青海省气象干旱对粮食产量的影响及其评估方法研究

气象干旱是青海省发生最为频繁的气象灾害之一,具有出现频率高、持续时间长、影响范围广等特点,对农业生产造成极大的影响,严重的干旱少雨之年常使农业大幅度减产,甚至绝收.为了研究气象干旱对青海省粮食产量产生的影响,根据拉格朗日插值方法给出了青海省无干旱时"期望产量"的确定方法,并据此求算出历年干旱对青海省粮食产量的损失量值,然后依据农作物不同生育期所发生的干旱的强度、范围以及作物对干旱的敏感度等关系,建立了干旱损失量的统计和评估模式.在2006-2010年青海省粮食产量评估中进行应用,5a中有4a误差小于5%,仅2006年误差百分率达到-9.38%;由此,证明了运用干旱损失评估方法,可以评估出干旱对粮食产量的损失量,从而评估出青海省的实际粮食产量,效果较好,可以在青海省今后的粮食产量预报和评估中推广应用.

海西东部及环青海湖地区40多年的气候变化研究

利用1961～2004年地面观测资料,分析了海西东部及环青海湖地区年、季气候变化的特征和规律。结果表明,海西东部及环青海湖40多年来年季平均气温平均增温幅度为0.3～0.6℃,平均最低和最高气温多数季节增温具有非对称性,并且20世纪90年代四季增暖最为明显。夏季和冬季降水略有增加,而过渡季节降水变化基本呈减少趋势。年均和秋、冬、春、夏四季的气温变化倾向率均为正值,分别为0.48、0.57、0.692、0.337、0.373℃/10a。冬、夏季降水变化的倾向率为0.442、4.672mm/10a;而秋、春季了水变化的倾向率为-2.304、-0.022mm/10a。冬季降水量和累计积雪量的缓慢增加容易导致该地区地表积雪的积累,极易形成雪灾或低温冻害。春季气温升高、降水减少,干旱发生的频次将增加;秋、冬季气温上升幅度比较大,将有利于病虫害的越冬、繁殖,加重病虫害对农牧业生产的危害程度。

基于温度植被旱情指数的青海高寒区干旱遥感动态监测研究

利用MODIS资料提取的归一化植被指数(NDVI)和地表温度(Ts),构建NDVI-Ts特征空间,依据该特征空间设计的温度植被旱情指数作为旱情指标,对青海省东部浅山农业区2004年7月上旬的旱情进行了动态监测,同时利用各气象台站实测的地面数据进行了验证,结果表明利用温度植被旱情指数(TVDI)法对青海高寒区进行干旱动态监测是可行的。

青海省旱地土壤水分动态变化规律研究

对青海省旱地土壤水分动态变化规律分析发现，大气降水对裸地土壤水分的影响十分明显，水平和垂直土壤水分梯度均明显大于草地和作物地；天然草地浅层（（０～３０ｃｍ）土壤水分明显受天气状况和牧草生长影响。在牧草返青期，浅层土壤水分明显处于低值期，４０ｃｍ～６０ｃｍ土层是土壤水分的高值区，土壤水分不断向浅层输送，可弥补大气降水的不足。在牧草整个生长季节，２０ｃｍ土层的土壤水分处于低值区，４０ｃｍ～６０ｃｍ土层的土壤水分处于高值区，７０ｃｍ～１００ｃｍ土壤水分在牧草的整个生长季保持相对稳定；作物（春小麦）地土壤水分，在小麦生长旺盛的６月份，表现出土壤供水不足。７月～８月份降水仅能渗透到土壤浅层（０ｃｍ～２０ｃｍ），在３０ｃｍ深处，土壤湿度仍处于低值区。秋季降水可以入渗到较深层处（３０ｃｍ～４０ｃｍ），秋季降水量对决定次年土壤的底墒起着重要作用。

青海牧区干旱、雪灾灾害损失综合评估技术研究

利用青海省20个草地生态监测站点2003—2011年监测的牧草、降水和相应年份的灾害监测调查资料分析表明,青海高原草地牧草产量与降水相关密切,8月末牧草产量与5—8月降水量相关系数均达到了0.001的相关性检验,建立了不同草地类型不同月份牧草产量与降水量的最优模拟方程;利用降水量距平百分率划分干旱等级,建立了干旱等级与牧草和牲畜损失的对应关系,实现了干旱和雪灾对草地、牲畜直接经济损失的定量评估.对比分析了干旱和雪灾灾害对畜牧业造成损失比例,将干旱和雪灾两个不同概念的灾害通过经济损失有机地联系起来,直观地表明了在不同等级的灾害情况下,损失造成的大小和比例.结果表明:随着灾害等级加重,雪灾造成的损失比例增大,在特大灾时,雪灾造成的损失是旱灾损失的2.5倍.评估模型符合草地牧草生长规律和畜牧业生产特征,实例评估符合畜牧业实际损失程度.因此,能够在降水偏少或偏多时对草地畜牧业评估服务中推广应用.

青海省太阳总辐射估算模型研究

以天文辐射理论模型、有关参数为基础,应用青海DEM模型,Angstrom气候学模式,通过天文辐射、大气透射率的计算,建立了青海高原月、年太阳总辐射栅格模型,模型估算平均相对误差7.40%,模拟效果较好;同时,应用模型估算了青海高原30a(1970-2000年)平均月、年太阳总辐射。结果表明,青海省太阳总辐射年平均值为6771.95MJ/m2,空间分布不均匀。全省年太阳总辐射有3个高值区,1个低值区。高值区位于可可西里地区、柴达木盆地南部、大柴旦西部区域,低值区位于河湟谷地。全省月太阳总辐射地域分布差异较大、季节变化明显,5月和7月为峰值,12月为最低值。5、7、12月全省30a太阳辐射平均值分别为717.24、701.96、352.63MJ/m2。

青海高原牧区雪灾综合预警评估模型研究

应用灾害学的理论和观点,以青海牧区为研究对象,对造成青藏高原雪灾的致灾因子、孕灾环境和承灾体等要素综合分析。建立从降水、积雪、成灾、灾情评价的综合判识模型,在地理信息背景数据库的支持下,从产生降水之后,进行快速监测,并对不同地区的雪灾发展趋势做动态预测,最后实施灾情评估。结果表明:在青藏高原的雪灾形成过程中,除积雪的直接致灾作用之外,孕灾环境的脆弱性和承灾体的敏感性也起着重要的作用。提出保护草场、加强草原畜牧业配套设施建设等措施,可以发挥人类抗灾的能动性,降低雪灾级别。最后应用综合预警模型,对发生在青海境内的雪灾过程进行了预测,效果较好,模型具有业务应用潜力。

基于灾损评估的青海省牧草干旱风险区划研究

在全球气候变暖的大背景下,表现出温度升高、降水变率加大的区域响应,造成极端天气气候事件、气象灾害加剧.基于青海省1961-2010年47个气象站和20个农气站的气象资料、牧草的实际产量以及牧草的理论产量等资料,采用相关分析、线性回归等方法,在分析致灾因子危险性、牧草相对产量的基础上,确定了青海省牧区牧草干旱风险评估的实际阈值.通过海拔、经度、纬度、牧草旱灾发生频次的拟合方程,结合GIS平台对青海省牧草干旱进行风险区划.结果表明:青南牧区西部、环青海湖地区、柴达木盆地东部边缘地区、祁连山地区为易受旱灾影响的特高风险或高风险区域;青南牧区西南部为中风险区域;低风险区域主要在青南牧区东南部,区划结果基本上于历史旱灾的实际情况相吻合,区划结果旨在为青海省牧区牧业良性发展提供科学依据.

西宁地区污染气象条件的数值模拟研究

采用非稳态三维拉格朗日烟团输送模式(CALPUFF)对西宁地区的污染气象条件和扩散规律进行了数值模拟。结果表明,CALPUFF模式能较好地模拟出西宁市环境空气的污染程度及其变化趋势,数值模拟结果和监测结果有较好的一致性;西宁市高浓度污染日多出现在10月-次年3月;出现高浓度污染时,受地形影响,北川河谷和湟水河谷地区风速较小,不利于污染物的扩散;在典型气象条件下,受风场影响,污染物在北川河谷和湟水河谷中不利于扩散,加之450m高空内出现逆温层结或温度随高度变化不明显,混合层高度较低,也不利于污染物在垂直方向的扩散,造成污染物在西宁河谷地带堆积和滞留;西宁地区在春、秋、冬三季污染物浓度的分布与两条河谷走向基本一致,呈"十"字形分布,而夏季污染物PM10和NO2主要分布于市区以西和北川河谷地区,SO2只分布于湟水河谷偏西地区,模拟的市区污染物季节内平均浓度依次为冬季>秋季>春季>夏季。

基于MODIS数据的青海省草地地上生物量估算及影响因素研究

利用EOS/MODIS植被指数产品(NDVI)、实测草地地上生物量和气象监测资料,结合实测资料和NDVI之间的关系建立了青海省草地地上生物量卫星遥感估算模型,并通过研究青海省气温和降水量变化特征分析了影响草地地上生物量的主要因素。结果表明:在草地生长季,生态监测站草地地上生物量与NDVI之间具有较好的正相关关系(P<0.01)。利用模型估算的青海省草地地上生物量在2003-2017年表现出弱的增加态势,2003年平均草地地上生物量最低,仅为2622 kg·hm^-2,2010年最大,达3252 kg·hm^-2;2003-2017年,青海省草地地上生物量变化表现出明显的空间分布特征,从东南向西北逐渐递减;其中,青海省果洛州东南部、玉树州南部、黄南州东南部和海北州东南部草地地上生物量最高;西北部的柴达木盆地最低;2003-2017年青海省绝大多数地区草地地上生物量均呈现保持不变或者趋好的变化特征,其中曲麻莱、都兰以及甘德等地区部分草地地上生物量明显减少。气温升高热量条件充足的背景下,青海省草地受降水量增多带来的水分条件趋好的有利影响,对高寒地区草地植被的生长发育起到了促进作用,最终导致草地NDVI升高,地上生物量增加。

利用NOAA/AVHRR监测青海省草地生产力变化的研究

青海省地处青藏高原, 生态环境脆弱。近20年来, 由于气候变化和人类活动的共同影响, 生态环境, 特别是草地资源发生了较大的变化。利用美国地球资源观测系统数据中心探路者数据库(Pathfinder Data Sets)1981—1999年间的 NOAA/AVHRR NDVI资料序列, 分析了青海省近 20 年来草地生产力变化的时间特征及地区差异性。

青海湖水位波动对气候暖湿化情景的响应及其机理研究

利用1961—2015年青海湖水位资料及其流域气温、降水量、蒸发量等气象观测资料,高原季风、西风环流气候等指数及植被数据,分析青海湖水位波动的基本特征,揭示高原季风、西风环流、植被覆盖、径流以及冻土退化对湖泊水位波动的影响机理,建立基于水量平衡的青海湖水位变化的定量评估模型。研究表明:2004年前后,青海湖水位出现由降到升的突变,自2005年以来持续回升;水位波动具有8 a和21 a的显著性周期;全球变暖背景下高原季风增强、西风环流趋弱、气候趋于暖湿、流域植被恢复、冻土退化和径流量显著增大,引起了2005年以来青海湖水位的持续回升。基于湖泊水量平衡原理建立的气候变化对青海湖水位影响定量评估模型,能够客观反映青海湖流域上年及当年降水量、流量和蒸发量对湖泊水位的效应。

环青海湖地区湿地变化初步研究

以遥感、地理信息系统和全球定位系统为主,应用空间对地观测的技术资源和数据资源,结合地面考察资料和已有的研究成果,对环青海湖地区的湿地类型和面积变化进行研究,结果发现:研究区内的湿地分为天然湿地和人工湿地两大类,其中天然湿地分为沼泽、河流、湖泊。天然湿地的面积在13a内出现了不同程度的变化,其中沼泽面积有所扩大,而河流、湖泊面积缩小。造成这种变化的主要原因是气候暖干化和人类活动的共同影响。

气象干旱对青海牧草产量的影响及其在产量预报中的应用

研究了降水偏少造成的气象干旱对青海省牧草产量的影响，得出牧草生长季降水与产量的关系模式，计算出气象干旱造成的牧草产量损失量。但该方法模拟误差较大，且不能满足牧草产量预报、草场载畜量确定和牲畜出栏率确定等牧业生产服务需求。因此，根据拉格朗日插值方法给出了青海省无干旱时“未受旱产量”的确定方法，并据此求算出历年干旱对青海省牧草产量的损失量值，然后依据天然牧草不同生育期发生干旱的强度、范围以及牧草对干旱的敏感度等关系，建立了干旱损失量的统计和评估模式。在2013-2015年青海省曲麻莱县牧草产量评估中进行了应用，3年的误差在3.59%～6.02％之间，证明了该方法可以评估出研究区干旱对牧草产量的损失量，从而评估出实际牧草产量。拉格朗日插值方法效果较好，可以在青海省今后的牧草产量预报、草场载畜量预报、牲畜出栏率确定等畜牧业生产评估中推广应用。

青海玉树隆宝高寒湿地近地面能量收支状况研究

基于青海玉树隆宝湿地2011年10月-2012年9月气象观测数据,利用组合法计算其近地面的感热通量和潜热通量,进而分析近地面能量收支状况.结果表明:隆宝湿地太阳辐射资源充足,达6 770.8 M J·m^(-2),受积雪影响,冬季日反射率最高可达0.93;11月和12月地面吸收的90%以上短波能量以辐射形式传给大气,而6月份则不到30%.地面全年以净辐射和土壤热通量吸收能量,其中,77%以潜热形式支出,23%以感热形式支出,但各月能量收支特征与之有所不同.

青海省牧区雪灾预警模型研究

对青海省牧区各气象站的积雪深度、积雪日数等气象资料进行了统计分析，结合青海省牧区积雪状况和草场特点，建立了雪灾预警模型。

青海高原干旱时空分异特征及发生风险研究

青海省干旱灾害具有发生频繁、影响范围大、持续时间长的特点,严重影响本省农牧业生产,对其发生、分布及出现风险进行研究,成果对降低农业生产风险、水利工程布局建设有很好的参考作用。本文通过修正Penman公式中辐射计算模型,定义青海省干燥度干旱指标,将干旱划分为重旱、中旱、轻旱、无旱四级,对青海省1960—2010年的干旱年际变化趋势及空间分布特征进行分析。构造月干旱发生风险指数,以5月份为例对青海省月干旱发生风险进行了评估。主要结论如下:(1)1961—2010年,青海省年干旱程度以重旱与中旱为主,50年来重旱次数呈现极显著减少趋势;无旱次数呈显著的增加趋势;轻旱与中旱次数无明显变化趋势。冬季干旱以重旱为主;春季重旱减弱,轻旱增加;夏季重旱显著减少,无旱次数显著增加;秋季重旱趋稳。(2)柴达木盆地为重旱高发区;青海省东南部久治、河南、班玛等地为无旱或轻旱主要影响区;祁连山区、东部农业区及青南称多、玉树等地受轻、中旱影响较大。(3)5月份,重旱在三江源的东南部、祁连山区、环青海湖区、东部农业区出现可能性低;中旱高风险区位于柴达木的大柴旦、德令哈、乌兰、都兰及小唐古拉山、治多区域;轻旱高风险区域包括天峻、祁连、环湖区域大部分、东部农业区大部分地区及三江源的杂多、玉树、兴海等地。

遥感资料在青海草地资源监测及评价中的应用研究

利用EOS/MODIS、NOAA/AVHRR卫星遥感监测的植被指数(NDVI)、地面定点监测的实际地上牧草产量资料,依据卫星遥感监测原理,在点和面上研究、建立了植被指数与牧草产量之间的关系模式,给出了草地资源卫星遥感监测和评价方法。监测和评价结果显示:2004年青海省草地资源从东南部向西北部逐渐递减,产量最高区处于黄南州南部和果洛州东南部,最低区处于西北部的柴达木盆地,近20年来天然草地资源的分布规律没有发生变化,但草地生产力在逐步下降,草地资源在逐年减少,仅果洛州全州平均牧草产量比1986年下降了4.04%,牧草总量减少85.10×104t,理论载畜量减少了63.11×104只绵羊单位;暖干旱化的气候变化趋势是造成青海省天然草地生产力下降、呈现退化趋势的主要原因。

青海东部一次强冰雹的微结构及生长机制研究

2004年8月18日青海省东北部大通、互助出现一次强降雹过程,利用多普勒雷达观测资料分析了冰雹云生长过程并利用现场观测的雹谱和收集的雹块进行了冰晶、气泡结构和同位素研究分析。结果表明:雹谱呈双峰型,雹块呈锥状,少数为椭圆体。冰雹切片中,雹胚以霰为主;雹块按生长方式分为四层,中间两层冰晶最长、厚度较大,表明这两个层次是这次降雹雹块的主要生长区,其生长高度较低、温度较高,生长厚度较大。锥形雹块的气泡以径向纹理为主,近似于椭圆形的雹块中的气泡以纬向纹理为主。雹块中的气泡浓度分布皆呈单峰型,气泡谱宽不超过100μm。雹块透明、不透明层气泡浓度不完全一致,有所起伏。对各层氘同位素的测量结果表明,雹块生长温度相应在-10.0^-24.0℃,生长高度相应在4.5~9.0 km(海拔高度),雹块在相对湿融的气层中,上、下翻滚增长,与冰晶分析的结果基本一致。

青海省多年生栽培牧草气候适宜性研究

为进一步确定青海境内多年生栽培牧草适宜生长的气候条件阈值及其分布范围。本文通过牧草生境法,初步确定了草地型气候条件;同时结合专家打分法,进而得出单一牧草适宜生长的气候条件阈值,并对其生长的气候适宜性进行了研究。结果表明,利用牧草生境法获得的草地类型与实际草地类型分布范围较为一致。禾本科牧草适宜生长的气候条件为积温>1 200℃,降水>370 mm,湿润度100~500(为了数据处理方便,将湿润度扩大100倍);次适宜气候条件为年积温1 200~2 200℃,湿润度为200~300,降水480~780 mm,7月平均气温-0.9~18℃;而不适宜气候条件为年积温>2 200℃,降水0~200mm,湿润度<100或年积温<1 000℃,降水>630mm,湿润度>500。除柴达木盆地外,禾本科牧草在全省境内均能良好生长,而豆科牧草仅分布在东部农业区。因此,牧草能否在某一地区适宜生长,并不是由单个气候条件决定,而是多种气候条件的综合结果。