基于GIMMS 3g NDVI的近30年中国北部植被生长季始期变化研究

基于全球库存建模与绘图研究第三代归一化差值植被指数（GIMMS 3g NDVI）、土地利用和气温降水数据,利用NDVI时间序列谐波分析法(HANTS)重构了中国北部地区原始植被NDVI,用一元六次多项式拟合了植被生长曲线并结合逐像元动态阈值法提取了中国北部地区1983~2012年植被生长季始期并分析了其时空变化及对气温和降水的响应情况。结果表明：①GIMMS 3g NDVI具有较长的时序特征和较好的数据质量,经HANTS时间序列谐波分析后能很好的表现植被生长季曲线特征,可用于后续植被生长季的研究。② 北部地区生长季始期均值主要集中分布在80~150βd之间,全区30βa平均为111.6βd,东北平原、华北平原、河套平原、新疆天山和阿尔泰地区生长季始期早于其它区域。③ 研究时段内北部地区生长季始期总体上呈提前趋势（R²=0.19）,空间上由西北向东北逐渐推移,明显提前的区域主要分布在内蒙古中东部、东北平原、陕西南部和新疆天山的部分地区,明显推迟的区域主要分布在青藏高原高寒地区。④ 因植被类型的不同和区域的差异,生长季始期对气温和降水的响应程度不同,春季气温是影响生长季始期变化的主要自然因素。     

1960~2014年淮河流域极端气温和降水时空变化特征

基于淮河流域33个气象站点1960~2014年逐日气温和降水数据,利用Mann-Kendall检验和克里金插值法分析了极端气温、降水指数的时空变化规律。结果表明：① 近55 a来,冷极值呈显著下降趋势,暖极值表现为波动上升趋势;日较差（DTR）呈显著下降趋势,这与最低气温的增加幅度比最高气温大有关;② 总降水量（PRCPTOT）和强降水日数（R10,R20）表现为缓慢下降趋势,1 d最大降水量（RX1day）、连续5 d最大降水（RX5day）以及降水强度（SDII）呈缓慢上升趋势,但变化趋势均不显著;③ 空间变化上来看,霜冻日数（FD0）、冷夜日数（TN10p）、热夜日数（TR20）和暖夜日数（TN90p）在流域大部分地区变化趋势显著,而降水极值在全流域未表现出一致上升或下降趋势,且变化趋势在全流域均不显著;④ 基于流域当前气象站点数据,极端气温、降水指数变化趋势未表现出高程相依性;⑤ 流域大部分极端气温、降水指数变化趋势介于中国南北方流域之间,表现出一定的南北过渡带特色。     

石羊河下游人工梭梭林土壤呼吸变化特征及其与水热因子的关系

土壤呼吸不仅是反映土壤生物活性的重要指标，也是全球碳循环研究中备受关注的热点问题。在地处典型干旱区的石羊河下游，以流动沙丘和去除土壤结皮人工梭梭林为对照，采用LI-8100土壤碳通量监测系统研究了栽植约40 a、30 a、10 a和5 a的人工梭梭林生长季和非生长季的土壤呼吸日变化，并分析了土壤水分和温度对土壤呼吸的影响。结果表明：（1）不同林龄梭梭林生长季和非生长季土壤呼吸速率的日变化均为明显的单峰曲线，且呈现出一定的波动性，日最大排放速率出现在12:00～14:00时，最小值出现在8:00时左右。（2）梭梭林营造和去结皮处理显著提高了沙漠土壤呼吸速率，而且不同林龄土壤呼吸速率大体上随着种植年限的增加而递增，表现为MC >40 a>30 a>10 a>MS >5 a，非生长季表现为MC >40 a>10 a>5 a>30 a>MS。（3）不同林龄梭梭林土壤呼吸速率均具有明显的季节变化特征，生长季（8 月）的土壤呼吸作用明显强于非生长季（1月）。（4）相关性分析表明，生长季和非生长季土壤呼吸均与0～5 cm土壤水分显著相关，且均呈二次曲线关系，分别为Y =-0.205 8X ²+0.946 5X-0.316 6（R ² =0.506 ²，P= 0.041 7）和Y= 0.118 7 X ²+0.156 3X+0.118 8（R ²=0.675 7，P =0.001 1）；但与10 cm土壤温度的相关性不显著，土壤水分是影响人工梭梭林土壤呼吸的关键因素。该研究进一步证明了人工梭梭林的营造有效改善了沙漠土壤的生物活性，提高了土壤碳通量水平，以土壤结皮破坏为基本特征的人工梭梭林退化和沙漠化必然在短期内加剧碳排放。因此，需要在沙漠地区合理营造人工林，并在造林和林业管理过程中注意保护土壤结皮，以减少CO²排放。     

1960-2015年中国绿洲胡杨生长季对全球变暖的时空响应及原因

基于中国绿洲胡杨（Populus euphratica Oliv.）分布区48个地面气象站1960-2015年逐日平均气温数据,采用线性趋势法、Mann-Kendall检验、ArcGIS反距离加权插值法（IDW）、Morlet小波功率谱和相关分析等方法,分析了中国绿洲胡杨年生长季的起止日及生长期长短对气候变暖的时空响应特征及原因。结果表明：近56年来,中国绿洲胡杨年生长季具有起始日提前、终止日推迟、生长期延长的变化趋势,变化倾向率分别为-1.34 d/10a、1.33 d/10a、2.66 d/10a（α ≥ 0.001）;空间差异十分显著,呈现出由西南向东北起始日越迟,终止日越早,生长期越短的变化规律。胡杨生长季起止日及生长期分别在2001年、1989年和1996年发生突变,且分别存在3.56~7.14 a不等的短周期,与厄尔尼诺2~7 a的周期一致,起始日3.56 a和4.28 a的周期与大气环流2~4 a的周期吻合。原因分析表明亚洲极涡面积指数、青藏高原指数、西风指数和年均二氧化碳排放量是影响胡杨生长季变化的主要因素;此外,纬度对胡杨生长季的影响要明显大于海拔高度,且起始日受纬度和海拔高度的影响比终止日更加显著;胡杨生长季起止日和生长期分别与对应月份的平均气温呈显著的高相关性,且3月均温每升高1 ℃,起始日提前2.21 d,10月均温每升高1 ℃,终止日推迟2.76 d,3-10月均温每升高1 ℃,生长期延长7.78 d,表明胡杨生长季的变化对全球增暖的区域响应十分敏感。     

1961-2016年渭河流域极端降水事件研究

基于1961-2016 年渭河流域26 个气象站点的逐日降水数据,选取与极端降水事件密切相关的9 个指数,利用线性趋势法、Mann-Kendall突变点检验和方差分析等方法,揭示渭河流域极端降水事件的变化趋势、突变情况以及渭河流域上、中、下游降水情况的差异特征,对研究区未来极端降水事件提供科学预测和理论参考。结果表明：① 渭河流域上、中、下游地区及整个流域的年总降水量分别以16.588 mm/10a、8.319 mm/10a、6.703 mm/10a和9.544 mm/10a的速率下降,表明渭河流域56 a来降水总量存在逐年减少的趋势,整个渭河流域地区呈现变干的趋势。② 降水强度(SDII)、强降水总量(R95PTOT)和极端降水总量(R99PTOT)在整体上均呈现上升趋势,极端降水总量的上升趋势高于强降水总量,上游地区的上升趋势高于中下游地区,表明渭河流域极端降水强度有所增强,极端降水事件发生频率有所增大。③ 渭河流域出现极端降水事件的年份集中在20世纪90年代和21世纪初期,且降水情况的年际差异较大,中游地区的变化更为明显。④ 相关分析显示中下游地区对整个流域极端降水事件的发生情况起到较大的贡献。     

中国植被类型区大气增温趋势及其不对称性研究

利用1962~2011年中国各植被类型区的452个站点的气温资料,分析了各植被类型区的年平均温度和极端温度随时间的变化趋势。结果表明：① 过去50 a间,中国各植被类型区年平均气温、年平均最高温、年平均最低温都显著升高,并且最低温增温速度快于最高温增温速度,呈温差减小的不对称增温趋势;同时,寒冷地区增温速度高于温暖地区的增温速度,其中寒温带森林的增温幅度超过亚热带森林的2倍。近30 a间,寒温带森林区和温带森林区增温速度减缓,其他各植被类型区增温速度加快,呈现出热带、亚热带地区增温速度高于温带、寒温带地区的空间特点;② 最高温增温速度在变快,最低温增加速度在变慢,多个植被类型区的最高温增温速度高于最低温增温速度,呈现出一种新的不对称增温趋势,即最高温与最低温间的温差在加大;③ 过去50 a和近30 a间,生长季和非生长季的温度变化多样,并分别对年平均温度产生了不同的影响,而生长季和非生长季温度的不同变化分别决定于其最高温和最低温的多样变化。     

中国空气质量时空变化特征

基于2015年中国343个地区空气质量指数（AQI）数据,运用统计分析和空间自相关分析方法,对全国及陆地表层系统九大区域空气质量时空变化特征进行分析。结果表明：① 全国及九大区域空气质量春季较差、夏秋优良、冬季最差,AQI季节均值呈现“U”形变化特征。② 全 国及九大区域AQI月均值变化趋势呈现“L”形特征。③ 全国及九大区域AQI日均值变化趋势呈现周期性W~脉冲型波动规律。④ “高污染”和“低污染”区域呈现出北高南低的南北分异格局。⑤ 九大区域首要污染物频次结构差异明显,频次最高的首要污染物PM_2.5或者PM₁₀在空间上呈现出明显的东西分异格局。     

耕地生产力与粮食安全耦合关系与趋势分析——以河南省为例

粮食是社会经济发展的重要保障。运用耕地、粮食安全测度模型对2005~2014年河南省粮食安全状况进行评估。结果表明：① 2005~2014年,农民种粮积极性上升10%,耕地压力指数下降71%,农民经济收益上升 13%,耕地重心向西南移动。 ② 不同指标对耕地生产力的贡献率具有差异性。2005~2009年粮种比对耕地生产力的贡献率最大,2010~2014年贡献率发生转移,粮食播种面积单位产量对耕地生产力的贡献率最大;10 a间,粮种比的贡献（69.77%）相对粮食单产的贡献（39.28%）更能促进河南省耕地生产力的提高。 ③ 耕地压力受到自然、社会等多方面因素影响。各指标间相关关系较强,种粮积极性与农民耕地保护能力的二者呈现负相关关系。     

1960~2014年河南极端气温事件时空演变分析

基于河南1960~2014年18个气象台站逐日最高温、最低温、平均气温实测数据,采用线性趋势、相关分析等方法,根据选取的16个极端气温指数,分析了河南省极端气温变化趋势和空间差异,探讨了极端气温指数的影响因素以及与该区气候变化的关系。结果表明：① 河南近55 a来日最高气温的极小值、最低气温的极大/小值、暖昼/夜日数、夏季日数、热夜日数、暖持续日数、生物生长季呈现增大/加趋势;日最高气温的极大值、冷昼/夜日数、冰/霜冻日数、冷持续日数和气温日较差呈现减小/少趋势。② 极端最低气温的变暖主要发生在黄淮海平原区、豫西南南阳盆地以及豫南桐柏山-大别山山地丘陵区;而极端最高气温的变暖则主要发生在豫西山地丘陵区。③ 与中国其他地区相比,河南极端气温近55 a的变化速率较慢,低温出现的日数显著减少;但近20 a来大部分极端气温指数的变化速率均提高了2倍多,表明该区极端气温进入了加速变化阶段。④ 相关分析表明河南极端气温指数变化可以指示该区气候变化,且地形条件是该区极端气温空间变化的控制因素。     

2000～2015年中国人工表面变化遥感监测分析

基于时间序列遥感数据获取的多期土地覆被数据对中国人工表面变化信息进行提取和定量评价,进一步分析中国各省市的人均人工表面面积变化趋势,以及7个主要城市群的人工表面变化情况,结果可知:① 2015年中国人工表面的面积总和为29.07万km ²,其中建设用地25.10万km ²、交通用地3.09万km ²、采矿场0.88万km ²;② 2015年人工表面总面积较2010年年均增长为0.66万km ²,年均增速为2.57%,较2000~2010年年均增长0.55万km ²（年均增速2.70%）增速有所放缓。③ 总体上中国大部分行政区的人均人工表面面积近15 a持续提高。     

1961-2010 年西藏极端气温事件的时空变化

利用18 个气象站点1961-2010 年逐日最高、最低气温和平均气温资料,分析了西藏极端气温事件的变化规律。结果表明:近50a 西藏霜冻日数和结冰日数明显减少,结冰日数减少显著的区域集中在藏北,霜冻日数则在整个区域都显著减少;生长季长度以4.71 d/10a 的速度明显延长,以拉萨、泽当最显著。极端最低气温在全区范围均呈显著升高,尤其是近30a 升幅更大,达1.06 oC/10a;最高气温的极大值在沿雅鲁藏布江一线东段和那曲地区上升较明显,而在南部边缘地区有下降的趋势。冷夜(昼) 日数普遍明显减少,减幅为9.38 d/10a (4.96 d/10a);暖夜(昼) 日数显著增加,增幅为10.99 d/10a (6.72 d/10a)。大部分极端气温指数的变化趋势与海拔高度有较高的相关性,其中极端最低气温与海拔高度呈正相关,极端最高气温、结冰日数、暖昼(夜) 日数和生长季长度呈负相关。极端最高、最低气温和气温暖指数呈逐年代增加趋势,极端气温冷指数和生长季长度表现为下降的年代际变化特征。在时间转折上,极端最低气温、冷(暖) 夜指数和生长季长度的突变点发生在20 世纪90 年代中期前,霜冻、结冰日数和冷(暖) 昼指数的突变点则推迟到21 世纪初期。多数情况下,西藏极端气温指数的变幅比全国、青藏高原及其周边地区偏大,说明西藏极端气温变化对区域增温的响应更为敏感。     

1965-2013年黄土高原地区极端气温趋势变化及空间差异

基于黄土高原地区52个气象站点逐日平均气温、最高和最低气温数据,采用一元线性趋势分析、相关分析等方法,分析该地区极端气温趋势变化及空间差异。结果表明：① 日最高（低）气温极低值、日最高（低）气温极高值、热夜日数、暖昼（夜）日数、热持续日数、夏季日数和生物生长季日数呈增加的趋势,其余极端气温指数呈减小的趋势。② 空间分布上,表征低温事件的冰冻日数、霜冻日数、冷昼（夜）日数和冷持续日数下降最显著的区域位于黄土高原北部;表征高温事件的热夜日数、夏季日数、暖昼（夜）日数和热持续日数上升最显著的区域主要位于黄土高原西北部;生物生长季日数上升最显著的区域主要位于黄土高原中部地区。③ 相关分析表明除了极值指数和气温日较差与其余极端气温指数相关性较差外,其余各极端气温指数之间均具有较好的相关性。④ 多数极端气温指数的变化趋势与平均气温关系密切,平均气温突变前后极端气温指数存在明显差异。⑤ Hurst指数结果表明黄土高原地区极端气温变化均呈同向变化特征。     

THE ROLE OF ATMOSPHERIC CIRCULATION PATTERNS IN AGROCLIMATE VARIABILITY IN FINLAND, 1961–2011

This study evaluates interannual variations and trends in growing season daily temperature sum and daily precipitation sum in Finland during 1961–2011, and their connections to well known atmospheric circulation patterns. Changes in summer (June–August) climate partially explain changes in growing season daily temperature sum and daily precipitation sum over Finland, which naturally decreased from south to north. On a national scale, growing season warmed and became wetter during 1961–2011, as growing season daily temperature sum and daily precipitation sum significantly (p < 0.05) increased by 5.01 ± 3.17°C year^–1 and 1.39 ± 0.91 mm year^–1, respectively. The East Atlantic pattern was the most influential atmospheric circulation pattern for variations in growing season daily temperature sum (rho = 0.40) across Finland and the East Atlantic/West Russia pattern was most influential for growing season daily precipitation sum variability (rho = –0.54). There were significant (p < 0.05) increasing trends in growing season daily temperature sum and daily precipitation sum throughout Finland during 1961–2011. Increased growing season daily temperature sum was mainly observed in northern, central, western, eastern and coastal areas of south‐western Finland. This warming was positively associated with the East Atlantic pattern in the north, centre and south, but negatively associated with the East Atlantic/West Russia pattern in eastern Finland. Increased GSP mostly occurred in southern, eastern, western, central, northern and north‐western Finland. These wetting trends were positively correlated with the East Atlantic pattern in the north and negatively correlated with the Polar pattern in the south and the East Atlantic/West Russia pattern in the east, west, centre and north‐east of Finland. The overall agroclimatic year‐to‐year variability in Finland between 1961 and 2011 was mostly linked to variations in the East Atlantic and East Atlantic/West Russia patterns.     

基于全球模式对中国极端气温指数模拟的评估

对IPCC 所提供的7 个全球海气耦合模式输出信息(年霜冻日数、生物生长季、温度 年较差、暖夜指数、热浪指数), 利用同期(1961-2000 年) 中国地区极端气温观测资料检测并 评价模式的预估效能。结果表明, 这些模式对中国地区的极端气温都具有一定的模拟能力, 但同时各个模式的模拟场都有各自的系统误差; 综合评价, 在7 个模式中GFDL-CM2.0 和 MIROC3.2 (hires) 两个模式对中国区域极端气温的模拟效果均为最佳。模拟所得的最优指数 为霜冻日数, 其后依次为: 暖夜指数、热浪指数、气温年较差和生物生长季; 而就空间分布 结构来看, 除暖夜指数的模拟效果较差之外, 其余指数均能较好地模拟出其空间分布特征。     

基于贝叶斯模型平均的全球洪水中长期预报评估研究

筛选全球5839个水文站逐日径流数据,采用超阈值采样法提取洪水发生频率及时间,将各季节最大日流量作为季节洪水量级,以优选的多个大尺度气候因子的最佳前置月份序列作为潜在预报因子,基于贝叶斯模型平均法构建全球尺度洪水中长期预报模型,并利用均方误差技术指数（MSESS）评价模型的预报效果。结果表明：全球范围内,洪水量级和频率模拟预报效果合格（0.6>MSESS>0.2）的水文站点占比分别为48%和28%;利用前置季节气候因子数据,驱动所构建的洪水中长期预报模型,有效预报了2020年鄱阳湖流域洪水量级将异常偏高。     

Characterizing the Spatio-temporal Dynamics and Variability in Climate Extremes over the Tibetan Plateau during 1960-2012

Extreme climate events play an important role in studies of long-term climate change. As the Earth’s Third Pole, the Tibetan Plateau (TP) is sensitive to climate change and variation. In this study on the TP, the spatiotemporal changes in climate extreme indices (CEIs) are analyzed based on daily maximum and minimum surface air temperatures and precipitation at 98 meteorological stations, most with elevations of at least 4000 m above sea level, during 1960-2012. Fifteen temperature extreme indices (TEIs) and eight precipitation extreme indices (PEIs) were calculated. Then, their long-term change patterns, from spatial and temporal perspectives, were determined at regional, eco-regional and station levels. The entire TP region exhibits a significant warming trend, as reflected by the TEIs. The regional cold days and nights show decreasing trends at rates of -8.9 d (10 yr)^-1 (days per decade) and -17.3 d (10 yr)^-1, respectively. The corresponding warm days and nights have increased by 7.6 d (10 yr)^-1 and 12.5 d (10 yr)^-1, respectively. At the station level, the majority of stations indicate statistically significant trends for all TEIs, but they show spatial heterogeneity. The eco-regional TEIs show patterns that are consistent with the entire TP. The growing season has become longer at a rate of 5.3 d (10 yr)^-1. The abrupt change points for CEIs were examined, and they were mainly distributed during the 1980s and 1990s. The PEIs on the TP exhibit clear fluctuations and increasing trends with small magnitudes. The annual total precipitation has increased by 2.8 mm (10 yr)^-1 (not statistically significant). Most of the CEIs will maintain a persistent trend, as indicated by their Hurst exponents. The developing trends of the CEIs do not show a corresponding change with increasing altitude. In general, the warming trends demonstrate an asymmetric pattern reflected by the rapid increase in the warming trends of the cold TEIs, which are of greater magnitudes than those of the warm TEIs. This finding indicates a positive shift in the distribution of the daily minimum temperatures throughout the TP. Most of the PEIs show weak increasing trends, which are not statistically significant. This work aims to delineate a comprehensive picture of the extreme climate conditions over the TP that can enhance our understanding of its changing climate.     

Regional climate gradients in precipitation and temperature in response to climate teleconnections in the Greater Everglades ecosystem of South Florida

Precipitation and temperature in Florida responds to climate teleconnections from both the Pacific and Atlantic regions. In this region south of Lake Okeechobee, encompassing NWS Climate Divisions 5, 6, and 7, modern movement of surface waters are managed by the South Florida Water Management District and the US Army Corps of Engineers for flood control, water supply, and Everglades restoration within the constraints of the climatic variability of precipitation and evaporation. Despite relatively narrow, low-relief, but multi-purposed land separating the Atlantic Ocean from the Gulf of Mexico, South Florida has patterns of precipitation and temperature that vary substantially on spatial scales of 10¹–10² km. Here we explore statistically significant linkages to precipitation and temperature that vary seasonally and over small spatial scales with El Niño-Southern Oscillation (ENSO), the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO), and the Pacific Decadal Oscillation (PDO). Over the period from 1952 to 2005, ENSO teleconnections exhibited the strongest influence on seasonal precipitation. The Multivariate ENSO Index was positively correlated with winter (dry season) precipitation and explained up to 34 % of dry season precipitation variability along the southwest Florida coast. The AMO was the most influential of these teleconnections during the summer (wet season), with significant positive correlations to South Florida precipitation. These relationships with modern climate parameters have implications for paleoclimatological and paleoecological reconstructions, and future climate predictions from the Greater Everglades system.     

Lambert冰川流域东西两侧气候环境变化

1992~1993年,中国科学家参加了澳大利亚南极考察队对Lambert冰川流域西侧的考察,1996起,中国南极考察队对Lambert流域东侧进行了多次考察。本文基于以上考察的研究成果,对Lambert冰川流域东西两侧气候环境变化特征进行了对比研究。结果表明：Lambert冰川两侧无论是降水还是温度,在几十年时间尺度上其变化趋势都存在着明显差异,Lambert冰川东西两侧从海岸向内陆近500 km断面上表面积累速率的分布截然不同,同时,Lambert冰川东西两侧的δ¹⁸O随温度的变化率 (又简称δ－温度梯度) 差别也很大,另外,反映水汽输送强度的海盐离子浓度近50年来的变化趋势相反。以上证据表明,Lambert冰川谷地可能是东南极洲一条重要的气候界线,其原因可能是特殊的局地环流 (顺时针的气旋活动) 导致不同的水汽来源,再加上局部地形的影响所致。     

1982~1999 年我国东部暖温带植被 生长季节的时空变化

利用1982~1996 年5 个站点的植物群落物候观测数据和物候累积频率拟合法, 划分各站逐年的植被物候季节, 并确定各季节初日对应的当地归一化差值植被指数(NDVI) 阈值。 在此基础上, 通过对物候站各年NDVI 曲线的年型聚类分析和区内所有像元逐年NDVI 曲线的空间聚类分析, 实现植被物候季节的时空外推估计, 从而得到我国暖温带落叶阔叶林地区1982~1999 年植被物候季节初日和生长季节长度的时空格局。结果表明, 多年平均的植被物 候季节初日和生长季节长度呈现出主要随纬度和海拔高度变化的空间格局。在这18 年中, 整 个区域的物候春季初日以提前为主, 且以华北平原提前的趋势最为显著;夏季、秋季和冬季 初日以推迟为主, 也以华北平原推迟的趋势比较显著;因此, 华北平原植被生长季节呈显著 延长的趋势。本文揭示的植被物候季节初日的趋势变化与华北地区各季节气温的趋势变化基本吻合;植被生长季节的趋势变化特征与欧洲单种植物物候生长季节, 以及欧亚大陆和我国温带遥感植被生长季节的趋势变化基本一致, 但植被生长季节初、终日期和长度的趋势值明显大于后者, 表明该地区植物物候对于气候变暖的响应更加敏感。