和常规气象资料,系统分析了近50年来中国农业干旱灾害不同受灾强度分布比率和综合损失率等指标的变化趋势及其在北方和南方的区域差异,研究了20世纪90年代的气温突变对农业旱灾损失率的影响特征,探讨了农业旱灾综合损失率对气温和降水等气候要素变化的依赖关系及其在气候空间的分布特征。结果发现,在气候变化背景下,近50年来中国农业旱灾综合损失率平均每10 a约增加0.5%,风险明显增大。而且,北方综合损失率每10 a约增加0.6%,高出南方1倍,风险增大的速度明显比南方快;北方农业旱灾几乎在很宽松的气温条件下就可以发生,而南方更多发生在气温较高的年份。并且,在气温突变后,变化趋势明显加剧,全中国综合损失率约增加了0.9%,风险明显增高;而且北方综合损失率的增值高达1.8%,是南方的4倍还多,气候突变对北方农业旱灾风险的影响明显比南方更凸出。综合损失率在北方对降水变化的响应要更敏感,而在南方对气温变化的响应更敏感。同时,关键影响期降水对综合损失率的影响比全年降水影响更显著;北方的关键影响期作用比南方更凸出。这些新的科学认识对中国农业旱灾防御具有重要意义。

中国西北干旱半干旱区年平均气温的时空变化规律分析

利用中国西北干旱区138个测站,近46年历年平均地面月气温资料,采用线性趋势分析、多项式拟合、EOF、REOF、Mann-Kendall、子波分析等方法,分析了干旱区年平均气温对气候变暖的响应。结果表明:(1)中国西北干旱半干旱区年平均气温近46年增温率为0.34℃/10 a。新疆西部、青海高原东部的部分地方受大地形背风坡影响有不显著的上升趋势,其余大部分区域增温显著,同步响应全球变暖。(2)年平均气温标准差分布不均匀。除南疆和海东-陇南一带相对较小,该区其余大部分区域年平均气温的年际变化稳定性差。(3)蒙陕甘宁-塔里木盆地是该区气温变化最敏感的区域。年平均气温的演变在干旱半干旱区一致性程度较高。从20世纪70年代初期开始发生降温-升温转型,1986年有一次显著突变,其后气温达到一个更显著的增暖时期;全区性的前10个偏热年,全部出现在20世纪90年代及以后,各分区的异常偏热年,大多数也出现在1990年以后;气温异常变化存在5年和10年左右的周期,从15年以上的变化层次来看,气温趋势还在偏高的位置。(4)年平均气温存在演变的地域差异,蒙新区和陕甘宁青区南北变化相反。(5)根据REOF分析将该区年平均气温异常细分为北部区、高原区、南疆区和东部区4个分区。西部干旱半干旱区年平均气温的转折存在区域差异,高原和南疆区单调增暖,无明显转折,北部区的转暖时间比较低纬度的东部大致要早5年左右。受高原"启动区"影响,其它区的突变比高原要晚3～10年,其它区的年代际变化比高原要晚1～2年。

黄土高原半干旱区气候变化对春小麦生长发育的影响——以甘肃定西为例

利用黄土高原半干旱区春小麦生长发育定位观测资料、加密观测和对应平行气象观测资料,分析气候变化对春小麦生长发育的影响,以及春小麦穗干重生长与气象条件的关系。结果表明,研究区域降水量年际变化呈下降趋势,降水量变化曲线线性拟合倾向率为-15.796 mm/10a。降水量存在3 a、6 a的年际周期变化。气温年际变化呈上升趋势,气温变化曲线线性拟合倾向率为0.362℃/10a。作物生长季干燥指数呈显著上升趋势,干燥指数变化曲线线性拟合倾向率为0.12/10a,20世纪90年代初至2009年明显趋于干旱化。春小麦播种到成熟约需110—130 d,期间≥0℃积温为1500—2000℃,降水量为150—200mm,日照时数为800—1300 h。春小麦在播种后38 d开始,穗干重由缓慢生长转为迅速生长阶段;在播种后50 d,穗干重生长速度最大;播种后63 d开始,穗干重生长从迅速生长又转为缓慢生长。对春小麦生长发育全生育期而言,受气候变暖的影响,乳熟—成熟期每10 a缩短2—3 d、全生育期每10 a缩短4—5 d。气温对春小麦产量形成除出苗期和成熟期外,其余为负效应,孕穗期对气温变化十分敏感;降水量的影响函数同热量的影响函数呈反相位分布,除出苗期和成熟期降水量为负效应外,其余时段降水量对春小麦产量形成均为正效应,春小麦拔节—抽穗期对降水量变化十分敏感。

1961-2008年中国西北东部旱涝异常分布及干旱变化特征

应用主成分分析和旋转主成分分析方法,利用陕、甘、宁、青四省(区)170个测站,对1961-2008年大气干旱指数S=ΔT/δT-ΔR/δR的地域相关和年际变化特征进行了分析。结果表明:西北地区东部旱涝异常在空间上表现为较高的整体一致性,其次表现为东西相反和南北相反的变化趋势。西北地区东部旱涝异常存在三个基本相关的区域:甘肃东南部及陕西、河西走廊及河套地区、青海区。50 a来,各区在1974-1977年间和1982-1985年间湿润多雨,1994年以后相对少雨干旱。进一步分析发现,研究区域中西部尽管降水是增加的,但干旱指数变化不明显,而区域东部地区干旱指数变化很明显,说明区域中西部地区变湿不明显,而区域东部暖干化趋势明显。

中国西南干旱对气候变暖的响应特征

基于相对湿润度的干旱等级分析方法,应用中国西南1958-2012 年气候资料,研究了中国西南干旱时域变化、空间分布、各季节的时空演变及其对全球气候变暖的响应特征,为应对气候变化提供科学依据.采用ArcGIS 系统中反距离权重方法进行空间插值分析绘图.结果表明：中国西南年干旱发生区主要分布于云南高原北部、川西高原和川西南山地,发生干旱区域占总面积的30%左右;其中,中旱区分布于云南高原北部、川西高原部分区域,占研究区总面积的11%左右;重旱区分布于云南高原北部、川西高原局部地区,占研究区总面积的5%左右;历年干旱出现频率平均31.7%.研究区干旱以冬、春季干旱为主.历年逐季冬、春季干旱出现站次平均分别为76.1%和46.2%.1958-2012 年云贵高原大部、四川盆地中部相对湿润度指数负绝对值增大,干旱等级提高,年干旱强度呈增强的趋势;其中,云贵高原大部分区域夏、秋和冬季相对湿润度指数负绝对值呈增大趋势,干旱显著增强;川西高原和川西南山地区冬季干旱呈增强趋势;四川盆地和川北区域秋季干旱呈增强趋势;川东盆地、贵州高原春季干旱也呈增强趋势.年干旱指数时间序列存在显著的3-4 a 和7-8 a 周期振荡;2009年为干旱强度显著加强的突变点,在全球气候变暖的背景下,预计未来数年中国西南干旱仍处在面积扩大、强度增强过程中.

西北地区气候变化新动态及对干旱环境的影响——总体暖干化,局部出现暖湿迹象

近50 a来,西北地区气温呈显著的上升趋势,降水变化空间差异突出,西北地区整体暖干化趋势明显,局部出现暖湿现象。气候变暖使冰川退缩,雪线上升,冻土消融,湿地退化,湖泊萎缩,河流流量减少,水资源越来越短缺,出现生态环境恶化问题。根据IPCC预测结果分析,未来西北地区气候变暖趋势会更加明显。从保护西北地区生态环境、完善气候变化综合监测系统以及开展重点区域气候变化过程专项研究等方面提出了对策建议。

干旱气候灾害及甘肃省干旱气候灾害研究综述

甘肃省是最典型、最严重的干旱省份之一,干旱灾害是最主要的气象灾害。对干旱气候灾害做了界定,对1949年以来甘肃省干旱气候灾害的气象学研究状况做了综述,并对今后甘肃省干旱气候灾害研究工作进行了探讨。

中国南方和北方气候干燥程度的变化特征及差异性分析

基于Climatic Research Unit(简称CRU)的高分辨率月值平均潜在蒸发量和降水资料,构建我国近112年干燥度指数,采用线性倾向估计、Morlet小波分析等方法研究我国东部气候干燥度南北之间的差异及其各自的变化特征。结果表明,近一个多世纪以来,中国东部整体呈现变干趋势,20世纪60年代之后干旱化趋势更加明显。相比南方,北方气候干燥程度对降水的依赖性更强,干旱化速度更大,旱涝随时间的转变更为剧烈;南湿北干的差异进一步扩大,温度的升高对潜在蒸发量的增强作用加剧了干旱化程度。我国东部地区干湿季变化存在差异,干季年际年代际变率明显高于湿季,且干季变化较湿季具有更好的南北空间一致性;南北干湿季的出现时间在近半个世纪也有所变化,干季延后到来,湿季则提前到来的现象,说明干湿季的持续时间均有所延长;此外近半个世纪,北方干湿季均呈现明显的干旱化,南方未表现出类似特征。

气候变暖背景下中国南方干旱灾害风险特征及对策

利用西南和华南6省市133个国家基本气象站1961─2012年历年逐日地面气象观测资料,研究中国南方干旱致灾因子的时空变化特征,建立致灾因子的危险性、孕灾环境脆弱性、承灾体暴露度的评估指标,分析中国南方干旱灾害风险分布特征,提出干旱灾害风险防控策略与防御对策。结果表明:研究区逐年降水量呈现波动减少,进入21世纪后降水量明显偏少,且降水量年际振荡加大。自1971年开始西南和华南气温持续上升,气候变暖的突变点在1997年左右。干旱灾害致灾因子危险性高的区域是云南省大部、川西高原、川西南山地、川东部盆地和广东东部沿海区域。孕灾环境脆弱性高的区域在云南省大部、川西高原、川西南山地、川东部盆地和贵州省西北部。承灾体暴露度高的区域在广东东部沿海区、雷州半岛、广西南部和川中盆地。为控制南方干旱灾害风险,需制定和完善具有一定前瞻性和科学合理的干旱灾害风险控制管理规划,建立干旱灾害风险评估系统。从人工干预干旱灾害致灾因子、降低孕灾环境脆弱性、降低承灾体的暴露性等方面入手通过工程性措施和非工程性措施提高抗旱减灾能力。

西北干旱半干旱过渡区近50年气候变化特征分析及对粮食产量的影响

根据气象资料及粮食产量资料采用线性倾向、突变分析等方法分析,结果表明,干旱半干旱过渡区近50年年降水量呈现明显下降趋势,就季节而言冬、春季略增,夏、秋季减少且秋季降水在1986年发生减小突变,从年代际变化看,近10年出现了剧烈下降;温度呈现明显上升趋势,且大大高于全国平均增幅,1994年有一次显著突变,在各季中,冬季季增温最为显著,因此,由冷湿向暖干化转变是过渡区气候变化的最主要特征;受气候暖干化影响,粮食气象产量呈现明显下降趋势,近年来呈现降幅加剧趋势;利用逐步回归方法建立粮食产量预测模型。