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。

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。

石羊河流域干湿气候变化特征及对NDVI的影响

全球变暖背景下,研究石羊河流域干湿气候变化特征及对植被覆盖度的影响对该流域的生态环境建设具有重要参考价值。基于1971—2020年石羊河流域的降水温度均一化指数(S),从干旱站次比、干旱频率等方面分析该流域干湿气候的时空变化,并结合归一化植被指数(Normalized Differen-tial Vegetation Index,NDVI)遥感数据,分析干湿变化对NDVI的影响。结果表明:近50 a来石羊河流域年际和季的S指标呈波动上升趋势,四季中,夏季湿润化速度最快。流域干旱程度、干旱发生区域均呈减小趋势;中下游地区干旱强度高于上游地区,下游地区干旱频率高于中上游地区;年NDVI随着1—10月干旱减轻、降水量增多和气温降低而增加,其中,植被生长前期和中期降水量、生长中期气温对年NDVI影响较大。2月、5月和7月,NDVI对干旱存在滞后效应。

厄尔尼诺事件对甘肃武威温度降水以及气象干旱影响分析

2023年甘肃武威发生了60 a一遇的高温干旱事件,造成巨大经济损失。为提高极端气候事件的预报预测精度并减轻其造成的损害,基于武威国家基本气象站1959—2023年逐日降水、气温和干旱实况资料,以及国家气候中心发布的ENSO(El Niño and Southern Oscillation,厄尔尼诺-南方涛动)事件记录,采用气候统计学方法分析厄尔尼诺事件对该地区干旱气候的影响。结果表明:在厄尔尼诺事件发生年,该区域倾向于出现全年气温偏高和夏秋季节降水偏少的现象,冬季降水则偏多,且春、夏、秋、冬季节均可能出现气候异常现象。此外,在这些年份中,中度到特重干旱的发生概率明显增加。在厄尔尼诺事件结束年,区域气候表现出四季气温偏高的特点,同时春季降水偏多,冬季降水偏少且极端天气事件发生概率上升。在厄尔尼诺事件结束的次年,约有25%的年份会发生拉尼娜事件,而50%的年份可能再次进入厄尔尼诺期,气候变化主要受当前气候事件的影响。研究还发现,在拉尼娜事件结束后立即进入厄尔尼诺期的年份,气候异常现象尤为显著,发生极端天气的概率增加。

河西走廊东部西北气流型沙尘暴的大气物理特征

利用2006-2022年河西走廊东部常规高空地面观测资料、民勤探空站8时和20时间隔50 m高空加密观测资料,分析冬季和春季西北气流型沙尘暴气象要素时间、垂直结构变化及大气层结特征。结果表明:(1)研究区西北气流型沙尘暴出现在地气温度和温差最大、相对湿度最小、地面气压和风速陡增时,春季,沙尘暴发生时,风速大、地表干且近地层热力对流最强。(2)垂直结构特征是早干晚湿、风速随高度递增,风向先顺转后逆转,低层暖高层冷;春季低层气温较高,垂直温度梯度增幅大,温度露点差大,冷暖空气强度强且交汇高度较低(1 km附近),层结不稳定,易发生沙尘暴。(3)春季8时和冬季20时位温随不稳定层结高度变化梯度较大,即沙尘暴春季出现早于冬季。春季20时和冬季8时不稳定高度厚而低,因而春季下午到夜间和冬季中午沙尘暴较强。(4)500 hPa冷平流中心强度(≥-34℃)和西北急流(≥26 m/s)越强,对应700 hPa河西风速>20 m/s及低层暖区范围越大,沙尘暴强度越强,持续时间越长。

河西走廊东部一次极端大暴雨的分析

利用常规观测图、卫星云图、物理量场和区域自动气象站观测资料,对2018年8月1—2日河西走廊东部一次极端对流性大暴雨的成因进行分析。结果表明,大暴雨发生在高低空西南急流和副高边缘的偏东南急流水汽辐合区,中低层的切变线和辐合中心在河套高压阻挡下缓慢东移,配合地面风场辐合。中低层正涡度大值中心的强辐合、高层辐散的抽吸作用是此次大暴雨过程发生、发展的动力条件;第一阶段中低层辐合高层辐散明显,对流发展旺盛,中尺度对流云团合并增强发展;第二阶段水汽辐合深厚,辐合中心在武威市且明显加强,系对流单体、对流云团发展增强以及降水云系的共同影响;θse高能舌延伸到偏东偏北位置,K指数均在29℃以上且位于梯度区是此次大暴雨的重要指标。

陆面与大气边界层热力作用对河西走廊冷锋型沙尘暴的影响

热力作用对河西走廊沙尘源地的起沙过程和沙尘垂直输送具有重要影响,是该地区沙尘暴预报需要考虑的关键因子。为了揭示热力作用对河西走廊冷锋型沙尘暴强度的影响,本文利用ERA5逐时再分析资料和常规气象观测资料,针对发生在河西走廊春季不同强度冷锋型沙尘暴过程,在有利的大气环流形势背景分析基础上,重点诊断分析了边界层气温、锋生函数和地表热通量等热力机制的异同。结果表明:(1)区域冷锋型沙尘暴强度除受高低空风速影响外,其高空到地面冷暖空气强度和位置,地面热低压中心强度及冷锋过境时间等起着重要作用;(2)午后地表感热通量及其09:00-14:00(北京时)感热通量增幅越大,沙尘暴强度越强,一般、强和特强沙尘暴区感热通量最大值(增幅)分别为367(307)W·m^(-2)、417(360)W·m^(-2)和460(380)W·m^(-2);(3)沙尘暴强度随边界层1.5 km以下爆发前一天增温和爆发前后一天升(降)温差增大而增强,一般、强和特强沙尘暴升温(升降温差)分别为2.9(-16.5)℃、4.9(-17.0)℃和7.9(-22.8)℃;(4)锋生强度越强或者锋生高度越高,沙尘暴越强,一般、强和特强沙尘暴锋生强度分别为208×10^(-10)、477×10^(-10)和588×10^(-10) K·m^(-1)·s^(-1),锋生高度分别为767、686和450 hPa。本文研究结果对河西走廊沙尘暴发生发展的陆面热力特征有一定科学认识,为有效提高沙尘暴预报预警准确率提供新的思路和技术方法。

2023年河西走廊东部特重干旱特征及成因

在气候变暖背景下,2023年夏季河西走廊东部出现了1964—2023年近60年最强的区域性高温干旱事件,造成巨大经济损失。为提高极端气候事件的预报预测精度并减轻其造成的损害,针对这次高温干旱的持续性和极端性,基于2023年河西走廊东部国家基本气象站逐日气温和降水量资料,分析其特征及成因。结果表明,武威市平均气温和中北部≥35℃高温日数均为有气象记录以来最高和最多;降水量凉州区和民勤县为1963年以来最少,古浪县和天祝县为有气象记录以来最少;ENSO事件是造成极端高温干旱的影响因素之一。

基于CMPAS产品的河西走廊汛期降水日变化特征

利用CMPAS格点和河西走廊国家气象站、区域气象站逐小时降水量数据,运用常规的气候统计方法,分析了河西走廊2018—2022年汛期(5—9月)降水量、降水频次、降水强度的空间分布和日变化特征。结果表明:(1)受地理位置、海拔高度、纬度以及影响系统影响,降水总量、降水频次及降水强度的空间分布总体上表现为由西北向东南增加,低纬度高海拔的走廊中东部及沿山区大于高纬度低海拔的走廊西部及平原区;(2)受青藏高原东北侧午后湿对流和凌晨到上午气温较低影响,降水量、降水频次和降水强度日变化均表现为双峰型分布,峰值时间段出现在16—23时和06—10时,谷值出现在12—14时;(3)持续7~12 h的降水量和1~3 h的降水频次最多,持续13~24 h的降水频次和降水量最少,不同持续时长降水量和降水频次大值都集中出现在傍晚和凌晨。

石羊河流域植被净初级生产力时空变化及驱动因素

利用CASA模型(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模拟石羊河流域2000—2020年植被净初级生产力(NPP),分析流域NPP的时空变化特征、稳定性和未来变化趋势,并从气候因素、地形因素和人类活动因素3个方面探讨对NPP的变化影响。结果表明:(1)2000—2020年石羊河流域植被NPP多年平均值为291.01 g C·m^(-2)·a^(-1),呈不显著增加趋势,空间分布呈南高北低的分布格局。(2)2000年以来植被NPP呈增加趋势的区域占总面积的86.4%,其中极显著增加和显著增加的区域分别占6.7%和10.1%。(3)NPP变化在中等波动以上(变异系数Cv≥0.25)的区域所占比例为50.4%。(4)从未来变化趋势看,石羊河流域植被NPP恢复的持续性较弱,呈增加并反持续的地区所占比例达到57.1%。(5)流域的植被NPP变化与气温、降水均成正相关,对气温的响应更为敏感。NPP随海拔高度和坡度增加呈现增大后减小趋势,近年来流域实施的一系列人工造林、退耕还林还草等措施对植被NPP的增加具有明显促进作用。

河西走廊东部武威市2023年极端天气气候特征分析

2023年河西走廊东部天气气候极为异常,极端天气频发,对农业生产、日常生活、生态用水造成很大影响。为提高极端气候事件的预报预测精度并减轻其造成的损害,基于2011—2023年河西走廊东部国家基本气象站逐日气温和降水量资料,分析其极端性特征及成因。结果表明,2023年武威市气温陡升骤降特点突出,年平均气温为有气象记录以来同期最高,≥35℃高温日数为有气象记录以来同期最多;降水阶段性特征明显,年平均降水量为近10年同期最少,暴雨为近13年同期最少;气象干旱为60年一遇,灾情重;大风沙尘天气偏多,沙尘暴为2003年以来同期最多,扬沙为1982年以来同期最多;ENSO事件是造成极端天气多发的主要影响因素。

河西走廊东部农业气象灾害变化特征及对现代农业发展的影响分析

基于近60 a武威市国家基本气象观测站和近10 a区域气象观测站的逐日观测资料,以及近37a的灾情数据,采用概率统计、线性倾向率等方法,详细分析了主要农业气象灾害的时空演变特征及对农牧业生产的影响。结果表明:武威市干旱强度呈减弱趋势[春旱(-0.10/10 a)<春末夏初旱(-0.08/10 a)=伏旱(-0.08/10 a)],其中中度以上干旱近10 a发生频次最少,较20世纪70─80年代减少了2.4次;大风在天祝乌鞘岭呈增加趋势(5.0 d/10 a),在其他县(区)呈减少趋势(-2.8~-0.6 d/10 a);沙尘暴显著减少(-7.1~-0.3 d/10a),其中近10 a减少最明显,较20世纪70年代减少了13.2 d;晚霜冻显著提前,早霜冻显著推迟,无霜期逐年延长(6.7~8.0 d/10 a),近20 a无霜期较20世纪70年代延长了35 d;寒潮呈缓慢减少趋势,24 h寒潮减少速度为-0.83~-0.06次/10 a,48 h为-0.13~-0.02次/10 a。气象灾害严重制约了现代农业的发展进程,建议根据农业气候区划和气候趋势预测,合理安排种植品种和规模,加强气象防灾减灾技术的支撑力度。

干旱地区藜麦的耐旱机理及种植适宜性研究——以甘肃省永昌县为例

为了研究藜麦耐旱机理、需水规律,以及在干旱地区种植的适宜性,以‘陇藜1号’为试验材料,通过大田试验和数理统计方法测得:藜麦全生育期天数为142 d,单产达2895.3 kg/hm^(2),藜麦籽粒与茎杆比为1:0.99,单次灌溉量为450 m3/hm^(2)。结果表明:呈网状分布的发达根系、叶脉致密、角质层厚、茎杆粗壮、木质中空、表皮较厚、韧性很强、具有纤维状导管等生理结构特征使藜麦具有良好的耐旱特性。分枝期、现穗期、开花期分别是藜麦发育的关键阶段,也是需水的关键时期。综合地理、气候、土壤、灌溉等条件,藜麦在永昌表现出良好的适宜性。采用覆膜+膜下滴灌方式进行藜麦种植,具有节水、节本、抗旱、增效等多重效果,可以提高水分利用效率,适合在西北干旱地区进一步推广。

河西走廊东部太阳总辐射时空分布特征

利用河西走廊东部及周边11个国家自动气象站历年气象观测资料,采用线性倾向分析、MannKendall突变检验分析、基于地面观测资料的统计反演、遥感图像处理软件(ENVI5.2)空间统计分析等方法,分析了总辐射的时空变化特征。结果表明:走廊东部太阳能资源储量丰富且较稳定,年总辐射量在5414.19~6500.36 MJ/m^(2),平均为5947.5 MJ/m^(2),属于太阳能资源较丰富带。总辐射夏季>春季>秋季>冬季。1959—2020年走廊东部总辐射总体呈增加趋势。1959—1989年呈减少趋势,1989年发生突变后呈持续增加趋势,变化趋势与全球和全国大部分区域先“变暗”后“变亮”的过程较为一致。总辐射上、下游呈增加趋势,中游呈减小趋势。春、冬季均为增加趋势,夏、秋季均为减小趋势。总辐射月、日变化呈单峰型,4—8月占全年的55%。2—5月呈增加趋势,8—10月呈减小趋势,年、季、月增幅均为下游最大。总辐射日变化峰值出现在正午12:00—13:00时,10:00—15:00时占日总辐射的73%。总辐射空间分布与纬度、海拔高度有关,北部多、南部少,川区多、山区少。

甘肃省乌鞘岭风的变化特征及大风日演变规律

利用甘肃省天祝县乌鞘岭站1971—2020年的逐日平均风速、风向及月大风日数资料,运用线性回归方法分析风要素的年、季、月变化特征及演变趋势。结果表明,乌鞘岭年平均风速呈波动减小趋势,气候倾向率为-0.015 m(/s·10年);春季平均风速最大,冬季次之,夏、秋季较小,春、夏、冬三季平均风速呈减小趋势,秋季呈弱的增大趋势;月平均风速4月为高峰值,11月为低谷值。乌鞘岭年、季、月风向频率的变化相对一致,静风的风向频率均占8%左右,主导风向均包含北风(N)、西北风(NW)、北西北风(NNW)和南东南风(SSE)。乌鞘岭年大风日数呈波动减少趋势,气候倾向率为-0.883 d/10年;春季大风日数最多,夏、冬季次之,秋季最少,春、夏、秋三季大风日数呈减少趋势,冬季呈弱的增多趋势;月大风日数4月为高峰值,10月为低谷值。

河西走廊东部智能网格温度预报产品订正方法探讨

为提高智能网格的订正能力及预报水平,基于中央台客观指导产品的甘肃省切片数据和中国气象局陆面数据同化系统(Chinese Land Data Assimilation System Version 2.0,CLDAS-V2.0)日网格实况产品,采用卡尔曼滤波和滑动训练订正两种方法,对河西走廊东部地区(101.0°E—104.5°E,36.0°N—40.0°N)0.05°×0.05°格点最高、最低气温进行订正、检验和评估。结果表明:(1)季节对比,卡尔曼滤波和滑动训练订正产品对四季最高、最低气温的平均绝对误差均小于中央台客观指导产品,均小于2.00℃;卡尔曼滤波和滑动训练订正产品对四季最高、最低气温的预报准确率均大于70%,其中最高气温偏高6%~13%,最低气温偏高8%~24%。(2)空间对比,卡尔曼滤波和滑动训练订正产品对最高、最低气温的平均绝对误差绝大部分地区在1.00~2.00℃,个别地区大于2.00℃;卡尔曼滤波和滑动训练订正产品对最高(最低)气温的预报准确率大部分地区大于70%(60%~70%),个别地区大于80%(70%)。(3)总体上,卡尔曼滤波和滑动训练订正产品对最高、最低气温订正技巧基本为正技巧,个别季节和部分地区订正技巧大于0.300。说明两种订正方法具有较好的订正预报能力,可为今后的温度预报业务提供一定的技术支持。

拔节期干旱复水对干旱区玉米干物质积累分配的影响

研究干旱区大田玉米拔节期干旱及复水对干物质积累分配的影响,以期为干旱区玉米栽培及节水灌溉提供科学参考。于2016年在甘肃武威荒漠生态与农业气象试验站大田布设试验,以同一品种设置CK(全生育期供水充足的对照处理)、T_(1)(拔节期控水处理)、T_(2)(拔节期控水-复水处理)3种处理,用对比分析的方法比较不同处理下玉米干物质分配与转移的差异。分析发现,干旱致使干物质积累速度减小(T_(1)处理在拔节期、抽雄期、乳熟期的干物质积累速度分别较CK处理减小22.14%、32.66%、40.43%);最终使得干物质积累总量减小(T_(1)处理在拔节期、抽雄期、乳熟期的单株干物质积累量分别较CK处理减小21.62%、27.52%、34.39%),拔节期干旱后复水使生物量有所增加(抽雄期、乳熟期、成熟期地上干物质积累量T_(2)分别较T_(1)处理增加18.20%、24.13%、20.19%),但不能增加到充足灌水处理的水平。同时,干旱抑制其他器官干物质向果穗转移,乳熟期、成熟期干物质在果穗中的分配比例均为CK>T_(2)>T_(1),干旱后复水虽然存在补偿效应,减轻了干旱对干物质转移的影响,但是干旱对玉米干物质积累仍存在不可逆的影响。

高原夏菜复合气象灾害综合评判与分析

河西走廊东部高原夏菜生长过程受多种气象灾害影响,为了解其成灾特征,基于层次分析法(AHP)给不同灾害、不同致灾程度赋予权重,通过建立评价模型,对2010—2021年复合灾害强度进行评判与分析。结果表明:复合灾害频次高、影响大、极端性强,沿川区、沿沙区高温热害最典型,加上持续干旱,复合灾害影响将会进一步加剧。从复合灾害强度看,沿沙区与沿川区偏大,春茬中沿沙区复合灾害强度变化显著,倾向率为0.029·a^(-1),已严重威胁到产业发展。通过冷凉山区蒜苗试验,评价结果得到进一步验证。针对复合灾害影响评价及分布特点,高原夏菜生产还需因时因地制宜。

河西走廊太阳辐射时空分布特征及太阳能资源评估研究

利用1961—2020年河西走廊3个太阳辐射站和19个气象站资料,推算河西走廊各站太阳总辐射量,得出该地区太阳总辐射空间分布和时间变化特征,进一步采用相关系数法分析了太阳总辐射的气候影响因素。结果表明:(1)太阳总辐射空间分布在年及春、夏、秋季呈西北向东南递减,冬季呈西北向东南增加。(2)太阳总辐射在月际和季节分布上呈单峰型,5月最强,12月最弱,夏季最强,冬季最弱。(3)年太阳总辐射呈增加趋势,其线型倾向率为6.3 MJ/(m^(2)·10 a),其中夏、秋、冬季总辐射呈减少趋势,夏季下降最明显,而春季呈明显增加趋势。(4)年、季总辐射都表现出2~3、5~6 a短周期及8~10 a长周期振荡。(5)太阳总辐射量与相对湿度、降水量、总云量、低云量及浮尘、扬沙、沙尘暴日数总体呈负相关,与气温和日照时数呈正相关。(6)河西走廊太阳能资源丰富程度和稳定度表现一致,都呈现为由西北向东南递减的趋势,资源相对丰富的地区稳定度也相对较高。

石羊河流域荒漠化定量评价及驱动机制

为了解石羊河荒漠化趋势特征、掌握荒漠化过程驱动机制,有效提高流域荒漠化监测精度和为荒漠化趋势预测奠定基础。基于遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术,反演植被降水利用率(RUE),结合同期气象和经济社会发展数据,运用Sen趋势分析、Pearson相关分析和灰色关联度分析方法,开展2010—2019年植被生长季石羊河流域荒漠化定量评价和驱动机制研究。结果表明:流域RUE值自南向北依次降低,研究时段内流域荒漠化程度总体向好,改善的区域占流域总面积的48.5%,稳定不变的占47.7%,退化面积仅占3.8%;驱动荒漠化逆转的自然因素变化主要为日照时数减少、平均气温升高和相对湿度增加,经济社会因素变化主要为粮食产量和压沙造林面积增加以及人口数量减少。