气候变化和人类活动对云南省植被净初级生产力的影响

深入理解气候变化和人类活动对植被变化的驱动机制对于生态保护和可持续发展有重要的科学意义。本研究基于MOD17A3/NPP产品数据,采用线性趋势分析、Mann-Kendall显著性分析、Hurst指数和二阶偏相关分析,探讨云南省2001-2021年植被NPP的时空分布特征和未来持续性以及植被NPP与气候条件的关系。采用偏导趋势残差法分离和量化气候变化和人类活动对植被NPP的影响。结果发现,空间上,2001-2021年云南植被NPP年均值南高北低。不同植被类型NPP值(单位:gC∙m^(-2))从大到小依次为:林地(1106.7 gC∙m^(-2))、灌木(964.4 gC∙m^(-2))、农田(946.6 gC∙m^(-2))和草地(878.8 gC∙m^(-2))。植被NPP随海拔上升先增后降。(2)在研究时段内,植被NPP年均值为1020.8±30.7 gC∙m^(-2),最小值和最大值分别出现在2010年(950.0)和2019年(1062.1)。植被NPP呈显著增加趋势,增加率为2.1 gC∙m^(-2)∙a^(-1)(p<0.05),增加和显著增加的面积分别占研究区总面积70.0%和26.3%。不同植被类型NPP的增加率(单位:gC∙m^(-2)∙a^(-1))从大到小依次为:草地(4.1 gC∙m^(-2)∙a^(-1))、农田(3.5 gC∙m^(-2)∙a^(-1))、灌木(2.8 gC∙m^(-2)∙a^(-1))和林地(1.3 gC∙m^(-2)∙a^(-1))。Hurst指数均值为0.60,植被NPP未来变化趋势持续增加和由减少转为增加的面积占总面积的55.5%和9.3%,表明大部分地区植被NPP未来仍将持续增加。(3)2001-2021年云南省平均气温显著增加,降水和太阳辐射波动减少。大部分地区植被NPP与气温、降水和太阳辐射正相关,气温对植被NPP的影响大于降水和太阳辐射。(4)气候变化和人类活动对云南植被NPP变化的相对贡献率分别为27.1%和72.9%,正贡献的面积分别占研究区总面积的59.4%和64.6%,相对贡献率>60%的面积占比分别为12.7%和73.4%。大部分地区人类活动对植被NPP的影响大于气候变化。云南植被改善主要受气候变化和人类活动的共同作用的影响,植被退化则主要受人类活动主导和两者共同作用的影响,生态保护、恢复工程对云南植被改善有着显著的促进作用。

云南大理避暑旅游气候适宜性分析

基于大理国家气候观象台1991—2020年及其它监测数据,依据避暑旅游气候环境指标体系规则,对大理避暑旅游气候环境指标进行了计算和判识.结果表明:大理夏季温度凉爽宜人,避暑气候条件“优良率”为92.9%,气候禀赋好;大理夏季气候舒适性“优良率”达88.2%,人体舒适度、度假指数、旅游指数舒适日占比分别为99.9%、82.1%、82.5%,气候舒适性高;空气质量“优”级、臭氧超标日数为0,水环境优良率达100%,生态环境优良;夏季气候风险总体偏低,气候不利条件“中低影响率”为80%.大理强对流天气潜在风险高,重大气象灾害发生概率低;夏季气候是云南滇西北横断山区及中国西南高原山地区域山岳型避暑旅游目的地的典型代表和集中体现,避暑旅游气候条件极佳.

云南烤烟适宜种植区对气候变化的响应

为揭示云南省烤烟适宜种植区对气候变化的响应情况,以烤烟在云南省的实测分布数据以及相关环境变量数据为基础,运用最大熵(MaxEnt)模型,研究历史时期云南省烤烟适宜种植区的分布特征,并分析未来气候变化条件下云南烤烟适宜种植区的变化情况。结果显示:(1)按环境变量对云南烤烟种植的贡献率大小排序,影响云南烤烟种植的主导环境变量依次为5月平均降水量、最热季节平均温度、土壤质地分类、土壤碳酸盐含量,4项的累计贡献率达到80.9%,且总体上气候变量对云南烤烟种植的影响高于土壤变量。(2)历史时期,云南烤烟适宜种植区主要分布在曲靖、昆明、楚雄、昭通、大理、保山、临沧、玉溪东部、红河中北部、文山西北部等地区,其余丽江南部、普洱中部亦有零星分布,适宜种植区的总面积达23.82×10^(6)hm^(2),占全省面积的60.44%。(3)在RCP4.5和RCP8.5排放路径下,烤烟适宜种植区面积呈现不同程度的增加趋势,分别增加到28.28×10^(6)hm^(2)和26.09×10^(6)hm^(2),分别占全省面积的71.76%和66.19%,总适宜种植区的质心(几何中心)沿偏东偏北方向迁移,且这种迁移主要是由高适宜种植区质心的迁移引起。

2021/2022年云南冬季异常气候特征及成因分析

基于云南省124个站点逐月气温和降水资料以及美国国家环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料,运用数理统计方法,分析了2021/2022年冬季云南气候异常的成因,得到(1)2021/2022年冬季,中低纬度地区维持北非槽、阿拉伯半岛脊、孟加拉湾槽的波列,有利于阿拉伯海、孟加拉湾、西太平洋和南海的水汽向云南境内输送,造成云南整个冬季降水偏多。(2)前(后)冬中高纬度的环流变化是造成冬季气温前暖后冷的直接原因。从前冬到后冬中高纬度欧洲大陆槽明显减弱北抬,西西伯利亚附近的脊增强,易形成阻塞高压;地面西伯利亚高压增强,东亚冬季风也明显增强。相应地冷空气从少而弱到频发并偏强,气温从明显偏高到显著偏低。(3)2021年12月到2022年2月东亚副热带急流从偏弱逐渐变为偏强,而极锋急流从偏强逐渐变为偏弱,导致冬季风逐渐增强,影响南下冷空气,致使云南冬季气温发生了前暖后冷的季节内异常变化。(4)云南上空整个冬季皆存在异常水汽辐合,水汽辐合抬升有利于降水生成。两个主要水汽输送通道一个是从阿拉伯海经孟加拉湾进入云南;另一个是从西太平洋海域经南海、中南半岛和孟加拉湾进入云南。

气候变化对云南橡胶潜在种植区的影响

利用1981—2020年气象观测数据,从种植气候适宜性区划角度分析气候变化对云南橡胶潜在种植区的影响。结果显示:2011—2020年与1981—1990年相比,云南南部和东部地区橡胶种植县大部地区的年平均气温升高0.6~0.8℃,西部大部地区升高1.0℃以上;哀牢山以东橡胶种植县大部地区1月平均气温升高0~1.0℃,以西大部地区则升高1.0~2.0℃;2011—2020年云南橡胶潜在种植区区划与1981—1990年相比,最适宜区增加55.3%,适宜区增加18.6%,增加区域主要分布在哀牢山以西。云南橡胶潜在种植区发生明显变化,气候变化使哀牢山以西地区更适宜橡胶种植和产业的发展。

基于BEPS模型的云南省碳源/汇时空特征及其适用性分析

净初级生产力(NPP)和净生态系统生产力(NEP)是估算陆地生态系统碳源/汇的重要指标,云南为我国碳汇的主要区域之一,开展云南NPP和NEP时空变化特征分析对科学评估陆地生态系统碳源/汇功能,以及开展碳排放交易具有重要意义。基于BEPS模型1981-2019年NPP和NEP产品,采用线性趋势分析、文献对比等方法,研究云南NPP和NEP时空变化特征及其在云南的适用性。结果表明:(1)1981-1999年云南NPP和NEP呈水平波动,2000年后云南NPP和NEP呈明显波动上升趋势,2000-2019年云南NPP高值区域主要分布在西部和南部,而NEP高值区则主要分布在东部和西部局部地区;(2)2000-2019年云南NPP和NEP除西北部部分地区为下降趋势外,其余大部地区为上升趋势;(3)云南NPP峰值出现在7、8月,谷值出现在2月,NEP峰值出现月份与NPP基本相同,但谷值出现月份较NPP滞后1-3个月,6-10月是云南碳汇的主要月份;(4)BEPS模型估算的NPP与目前广泛应用的CASA和遥感模型结果较为一致,时空变化特征与云南生态恢复措施和气候特征吻合,其估算的NEP与陆地生物圈模型(IBIS)模型和中国通量观测研究联盟(ChinaFLUX)碳水通量观测数据较为接近,时空变化大部地区与云南生态恢复措施和气候特征基本吻合,表明BEPS模型在云南具有较好的适用性。

云南冬季强降温过程冷空气路径及大气环流差异

基于云南125个测站日平均气温数据,判定了1961—2020年云南冬季95次强降温过程的4种冷空气路径,对比分析了不同路径冷空气对云南降温的影响及大气环流差异.结果表明,东北路径冷空气对云南降温幅度影响最剧烈、影响空间范围最广;偏东路径出现频率最高,偏东路径和偏北路径在降温幅度和影响范围上较为接近;东南路径降温幅度和影响范围最弱,出现频率最低.超前强降温日2 d时,东北路径欧亚大陆500 hPa位势高度场上正高度距平异常区域强度和面积、700 hPa反气旋距平环流强度和西伯利亚高压均为最强,东南路径最弱,偏东路径和偏北路径介于前二者之间.东北路径500 hPa上东亚槽横槽转竖特征最明显,偏东路径和偏北路径东亚槽槽底南压加深,但转竖特征不及东北路径明显;东南路径东亚槽底部较宽广;东北路径副高呈块状面积最小,其它3种路径副高则呈带状,偏东路径副高面积最大.700 hPa上东北路径和偏东路径在日本附近有较强海平面气压负距平发展,朝鲜半岛气旋距平环流较强,其西侧较强的偏北气流引导冷空气进入云南;东南路径和偏北路径在朝鲜半岛气旋距平环流及其西侧的偏北气流较弱.在200 hPa纬向风距平场上,东北路径急流轴附近正负距平区强度最强,偏东路径沿急流轴距平分布为西正东负;东南路径正负距平区强度最弱,负距平区主要分布在急流轴北侧,偏北路径负距平区分布在急流轴南北两侧.

基于CLDAS土壤相对湿度的云南农业干旱监测

选取2016-2020年云南37个土壤水分观测站逐日0-10cm土层相对湿度观测数据和逐日降水、气温观测资料,采用线性插值法,将CLDAS格点数据插值到观测站点上,用于与站点观测数据对比分析。利用回归订正法对插值后的CLDAS土壤相对湿度产品进行订正。采用相对误差、平均偏差、相关系数、标准差和均方根误差统计指标,定量评估CLDAS土壤相对湿度在云南的适用性。结果表明:云南土壤水分观测站相对湿度数据观测有效率不高,选用陆面融合数据开展农业干旱监测十分必要;云南地区近80%的CLDAS土壤相对湿度与土壤水分观测站观测值的相对误差绝对值<30%,数据可信度高;在干旱发生频率高的云南中部地区,CLDAS土壤相对湿度与土壤水分观测站观测值的相关系数均在0.8以上,平均偏差小于10%。从农业干旱监测效果来看,基于CLDAS土壤相对湿度的干旱监测指标能很好地描述由气温和降水异常导致的土壤墒情变化,当日降水量接近或超过5.0mm时,能快速响应轻旱站点数的减少;当连续有效降水发生后,监测指标可反映中等及以上等级农业干旱的缓解。综合来看,CLDAS土壤相对湿度在云南农业干旱监测的适用性好。

云南2020年4-6月区域性气象干旱特征和成因分析

基于2020年云南125个站逐日MCI指数和区域性气象干旱过程监测评估标准,分析了4-6月区域性气象干旱的时空分布特征,并从高低层大气环流分布研究了其发生的成因。研究表明:(1)2020年4-6月发生了两次区域性气象干旱过程,一次是4月1-25日云南西南部有重度以上强度的气象干旱,另一次是5月9日至6月30日全省性、持续时间长的严重气象干旱。(2)2020年4月1-25日500 hP高度场在乌拉尔山和东亚东部为低压槽区,巴尔喀什湖至贝加尔湖一带为高压脊区,在中高纬度形成“负-正-负”波列,有利于西伯利亚冷空气堆积南下影响云南,但低纬度地区为带状正异常高度场控制,云南区域700 hPa风场为南风异常,所以冷空气主要影响云南东部。低纬度地区阿拉伯海-孟加拉湾-南中国海高度场偏高,不利于西南暖湿气流向云南输送,云南区域70%的水汽输送轨迹来自西风带。因此云南西部降水偏少、气温偏高,发生了区域性气象干旱过程。(3)5月9日至6月30日南亚高压季节性转换偏晚,孟加拉湾区域季风环流建立偏迟。季风建立前,云南区域水汽输送轨迹均来自西风带,比湿以负距平为主。季风建立后,云南区域水汽输送轨迹97%来自印度洋,比湿以正距平为主,但500 hPa中高纬度环流分布不利于冷空气南下影响云南,同时云南区域为10 gpm以上正距平的高度场控制,下沉运动加强,水汽输送与辐合上升运动对应关系不好,所以发生了全省大范围的气象干旱。

云南区域性暴雨过程时空变化特征

针对中国气象局发布的《区域性重要过程(暴雨)监测和评价业务规定》确定了云南本地化区域性暴雨过程识别阈值,经灾害数据检验客观有效。进一步应用气候趋势分析、M-K检验、小波分析、EOF分析及REOF分析等方法研究了1961—2022年云南区域性暴雨过程的时空分布特征。结果表明:云南历次区域性暴雨过程综合强度波动较大,年平均综合强度呈减小趋势,但不显著,月平均综合强度呈波动分布,峰值出现在1月,雨季各旬平均综合强度变化较小。云南区域性暴雨过程年均4次,1977年以后呈减少趋势,但不显著,没有明显突变点,2008—2022年过程频次有6~8 a周期,但不稳定,云南区域性暴雨过程夏季最多,冬季最少,6月中旬至8月下旬过程数约占全年近7成。云南区域性暴雨过程呈南多北少分布,北部边缘虽然频次较少,但过程降水强度较大。云南区域性暴雨过程呈现全省大部一致型、东北-西南反向型及南北反向型等5个主要模态,进一步可分为5个典型区,即南区、西区、中东部区、北区及西北区,过去62 a,南区、西区和中东部区波动较大,变化趋势不明显,北区平稳少变,西北区前期以偏少为主,后期增加明显。

冬季亚洲两种大气环流型对云南低温事件的影响

利用1961—2022年云南125个国家气象站冬季逐日平均气温观测资料、NCAR/NCEP大气环流再分析资料,分析了冬季亚洲环流变化的主要类型及其对云南低温事件的影响,发现冬季亚洲500hPa大气环流存在纬向型和经向型两种环流类型,并对云南低温事件产生明显不同的影响。纬向型环流时,冷空气从贝加尔湖直接南下,主要影响东亚东部,云南低温事件也主要发生在东部地区,此时的低温过程与乌拉尔山高压和西伯利亚高压加强、欧亚中高纬度波列的活动密切联系;而经向型时,冷空气伴随贝加尔湖地区的异常反气旋东侧偏北气流沿着东亚大陆东部沿岸南下,并在中低纬度地区以回流的形式向东南推进,活动位置偏南偏西,使得云南全省、青藏高原和东南亚低纬度地区气温偏低,此时的低温过程主要与副热带波列的活动和青藏高原海平面气压(Surface level Pressure,SLP)的正距平加强有关,与乌拉尔山和西伯利亚地区的高压加强关系不密切。

低纬高原气候季节变化特征研究——以云南昆明大理为例

依据《气候季节划分》标准,选取我国低纬高原地区2个典型旅游城市——昆明和大理,进行了气候季节平均态,季节开始日期及长度变化,春分、夏至、秋分、冬至节气气温演变分析。(1)昆明、大理是高原“无夏区”,一年仅有春、秋、冬三季,属“春秋型”城市,春、秋季为295d和290d,占全年的80.8%和79.5%。(2)随着气候变暖,昆明、大理春、秋、冬三季比例发生了改变,春、秋季增加,冬季缩短,昆明变化幅度强于大理。(3)昆明、大理春季始于2月9日和2月10日,春季长度为117d和123d;秋季始于6月7日和6月13日,秋季长度为178d和167d;冬季始于12月1日和11月27日,冬季长度为70d和76d;昆明、大理“春常在、秋长驻、冬短暂”特征显著。(4)近60年来,昆明、大理春季开始日呈提早趋势,秋季开始日呈稍推迟趋势,冬季开始日呈推迟趋势;昆明、大理春季长度增加;昆明秋季长度略增加,大理秋季长度略减少;昆明、大理冬季长度减少。(5)昆明、大理春分节令日气温阀值为14.8℃和14.2℃,夏至为20.3℃和20.5℃,秋分为17.4℃和17.5℃,冬至均为7.9℃;与我国东部季风区的北京和上海相比,昆明、大理在春分、夏至、秋分、冬至四个节令上具有“春暖、夏凉、秋爽、冬暖”特征;近60年来,四个节令日气温年际变化呈升高趋势,尤以春分、秋分增暖显著。

2022年4月云南罕见寒潮天气成因及预报偏差分析

2022年3月31日—4月2日,云南省出现历史同期罕见的寒潮天气过程.通过地面观测资料、高空观测资料和NCEP FNL资料,对此次寒潮过程的成因进行分析,并对欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)模式的形势场及最低气温进行检验.结果表明:此次寒潮过程发生在北极涛动负位相期间,西伯利亚高压偏强,欧亚中高纬形成两槽一脊的环流形势.东亚大槽后侧强劲的偏北风引导低层冷空气南移,南支槽向东移动为云南省输送暖湿气流,700 hPa切变线和地面冷锋的南侵,共同造成了此次寒潮天气过程的发生;此次寒潮过程的强降温是由过程中近地层强冷平流的作用,冷锋后部较强的垂直上升运动,引起绝热膨胀冷却作用,加剧了局地气温的下降;通过定量分析导致昆明局地气温变化的各项因子发现,昆明的降温主要受温度平流项的影响,其次是非绝热项的影响. ECMWF模式能较好地预报此次寒潮过程的高低空环流形势及降温的范围,但对降温强度的预报效果相对较差.

云南怒江州地质灾害时空变化特征及其与降水的关系

利用2008—2022年地质灾害和降水数据,分析了云南怒江州地质灾害的时空分布特征,并揭示了地质灾害与降水的关系。结果表明:从时间变化看,怒江州地质灾害2010年发生数量最多,2016年次之,且地质灾害多发在春夏季,高峰期集中在4月和7月。从空间分布看,怒江州地质灾害表现出北多南少的显著特征。主要包括泥石流、滑坡和崩塌,其中泥石流最多,且不同地质灾害分布存在较大的时空差异。怒江州地质灾害与该地区降水的时空变化具有很好的一致性,地质灾害发生期间以小雨、大雨和暴雨量级为主,进一步证实了降水是引发怒江州地质灾害的主要气象因素。

2008年初云南低温雨雪冰冻天气的气候成因分析

2008年1月下旬～3月上旬云南出现了一次持续性的低温雨雪冰冻天气,给交通、电力、通讯以及人民的生产、生活带来了极大危害。本文首先对云南高低层大气的异常状况及大尺度环流背景场特征对这次天气过程的影响进行诊断分析,然后进一步探讨了赤道东太平洋海温异常对东亚冬季风活动和云南天气气候异常的影响。结果表明,这次低温冷害过程主要发生在冷空气由北至南逐渐加强南压,南支西风波动配合,以及西太平洋副热带高压减弱东退的大尺度环流背景之下。同时,云南区域的大气异常状态表现出了明显的高湿、强上升运动以及对流层中高层温度升高而低层温度降低。另外,本文分析还进一步表明了2008年赤道东太平洋地区的冷海水异常对这次云南低温冷害天气过程的重要作用。

云南春末夏初干旱的气候特征

利用云南124个测站1961—2005年4—5月的月降水量及气温资料，采用EOF方法及离散功率谱方法，分析了云南4—5月的降水总量及平均气温的时空变化特征及其变化周期，得到了如下结论：（1）降水场与温度场具有相似的空间分布特征，全省一致性分布型。这种分布型存在明显的年际变化特征，500hPa环流差异明显。（2）全省平均降水量与平均温度具有明显的年际变化特征。1963年是近45年中的降水最少年，2004年则是降水最多年。1969年是近45年平均气温最高年，1990年则是气温最低年。（3）全省平均降水量与平均温度也具有明显的年代际变化特征。20世纪60和90年代高温低湿；70和80年代低温高湿；2001年以后转入高温高湿。2005年春末夏初的干旱就是发生在高温高湿气候背景下的较为异常的气候事件。（4）降水量存在明显的2—3年左右的年际变化周期，同时也存在明显的15年的年代际变化周期。平均气温2～5年左右的年际变化较为明显，而较长时间的年代际变化周期较弱。

近50年来云南气候带的变化特征

利用云南115个气象观测站1961-2006年逐日平均气温求算稳定≥10℃积温,并对积温资料按年代建立与海拔、经度和纬度相关联的小网格推算模型,再应用地理信息系统(GIS)订正到0.01×0.01°网格点,得出云南5个不同年代细网格积温分布。在此基础上划分7个气候带地理分布图,并分别计算其面积。据此分析,近50年来云南气候带总体上呈现热带亚热带范围扩大、温带范围减少的变化趋势,其中以北热带增加最明显,增幅达到90.2%;而南温带减少最明显,减幅为12.5%。在年代际变化上,1960-1970年表现出热带亚热带范围减小,温带范围增加;从1970年后则呈现热带亚热带范围快速增加,温带范围减小的趋势,而1990年代以来是气候带变化最大的时期。

2009年云南秋季特大干旱的气候成因分析

2009年秋季至2010年初夏,云南遭受了有资料记录以来最严重的干旱,其中2009年秋季是有资料记录以来降水偏少最明显的年份,全省平均降水比历年同期偏少50%以上。通过诊断方法分析了云南秋季降水和大气环流异常的特征,结果表明在多年平均情况下,云南秋季大部分地区的降水占年降水总量的20%以上,对年降水量的变化有重要影响;2009年秋季云南区域大气低层的水汽持续偏少、高层辐合低层辐散的高低层流场配置是这次干旱产生的最直接原因;另外,持续偏西偏强的西太平洋副热带高压、弱冷空气和弱暖湿气流活动,以及北方冷空气与南方暖湿气流影响云南的不同步、夏季风环流的提前结束等都对这次干旱过程产生了重要的影响。

云南省与津巴布韦烤烟种植气候相似性的精细分析

为明确云南与津巴布韦烤烟种植的气候相似性,优化云南省烤烟种植布局,基于云南1∶25万的小网格气候数据,依据影响烤烟种植的主要气候影响因子,应用标准差计算各气候因子的权重,采用改进的欧式距离作为相似度量指标,划分云南省与津巴布韦烤烟种植的相似性,并对两地相似区域的气候条件进行分类分析。结果表明,云南烤烟气候与津巴布韦存在相似性,相似程度的高低在云南呈现地带性分布,以哀劳山为界,相似性东部高于西部,云南南部部分未植烟区域也与津巴布韦具有烤烟气候相似性;云南烤烟种植区域多为"低温阴雨寡照"的气候类型,光照的劣势较为明显。

云南普洱市烤烟种植气候适宜性精细化区划

基于普洱市多站点气候资料,运用GIS空间分析技术和隶属度函数模型,结合烤烟生态学理论,分析了云南普洱市烤烟气候特点,论证并构建了烤烟种植气候适宜性定量评价指标体系,进行了烤烟种植气候适宜性精细区划。结果表明,普洱烤烟气候与云南主烟区气候既有相似性又差异显著;普洱烟区温度适宜度普遍较高,而降水适宜度总体偏低,北部区域光照适宜度明显较高;烤烟种植综合气候最适宜区和适宜区主要分布于北部6县中、低海拔和部分中高海拔地带,南部区域因降水过多、日照不足,适宜植烟面积小。区划结果与近几年烤烟生产实际相吻合,具有较高精准性和实用性。