贵州省生态系统服务对极端降雨的时空响应

气候变化是影响生态系统服务供给水平及相互关系的重要因素,厘清生态系统服务对极端降雨的响应特征及机理,对区域生态系统服务科学管理、应对极端气候具有重要的意义。以贵州省为例,基于气候、生态环境等数据,利用InVEST模型和Spearman相关分析法,研究了生态系统服务对极端降雨的时空响应。结果表明,极端降雨影响下,贵州省产水、土壤保持服务呈增加趋势,水质净化服务呈下降趋势。随着极端降雨增加,3种生态系统服务的变化幅度增大。产水与土壤保持服务变化的空间格局较为接近,而与水质净化服务变化的空间格局差异突出。降雨偏强影响下3种生态系统服务变化的空间格局与降雨强盛影响下的空间格局差异明显。贵州大部分地貌区产水与土壤保持之间为协同关系,产水与水质净化之间以及土壤保持与水质净化之间为权衡关系。     

贵州土地利用变化对淡水生态系统服务的影响

作为生态系统服务重要类型,淡水生态系统服务供给能力深受土地利用变化的影响,进而强烈影响着区域生态功能水平及社会经济可持续发展。基于贵州省土地利用、地形、土壤、植被、气候等数据,利用InVEST和ArcGIS软件分析了1995-2015年贵州省土地利用变化对淡水生态系统服务的影响。结果表明:在土地利用变化影响下,1995-2005和2005-2015年间产水和水土保持服务呈增加趋势,而水质净化服务呈下降趋势。三种淡水生态系统服务变化的空间格局存在明显的异质性。1995-2005和2005-2015年间产水与水土保持之间均为协同关系,而水质净化与产水、水土保持之间均为权衡关系。耕地、林地和草地变化对1995-2005年贵州省淡水生态系统服务影响较为突出,而建设用地增加对2005-2015年的影响较大。土地利用变化对水质净化服务的影响强度高于对产水和水土保持服务的影响。     

汾河上游流域景观破碎化与生态系统服务关系研究

以汾河上游流域为研究区,综合运用网格分析法和景观生态学与生态系统服务相关理论,基于ArcGIS和GeoDa方法分析了2000、2008和2015年土壤保持、产水量和植被净初级生产力(NetPrimary Productivity,NPP)三种生态系统服务时空变化特征与景观格局的空间分异规律,定量分析了景观破碎化与生态系统服务的空间相关性。结果表明:(1)2000-2015年,土壤保持与产水量均整体呈现先增加后减小的趋势,空间分布变化比较明显;NPP生产呈现持续增加的趋势。(2)2000-2015年,流域西南部景观格局变化最为明显,其破碎化程度增强,而流域北部景观格局破碎化程度减弱。(3)2000-2015年,土壤保持、产水量与景观破碎化呈现显著空间相关关系(P0.05),NPP生产与景观破碎化的空间相关性相对较弱。     

澜沧江流域近55年来极端气温时空变化特征

基于澜沧江流域33个气象站点1960-2014年的日最高气温、日最低气温、日平均气温资料,选用极端冷指标、极端暖指标等9个极端气温指数,对澜沧江流域近55年来极端气温的时空变化特征进行分析.结果表明:(1)极端冷指标在空间上存在差异性,受地形地势影响,各项指标的空间分布整体呈现明显的纬向分布特征,其中,年平均最低气温、冷日阈值、冷夜阈值整体呈现北低南高,冰冻日数、霜冻日数与之相对应,呈现相反的北高南低的分布趋势;(2)极端暖指标的空间分布也具有明显的纬向分布特征.暖日阈值、暖夜阈值的空间分布与年平均最高气温的空间分布相一致,整体呈现北低南高;(3)澜沧江流域的冷夜阈值、冷日阈值和年平均最低气温均呈上升趋势,霜冻日数、冰冻日数呈下降趋势;而极端暖指标均呈上升趋势,说明近55年来澜沧江流域的高温事件正在增加,而霜冻与冰冻等低温事件正在逐年减少.     

基于集合EMD方法的贵州省极端气温事件频数的主震荡模态分析

采用每日最高(最低)气温的历史同期序列的分位数作为该日的极端阈值,运用改进的经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)方法对贵州省1981—2010年每年发生的持续3 d及3 d以上(从第4天起允许间隔1 d)极端气温频数进行了初步分析.结果表明,1981—2010年贵州省每年的持续极端高温频数(frequency of sustained extreme-high temperature,FSEHT)和持续极端低温频数(frequency of sustained extreme-low temperature,FSELT)序列分别呈线性上升趋势和线性下降趋势;在0.05的显著性水平下,贵州省代表站的FSEHT序列与该地区的年平均气温序列呈显著正相关关系,而该地区的FSELT序列与年平均气温序列的负线性相关不显著;此外,这2个频数序列分别存在不同的周期振荡.从主要周期看,贵州省的FSEHT和FSELT序列的振荡变化主要表现为高频振荡.     

云南近50年极端气温及降水事件变化特征与区域气候变暖的关系

利用19612008年云南125个观测站的逐日观测资料,采用百分位值法定义了云南极端气温、降水事件阈值,分析了极端条件下的高温、低温和强降水的分布特征、气候变化趋势及其与区域气候变暖的关系.结果表明,云南极端高温阈值大于36℃的中心分别在低海拔的金沙江河谷、红河河谷及昭通和西双版纳的部分河谷地区.全省大部分地区极端高温频数具有明显的年代际变化特征.极端低温阈值小于-10℃的低值中心则集中位于迪庆州北部.大部分地区极端低温频数呈明显减少趋势.极端强降水阈值超过40mm的大值中心有3个,分别位于玉溪南部红河南部、普洱南部和曲靖南部.年平均气温与极端高温频数为正相关关系,与极端低温频数为显著的负相关关系,与极端强降水频数的相关关系不明显.     

基于景观格局变化的粤港澳大湾区生态系统服务变化研究

粤港澳大湾区作为我国未来经济发展的引领极,城镇化进程对其景观格局产生了显著的影响,从而影响到生态系统服务功能的变化.因此,探究该区域景观格局变化与生态系统服务变化的关系,对区域生态、经济、社会可持续发展具有重要意义.基于Fragstats 4.2软件与InVEST模型,探讨粤港澳大湾区2000-2015年间的景观格局(类型水平:斑块密度(PD)、最大斑块指数(LPI)、最短欧式距离(ENN_MN),景观水平:香农多样性指数(SHDI)、蔓延度指数(CONTAG)、斑块密度(PD)、聚合度指数(AI))和生态系统服务(碳储量、土壤保持、生境质量)变化,并进行景观指数与生态系统服务相关性分析.结果表明:2000-2015年粤港澳大湾区景观格局发生了显著变化,破碎化程度加深,景观的空间异质性不断增强;受景观格局变化的影响,2000-2015年粤港澳大湾区的碳储量呈上升趋势,而土壤保持能力与生境质量则呈下降趋势,各生态系统服务在空间上存在异质性;林地、耕地与建设用地的变化对粤港澳大湾区的整体景观格局及生态系统服务影响较大,故适当优化3种景观之间的用地结构是区域生态保护及经济发展可持续发展的关键.     

华中地区近50年高温事件及大气环流成因分析

基于中国气象局信息中心整编的1960-2009年逐日地面最高气温的站点资料及NCEP/NCAR再分析资料,分析了华中地区85个站点的年平均高温日数和高温日平均最高气温的时间、空间变化,同时分析了高温日大气环流特征.结果表明:年平均高温日数和高温日年平均最高气温在时间分布上呈现增暖的趋势,在20世纪60-80年代中期呈降低趋势,之后呈现上升的趋势,尤其在2000年之后,表现得更加明显.年平均高温日数(＞35℃)和年平均高温日数(＞ 37℃)在空间分布上均呈现扩大趋势,部分地区年平均高温日数(＞ 35℃)增加10天,但是高温日(＞40℃)年平均气温呈弱下降趋势.从大范围高温事件的环流形势来看,7月与8月西太平洋副热带高压脊线北抬至25°～35°N之间.8月586线经向变化,西伸至90°E,100 hPa南亚高压发展强大.由此,在对流层中、上层两个高压系统相互配合,并且二者高度场均呈现强大的正距平,这便是形成华中大范围极端高温事件的大气环流形势场.     

气候变化对生态系统服务影响的研究进展

气候变化是影响生态系统服务的重要驱动因素。气候变化影响下生态系统服务稳定持续的供给水平深刻影响着区域可持续发展能力。笔者通过分析国内外气候变化对生态系统服务影响的已有研究成果,全面系统总结了气候变化对生态系统服务影响的研究现状和存在问题,并展望了未来研究趋势。气候变化对生态系统服务影响研究的主要内容包括:气候变化对生态系统服务供给水平、生态系统服务相互关系、生态系统服务管理的影响以及极端气候事件对生态系统服务影响。分析认为,气候变化对生态系统服务影响的研究应在不同尺度气候变化对生态系统服务供给变化特征的影响,不同尺度气候变化影响下生态系统服务权衡与协同关系类型识别及其空间格局特点分析,气候变化影响下全球尺度生态系统服务可持续管理的评价指标体系和评价模型构建,区域生态系统服务保护规划,小尺度极端天气气候事件和未来极端气候事件对生态系统服务的影响等方面进行深入研究。气候变化对生态系统服务影响的研究可以深化生态系统服务变化驱动机理研究,为区域生态系统服务管理、生态环境保护政策制定提供科学依据。     

1961-2008年山东省极端温度事件时空特征分析

利用山东省1961--2008年18个气象站点的日平均温度资料,分析了山东省近48年极端温度事件的时空特征.结果表明,山东省极端温度事件年发生频率的空间差异比较突出,频发区域主要集中于胶东半岛,但高、低值区域发生频率的差值相对较小,大部分区域在15～16d/a之间;无论年还是季节,极端高温和低温事件的发生频率分别呈增加和减少趋势.两者的变化趋势分别在春季和冬季最显著;变化幅度也存在空间差异.相对于西部,胶东半岛极端温度事件年发生频率的变化趋势更为显著:极端高温和低温事件的年发生频率在所有站点(极端高温事件除海阳站)均发生了突变现象.变化趋势均在20世纪90年代以来更加显著;极端温度事件呈波动变化,普遍存在准5年周期.     

基于InVEST模型的贵州省珠江流域水质净化功能分析

水质净化功能强弱对保障流域水质及流域社会经济可持续发展具有重要的意义。笔者基于Landsat TM/ETM⁺遥感解译数据,利用InVEST模型对2000—2010年贵州省珠江流域水质净化功能进行了分析。结果表明:①林地、耕地和草地是该流域主导地类,三者合计占土地总面积的98.00%以上。10年间,林地、草地、建设用地、水域面积增加,耕地面积降低。耕地转为林地和草地最为突出,分别转移1 002和713 km²,而未利用地无变化。②整个流域N、P平均输出量和平均保持量分别下降6.67%和4.99%,N、P平均输出量表现为北盘江和红水河水系>南盘江和柳江水系,N、P平均保持量表现为南盘江和北盘江水系>红水河水系>柳江。10年间,四大水系大部分的小流域N、P平均输出量和平均保持量减少,仅有小部分小流域N、P平均输出量和平均保持量增加。分析认为,土地利用格局空间异质性以及退耕还林还草工程是影响该流域水质净化功能时空特点的主要因素。     

沿气温梯度中国森林生物量分布特征

基于长期定位监测的森林生物量数据以及气象数据,利用生物量加权计算法和空间关联法,研究气温梯度下中国森林生物量分布特征.结果表明:1)森林总生物量和地下生物量随着温度梯度变化趋势一致,表现为随着气温的增加而持续升高,当气温达到一定值,森林总生物量出现先上升后下降,继而又逐渐上升最后下降趋势.地上生物量随着温度梯度变化有微小差别,随着气温的增加而直接下降,继而又逐渐上升,最后呈下降趋势,在低温前期没有上升的趋势. 2)植物地上生长与地下生长对温度有不同的响应机制,具有滞后效应. 3)对森林生物量总贡献,地上生物量比地下生物量贡献大,茎生物量比枝叶生物量贡献大.以上结果表明了我国森林生物量随着气温的变化有明显规律可循,气温对生 产力具有极其重要的影响作用.      

钱塘江流域极端气温和最大降水事件的时空变化

基于1951-2008年钱塘江流域内外15个气象站月极端高温、月极端低温和月最大降水量资料,采用Mann-Kendall趋势分析方法和协克里金插值方法分析了不同区域、不同季节的极端气温和最大降水量的空间分布及变化趋势特征.结果表明:钱塘江流域最大降水量总体呈缓慢减少的状态,而极端气温都有上升的趋势;季节分布上,夏季最大...     

城市湿地生态系统服务动态演化及其权衡关系

以杭州西溪湿地为例，基于1984—2018年的高分辨率遥感数据，利用InVEST模型和当量因子法核算了该地区生态系统服务的动态变化，分析了生态系统服务间的权衡关系．结果表明:1）除固碳服务外，研究期内西溪湿地生态系统服务整体呈退化趋势；2）国家湿地公园的建设，使公园内外固碳服务与生物多样性服务呈现不同的变化趋势，这2种服务类型在公园内呈现增加、而公园外受城市化过程持续影响呈现降低趋势；3）受降水量增加、不透水地面扩大等因素影响，公园内外的产水量与营养物输出量等均呈现增加趋势，旅游开发和生态保护之间的矛盾并没有完全缓解；4）生态系统服务之间存在显著的权衡关系，主要是产水服务与固碳服务、生物多样性保护服务、娱乐和文化服务之间，空间上在城市不透水地面周围更为显著．      

南昌市土地利用与生态系统服务价值的关联性分析

南昌市正处于社会经济快速发展时期,土地利用的改变造成生态系统服务价值的变化,研究南昌市土地利用变化及其对生态系统服务的影响对未来城市的可持续发展具有重要意义.基于南昌市1995年、2005年和2015年3期土地利用数据,利用景观格局指数计算模型、生态系统服务价值指数模型和灰色关联分析模型,计算南昌市1995—2015年土地利用及生态系统服务价值的变化并分析了两者间的关联性.结果表明:1)1995—2015年南昌市建设用地和草地的变化率最大,变化率分别为103.50％和-21.71％;土地类型斑块破碎度增加,景观整体形状趋于规则化;2)21 a间,南昌市的生态系统服务价值总体呈现上升的趋势,其中水域提供了70％以上的生态系统服务价值,且生态系统服务价值较高区和中等区逐渐增加,生态系统较低区逐渐下降;3)耕地和林地面积下降是食物生产和维持养分循环功能下降的主要原因,水域面积增加是水文调节功能增加的主要原因,南昌市水域分布的分散是生态系统服务总价值上升的重要影响因素.     

三门峡市近50年气候变化及对农作物的影响

利用三门峡市1960—2009年逐月气温、积温、降水、日照时数、蒸发量、无霜期等气象资料,采用线性方程、累积距平法、气候倾向率等方法,分析了该市近50年的气候变化特征.结果表明:50年来,三门峡市气温在波动中呈现上升的趋势;极端最高气温下降,高温日数减少,极端最低气温的强度减弱,持续时间缩短,冬暖夏凉趋势明显;年降水量在波动中减少,年际波动较大;年日照时数和年蒸发量总体呈减少趋势;无霜期日数变化较大.根据气候变化情况,简单分析了当地气候变化对主要农作物的影响.     

松嫩平原半干旱区湿地变化与局地气候关系

湿地是对气候变化最敏感的生态系统,同时其面积的消长也对气候变化产生一定的影响.为了更客观、也更直观地表达半干旱区湿地变化与局地气候的关系,采用实证和统计研究方法,选择湿地变化较为显著的松嫩平原半干旱区为研究区域,分析其在1985~2010年间湿地的时空动态变化过程,在此基础上研究湿地面积及分布格局变化对局地气候的影响.结果表明,研究区湿地面积和格局变化对局地气候的影响主要体现在5~9月最高气温和降水量的变化上,湿地面积增加,最高气温上升幅度和降水量下降幅度变小,湿地面积减少,最高气温上升幅度和降水量下降幅度变大.最高气温和降水量变化与湿地格局变化在空间分布上呈现较好的对应关系.研究区的湿地、草地和林地对局地气候的调节以湿地的贡献率最显著,因此湿地的冷湿效应是调节局地气候、缓解气候暖化的主要途径.     

内蒙古地区近四十年极端天气气候事件变化研究

内蒙古地区作为对全球气候变化敏感的典型区域,在全球暖化背景下,了解和掌握该区域极端气候频发的原因及特定的周期性规律,对于制定草原区资源可持续利用战略具有极其重要的现实意义.利用1970-2012年的49个气象站点数据对内蒙古地区近四十年极端气候事件进行了研究,结果表明:极端高温在2000年之前波动性较小,之后呈大幅增温趋势,在呼伦贝尔草原区和森林区增加幅度较大;极端低温则在2000年前增幅较大,之后波动性较大,极端低温的增幅要大于极端高温;霜冻日数(Fd0)呈显著减少趋势;结冰日数(Ido)在2000年前显著降低,之后显著增加,炎热夜数(Tr20)和夏季日数(Su25)则是显著增加,Fd0、Id0、Tr20和Su25在空间格局上的变化是一致的;有效积温显著增加.年总降水量、降水强度、大雨日数都在20世纪90年代有略微增加,近十几年的值均低于平均水平,单日最大降水量在20世纪80、90年代大于其平均水平,说明极端降水事件有增大趋势,与极端温度相比,极端降水指数的空间分布一致性较差,在草原区和东北部森林区普遍减少,而在荒漠区普遍增加.     

基于情景的关中平原土地利用和生态系统服务预测及变化分析

结合气候情景和政策情景设置了16种未来情景,在2000年和2010年土地利用数据的基础上利用IDRISI软件中的LCM模块模拟了2050年关中平原地区的土地利用,并估算了2050年各情景的3种生态系统服务(固碳、保土和保水)。结果表明:全球气候变化对未来土地利用有显著影响,生态系统服务主要随着土地利用变化而变化。碳税政策的实施对林地影响较大,对土壤保持和固碳有积极作用,对产水有消极作用;人口政策实施对城镇用地影响较为显著,降低固碳与土壤保持能力,增加产水能力。固碳量和保土量总量高的情景中,产水量通常较低;而固碳量和产水量低的情景中,产水量通常较高。     

近51年贵州南部冬季气温气候特征及其变化规律

利用贵州南部12个站51年气温观测资料,研究这个地区冬季气温的长期变化,其中包括用线性趋势分析了冬季气温的变化趋势和特征,以及利用小波周期分析方法研究了冬季气温的周期变化.结果表明:51年来,贵州南部冬季平均气温、12月气温、2月气温、平均最低气温、极端最低气温均呈现升温的趋势,其中2月增温趋势达到0.46℃/10 a,平均最低气温达到0.23℃/10 a,两者升温显著;1月气温呈现下降的趋势,趋势率为-0.13℃/10 a,平均最高气温和极端最高气温呈现弱的降温趋势.贵州南部冬季气温和冬季各月气温存在年际振荡和年代际振荡.