20世纪90年代LUCC过程对中国农田光温生产潜力的影响--基于气候观测与遥感土地利用动态观测数据

在20世纪90年代中国气候观测数据和遥感土地利用动态观测数据的支持下, 计算了中国20世纪90年代农田光温生产潜力的变化. 结果表明: 20世纪90年代的LUCC过程直接导致了中国农田光温生产潜力总量和区域分布的变化, 总体趋势是南减北增, 总量净增加2622万吨; 在各种土地利用类型之间的相互转变和转化过程中, 耕地扩张和农田损失是导致全国农田光温生产潜力总量净变化的主要原因, 耕地扩张使全国农田光温生产潜力总量净增加8335万吨, 占全国农田光温生产潜力总量的3.50%, 主要分布在东北、西北和华北等农林、农牧交错区和沙漠绿洲区, 主要是由于该地区大面积的农田开垦所导致; 农田损失使全国农田光温生产潜力总量净减少5713万吨, 占全国农田光温生产潜力总量的2.40%, 主要分布在黄淮海平原、长江三角洲、珠江三角洲、陇中、东南沿海、四川盆地东南部以及乌鲁木齐-石河子一带, 主要是由于该区域经济发展较快, 城市扩张明显, 城乡建设用地大量侵占耕地的缘故.     

发展新型无废弃物农业 减少面源污染源——访中国科学院院士陈文新

正过去的30年,中国利用占世界9%的耕地,解决了占世界总人口20%的13亿国人的吃饭问题,而且到2012年已经保持了粮食连续9年增产,为中国经济增长和社会稳定提供了保障。但这30年间,化肥、农药的使用量不断提升,牲畜粪尿、秸秆等废弃物也大量增加,已造成农村和农田的广泛面源污染和土壤肥力下降等严重问题,恶化了生态和城乡人民的生活环境。根据2007年中国污染普查的结果,全国农业排放的化学需氧量(COD)占全国排放总量的43.7%(1320万吨);农田排放的氮、磷分别占总量的57.2%和67.4%(270万吨和28     

东北地区过去300年耕地覆盖变化

人类通过耕作活动对自然植被景观的改变是全球环境变化的重要表现形式之一. 东北地区是过去300年中国人类活动对土地覆盖变化发生重大影响的典型地区, 对于从人类-环境耦合系统的角度看土地覆盖变化及其驱动机制具有重要意义. 采用历史数据订正与多源耕地数据关系模型校核相结合的方法, 重建了东北地区过去300年耕地面积时间序列以及耕地覆盖的空间格局变化, 结果表明: (1) 从变化总趋势来看, 过去300年东北耕地几乎呈指数增长, 增长最为迅速的时期为近100年, 垦殖率由约10%增至20%以上; (2) 从空间格局变化来看, 18世纪中后期之前, 东北三省的开垦区域还主要局限于辽宁省, 19世纪末至20世纪初开垦区域大规模向北扩张, 至20世纪初期, 东北的垦殖北界已达到黑龙江中部; 20世纪东北整体垦殖强度仍不断增大, 但区域差异性逐渐减小, 其中, 20世纪初至30年代和20世纪50年代至80年代高垦殖率区域扩张较明显, 并逐渐形成了3个主要农耕区; 在20世纪30~40年代的吉林省与黑龙江省, 表现出新垦殖区域向森林地区的扩张. 总之, 过去300年东北耕地覆盖的时空变化, 反映出人类通过土地开垦、森林砍伐等生产活动已较大幅度地改变了该区域的自然景观面貌.     

20世纪90年代中国大中城市建设用地扩张及其对耕地的占用

界定了城市建设用地范围, 利用中国科学院资源环境数据中心的两期土地利用图, 提取城市建设用地及其周围耕地的图斑. 运用GIS技术和数理统计方法, 分析了20世纪90年代城市建设用地面积最大的145个城市的扩张特点、对耕地的占用及其影响因素. 结果显示, 这145个城市建设用地总体扩展较快, 但区域差异性明显. 东部地区城市建设用地扩展最快, 中部地区扩展最慢, 中部并出现城市人均用地大幅度下降的“不正常”现象. 城市建设用地扩展占用地耕地比例大, 且主要为生产力较高的优质耕地. 研究认为, 城市在职职工的工资总额增长对中国城市建设用地扩张区域差异的解释力最强, 建设用地和耕地高邻接度的空间格局以及城市在空间上的摊饼式发展是导致城市扩展占用耕地比例大的直接原因.     

1981~2000年中国陆地净生态系统生产力空间格局及其变化

中国地域辽阔, 跨越多个气候带, 生态环境条件复杂多样, 因此研究其生态系统碳循环的空间格局及其对气候变化的响应有十分重要的意义. 应用高分辨率的气候数据库和生态系统过程模型估计了1981~2000年期间中国陆地净生态系统生产力 (Net Ecosystem Productivity, NEP)的时空变化, 分析了中国陆地碳汇的地域分布及其对气候变化的响应. 结果表明, NEP的20年平均值呈现北方高南方低、中部和西南地区高、东南地区低的格局; NEP正值(碳吸收)主要在西南地区西部、藏东南、三江平原、大兴安岭以及华北中西部, NEP负值(碳释放)主要在华中、西南南部、新疆北部、内蒙西北部、华北平原一些地区. 从20世纪80年代到90年代, 东北平原中部和黄土高原的NEP有明显的下降趋势, 而在华中大部分地区有增加趋势. 研究时段内中国森林生态系统的碳吸收不明显, 其在20世纪80年代是一个碳源, 但在90年代转为一个碳汇; 草地和灌丛由于面积广阔, 其碳吸收量占整个中国陆地生态系统碳吸收总量的近四分之三.     

中国2050:气候情景与胡焕庸线的稳定性

基于NCAR/PSU的Reg CM4.0,取A1B情景对中国未来气候变化作了模拟估计,结合1981~2000年数据和中国未来时期(2041~2060年)的温度、降水模拟值,计算获得了中国相应时期及未来时期的蒸发量模拟值,并且计算了中国的农业生产潜力,得到了中国各地区可能达到的期望农业产量.通过比较1981~2000年和未来(21世纪中叶)时期农业生产潜力的变化,发现届时秦岭淮河一线仍然是中国农业生产潜力变化的重要分界线,淮河以南地区农业生产潜力呈下降态势,而淮河以北地区农业生产潜力呈上升趋势,未来农业生产潜力的南北差距将有明显的缩小,对中国东部地区而言未来以秦岭淮河作为中国水稻和小麦的地理分界线可能会北推到黄河一线.更为重要的是,中国传统上农业生产潜力分界线——胡焕庸线对中国农业的锁定正在被突破.突破主要在云南省北部地区和川西地区,农业生产潜力明显提高,秦岭淮河以北的黄淮海平原地区的农业生产潜力也有了提高.农业生产潜力降低最大的区域集中在长三角地区、浙江、福建、贵州等南方省份.胡焕庸线以东秦岭淮河线以北的东北、华北、关中地区,以及秦岭淮河线以南、四川盆地地区的农业生产潜力上升幅度最为明显.此外,本文研究了气候变化下农业生产潜力的变化对中国人口分布的冲击,发现由于气候变化导致农业生产潜力提高的原因,胡焕庸线以西省区的人口占比将增长1.03%.气候变化虽在一定程度上可以缓解中国东西部人口分布不均衡的现象,但并没有从根本上破坏胡焕庸线的人口分布规律.     

中国耕地变化驱动力分区研究

耕地变化机制是土地利用/土地覆盖(LUCC)研究的重要问题之一. 文中依据1980年代末和2000年两期土地利用遥感调查数据, 应用地理信息系统(GIS)和遥感技术对全国近期耕地变化与自然、社会经济状况进行综合分区研究. 研究发现, 各地区耕地减少和增加是在地理背景制约下,气候系统和社会经济系统变化共同驱动下发生的. 但引起耕地变化的驱动机制具有显著的区域差异, 在中西部地区自然条件的制约和推动起主导作用, 而在东部较发达地区, 社会经济、政策的驱动起主要作用. 耕地面积减少状况在全国范围内普遍存在, 其主导因素包括：招商引资和对外开放政策背景下的开发区建设、城市化导致的产业结构变化和城镇扩张、人民生活水平提高导致的就业观念的改变、气候变化导致的耕种收益的下降、交通条件的改善等等, 这些因素相互作用、相互依赖, 共同导致了中国近年来耕地大量减少的局面. 耕地增加则主要由于农民集体或个人为增加收入, 并在气候条件允许下, 开垦林地、草地或未利用地. 对LUCC驱动机制的研究建立在耕地变化综合分区的基础上, 不仅考虑区域内部的自然与人文因素, 而且还充分考虑了区域外部自然与人文因素的影响作用, 并以定量化的指标反应了各种不同因素对耕地变化的影响作用水平, 本研究可以为综合地理分区与土地利用变化驱动机制研究领域提供一种新的研究方法和思路.     

地震地电场观测方法与技术专题研讨会纪要

我国地电场观测始于1966年邢台6．8级地震前后,从20世纪90年代开始,已先后建成了由100多个台站组成的数字化地电场观测网,开展了中国大陆地电场背景变化探测及主要活动断裂带、重点监视区等区域性变化的观测与研究。为了更好地发挥地电场观测网的应用效能,探索地电场观测、研究和未来发展思路,中国地震学会地震电磁学专业委员会于2011年10月17—18日在江苏省扬州市召开了地电场观测方法与技术专题研讨会。本次专题研讨会由中国地震学会地震电磁学专业委员会主办,全国地震电磁学科技术管理组地电管理部（甘肃省地震局）组织,江苏省地震局与江苏省扬州市地震局协办,上级主管部门中国地震局监测预报司及挂靠单位中国地震局地震预测研究所给予了大力支持。     

2000—2018年全国形变台站周边环境时空变化特征及对垂直摆观测影响分析

利用中国自主研制的全球首套30 m分辨率GlobeLand30地表覆盖产品调查全国定点形变台站周边5 km范围内的土地覆盖类型分布。应用地类面积/变化率、类型转入转出率等指标分析研究区各类型的转移规律,并辅以MODIS土地覆盖年数据集从全国和分区角度揭示2001—2018年间各土地类型时空变化格局,最后以垂直摆倾斜观测为例,探索台站周边土地覆盖变化总量与仪器观测背景噪声的关系。结果表明:(1)中国定点形变台站周边5 km范围内主要以耕地、森林为主。2000—2010年间,人造地表占比从11.8%升高至14.5%,而耕地和草地面积分别减少了2.2%和1.6%。研究区内耕地转为人造地表的面积最大,共计525 km~2。(2)中国大陆各地震区内台站周边土地覆盖变化格局不同,华北地震区的耕地降低和人造地表增长最为剧烈;新疆地震区以草地类型的降低和裸地类型的升高为主;东北地震区草地类型增长而人造地表稍有下降。(3)2001—2018年间,研究区森林面积在波动中缓慢升高;耕地面积则持续减少,尤其在2005—2016年间,减少幅度增大;人造地表类型则是逐年持续、稳定的增加。(4)2016年全国垂直摆倾斜仪观测背景噪声与台站周边全年的土地覆盖变化总量有一定的相关性,但华南地震区内台站由于受到海洋运动的影响,其仪器的噪声水平与周边环境变化不成正相关。     

土地利用和气候变化对农牧过渡区生态系统生产力和碳循环的影响

气候和土地利用变化对陆地生态系统碳循环的影响是当前全球变化研究中的中心问题之一. 近20 a来中国的气候和土地利用发生了很大的变化, 对陆地生态系统生产力和碳循环产生重要影响, 尤其是在生态敏感的农牧过渡区. 应用以遥感观测为基础的土地利用数据和高时空分辨率的气候数据驱动生态系统过程模型, 估计土地利用和气候变化对农牧过渡区 NPP(净初级生产力)、植被碳贮量、土壤呼吸和碳贮量以及NEP(净生态系统生产力)的影响. 结果显示, 20世纪80~90年代, 农牧交错带由于气候变暖和降水减少导致NPP减少3.4%, 土壤呼吸增加4.3%, 每年NEP总量减少33.7×10⁹ kg. 尽管植被和土壤碳贮量由于NPP仍然高于HR(土壤异氧呼吸)而有所增加, 但NEP的下降表明气候变化削弱了生态系统的碳吸收能力, 降低了碳贮量的增长速率. 土地利用变化使所发生区域NPP增加3.8%, 植被碳增加2.4%, 每年NEP总量增加0.59×10⁹ kg. 土地利用变化使生态系统碳吸收能力有所加强, 但尚不足扭转由气候变化导致的下降趋势. 土地利用变化对整个区域生产力和碳循环的影响比较小, 但在它所发生地区的影响大于气候变化的影响.     

怀来高精度洞温仪的研制和实测特征

为研究洞温的变化特征,设计研制了分辨率0.000 1℃高精度洞温仪,在年变幅为0.06℃、日变幅为0.01℃(2019年统计)的怀来形变山洞中进行实测。通过对正常情况下洞温日曲线、月曲线、相关分析、周期、振幅谱分析发现,怀来洞温基本不受气温影响,和气压正相关,具有周期变化的潮汐效应;经分析造成洞温突变的主要因素有:人为进洞、标定电机转动,特别是降雨过程中的气压骤变引起洞温变化;"热胀冷缩"使洞温对洞体应变伸缩仪日变化干扰作用明显,2020年3月台站应变观测趋势性转折是由于洞温的微弱变化引起。建议今后观测时应利用现有洞室条件,布设高精度的温度观测仪,减少干扰,积累洞(地)温变化资料,更好地识别和发现地形变异常。     

浅谈银川台洞温变化对重力观测资料的影响

通过对银川台重力观测资料进行差分变化对比,与理论固体潮及室温变化进行对比分析,阐述了2007年台站重力观测山洞改造期间引起重力变化的主要因素。研究结果表明,山洞改造对重力观测的直接影响不显著,引起资料内在精度下降的主要原因是改造时保温措施不当,引起洞温迅速变化,继而影响重力观测。     

太湖流域东沈、西沈近百年汞的富集特征

通过对太湖流域的东沈、西沈沉积岩芯中汞（Hg）等金属元素的分析,研究了Hg的富集特征;在精确定年的基础上,计算了近百年来Hg的累积通量、人类活动导致的增量及累积通量变化,揭示了人类活动与降水等自然因素对东沈、西沈沉积物中Hg含量变化的贡献量．结果表明,近百年来,东、讥、西沈沉积物中Hg浓度呈持续上升趋势,人为贡献量占到沉积物中Hg浓度的2／3左右．20世纪早期,沉积物中Hg浓度的增加主要与邻近地区城市发展、化石燃料使用和西方工业革命导致的全球Hg的释放通量增加有关;20世纪30年代以来,沉积物中Hg的人为贡献量随着流域工业规模阶段性的变化而变化,总体呈增加趋势．20世纪70年代中后期至90年代中期,沉积物中Hg的人为污染程度最高;90年代中期以来,随着流域内重污染工业规模的压缩,沉积物中Hg的含量逐渐降低．     

基于CMIP5多模式评估人为和自然因素外强迫在中国区域气候变化中的相对贡献

基于观测资料和CMIP5多模式的历史试验(考虑所有驱动因子)以及单因子强迫气候归因试验结果,估算了温室气体、气溶胶、土地利用及自然因素等外强迫在中国区域气候变化中的相对贡献.结果表明,人为和自然外强迫的共同作用可解释近30年观测气温变化的95%~99%,其中温室气体引起的温度变化是观测增温的2~3倍,而气溶胶起到了显著的冷却降温作用;人为和自然因素外强迫对近几十年观测降水的变化的可能贡献约为65%~78%,其中,气溶胶和温室气体是中国区域降水的主要外强迫因子,尤其气溶胶主导着中国东部降水变化的分布型,而自然因素外强迫的贡献主要体现在干旱半干旱区.人类活动主导了近60年来中国区域气温的长期非线性趋势,特别是从20世纪60年代开始温室气体的影响强度逐渐增大,是中国区域气候变暖最主要的贡献者;不同外强迫因子对中国区域降水长期非线性趋势的影响具有明显的区域差异,温室气体是20世纪70年代以后干旱半干旱区降水逐渐增加的主要贡献者,而气溶胶的主要影响使湿润半湿润区降水有较为明显下降趋势,土地利用和自然因素外强迫也会造成降水呈减少的趋势.通过最优指纹法(Optimal Fingerprinting)的检测可知,人类活动能够很好地解释近60年来中国区域特别是湿润半湿润区观测气温的变化,其中温室气体的单独作用能够清晰地从观测结果中检测出来;由于多模式结果的不确定性,观测降水变化的归因目前还无法通过残余一致性检测.需要指出的是,尽管本文的研究结果还存在着一定的不确定性,但仍可为中国区域气候变化成因研究及其预测提供科学依据.     

COSMIC数据验证AMSU平流层低层观测的初步分析结果

基于Global Positioning System (GPS)掩星数据在平流层具有较高准确性、稳定性的优势,本文尝试用新一代GPS掩星观测——the Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere, and Climate (COSMIC)资料验证不同卫星平台上先进的微波探测仪（AMSU）的平流层观测结果.通过COSMIC大气温度廓线与AMSU辐射传输模式结合,得到模拟亮温,然后与AMSU平流层观测进行匹配比较.分析表明GPS掩星数据能够作为一个相对独立的参量检验NOAA15、16、18卫星平台内部的偏差.通过一年数据的比较验证,初步显示不同卫星平台的AMSU观测亮温在平流层低层都偏低,并且NOAA18平台的亮温偏低程度明显大于NOAA15、16.AMSU亮温偏差在极地冬季较为显著,尤其南极地区NOAA18的偏差幅度达到1.8 K.结合24小时内AMSU观测亮温偏差变化及其样本分布特征,可以看到明显的太阳辐射差异可能是导致AMSU观测亮温在极地偏差显著的主要原因.     

近300年中国耕地开垦导致的碳排放估算

科学评估人类活动引起的土地利用/土地覆被变化所导致的陆地生态系统碳收支,将有助于降低陆地生态系统碳排放估算的不确定性.文章基于历史自然植被和耕地数据集建立不同生态系统的开垦速率,设定碳密度和响应曲线参数后,利用簿记模型估算近300年来中国耕地开垦导致的碳排放量.主要结论如下:(1)过去300年中国耕地累积增加约7.93×10~5km~2,开垦的耕地主要来源于森林(65%)和草地(26%);(2)近300年中国耕地开垦活动导致的碳排放总量介于2.94～5.61Pg,适中值为3.78Pg;(3)不同生态系统的碳排放差异较大,森林开垦导致的碳排放最大,草地和沼泽次之,灌丛的碳排放量最少,荒漠生态系统在开垦过程中表现为碳汇;(4)过去300年耕地开垦的碳排放总量,在年际间呈两头高中间低的U字型格局,在省际间表现为东北和西南地区的碳排放总量较大,而新疆、西藏、青海碳排放总量相对较少.     

新型网络化地电场观测技术研究与应用

<正>我国从20世纪90年代,开始了基于ZD9/ZD9A地电场仪的数字化地电场观测技术研究和应用工作,并在"九五"、"十五"期间,在全国范围内,初步建设完成了覆盖各主要构造带、活动断裂带、地震危险区和重点监视区的地电场观测台网。在汶川8.0、玉树7.1、芦山7.0、当雄6.6、文安5.1等中强以上地震之前,记录到了地电场典型数据变化。为了解决高纬度、高海拔等恶劣气候条件下的地电场无人值守观测问     

中国西部及周缘卫星重力场长期时变特征研究

<正>地震的孕育与发生总是伴随地球内部物质结构与密度的重新分布,引起地球内部局部重力场的时间变化,因此,重力观测对研究巨大地震震源区内部物质变化具有重要意义。自20世纪60年代邢台地震之后,我国就开始定点地面重力观测和流动重力测量,并在多次大地震测报中发挥了重要作用,然而,地面重力测量受观测条件限制存在空间分布不均匀和时间分辨率低等不足,尤其在我国西部地区及中国境外,而卫星重力观测将成为地面重力观测的有力补充,为研究震前重力场变化提供了宝贵的科学数据。     

COSMIC数据验证FY-3 MWTS通道4的观测结果

利用无线电掩星探测在平流层具有较高精度和稳定性的优势,本文采用COSMIC资料验证我国风云3号(FY-3)系列卫星上微波温度探测仪(MWTS)通道4表征的平流层低层测量结果.两年的FY-3A/3B上MWTS通道4观测亮温与掩星数据模拟的亮温相比较分析表明:两颗卫星平台上MWTS通道4观测亮温都偏高,尤其在热带地区和极区夏季;FY3A/3B上MWTS通道4亮温偏差的月均值变化趋势较为一致,两个年份的变化趋势也较为一致.MWTS通道4表征的平流层低层观测亮温在不同纬度带呈现不同偏差分布特征:热带地区明显系统偏高2~4 K,中纬度地区偏高1 K;而高纬度地区则出现随季节显著变化的偏差,尤其在南极地区季节差异达到5 K,这种依赖于环境温度出现的较大亮温偏差不完全是频率偏移引起.热带地区观测与模拟亮温差异显著,并且热带地区样本对于全球总体亮温偏差影响程度达到20%,这表明COSMIC数据在热带地区的验证结果需谨慎使用.     

21世纪中国陆地生态系统与大气碳交换的预测研究

利用大气-植被相互作用模型（AVIM2）模拟研究了中国陆地生态系统碳贮量的变化和与大气的碳交换,即生态系统的净初级生产力（NPP）、植被和土壤碳贮量、土壤呼吸和净生态系统生产力（NEP）对SRES B2气候变化情景和大气CO2浓度变化情景的响应。研究表明,未来100a大气CO2浓度不变而只考虑气候变化情景时,中国陆地生态系统NPP总量随时间变化逐渐下降;与此同时,植被和土壤碳总量以及NEP总量也下降。至2020年,中国陆地生态系统由21世纪初的碳汇变成碳源。在同时考虑未来气候变化和大气二氧化碳浓度增加的情景下,未来100a中国陆地生态系统NPP总量持续增长,由20世纪末的2.94Gt C·a^-1增加到21世纪末的3.99Gt C·a^-1,同时土壤和植被碳贮量也持续增加,到21世纪末总量增大到110.3Gt C.NEP总量在21世纪初期和中期保持上升趋势,大约在2050年达到最大值,之后逐渐下降,到21世纪末接近于零。