天山地区大气降水氧同位素的影响因素及其对西风环流变化的指示意义

利用全球降水同位素观测网（GNIP）提供的乌鲁木齐大气降水氧同位素（δ¹⁸O_p）观测数据（1986-2003年）,结合和田δ¹⁸O_p数据及天山冰芯δ¹⁸O记录,分析了天山地区δ¹⁸O_p在年内和年际尺度上的变化特征,及其与主要气候要素（温度和降水量）的关系。结果表明,年内尺度上,δ¹⁸O_p与月均温和月降水量均为显著正相关,表现出明显的“温度效应”;年际尺度上,加权平均年δ¹⁸O_p与年均温度却呈现负相关关系,与降水量仍为正相关。近40~50年的天山地区4支冰芯的δ¹⁸O具有整体偏负的变化趋势,与研究区逐步升高的温度呈反向变化,说明在年际至年代际尺度上,这一区域δ¹⁸O_p与温度之间的负相关关系是客观存在的。进一步对研究区水汽来源路径的对比分析发现：δ¹⁸O_p值偏负的高温年份（1997年）的暖季水汽相对更多来源于远源的高纬度区域,而δ¹⁸O_p值偏正的低温年份（1988年）则相对更多来自近源的中、低纬度区域;同时,研究区上风方向的欧亚大陆14个GNIP站点1997年和1988年的暖季加权平均δ¹⁸O_p值存在高纬度区域偏负而中、低纬度区域偏正的特征;这些结果说明年际至年代际尺度上,天山地区δ¹⁸O_p与温度之间的负相关,本质上指示了西风环流南北摆动所引起的水汽来源变化,可以作为西风环流变化的指示器。     

河西走廊潜在蒸散发时空格局变化与气象因素的关系

蒸散发过程影响因素众多,潜在蒸散发(ET₀)与气象变量交互作用复杂,亟需揭示ET₀变化对气象变量的响应机理。基于河西走廊及周边21个气象站点气象资料,采用定性定量分析方法,以河西走廊整体及3分区2个空间尺度,揭示ET₀时空变化规律,明确ET₀对各气象因素变化敏感性及贡献。结果表明：(1)河西走廊及分区ET₀均呈显著波动上升趋势(Z>1.98),线性变化率2.94 mm·a^-1,且黑河分区变化最明显。(2)ET₀由东南向西北递增变化,中东部石羊河分区(1003.78 mm)、黑河分区(1031.30 mm)较小,西部疏勒河分区(1171.89 mm)较大。(3)河西走廊ET₀对气象因素变化敏感性排序为相对湿度(RH)、日最高气温(T_max)、日照时数(n)、平均风速(u)、日降水量(P),ET₀对RH减少最敏感,对P变化最不敏感。(4)u增大是造成河西走廊ET     

湖光岩玛珥湖晚全新世人类活动的叶蜡烷烃及其碳同位素沉积记录

通过对广东省湛江市湖光岩玛珥湖晚全新世沉积物中叶蜡烷烃（n-C₂₉,n-C₃₁,n-C₃₃）及其碳同位素（δ^{13C）进行分析,探讨该湖区约3.5 ka BP以来的植被变化历史,重点讨论了人类活动对该区域植被变化可能带来的影响。叶蜡烷烃δ13区C₃植物占绝对优势,表现为典型的C在1.7 ka BP以前偏轻,例如长链烷烃碳同位素在1.78 ka BP为-33.27 ‰,表明湖C₃型生态系统;在1.7 ka BP之后碳同位素明显快速偏重,在1.63 ka BP为-28.26‰,指示了C₄植物出现和C₄比例上升的过程。C₄植物的出现通常指示气候的干旱化,但是烷烃P_aq和ACL指数（平均链长）则显示湖区气候可能在1.7 ka BP后变湿润。通过与研究区甘蔗的同位素和ACL指数的比较分析,推测这一矛盾现象可能与湖区开始有一定规模的甘蔗种植活动有关。}     

陕西年降水量变化特征及周期分析

以1959-2009年陕西省各气象站逐旬降水资料为基础,采用墨西哥帽小波函数,线性趋势分析以及Mann-Kendall检验法,对陕西省51 a降水的时空分布特征及趋势进行分析,揭示了陕西省降水变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点,并确定了主要周期。结果表明：（1）陕西省年降水量年际变化大且时空分布极不均匀,降水量从北部向南部递增,呈南多北少特征,大致上为纬向分布。陕北、关中、陕南年降水量多年平均值依次为279 mm、563 mm、840 mm。三大区域年均降水变化相对较为平稳,近51 a来,研究区内年均降水总体呈北部和南部略微下降,中部微弱上升的变化格局,线性倾向率分别为-5.110 mm/10 a、-3.758 mm/10 a、1.908 mm/10 a;（2）陕西省年均降水量有3～7 a,10～17 a,17～30 a周期,以中时间尺度10～17 a的少-多交替最为明显。在微观尺度上,陕北、关中、陕南地区的周期均表现得零乱且不显著。中观尺度,关中和陕南的降水周期比较显著,为10～17 a,陕北的降水周期表现得不十分规律。宏观尺度,陕北的降水周期为23～30 a,关中和陕南较为相似,为18～25 a;（3）Mann-Kendall检验发现1993年是陕西省年均降水量增加的一个显著突变点,2009年以后陕西省将处于多雨期。     

1960～2017年华北地区气候生长季变化特征及成因分析

基于华北地区1960~2017年逐日气温数据,运用Mann-Kendall非参数检验、Morlet小波分析和R/S分析等方法,分析了华北地区气候生长季指标生长季开始（GSS）、生长季结束（GSE）、生长季长度（GSL）、生长季内≥10℃活动积温（AT10）及其对应的天数（DT10）的时空变化特征及其影响因素。结果表明:① 华北地区GSS呈显著的提前趋势,变化速率为-2.43 d/10a,GSL呈现出明显延长,AT10和DT10表现为显著增加趋势,变化速率分别为2.95 d/10 a、67.14℃/10a和2.31 d/10a,GSE变化趋势不明显。近60 a来华北地区GSL的延长主要归因于GSS的明显提前。② 生长季指标变化趋势在空间上存在明显差异,其中GSS与GSL,AT10与DT10变化趋势的空间分布格局较为相似。③ 生长季指标普遍在20世纪90年代中后期发生了明显的突变,GSS、GSE和GSL的突变年份为1994~1995年,AT10和DT10的突变年份为1997~1998年。④ 近60 a来华北地区生长季指标变化存在着2~3 a、5~6 a的主周期。生长季指标Hurst指数都大于0.7,表现为较强的持续性,其过去变化趋势将在未来继续延续。⑤ 北大西洋年代际振荡指数（AMO）是影响近60 a来华北地区生长季指标（GSS、GSE与AT10）变化的主要大气环流因子。     

2001—2020年黄河流域植被覆盖变化及其影响因素

基于MODIS NDVI植被指数和气象数据集,以集合经验模态分解、趋势分析和随机森林回归分析等方法,分析了黄河流域2001—2020年植被覆盖时空变化特征,并对其气候驱动因素进行探讨。结果表明：（1）2001—2020年黄河流域植被覆盖整体呈显著增长趋势,增速为0.055/10a （P<0.05）,2010年之前增速（0.067/10a）大于2010年之后的增速（0.051/10a）。（2）空间上,植被覆盖增加区域主要分布在陕北黄土高原、甘肃省东南部、内蒙古自治区河套平原等退耕还林还草生态工程实施区域,而植被覆盖显著下降区域则集中在关中平原城市群、黄淮海平原以及青藏高原等区域。（3）气温、降水和CO₂浓度等对黄河流域植被生长起到正向促进作用,且绝对敏感性依次降低,而大气饱和水汽压差、太阳辐射等对植被生长起到抑制作用。本研究结果可为评估气候变化对黄河流域植被覆盖变化的综合影响提供参考依据。     

金沙江流域生态系统服务的权衡与协同效应评价（英文）

全球气候变化和人类活动已经威胁到流域生态系统。金沙江作为长江上游,研究其生态系统服务功能对维护整个长江流域的生态安全、促进生态可持续性具有重要意义。基于生态系统服务与权衡综合评价（InVEST）模型和修正通用土壤流失方程（RUSLE）模型,对2000–2020年金沙江流域生态系统提供的5种生态系统服务功能：产水量（WY）、生境质量（HQ）、土壤保有量（SR）、食物供应（FS）、碳储量（CS）进行了评价,并分析了它们的时空变化特征,权衡协同关系及其驱动因素。结果表明:（1）2000–2020年间,金沙江流域的各生态系统服务总量除生境质量外都存在不同程度的波动,各生态系统服务在空间分布上基本呈现出东南高西北低的空间格局。（2）CS＿SR＿HQ和WY＿SR＿FS之间存在显著的协同关系,WY＿CS之间存在显著的权衡关系。（3）CS＿SR＿HQ的主要驱动因素是净初级生产力（NPP）和土地利用类型（LU）,WY＿SR＿FS的主要驱动因素是年降雨量（PRE）、LU和降雨侵蚀（R）,WY＿CS的驱动因素在研究期内较多变。     

黄土高原不同生态类型NDVI时空变化及其对气候变化响应

了解植被的时空变化及其气候主控因子可为植被保护和恢复提供重要的理论依据。基于MOD13A1和气象数据,分析了黄土高原Normalized Difference Vegetation Index （NDVI）时空变化特征,探讨了NDVI对水热条件在不同时间尺度的响应特征。结果表明：黄土高原植被覆盖状态正在不断的改善,气候呈暖湿的发展趋势;83.77%的植被退化区（退化区面积占研究区总面积的5.79%）海拔<2000 m且退化类型以不显著减少为主,不同覆被类型的退化区海拔分布及退化比例差异明显,湿地的退化面积比最高（23.91%）、其次耕地（11.88%）。年尺度上,NDVI与降水呈正相关的面积高于气温,约75.06%的区域受水分条件控制;灌木地（海拔分布<2200 m）、耕地（<3000 m）、草地（<3000 m）和裸地（600~3700 m）等植被生长受水分条件影响;森林（<1000 m、1700~3700 m）和湿地（>2500 m）的植被生长受热量影响。月尺度上,黄土高原植被NDVI对热量响应以滞后1个月为主,不同植被对水热响应的滞后性差异明显,草地、湿地、耕地和裸地对热量响应以滞后1个月为主;森林和灌木地则表现水热同期的特征。伴随滞后时间的推移,水分主控面积逐渐降低,热量成为影响植被生长的主要因素,水热主控及响应滞后性分布受海拔影响明显。     

短时间高强度旅游活动下洞穴CO2的变化特征及对滴水水文地球化学的响应

洞穴高强度旅游活动产生的CO₂对洞穴滴水水文地球化学及洞穴沉积物沉积具有重要影响。本文于2017年9月30日-10月9日对贵州绥阳大风洞洞穴CO₂、温度、相对湿度、游客数量及洞穴滴水水化学指标等进行连续监测,运用系统分析方法对各要素进行综合分析。结果发现：① 受游客数量和洞穴通风效应等因素影响,洞穴空气CO₂分压（PCO_2（A））在时间序列上呈现明显的昼夜变化和日际变化,表现为白昼高、夜间低,游客多的天数高,游客少的天数低。在空间变化上,由于通风程度和洞腔体积不同,不同监测点PCO_2（A）存在明显差异,由洞内深处至洞口分别为3#（神泉玉露）>1#（时光隧道）>2#（夜明珠）;② 通过比较PCO_2（A）和滴水水温,前者对CO₂溶解度影响比后者更为显著,表明PCO_2（A）是洞穴沉积过程中最重要的驱动因素之一;③ 洞穴滴水水温、滴水PCO₂分压（PCO_2（W））与PCO_2（A）变化趋势大体一致,也呈现出明显的昼夜变化和日际变化。pH、SIc和HCO₃^-变化趋势大体上与PCO_2（A）相反,EC和Ca²⁺则无明显的昼夜变化,但存在一定的日际变化。随着旅游活动强度的增加,滴水水化学变化幅度逐渐增大。此外,不同滴水点所在洞腔结构、大小、封闭程度等不同,使PCO_2（A）的扩散和通风程度存在差异,进而影响洞穴滴水水化学组分和洞穴沉积物沉积状况。因此,本研究对于洞穴环境保护和管理及其岩溶洞穴碳循环的研究具有重要意义。     

近千年亚洲季风变化驱动力的初步研究

通过反演方法,利用已有的影响亚洲季风变化的相应资料,通过动力模型建立了近千年亚洲季风变化的驱动力方程,根据各指标的具体数值反演出方程中各项系数和对应的贡献率。分析方程中各气候代用指标对亚洲季风变化的影响程度,发现近千年亚洲季风并非只受到这些气候要素的线性作用,而是受到较为复杂的非线性驱动力作用,其中大气中CO₂含量、印度洋海表温度、前一期季风强度、南方涛动指数、CH₄气体含量、格陵兰温度、北大西洋海表温度、北半球温度等在驱动近千年亚洲季风变化中起到较为重要的作用,而在长时间尺度上对季风变化有重要影响的太阳活动,近千年中其直接影响并不十分显著,这也可能是指标精度的原因。     

沙地玉米水分利用效率日变化特征

以科尔沁沙地玉米农田生态系统为研究对象，利用涡度相关技术和便携式光合作用测定系统（LI-COR6400）同步观测玉米（郑单958）主要生育期（苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期）群体和叶片尺度瞬时CO₂交换及水汽交换速率，并分析其水分利用效率的日变化特征。结果表明：各生育期玉米群体尺度瞬时CO₂交换速率分别为-2.205、-26.113、-26.118、-8.201、-3.672 μmolCO₂·m^-2·s^-1，叶片尺度光合速率分别为27.57、59.55、24.38、22.03、20.09 μmolCO₂·m^-2·s^-1。各生育期群体水分利用效率（WUE_C）的日动态呈现“L”型，峰值出现在日出后（约06：00），分别为0.025、0.039、0.088、0.058、0.191 gCO₂·g^-1H₂O，叶片尺度瞬时水分利用效率（WUE_L）的日动态呈“~”型，峰值出现在06：00—10：00，分别为0.029、0.041、0.017、0.019、0.024 gCO₂·g^-1H₂O。玉米各生育期群体及叶片尺度瞬时CO₂交换速率和水分利用效率均存在明显差异。     

季风区边缘近500年的降水变化特征

基于武都万象洞高分辨率石笋δ¹⁸O和高精度²³⁰Th定年数据,结合利用周边地区史料恢复的旱涝指数序列,重建季风区边缘近500 a以来降水变化。结果显示:在年际至百年时间尺度上,万象洞石笋δ¹⁸O变化指示亚洲季风带来的降水量信息。季风区边缘降水变化可分减弱期(1470~1700 A.D.)、平稳期(1701~1875 A.D.)和增强期(1876~2003 A.D.)三个气候段,其间季风降水的强弱变化响应史料记载的极端旱涝事件。在小冰期向20世纪暖期转换过程中,本区呈现阶梯式过渡降水模式,这是一种较大空间尺度上气候特征,在年代际至百年时间尺度上与北半球温度、中国温度变化具有同步性。     

汉江上游郧县段黄土古土壤序列风化成壤特征以及成壤环境演变

对汉江上游进行野外实地详细调查,在湖北省郧县尚家河台地前沿发现了典型的全新世黄土-古土壤沉积剖面,通过粒度、磁化率、吸湿水和烧失量分析表明,黏粒、细粉砂、磁化率、吸湿水和烧失量在古土壤层S₀出现高值,在L₁、L_t、L₀为低值;而粗粉砂、细砂粒和粗砂粒在S₀为低值,在L₁、L_t、L₀为高值。这些指标的变化说明了全新世以来的气候和成壤环境的变化特征,即在古土壤S₀形成时期,气候温暖湿润,成壤作用非常强烈;黄土堆积时期气候相对干旱,成壤作用较弱。     

新疆层云和层积云冰粒子属性的季节变化

利用CloudSat 卫星资料,选取冰粒子的等效半径（IER）、数浓度（INC）、含水量（IWC）,统计分析了层云、层积云微物理量的垂直分布和季节变化。层云/层积云小粒子（0～50 μm）、中等粒子（50～80 μm）、大粒子（≥80 μm）出现频率分别为18.7%/16.3%、77.6%/62.6%、3.7%/21.2%。在IER 垂直分布上,层云小、中等粒子在云层中部出现较多,层积云小粒子在云层上部出现较多,中等、大粒子在云层中部出现较多。层云/层积云INC低值段（0～50 L^-1）、中值段（50～100 L^-1）、高值段（≥100 L^-1）出现频率分别为90.1%/76.5%、9.6%/19.5%、0.3%/4.1%。在INC垂直分布上,层云低、中值段在云层中部出现较多,层积云低、中值段分别在云层中部、上部出现较多。层云/层积云IWC低值段（0～50 mg·m^-3）、中值段（50～100 mg·m^-3）、高值段（≥100 mg·m^-3）出现频率分别为96.7%/82.8%、3.2%/13.4%、0.1%/3.7%。在IWC垂直分布上,层云低值段在云层中部出现较多,层积云低、中值段分别在云层中部、上部出现较多。     

北半球过去2000年气温变化的多尺度分析

对北半球过去2000a重建气温变化的多尺度分析,发现:(1)北半球过去2000a气温变化存在准6a、准11a、准21a、准43a、准86a、准247a、准914a等7个不同时间尺度的波动,并且以年际变化、年代际变化和近千年周期为主,不只是在数百年尺度上受太阳活动的驱动,在数十年尺度上也受到太阳活动的影响;(2)北半球在中世纪暖期波动幅度较小,小冰期气温振荡幅度相对较大,1400~1800A.D.这400a间是北半球最寒冷的时期;(3)在未来的几十年里,北半球气温的自然波动将极大地减低因人类活动而导致的全球气候变暖效应。     

新疆地区蒸发皿蒸发量变化及基于小波的周期分析

Φ20 cm和E₆₀₁型蒸发皿在新疆均有使用,但两种数据序列自观测开始至今均不完整,尤其自2003年以后数据未进行整合和校正,使得对蒸发皿蒸发量数据的使用和深入分析受到限制。本研究基于Φ20 cm （E₂₀）和E₆₀₁型蒸发皿蒸发量（E₆₀₁）的共同观测期数据,选取新疆地区57个气象站,分析4~10月E₂₀和E₆₀₁的换算系数K。以数据序列较长的喀什（隶属南疆）和塔城站（北疆）为例,分析了逐日和逐月尺度下K的变化,并将各月K值用于两个典型站2003-2016年期间4月1日~9月30日E₂₀的估算,得出1961-2016年完整的日E₂₀序列。进一步基于复Morlet小波函数对月及年尺度E₂₀的波谱特性和周期变化进行了分析,结果表明：（1）新疆地区E₂₀和E₆₀₁的换算系数在4~10月期间具有较大的空间差异,南疆K值较北疆大。（2）喀什和塔城站插补后完整的1961-2016年期间日E₂₀序列具有以年为周期的典型变化,月E₂₀在7月最大,年E₂₀均具有明显的增加趋势;日、月及年尺度下喀什站E₂₀均高于塔城站。（3）两站点1~12月E₂₀的主周期和准周期具有2~16 a的波动,年E₂₀的主周期均为7 a,喀什站准周期为3 a和6 a,塔城站准周期为2 a和4 a。本研究可为新疆地区蒸发量序列的插补及进一步应用提供参考。     

千百年尺度祁连山地区干湿变化对暖期的响应

全球升温导致区域干湿格局转变,千年尺度中全新世暖期和百年尺度中世纪暖期可以为探究现代的气候趋势提供历史相似型。通过湖相沉积、冰芯、孢粉、树轮等古气候记录和PMIP3/CMIP5计划的古气候模型模拟数据对比分析,结果表明,祁连山地区中全新世暖期（7.2—6.0 ka BP）东亚夏季风强盛,降水较多,气候温暖湿润;中世纪暖期（950—1250 AD）与小冰期表现为暖干—冷湿气候机制。现代观测数据显示,祁连山地区呈现暖湿化,但现代的气候机制与自然因子主导下暖期的响应机制差异较大,表明了人类活动对自然发展下气候环境的影响。因此,自然因素与人类活动共同作用是准确预测研究区未来干湿格局的基础。     

植被恢复方式对黄土丘陵区土壤理化性质及微生物特性的影响

对甘肃省定西市黄土丘陵区不同植被恢复方式下的土壤水分、pH、有机碳（SOC）、全氮（TN）、碱解氮（AN）、全磷（TP）、速效磷（AP）、速效钾（AK）及微生物生物量、呼吸速率、呼吸熵（qCO₂）以及微生物熵（q_MB）进行了测定与分析。结果表明：不同植被恢复方式下,土壤pH值变化差异不显著（p>0.05）;0~20 cm土SOC、TN、AN、TP、AP、微生物量碳（SMBC）、微生物量氮（SMBN）含量及微生物呼吸速率（MR）均为天然植被（CL）下最高,AK为自然恢复（Q）方式下最高,qCO₂与q_MB在人工重建+自然恢复（RZ）方式下最高;20~40 cm土壤的SOC、TN、AN、TP、AP含量变化同0~20 cm,AK、SMBC、SMBN、 q_MB及MR在RZ方式下最高;40~60 cm土壤的SOC、TN、AN、AP及TP含量在CL方式下最高,SMBC、SMBN、 q_MB及MR在RZ方式下最高,AK、 qCO₂在Q方式下最高。相同植被恢复方式下,随土层深度增加,SOC、TN、AN、TP、AP、AK、SMBC、SMBN含量及q_MB、MR均逐渐降低,但qCO₂逐渐升高（除RZ方式）。不同植被恢复方式,SOC、TN、AN、SMBC、SMBN、q_MB、MR及qCO₂之间存在不同程度的相关性。     

510年来中国东中部地区气候干湿变化研究

选择上海、武汉、天津和西安为典型区，以1470-1979年逐年干湿等级序列为基本数据源，应用墨西哥帽小波变换方法，对中国东中部地区近510a来不同时间尺度下的气候干湿变化与气候突变特征进行分析，并探讨气候干湿变化的动因。结果显示：19世纪以前气候干湿变化表现出较明显的东西差异；小冰期事件、18世纪气候温和期等非局地性事件在较大区域都有反应，但各地的具体响应程度、方式和时间均有差异；在20世纪气候变暖的大背景下，各地气候均向偏干旱方向演变。百年以上尺度气候干湿变化的原因主要是太阳辐射及其引起的大气环流变化，百年以下尺度的变化则与季风系统短尺度波动、区内各个大气环流系统的相互作用、局地下垫面差异和人类活动等复杂因素的影响有关。     

基于HASM方法对气候模式气温降水的降尺度研究——以黑河流域为例

基于空间平稳性分析,引入地理因素结合回归分析及高精度曲面建模方法（HASM）对黑河流域多年平均气温、降水给出了降尺度模拟。基于过去器测资料的验证,提出了CMIP5模式资料的合理降尺度方法。比较了降尺度结果与站点实测值的差异,同时比较了所给出的方法与经典插值方法的模拟精度。最后,基于历史时期T₁（1976—2005年）的降尺度方法结合RCP2.6、RCP4.5及RCP8.5不同情景下未来时段T₂（2011—2040年）、T₃（2041—2070年）、T₄（2071—2100年） CMIP5模式结果,对降尺度方法进行了修正,给出了未来时段气温的降尺度模拟公式,并基于此对上述3种情景下多年平均气温的CMIP5模拟结果进行了降尺度模拟。结果表明：本文所提出的降尺度方法模拟结果与站点观测值具有较好的相关性,且精度高于其他经典插值方法。对未来时段的模拟结果表明,升温最快的是RCP8.5情景,在2071—2100年,除祁连山地区外,大部分地区年平均气温大于10℃。