近期气候波动与LUCC过程对东北农田生产潜力的影响

利用1991~2000年逐日气象资料以及20世纪80年代末和90年代末土地利用数据,估算了东北地区气候波动和LUCC过程对农田生产潜力的影响。结果显示:90年代东北地区由于作物生长季内气候变暖和降水减少,生产潜力普遍降低6.45%,其中降水量变化的区域差异是导致生产潜力变化区域分异的主要原因。在LUCC过程的影响下,东北地区生产潜力总量净增加2 402.79×10⁴t。从气候波动和LUCC过程对生产潜力的影响程度看,气候波动要低于LUCC过程的作用,LUCC过程所导致的生产潜力的增长趋势抵消了气候波动所带来的降低趋势,10年间东北地区农田生产潜力总量净增加992.23×10⁴t。     

近50年气候驱动下东北地区玉米生产潜力时空演变分析

利用GAEZ模型,综合考虑气象、土壤、地形等因素,估算1961-2010年东北玉米生产潜力,分析50年来气候变化导致的东北玉米生产潜力时空格局演变特征。研究发现：① 1961-2010年,东北玉米平均生产潜力波动较大,整体上以每10年80 kg/hm²的线性倾向率增加;② 由于气候变化,20世纪末、21世纪初玉米生产潜力变化较为频繁;③ 玉米生产潜力总值黑龙江省始终处于最高,近50年间增长幅度黑龙江省>吉林省>辽宁省;④ 近50年来,黑龙江省玉米生产潜力的波动较为剧烈,吉林省和辽宁省相对稳定;⑤ 近50年东北玉米适宜种植区有所增加,主要集中在黑龙江省西北地区,高生产潜力区域增加明显,呈现北移趋势。研究可为东北地区高效利用气候和土地资源,优化玉米生产布局提供依据。     

新疆草地气候生产潜力变化特征及对气候响应的预测研究

基于新疆地区52个气象站点1959-2008年逐月气温、降水资料,利用Miami模型和Thornthwaite Memorial模型、线性趋势线、ArcGIS反距离权重插值等方法,对新疆草地生产潜力的时空变化特征进行分析。结果表明,近50 a来,新疆草地温度、降水、蒸散生产潜力均表现为显著增加,且四季和生长季各生产潜力也呈线性增加,夏季和生长季增幅最大,其次,草地生产潜力以及增幅均表现为北疆高于南疆,基本为由南向北递增,并和多年平均降水量变化一致。其中,水分条件是影响新疆草地生产潜力的主导因素。根据二元一次线性回归方程计算得出,年平均气温每升高/降低1 ℃,草地的年气候生产力增加/减少17.309 kg·hm-2·a-1,年降水量每增加/减少1 mm,草地的年气候生产力增加/减少24.392 kg·hm-2·a-1。     

近百年来中国东北与日本北海道地区气温变化对比

利用东北及北海道地区7个气象站点1909~2003年逐月气温数据,建立两地区近百年来年、季气温序列,对近百年来两地区气温变化特征进行对比分析,结果表明:近百年来东北及北海道地区气温变化存在显著的增温趋势,前者进入显著升温期早于后者,其中对年均温上升趋势贡献较大的是冬、春两季,夏季升温幅度最小。两地区年均温表现出强的增温持续性,未来气候将继续变暖;两地区都存在9、28、40~42 a的变化周期,但两者主周期的次序所有不同;近百年来两地区气温变化在不同时间尺度上具有不同突变点。     

1960-2015年青海三江源地区降水时空特征

青海三江源地区是中国生态系统最为敏感和脆弱的地区,其降水特别是生长季降水的波动,是影响本区及江河中下游水资源安全、生态系统可持续发展的关键因素。综合线性趋势、Mann-Kendall检验、BG分割算法、R/S、EEMD等多方法细致辨识了1960-2015年研究区降水量序列的时空特征。结果显示：① 三江源降水量总体呈现弱增趋势,21世纪以来降水量显著增加,各子源区气候倾向率不尽相同;② 年、季降水量自东南向西北递减,澜沧江源区夏季降水和黄河源区秋季降水呈弱减趋势,雨量弱减区在空间上呈斑块状分布;③ 年、季降水量年代际变化和增湿率的空间差异较明显,春夏季降水气候倾向率与经纬度、海拔的复相关性显著高于冬季;④ 20世纪90年代中后期,各子源区降水总体显现增强信号,并于2002年前后发生突变;⑤ 年际和低值年代际显著周期是造成降水量变动的主要因素;⑥ 除澜沧江源区夏季降水趋于减少外,其他年、季降水量变化呈现增幅不一的转湿趋势;⑦ 横向比较各子源区可见,长江源区降水变化更能表征高原气候变化。研究结果显示,研究区降水时空序列变化具有明显的区域和季节差异性特征,与以往类似研究存在些许差异,可见为有效提高气候序列演变过程及突变诊断的准确性,仍需进一步融合多方法实施集成分析。     

1961-2011年山东气候资源及气候生产力时空变化特征

基于山东省21个气象站1961-2011年的气象资料,利用线性趋势、IDW空间插值、Mann-Kendall检验、Fisher最优分割等方法分析了气温和降水的时空变化特征;在此基础上采用Thornthwaite Memorial模型对植被气候生产力的时空演变进行了研究,并探讨了气候生产力对气温和降水的敏感性。结果表明:近51年来山东省普遍增温,倾向率为0.359℃/10a,中部地区升温明显;年降水量在剧烈波动中略呈下降趋势,20世纪80年代降水量的变率较大,山东北部、东部、东南部降水量减少幅度较大。近51年来气候生产力存在较明显波动,总体呈增加趋势,但递增速度不显著,1981-1989年气候生产力最低,2003-2011年达到最高水平;气候生产力由北向南,由西向东逐渐增加,山东西南部气候生产力增加较多。“暖湿型”气候对作物气候生产力有利,气候变暖有利于气候生产力的提高,但降水量少是限制气候生产力的主要因素。     

黄河上游径流变化特征及其影响因素初步分析

利用1956—2005年黄河上游水文和气象台站观测的流量、气温、降水资料,用气候诊断方法分析了该地区径流量的年代际演变特征以及影响因子。结果表明：20世纪50—80年代年平均流量呈波动性的上升趋势,90年代至21世纪的前5年年平均流量呈下降趋势。降水量、蒸发量、气温是影响流域流量的主要气象因子,它们的机理完全不同。枯季、雨季降水量与流量分别呈负、正反馈机制,秋季和冬季降水量对次年春夏季的流量有比较明显的调节作用;4—5月（10月）气温与后期5—6月（11月）流量呈负（正）反馈机制;枯季、雨季地表蒸发与流域的河川流量呈负反馈机制,并且消耗的水资源量呈逐年增加的趋势。20世纪90年代以来黄河上游地区河川流量的减少与降水量减少、地表蒸发量增大有关。     

榆林地区1970-2010年气候因子变化特征分析

榆林位于陕西省黄土高原和内蒙古毛乌素沙地的交接地带,是我国北方农牧交错带的典型地区,地理环境复杂多样,致使该地区生态环境比较敏感,极易受到气候变化和人类活动的影响和干扰。为探讨榆林地区气候变化的发展趋势和特征,基于1970-2010年气象资料,对榆林地区5个气象指标（平均最低气温、平均最高气温、平均气温、降水量和太阳辐射）进行空间插值,进而分析了各指标的季节和年际变化特征,即趋势变化、周期性变化、突变特征。结果表明,榆林地区气温呈现上升的趋势,春季和冬季的气温增幅对全年的增温贡献较大;降水量波动变化较大,夏季降水量减少比其他季节明显。20世纪80年代的降水量较大,90年代前期和中期降水量减少,而90年代后期降水量出现了回升趋势;41 a来的太阳辐射呈现下降的趋势,夏季太阳辐射的减少对全年太阳辐射的减少贡献较大。5个气象指标的周期性变化在大时间尺度上（如25~32 a）变化比较稳定,在小时间尺度上差异比较明显;降水量和平均最低气温在三类时间尺度（如5~15 a、15~25 a和25~30 a）上的周期比较明显。另外,除春季降水量外,其他季节的气象因子在1970-2010年期间变化频率有增加、时间间隔减少的趋势,说明最近10~20 a榆林地区气候变化比较活跃。对榆林地区气候变化特征进行分析,为进一步揭示气候变化下榆林地区农业生产系统的影响机理提供理论基础,为当地政府制定农业生产政策提供决策支持。     

1981-2010 年柴达木盆地气候要素变化特征及湖泊和植被响应

以1981-2010 年柴达木盆地及其周边气象站点逐月气温和降水量资料为基础, 通过气候趋势分析、气候突变分析等方法, 研究了柴达木盆地气候要素的变化特征, 并结合Landsat TM/ETM+影像、NOAA/AVHRR-NDVI和EOS/MODIS-NDVI 数据, 研究了近30 年来柴达木盆地湖泊面积和植被生长的动态变化及其对气候要素的响应。结果表明:① 1981-2010 年, 柴达木盆地气温整体升高, 秋冬增幅最为明显, 年平均气温在1997 年发生暖突变, 1998 年以后升温趋势显著。② 1981-2010 年, 柴达木盆地年可利用降水量经历了“减少—增加—减少—增加”的变化, 但整体呈增加趋势, 1980-1985 年、1990-2001 年, 年可利用降水量呈减少趋势;1985-1990 年、2001-2010 年, 年可利用降水量呈增加趋势。③ 柴达木盆地湖泊面积受夏季可利用降水量影响显著, 1985-2010 年, 托素和冬给措纳湖泊面积呈“扩张—萎缩—扩张”变化;1985-1990 年, 湖面轻微扩张;1990-2001 年, 湖面明显萎缩;2001 年以后, 湖面显著扩张。④ 柴达木盆地植被生长受生长季可利用降水量影响显著, 1982-2010 年柴达木盆地植被生长呈“退化—改善—退化—改善”变化, 但整体呈改善趋势;1982-1985 年植被轻微退化, 1985-1990 年植被轻微改善, 1990-2001 年植被显著退化, 2001 年以后植被显著改善。     

祁连山区气候变化的区域差异特征及突变分析

利用8个气象站的气温和降水资料,运用一元回归分析法和5年趋势滑动,进行了气候变化的趋势分析,结果表明:祁连山区在20世纪80年代中后期气温持续升高,90年代以后明显变暖,其中秋、冬季升温幅度较大;60年代降水量最少,之后逐渐增多,80年代达到最多,90年代又减少,2000年以来又明显增多;气温变化在空间上表现为南北差异,以黑河干流为界,中东部升温幅度从南到北呈增大趋势,而中西部从南到北呈减小趋势;降水变化的空间差异也明显,东部表现为东西差异,降水量增加幅度从东到西呈减小趋势,而中、西部表现为南北差异,降水量增加幅度从南到北呈减小趋势。在此基础上,利用滑动T检验法、Cramer法、Mann-Kendall法进行气候突变分析,结果表明:祁连山区气温突变比降水突变明显,不同方法检验的结果比较一致;春、夏季气温在1997年发生突变,而秋、冬季在1985年左右发生突变。     

基于作物生长期的江苏省沿海地区气候生产潜力估算

江苏沿海地区是中国重要的耕地后备资源基地之一,气候生产潜力能够反映该地区粮食安全保障能力大小。考虑作物不同生长期光温水协调程度,对现有气候生产潜力模型基于作物生长期进一步改进,估算江苏沿海地区14个县市三大粮食作物气候生产潜力。结果表明：基于作物生长期的气候生产潜力模型具有可行性。江苏省沿海地区水稻和小麦作物气候生产潜力受太阳有效辐射、温度和降水因素共同影响;玉米气候生产潜力主要受太阳有效辐射和温度影响,不受降水因素限制。从地域分布特征看,江苏沿海地区水稻和玉米气候生产潜力南北方向呈现梯度递增规律;小麦气候生产潜力南北方向差异不大。     

中国陆地净初级生产力的季节变化研究

了解不同季节陆地净初级生产力(NPP)的变化及与气候的相互关系以及在不同地类的差异对深刻理解我国陆地生态系统对全球气候变化的响应和陆地碳循环研究具有重要意义。本文使用1981～2000年间GLO-PEM模型模拟的我国陆地NPP数据和同期气温、降水以及土地利用数据, 研究不同季节我国陆地植被NPP的变化。结果表明,在1981～2000年期间,四个季节的NPP都呈显著增加趋势,春季是NPP增加速率最快的季节,夏季是NPP增加量最大的季节。耕地在春、夏和秋季NPP增长和增长率最高,林地冬季NPP增长最多而水域冬季NPP增长率最高。夏季NPP增长最高的区域分布于我国东部的多数地区、内蒙古东部、四川盆地、贵州东部、藏南和新疆西部;夏季NPP降低最多的区域分布于在呼伦贝尔高原、鄂尔多斯高原、黄土高原、青藏高原东部和新疆西北部。     

海伦地区粮食生产资源利用系统分析

采用机制法对作物生产潜力模型进行了光、温、水、土逐级订正,对海伦地区的主要粮食生产潜力进行估算;并选取产量衰减量、资源满足率和资源增产潜力三个指标评价了农业资源的利用效率。结果表明,光合生产潜力为16801.4kg/hm2,光温生产潜力为12483.9kg/hm2,气候生产潜力为9799.1kg/hm2,农业自然生产潜力为8248.4 kg/hm2。如果以光温生产潜力作为目标产量,海伦地区尚有74.01%的上升潜力,且玉米的资源增产潜力高于大豆。社会经济因素是影响生产潜力实现的重要因素,自然资源中温度对产量的限制作用最大,其次是水分和土壤。在此基础上结合实地考查,对当地的粮食生产资源进行了系统分析,寻找影响粮食产量持续增长的限制性因素。     

宁夏农牧交错区（盐池）草地生产力对气候变化的响应

用宁夏农牧交错区(盐池县)1954—2004年的气候资料,分析了该地区51 a来气温、降水的变化趋势及其草地气候生产力的变化。结果表明：从1954年以来的51 a内,盐池气温呈明显上升趋势;春、夏季降水量和年降水量略呈增加趋势,秋、冬季降水量略呈减少的态势,但趋势不明显;草地气候生产力呈增加趋势。草地气候生产力与年降水量关系密切,水分是制约草地气候生产力的关键因子。未来“暖湿型”气候对盐池草地的干物质生产最有利,平均增产幅度为10% ,而“冷干型”气候对草地的干物质生产最不利,平均减产幅度为10%。若气温升高1～2 ℃,降水量增加10%～20% ,则盐池草地的气候生产力将增加10%～20%。     

Regional dynamics of terrestrial vegetation productivity and climate feedbacks for territory of Ukraine

Climate change has the potential to affect terrestrial ecosystems and, thereby, the carbon cycle. Various vegetation biomes are likely to respond differently to changes in climatic factors. The purpose of this study was to analyse the trends of the terrestrial vegetation productivity and climate drivers on regional levels and relations between ones. The gross primary productivity from the global satellite-based terrestrial production efficiency model (PEM) MOD17 as the vegetation productivity indicator and meteorological data from the weather station network as climatic indicators were used. The analysis covered a period from 2000 to 2012. Correlation analysis was used to quantify the association between the vegetation productivity and climatic indicators for different growing seasons and landscape-climatic zones of Ukraine. The Mann–Kendall trend test was applied to take into account seasonal features. Multiple linear regression models for corresponding seasons and zones have been simulated using the principal component analysis. The results showed no detectable limiting effect of the climatic drivers on plant productivity for forest areas. The limiting effect of the temperature increasing and precipitation amount decreasing for the steppe zone and eastern forest-steppe subzone of Ukraine for summer was observed.     

气候变暖对渭干河—库车河三角洲绿洲棉花生产的影响简

利用库车、沙雅、新和气象站1961-2010年的日均气温数据,揭示了气候变暖对渭干河-库车河三角洲绿洲棉花生产的影响。结果显示：①研究区近50a来气温均呈变暖趋势,春季气温升高1.75℃,夏季气温升高1.65℃,秋季气温升高2.05℃;棉花生长旺期5-9月的平均最低气温升高2.55℃,平均最高气温升高0.3℃;≥10℃积温升高361.1℃。②由于春季增温加快,秋季降温减缓,棉花播种期提早8 d,停止生长期推迟6 d,全生育期延长14 d;由于在生育期平均最低气温和≥10℃积温升高,使棉花生长发育期热量得到较大补偿,不良的灾害性气候条件降到最低,光合作用增强,光温资源匹配更加协调,使有效增加棉花的干物质积累,从而提高棉花单产,近50a来研究区的棉花光温生产潜力提高18.65%,实际产量提高437.38%。③研究区棉花平均光温生产潜力4238 kg/hm²,是平均实际产量的2.45倍。随着棉花栽培技术的不断改善、棉花高产优质品种的广泛应用、先进灌溉技术的大面积推广,棉花光温生产潜力能够实现的程度会越来越高。     

Estimating the spatial and temporal impacts of climate change on rainfall reliability: An example in a Mediterranean agricultural region

Rainfall is the major driver of crop growth in Mediterranean agricultural regions and its spatial and temporal distributions determine yield potential. This study uses a long term spatial archive of rainfall observations for the Eyre Peninsula (South Australia) to estimate the spatial and temporal impacts of climate change on wheat yield. The three step process involved: (1) cluster analysis and statistical comparison to spatially distinguish heterogeneous “hazardscapes” (places that represent the physical susceptibility to hazards (Khan, 2012)); (2) using historical rainfall reliabilities to estimate the probability of receiving rainfall within a range of predefined thresholds and season for each hazardscape; (3) applying 2030 and 2070 climate change projections to determine the potential future impacts on rainfall. Nine hazardscapes were spatially differentiated each having temporally different historical seasonal rainfall reliabilities. Variations over space and time mean that the impacts of climate change will be spatially explicit. Projected rainfall reductions for 2030 showed marginal impact on hazardscapes with low seasonal reliabilities, primarily in winter and spring. The 2070 projections showed that some hazardscapes were unlikely to receive past rates of rainfall thus limiting the ongoing prospects of current and perhaps the potential adoption of alternative rain-fed land uses. Reductions in rainfall for hazardscapes with higher historical rainfall reliabilities will cause negative impacts on crop development. The ability to quantify the potential spatial and temporal impacts of climate change on seasonal trends will inform land managers' climate change mitigation and adaptation pathways.     

东北温带旱作农业主要作物生产潜力及资源利用效率评价——以黑龙江海伦市为例

将作物生产潜力模型(PS123模型)与常规方法相结合,对1999~2001年海伦市玉米、大豆、小麦作物生产潜力进行计算;选取产量损失量、资源满足率和资源组合利用率,定量评价资源利用效率,寻找影响资源集约高效利用的限制性因子及其定量制约程度。结果显示,自然资源中温度对于产量的限制最大,其次为水分和土壤,如果把光温生产潜力作为目标产量,玉米、大豆、小麦的光温生产潜力分别为11998、7068、8813 kg/hm²,资源利用率分别为51.0%、29.0%、20.2%,海伦市粮食生产仍有较大潜力。在特定自然资源状况下,海伦市的社会经济状况是限制潜力实现的重要因素,在实地调查基础上,本文提出了提高该市作物产量的主要措施。