近20年黄土高原干旱变化特征及其影响因素

为促进黄土高原农业和生态环境可持续发展,基于2001—2020年MODIS蒸散产品和气象站点数据,利用作物缺水指数(crop water stress index, CWSI)、Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验和偏相关分析等方法,探讨了黄土高原干旱变化特征及其影响因素。结果表明：(1)年际上,2001—2020年黄土高原CWSI呈显著线性下降过程,下降速率为0.005 8 a^-1(P<0.01)。干旱程度呈先减(2001—2018年)后增(2018—2020年)过程;(2)空间上,CWSI以减少趋势为主,显著减少趋势占区域总面积91.24%,其中青海、甘肃、宁夏、陕西南部地区CWSI下降速率较快;(3)黄土高原CWSI与气温以负偏相关关系为主,显著负偏相关占区域面积的7.78%,集中分布于青海东部、山西南部和河南北部;与降水以负偏相关关系为主,显著负偏相关占区域总面积60.88%,集中分布于黄土高原西南部和东部地区。气温升高背景下,降水增加促使黄土高原实际蒸发显著增加、潜在蒸发不显著减少,导致CWSI显著下降。研究结论认...     

宁夏植被动态变化及其对降水的响应

区域植被生态变化及其对气候的响应研究,是科学评价区域生态环境的重要内容,受到广泛关注。利用2000—2015年250 m分辨率、16 d合成的MODIS NDVI影像、以及9个气象站点2000—2014年逐日降水数据,分析了宁夏植被NDVI动态变化及其对降水的响应,结果表明:1宁夏植被生长季开始于4月下旬,结束于9月下旬;年际植被生长季NDVI平均值以0.052/10 a的速率呈线性增加趋势,但近4 a持续减少,需加强植被监测,及时了解区域生态环境变化;2植被生长季NDVI平均值以增加趋势为主,占区域总面积的91.62%,主要分布在中部干旱区和南部丘陵山区;减少趋势仅占8.38%,主要分布在北部引黄灌区和中部干旱区西部部分区域;3植被生长季NDVI平均值与降水的相关系数呈线性增加趋势,相关系数正相关与显著正相关区域主要分布在南部丘陵山区,而负相关与显著负相关区域主要分布在北部引黄灌区尤其是银川等城市周围区域。     

黄土高原地区植被覆盖时空演变对气候的响应

利用GIMSS/NDVI数据对黄土高原地区1982—2003年期间植被覆盖变化的研究表明:黄土高原地区植被覆盖整体呈现增加趋势,并存在明显的空间差异.植被覆盖改善区域主要分布在河套平原、鄂尔多斯高原、兰州北部等黄土高原的北部地区,而退化区从西峰、延安向东到离石、临汾以至太原以西呈条带状分布.值得关注的是虽然20世纪80年代植被覆盖增加趋势明显,但90年代中期以来植被覆盖退化趋势非常显著.降水是影响黄土高原地区植被覆盖变化的重要因素,月降水量小于40—60mm期间,植被NDVI和降水量呈线性关系,但当月降水超过60mm之后,植被NDVI不再有明显的增长趋势.     

1965-2013年黄土高原地区极端降水事件时空变化特征

基于黄土高原地区52个气象站点1965-2013年逐日降水数据,辅以一元线性趋势分析、相关分析、Mann-Kendall检验及反距离加权插值(IDW)等方法,本文分析了黄土高原地区极端降水事件时空变化特征.结果表明:1)时间上,持续性指标和强度指标中除降水强度(SDⅡ)外均呈现减小的趋势;绝对指标和相对指标中除R10 mm降水日数(R10 mm)外,其他指数均呈现增加的趋势,但均未通过0.05显著性水平检验.2)空间上,就持续性指标来看,连续无雨日数(CDD)增加趋势最大的位于区域Ⅲ,连续降水日数(CWD)和年降水总量(PRCPTOT)在区域Ⅱ的北部的增幅最大;强度指标中,1d最大降水量(RX1 day)和5d最大降水量(RX5 day)在区域Ⅱ的中部和北部增幅最大,SDⅡ增幅最大的地区主要集中在区域工和区域Ⅱ的北部地区;绝对指标中,R10 mm、R20 mm降水日数(R20 mm)和R25 mm降水日数(R25 mm)的趋势变化呈由南向北增加的趋势;相对指标中,异常降水日数(R95p)和极端降水日数(R99p)增幅最大的地区主要集中在区域Ⅱ.3)CDD与经度、纬度呈显著的负相关,年降水总量(PRCPTOT)、R10 mm和R25 mm与纬度呈显著正相关,其他极端降水指数与经纬度和海拔高度的相关性不显著.4)主成分分析的结果表明2类极端降水指数的总贡献率达到80.73％,除CDD外,其他极端降水指数与PRCPTOT均具有良好的相关性,且均通过了0.01显著性水平检验.5)Hurst指数结果表明黄土高原地区CDD、SDⅡ、R10 mm、R20 mm和R25 mm极端降水指数变化均呈反向变化特征,其他极端降水指数呈同向变化特征.     

肯尼亚蒙内铁路区域植被覆盖度时空变化分析

通过分析长时序MODIS-NDVI数据,得到2000—2017年的植被覆盖度(Fractional Vegetation Cover,FVC),使用相关性分析、变异程度分析等方法对肯尼亚蒙内铁路区域植被覆盖度进行时空变化分析.结果表明:①2000—2017年研究区域FVC值总体呈增加趋势,增速为0.02%/10 a;2013—2017年蒙内铁路修建期间该区域FVC值缓慢上升,从74.82%上升到了76%.②FVC的总体特征为内罗毕国家公园、察沃国家公园以及蒙巴萨周边低海拔区域植被覆盖度较高,FVC值保持在80%左右;蒙内铁路中段车站等中小城市的FVC值较低,在60%以下.根据2000—2017年FVC值稳定性表现为面积增加占44.04%,稳定占52.45%,减少趋势占3.51%.③2000—2008年时段,面积转移矩阵比值为0.87,表现出轻度的减少,2009—2013年和2014—2017年2个时间段比值均1,表现出植被覆盖度(FVC)有改善的趋势.     

2001-2014年黄土高原植被覆盖对干旱条件的响应分析

目的 研究黄土高原地区植被覆盖的未来趋势以及干旱情况对其影响.方法 基于2001-2014年MODIS-NDVI数据以及气象站点月值数据,采用趋势分析、Hurst指数及SPEI标准降水蒸散指数等方法分析植被覆盖时空变化特征.结果 2001-2014年黄土高原地区植被覆盖呈波动增加趋势;在空间上,黄土高原植被覆盖呈增长和下降趋势的面积分别占85.15%和14.85%;黄土高原植被覆盖变化的同向特征稍强于反向特征;SPEI与植被覆盖二者出现了较为统一的突变点,且对植被覆盖的影响具有较统一的滞后性.结论 黄土高原植被覆盖整体表现为上升趋势,降水与气温是影响黄土高原植被覆盖的主要因素.     

陕甘宁黄土高原区植被覆盖空间格局演变

在遥感和GIS技术的支持下,利用2000—2016年MODIS I_(NDV)数据,结合一元线性回归法和F检验分析了陕甘宁黄土高原区植被覆盖的空间格局及其变化趋势,并从气候和人类活动2个方面探讨了影响植被覆盖变化的主要原因.结果表明,2000—2016年陕甘宁黄土高原区植被覆盖度呈上升趋势,而在空间上表现为由东南向西北逐渐递减的变化规律;超过50%区域的植被有明显增加,且主要集中在陕西黄土高原区,其余大部分地区植被变化不显著;极端气温对植被生长有明显抑制作用,而相对适宜的温度(9～10℃)会促进植被生长;降水与植被INDV的相关性以300mm等降水量线为界,以北表现为负相关,以南则呈正相关.研究结果可为当地的生态环境保护、生态系统恢复和可持续发展提供理论依据.     

陕甘宁三河源区1971-2017年极端降水时空变化分析

为了揭示陕甘宁三河源区极端降水时空分布及其变化规律,利用1971—2017年逐日降水、气温数据,辅以气候趋势系数、小波相干分析等方法分析三河源地区极端降水时空变化特征,并探究极端降水指数与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的关联关系。结果表明:1971—2017年,陕甘宁三河源地区极端降水有明显增多的趋势;在空间分布上受地理位置和地形的影响,总体呈现“南高北低”的分布格局,空间差异显著。研究区内极端降水指数变化增减不一,大部地区极端降水量增多,弱降水日数减少,强降水日数增多,降水强度增大,降水趋于极端化。极端降水指数与多元ENSO指数(MEI)呈显著负相关关系,存在3~5 a及9~12 a时间尺度的显著共振周期。     

山西夏季极端降水日数变化规律

利用1960—2017年山西省资料序列完整的站点6—8月逐日降水资料,分析山西省夏季极端降水日数变化规律。结果表明:山西省夏季极端降水阈值空间分布不均,存在自西北向东南增长的趋势。同纬度上盆地极端降水阈值整体偏低,山脉西侧迎风坡阈值快速增长,甚至会出现西侧大于东侧的情况。从气候趋势上来看,夏季极端降水日数线性趋势线较均值线呈微弱下降;6月份上升趋势明显,且通过显著性0.05的检验;7月和8月份呈下降趋势,但显著性未通过0.05检验。山西夏季极端降水日数突变,整体表现为1960—1983年上升,1983—2017年下降,突变特征不显著;6月份极突变特征明显,突变点在1979年,1980年之后呈上升趋势,2014—2017年通过0.05显著性检验。7月和8月突变特征不明显。     

楚雄州汛期极端降水时空分布特征

利用1961-2010年中国地面降水日值格点数据集,采用百分位阈值、小波分析和MK检验等方法,对楚雄州汛期极端降水的时空分布特征进行了分析.结果表明:1极端降水阈值、极端降水总量及极端降水强度的空间分布具有一致性,呈现由东北-西南连线分别向西北及东南部递减,东北-西南一线呈现由东北及西南两端向中部递减的趋势;极端降水日数呈现出由南部及东北部向北部及西北部递减的趋势.2极端降水总量及极端降水日数具有较为显著且一致的年际波动特征,而极端降水强度年际波动特征不明显.3极端降水总量及极端降水强度均呈不明显上升趋势,而极端降水日数无明显变化.4极端降水总量、极端降水日数及极端降水强度均存在25年左右的主震荡周期,且极端降水总量与极端降水日数周期变化较为一致.     

Projected changes in climate extremes over China in the 21st century from a high resolution regional climate model (RegCM3)

Based on a consecutive simulation of the 21st century conducted by RegCM3, changes in climate extremes over China are investigated, following abasic validation of the model performances in simulating present climate. The model is one-way nested within the global model of CCSR/NIES/FRCGC MIROC3.2_hires. A total of 150-years (1951-2100) transient simulation is carried out at 25 km grid spacing under the IPCC SRES A1B scenario. The indices of the extremesincludes SU (summer days), FD (frost days), GSL (growing season length) for temperature, SDII (simple daily intensity index), R10 (no. of days with precipitation 10 mm/d), and CDD (consecutive dry days) for precipitation. Results show that the model can reproduce both the spatial distribution and the values of the present day annual mean temperature and precipitationwell, and it also shows good performances in simulating the extreme indices. Following the significant warming, the indices of SU and GSL for warm events will increase while the indices of FD for cold events will decrease over China. Heavy precipitation events as measured by SDII and R10 show an general increase over the region, except the decrease ofR10 in the Northeast and central Tibetan Plateau andless change or decrease of it along the middle and lower reaches of the Yangtze River. Decrease of drynessas measured by CDD over northern part of China while increase of it over the Tibetan Plateau, Sichuan Basin and other places in southern China are simulated by the model. This leads to the less change of the regional mean CDD in the time series in the 21st century unlike the other indices, which show clear trend of change following the time evolution.     

济南市极端降水特性与雨岛效应分析

利用济南市1985、2000和2015年3期Landsat遥感影像资料,监督分类获得每期土地利用类型,分析3个时期全市及中心城区建设用地面积变化情况．基于济南市24个降水站点1972—2016年的逐日降水数据,选取PRCPTOT、R30 mm、R50 mm、SDII、Rx5day和R95p 6个极端降水指标,运用Mann-Kendall趋势检验和Sen′s坡度估计,分析济南市汛期和年际尺度极端降水时空演变特征． 结果表明:1985—2015年济南市建设用地增长迅速,全市范围扩增超5.5倍,中心城区范围扩增近2.0倍; 随着城市化进程发展,济南市中心城区及商河站降水量逐时段增加,但中心城区降水量增速随着城市化发展放缓;年际尺度与汛期尺度的极端降水指标演变特征存在一致性,分别有4、5个站点降水序列具有显著变化趋势;中心城区与商河站极端降水指标均呈上升趋势,与城市化密切相关,其中,汛期中心城区的Rx5day和R95p均以1 mm·a?1的速率不显著上升．以上事实表明,济南市可能存在一定的雨岛效应．      

Changes in mean and extreme climates over China with a 2°C global warming

Based on a 153-year (1948-2100) transient simulation of East Asian climate performed by a high resolution regional climate model (RegCM3) under the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Special Report on Emissions Scenarios (SRES) A1B scenario, the potential future changes in mean and extreme climates over China in association with a global warming of 2℃ with respect to pre-industrial times are assessed in this study. Results show that annual temperature rises over the whole of China, with a greater magnitude of around 0.6℃ compared to the global mean increase, at the time of a 2℃ global warming. Large-scale surface warming gets stronger towards the high latitudes and on the Qinghai-Tibetan Plateau, while it is similar in magnitude but somewhat different in spatial pattern between seasons. Annual precipitation increases by 5.2%, and seasonal precipitation increases by 4.2%-8.5% with respect to the 1986-2005 climatology. At the large scale, apart from in boreal winter when precipitation increases in northern China but decreases in southern China, annual and seasonal precipitation increases in western and southeastern China but decreases over the rest of the country. Nationwide extreme warm (cold) temperature events increase (decrease). With respect to the 1986-2005 climatology, the country-averaged annual extreme precipitation events R5d, SDII, R95T, and R10 increase by 5.1 mm, 0.28 mm d -1 , 6.6%, and 0.4 d respectively, and CDD decreases by 0.5 d. There is a large spatial variability in R10 and CDD changes.     

甘肃陇中安家沟小流域日降水格局

利用1981-2009年生长季日降水资料,对陇中黄土高原安家沟小流域日降水格局及脉动特征进行研究.结果表明:生长季年均降水量为271.56 mm,年际变异系数为29.14%.降水事件以≤5 mm的降水为主,占全年降水事件的44.55%;≥10 mm的降水频率很低,但对年降水的贡献大,占降水总量的64.87%.0～10d降水间隔期(无降水日)所占比例最大,为年无降水期的87.03%;>10d降水间隔期呈增加趋势.近30年来,≤5 mm/d的降水呈下降趋势,而≥10 mm/d的降水略有上升,年内总降水日数与降水量均呈下降趋势.     

基于坡度视角的黄土高原退耕还林(草)工程碳汇效应分析

【目的】探究退耕还林(草)背景下黄土高原不同坡度退耕地的固碳效应及存在的差异,根据不同坡度碳储量的变化优化新一轮退耕还林工程。【方法】基于2000—2020年黄土高原固碳数据和2000—2015年土地利用数据,运用GIS空间分析法,分析了近20年黄土高原固碳量的时空变化,以及不同坡度退耕地的碳汇效应。【结果】2000—2020年黄土高原固碳量前期增幅较大,后期增幅较平缓,固碳量变化与森林覆盖面的走向基本一致,呈现南高北低的现象;2000—2015年黄土高原土地利用结构发生明显改变,耕地显著减少,林、草地覆盖率增长至56.42%,且各土地利用类型单位面积固碳量呈增加态势,林地单位面积上固碳量最多;此外,坡度15°～25°林地单位面积上固碳量最大,约716.93 g/m²,8°～15°草地的单位面积固碳量最大,约748.65 g/m²。【结论】黄土高原退耕还林还草工程带来了巨大的碳汇效应,不同坡度林、草地的固碳能力存在明显差异,缓坡度地带草地固碳能力最强,中高坡度地带林地固碳能力最强。     

黄土高原地区降水的空间分布

采用8种空间捕值方法对黄土高原地区降水量的空间分布进行模拟.经验证发现:年均降水量用全局多项式插值方法最佳,7月的降水量和6-9月降水量占年降水量的百分比则用局部多项式插值方法最好.由空间插值结果得出:黄土高原地区年均降水量的区域分布不均匀,由东南部的700 mm左右向两北逐渐减少至120 mm左右,多年降水量等值线呈东北-西南走向;6-9月降水量占年降水量的百分比基本上由南向北逐渐增大;7月的降水最也南东南向两北逐渐减少,由东南部的150 mm左右向西北逐渐减少至不到40 mm.     

黄土高原地区归一化植被指数时空动态变化及其与气候因子的关系

以SPOT NDVI及GIMMS NDVI为数据源,结合RS和GIS地统计空间分析技术,对1998—2007年黄土高原地区植被覆盖的时空差异及1991—2000年归一化植被指数(NDVI)与月均温、降水量的关系进行了研究.结果表明:NDVI值(7、8月平均值)在空间上表现出明显的区域差异性,NDVI指数由北向南递增,南部、东部及西南角部分的NDVI值较高,北部、西北部地区较低;1999—2007年整体呈波动上升态势,区域NDVI值的季节差异特征明显,夏季>秋季>春季>冬季;土地利用类型影响NDVI值,林地的值最大,荒漠最小,土地利用结构的优化将改善黄土高原地区地表植被指数偏低的现状;气温、降水是决定黄土高原地区植被生长的主要气候因子,与NDVI指数呈现较高的正相关关系.     

Interannual variation of annual precipitation and urban effect on precipitation in the Beijing region

The large scale character of the interannual variation of precipitation and the urban effect on local annual precipitation anomaly are investigated in this paper based on the 1960-2000 annual precipitation observations at 20 stations in the Beijing region.The results show that:the annual precipitation in the Beijing region possesses the large scale variation character with the linear trend of-1.197/10 yr,which corresponds to a total reduction of 27.82 mm in annual precipitation in the 41 years;the local annual precipitation anomalies(percent of the normal 1960-2000)show a positive center near the urban area,i.e.urban precipitation island(UPI),whose intensity increases with the linear trend of 0.6621%/10 yr,opposite to the interannual trend of large scale precipitation over the Beijing region;changes in the UPI are also associated with the intensity of synoptic processes of precipitation,and when the synoptic processes are strong(wet years),the intensity of UPI strengthens,while the synoptic processes are weak(dry years),and the UPI disappears in the Beijing region.