近30年中国水稻种植区域与产量时空变化分析

通过综合80年代初以来的农作物面积与产量统计、耕地分布、农业灌溉分布以及作物生长适宜性分布等多源数据,利用基于交叉信息熵原理的作物空间分配模型(Spatial Production Allocation Model,SPAM),获得了我国10km像元尺度的水稻分布信息。在此基础上,重点分析了80年代初以来水稻种植面积与产量的时空变化特征。总体来看,在全国水稻种植区域内发生变化的地区中有超过50%的地区水稻种植面积出现缩减态势,但仍有近70%的地区水稻产量在增加。空间变化来看,种植面积缩减主要发生在东南沿海的广东、福建和浙江等省,而增加主要出现在东北地区的吉林和黑龙江等省,我国水稻种植重心因此向东北方向迁移约230km,产量重心向东北迁移约320km。同时,研究还发现我国水稻种植面积变化对产量增减具有重要影响,其中产量增加表现为面积与非面积因素的共同作用,数据显示种植面积扩展对水稻增产的平均贡献率约54.5%,而在产量减少的区域,面积缩减对减产的贡献率高达80%以上。     

近30年中国农作物种植结构时空变化分析

综合运用时序变化趋势、空间集聚分析等方法,从种植结构类型和种植比例变化趋势分析了1980年以来中国县域种植结构的时空特征。结果表明：① 近30年来中国前10位的种植结构类型有16种,2002年后多元种植结构逐步替代单一型种植结构。粮食作物占优的单一种植结构类型呈逐年递减趋势,其中1980年全国82.7%的县级农业种植结构是水稻、小麦、玉米及其组合种植类型,2002年后的果蔬类型增加改变了种植结构格局。② 全国种植县中有47%的水稻、61%的小麦和29.6%的玉米的种植比例显著减少,其他作物呈现增加趋势。粮食作物由以水稻为主的格局调整为水稻、小麦和玉米共存格局,其中玉米种植面积比例在空间上变化最为显著,在中国形成北东—西南向的“玉米减少带”。种植结构调整热点的城市地区,城市化对种植结构变化影响显著,水果和蔬菜类种植比例在城市化地区快速增加。③ 种植结构变化趋势在1300个县形成空间集聚效应,水稻的高高聚集占全国县数的2.86%、小麦占5.64%、玉米占6.11%、大豆为4.53%、麻类为1.62%、棉花占7.77%、蔬菜占8.24%、薯类占12%、水果占10%、糖料占1.41%、油料占9.35%,主要分布于中国东北、新疆和沿海的城市化地区。     

唐朝末年以来广西柳州干湿变化及人类活动演变

中世纪暖期和小冰期是近2 000年气候变化中重要的气候事件,厘清其在低纬度地区干湿变化特征及其对古代农业发展及人口增长的影响,具有重要的意义。通过对广西柳州岩溶洞穴中一60 cm岩芯进行孢粉、炭屑分析发现,研究区的气候、稻作农业从唐末以来先后经历了6个阶段演化：1）875―940 a A.D.,C/P值及花粉记录指示：研究区气候整体偏干,水稻种植减少;2）940―1 050 a A.D.,C/P值及花粉记录指示：夏季风增强,水稻种植稍增长,人口增加;3）1 050―1 140 a A.D.,C/P值及花粉记录指示：夏季风减弱,稻作农业及人口较前期有所增长;4）1 140―1370 a A.D.,C/P值及莎草科花粉含量指示：研究区当时气候处于“中世纪暖期”温暖湿润期,稻作农业面积扩大,人口增加;5）1 370―1 900 a A.D.,C/P值及莎草科花粉含量指示：“小冰期”气候变干,水稻种植及人口逐渐减少;6）1 900―2 009 a A.D.气候变暖湿,水稻种植扩大,人口迅速增长。进一步对研究区气候事件与稻作农业及人口关系研究发现：历史时期气候事件与水稻种植、人口具有耦合关系,即中世纪暖期,气候暖湿,水稻种植扩大,人口增殖;小冰期,气候冷干,水稻种植萎缩,人口锐减。在非原地沉积时,莎草科和C/P 对水分反映敏感,可以用来指示气候干湿变化。     

疏勒河流域双塔灌区种植结构变化及其原因

基于1996-2010年双塔灌区各乡（镇）农作物类型、种植面积、供水定额、用水定额、作物单产及价格等资料,探讨了气候变化背景下农业种植结构调整原因及其影响。结果表明：研究区2010年作物种植面积较1996年增长2.3倍,其中粮食作物种植面积减少,经济作物和其他作物种植面积增加,农作物总产值和单位产值均明显提高,说明当地种植结构调整优化在产生经济效益方面效果明显。当地种植结构调整主要受自然条件、政策指导、历史根源、农民意愿、市场调节、灌溉供水条件等多方面因素的影响,其中自然条件中的水资源供应状况主要影响作物种植面积,其他因素影响作物种植类型。通过种植结构调整,当地农业产值在增长同时,用水紧张现象较以前有所缓解,地表水基本可以满足农田灌溉需求,减少了对地下水的使用,从而对保护当地生态具有重要意义。     

近50多年来澜沧江流域农业灌溉需水的时空变化

利用澜沧江流域云南境内8 个气象站1950s-2007 年的逐月气象数据,现状作物种植、农业耕作、田间水分管理等资料,应用Mann-Kendall 法和R/S 分析法,探索50 多年来流域区的干湿变化、农业灌溉定额转折变化趋势及分布规律。结果表明：年、季平均温度普遍地显著升高,降水量干季增加、湿季减少;大部分地区的参照作物腾发量ET0在年度及干、湿季都呈增加趋势,仅在流域中段大理、剑川、耿马的部分时段为减少,干湿指数大多数地区都是降低;水稻及农业综合灌溉需水定额从流域上游到下游逐渐呈减少、增-减并存到增加的趋势。气象因子、ET0、干湿指数、水稻灌溉及农业综合灌溉定额发生转折变异现象都集中在澜沧江中下段的耿马、思茅、景洪、勐腊等地,且时间系列的转折变异点在1960s-1990s 的各个时期均有出现。水稻灌溉定额随纬度方向变化的相关系数为0.513,随海拔高程变化为0.610,最高值出现在维西,最低值为勐腊;农业综合灌溉定额受作物种植结构和水稻种植面积的影响较大,二者相关系数达到0.826,但其与纬度、海拔的变化规律不明显,最高值在大理,最低值在维西。灌溉定额在小范围内的多样性变化,表明在纵向岭谷特殊环境对地表水汽输送、气温和气流场分布等的“通道-阻隔”作用下,澜沧江河谷农业灌溉需水量时空变化的复杂性。     

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。     

内蒙古呼伦贝尔草原湖泊变化研究

内蒙古呼伦贝尔地区湖泊数量多,面积大,占内蒙古湖泊总面积的58%。近年来该地区湖泊趋于萎缩,但是已有研究主要关注大型湖泊,缺乏对该地区湖泊整体,尤其是小型湖泊(<1 km²)的研究。通过利用Landsat系列(TM、ETM+、OLI)卫星数据,参照该地区湖泊图集、湖泊名录以及Google Earth高清影像,分析了1986—2017年呼伦贝尔草原地区湖泊数量和面积变化;在此基础上结合气候和人类活动资料,讨论湖泊变化的影响因素。研究表明:近30 a呼伦贝尔地区湖泊显著萎缩,其中变化最为剧烈的是小型湖泊,新增5个,干涸19个,总面积减小超过30%。2000年前各类型湖泊面积均有增加,1998年降水量最大,湖泊面积相应达到峰值;2000—2010年湖泊面积呈萎缩趋势;2010年以后有所回升。将湖泊面积与气候条件(气温、降水量、潜在蒸散量)及人为活动因子(放牧强度、原煤产量、有效灌溉面积)进行相关分析发现,湖泊面积变化主要受人类活动的影响,气候变化的影响相对较小。     

中国棉花种植空间变化及其原因分析

采用地理信息系统软件对1980、1990、2000年中国县域棉花生产数据进行处理,生成棉花种植空间分布差异地图并对之进行分析。分析结果表明,1980～1990年,中国棉花种植空间迅速缩减地区是鄂南、鄂中、湘北、陕西中部、晋西棉区、冀西南棉区以及江苏东部部分地区,种植空间迅速扩展的地区是鲁西北、鲁西南、冀东南和豫南等地区;同时,新疆棉区以巴楚县为核心的南疆等地区种植面积增长迅速;1990～2000年,变异的最大特点是新疆棉花生产的崛起和山东、河北棉花生产的萎缩。引起上述变化的原因是由于经济、政策、技术及自然以等因素发生变化的结果。     

闽台能源消费变化与驱动力对比研究

为探究处于不同发展阶段地区能源消费行为的差异性,对闽台地区能源消费变化及其驱动力进行了对比研究,结论表明:①近30 a来,闽台两地能源消费总量差距呈现"扩大→缩小"特征,并于2008年福建省能源消费总量首次超过台湾,但台湾省能源效率变化呈现乘幂式增长,能源效率远高于福建省同期水平,且能源消费结构较福建省更趋多元,优质高效能源占到80%以上;②闽台两地能源消费变化主要驱动因素大致相似,但亦存在显著差异:一方面,除受与福建省相同的驱动因素影响外,台湾省能源消费变化还受第三产业结构比重、能源效率因素等影响;另一方面,R&D投入占GDP比重、人均GDP、第二产业比重等驱动因素的作用方向在闽台两地却正好相反,其中,福建能源消费受驱动因素冲击后呈现增加态势,而台湾省则反之;③除受地区源消费传统影响外,闽台地区能源消费受驱动因素的影响程度也具有差异性:福建省能源消费变化受社会机动化发展驱动影响最大,经济发展、科技水平提高次之,第二产业比重、人口总量增加影响最小;台湾省社会机动化发展的能源消费驱动影响最大,科技投入增加、能源效率提高两个驱动因素的影响次之,人口总量增加、经济发展和产业结构升级影响最小。     

拉萨地区土地利用变化

根据1990年、1995年和2000年3期西藏拉萨地区土地利用现状调查数据,利用GIS空间分析方法,系统地分析了1990年至2000年间拉萨地区的土地利用时空变化特征。得出: ① 10年来拉萨地区的土地利用类型转变主要发生在人类活动比较集中的城镇附近和河谷地区,很多地段的天然植被由人工植被所取代,植被覆盖度和生物产量明显提高,有效地改善了这些区域的土地覆盖状况,这些变化是这一期间实施的农业综合开发中旨在改变区域生态环境的人工植树造林和改良草场等人为有目的地改变土地利用类型的直接结果;② 10年内面积增幅最大的是林地,增加了2.56%;③ 土地利用类型变化最广泛的是牧草地,由牧草地变成耕地、园地、林地、居民点及水域的,其中牧草地变成林地的面积最大,占变化面积的94.09%;④ 耕地变成林地的面积占耕地移出总量的54.86%,变成居民点的占移出面积的38.25%;⑤ 水域变成林地的面积占变化面积的93.13%。     

最近50年来山东地区夏季降水的时空变化及其影响因素研究

利用山东地区16个气象站1961~2012年逐月降水资料以及同期大气环流指数资料,采用Mann- Kendall非参数检验法、累积距平法、有序聚类分析法以及Mann-Whitney-Pettitt(MWP)法等方法,对最近50 a来山东地区夏季降水及其占全年降水比例的时空变化及影响因素进行了研究。结果表明,最近50 a来,山东地区夏季降水呈现总体下降趋势,但有显著的阶段性。其中,沿海地区变化幅度小于内陆,其阶段转换和突变也早于内陆,内陆中山区又早于平原。沿海地区夏季降水占年降水比例呈现总体上升趋势,但无明显的阶段性和突变现象;而内陆地区呈现总体下降趋势,但存在阶段性和突变现象,其中山地与平原间又有差异。分析表明,山东地区夏季降水变化与同期东亚夏季风、南方涛动和北极涛动之间有显著的响应关系,但在沿海与内陆、山地与平原之间存在差异。     

1961—2015年中国降水面积变化特征研究

基于中国0.5°×0.5°逐月与逐日降水量网格数据集，采用线性趋势、克里金插值（Kriging）、森斜率等方法，分析1961—2015年中国3个自然区的降水量和降水面积的变化特征。结果表明：（1） 中国1961—2015年年均和季节平均降水量呈现由东南沿海向西北内陆递减的空间分布特征，中国一半以上的地区年均和四季降水量呈增加趋势。（2） 日变化特征上，东部季风区、西北干旱区和青藏高寒区均以小雨和中雨为主，其日降水面积多年平均值分别为：1 112.75×10³ km²、52.65×10³ km²，1 380.57×10³ km²、92.83×10³ km²，1 253.9×10³ km²、34.3×10³ km²，暴雨和大暴雨占的面积较小；三个区域不同等级日降水面积年内变化均符合二次函数曲线，三个区小雨日平均降水面积年际变化均呈略微减少趋势，青藏高寒区和西北干旱区大雨、暴雨和大暴雨均呈略微增加趋势，大暴雨整体波动较大。（3） 季节变化特征上，三个区四季均以小雨为主，暴雨和大暴雨所占面积较少。春季和秋季三个区小雨降水面积均呈减少趋势，春季和夏季三个区暴雨降水面积均呈增加趋势，冬季三个区中雨和大雨降水面积呈增加趋势。（4） 东部季风区春季和秋季，西北干旱区年均和四季，青藏高寒区春季、秋季和冬季不同等级降水量对应的降水面积均符合负指数分布规律。km²     

50 a来宁夏可利用降水的时空变化及其对生态环境的影响

 利用1955—2006年宁夏气温、降水资料, 计算了水分资源各分量,并结合1982—2003年植被指数(NDVI)值,分析宁夏水分资源各分量的变化及其对生态环境的影响。结果表明:宁夏水分资源各分量时空分布极不均匀,夏季最大,冬季最小,南部较北部水分资源相对丰富;50 a来降水和可利用降水呈下降趋势,蒸发呈上升趋势,各分量大体经历了4个变化阶段;四季中秋季可利用降水的突变特征最明显,突变年在1978年,突变后各地区可利用降水明显减少,中部干旱区最明显;水分资源各分量有明显的16 a、8 a和4 a左右的周期变化。近20 a宁夏植被覆盖率整体得到提高,进一步分析表明,宁夏大部NDVI值的变化与自然环境和水分资源密切相关。     

黄土高原半干旱区集水农业的自然基础及最适宜集水类型的划分

黄土高原半干旱区的降水为集水农业发展提供了条件,但是,集水不仅取决于降水,还受地貌、地表组成物质、土地利用等因素制约。通过分析地貌条件和土地类型对集水的影响,提出了集水适宜度指标体系。同时,在综合分析影响集水的自然因素的基础上,划分出各集水地域类型,为确定集水有效区、集水工程规模及布局提供理论依据,使各地可因地制宜发展集水农业,避免造成不必要的损失。     

气候与地表覆被变化对梭磨河流域水文影响的分析

分析了1960～1990年长江上游梭磨河流域气候和地表覆被变化及其对流域水文的影响。30年来，流域降水有所增加，有林地面积1957～1974年大幅下降，以后有所回升。有林地每公顷蓄积量由1957年的423m^3下降到1998年的177m^3，40年来林地质量不断下降，流域水文发生了明显的变化；年均流量自1972年以来不断上升，洪水频率、洪峰流量和土壤侵蚀模糊明显增加。     

1973—2020年甘肃河东夏半年降水变化特征及影响因素分析

基于1973—2020年4—9月甘肃河东60个国家气象观测站的降水资料,采用经验正交函数分解、相关分析等方法,分析了不同量级降水的时空分布及变化特征,并讨论了气温、大尺度环流、地形等对夏季降水的影响。结果表明：（1） 河东西部位于季风区最末端,气温变化对降水影响相对显著。其中甘南高原及以北山区海拔高度高,输入性水汽少,气候变暖对水循环的促进使降水量趋于增多。西部其他区域输入性水汽仍占主导地位,冷空气活动减弱使降水量趋于减少。（2） 河东东部地形过渡平缓,降水受季风影响显著。1998年后Niño 3.4区（5°N~5°S、120°~170°W）海温转为负距平为主,随着季风增强及雨带北抬,降水量随之增长。（3） 河东地区降水量年际变化的主要特征是所有站点同时增大或减小,但在拉尼娜年更容易出现东、西部降水反相变化的特征,太平洋年代际振荡负相位时西部地区降水增多,东部部分站点减少,北极涛动负相位时,东南部降水增多,西部部分站点减少。甘肃河东夏半年降水变化及影响分析,不仅为复杂地形下大气环流和气候变暖对降水变化影响的差异性研究提供参考,还将丰富季风区末端降水预测依据。     

咸阳市三原县新庄不同植被土层含水量研究

通过测定咸阳市三原县新庄2005和2006年降雨正常年份人工林地土壤含水量得知,从地表向下土层含水量呈由高到低再到高的变化;2005年草地和玉米地土层含水量由上向下呈逐渐增高趋势,比同年12龄杨树林地和13龄中国梧桐林地平均含水量高约7%。2003年降水量达880 mm丰水年后,人工林土壤干层中水分完全恢复,人工林出现持续近4年茂盛生长期,预计2007年该区将会再次出现发育弱的土壤干层。     

近50 年来祁连山及河西走廊降水的时空变化

利用1960-2009 年的日降水量资料,采用线性趋势、5 年趋势滑动、IDW 空间插值、Morlet 小波分析、Mann-Kendall 突变检验等方法,对祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数和降水强度的时空变化特征进行了研究。结果表明:不同等级降水日数和降水强度的多年平均在空间上既表现出东西分异,也表现出南北分异;不同等级降水日数的年际变化在绝大部分区域呈增多趋势,且自东向西增幅减小,大雨强度的年际变化在绝大部分区域呈增大趋势,其它等级降水强度为部分区域呈增大趋势,部分区域呈减小趋势;小雨、中雨日数的年际变化呈显著增多趋势,大雨日数呈明显增多趋势,暴雨日数呈不明显增多趋势,小雨、大雨强度的年际变化呈不明显减小趋势,中雨、暴雨强度呈不明显增大趋势;不同等级降水日数变化的周期集中在2a、5a、8a、11a、19a,不同等级降水强度变化的周期集中在2a、5a、11a、15a、25a;除小雨强度突变减小外,其它等级降水日数均突变增多,降水强度均突变增大,降水量的增加主要是降水日数的增多造成的,其中小雨、中雨日数的增多贡献最大。     

黄河中上游流域夏季异常降水的变化特征及环流分析

 从中国气象局信息中心提供的全国地面台站逐日观测资料中选取黄河中上游流域66 个台站资料,结合NCEP/NCAR再分析资料,运用小波分析等统计方法,对黄河中上游流域夏季降水异常的变化特征、周期分布及影响降水的因子进行分析,研究结果表明：（1）流域旱涝年夏季降水空间分布上差异显著,易涝区位于河套平原,易旱区位于黄土高原东北部;（2）1960-2008年,流域夏季降水量线性趋势变化不明显,但年际间波动较大,多雨年少雨年相间出现,近50 a中降水整体呈现平稳—少雨—多雨—平稳—多雨—少雨的过程;（3）黄河中上游流域降水变化周期复杂多样,总体以2 a周期振荡为主,异常少雨年多表现为9 a周期振荡,异常多雨年多表现为15 a周期振荡,且流域主周期的空间分布可能与地形地貌、海拔高度及流域分布等地理因素有关;（4）丰、枯雨年环流形式差异显著,影响流域降水的环流系统有季风,西太平洋副高,温带气旋及贝加尔湖低压。     

河西内陆河流域绿洲面积对地表径流的响应

利用NASA AVHRR NDVI 3g遥感资料计算得出河西内陆河流域植被归一化指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）,将NDVI>0.20区域视为绿洲,通过计算绿洲区NDVI的变差系数和线性斜率分析1982—2013年绿洲面积变化,并进一步分析其对地表径流的响应特征。结果表明：河西内陆河流域绿洲整体呈扩张趋势,扩张区域主要在绿洲边缘区、河流两侧和尾闾;小规模斑块绿洲的破碎度呈增加趋势,连片的绿洲核心区相对稳定;绿洲面积随着出山径流变化呈现出阶段性特征,山区降水量对绿洲变化的贡献率约为地表径流贡献率的一半,冰川融水对绿洲面积变化的贡献率自东向西依次增加,绿洲区降水的贡献率则依次减少。