基于SSP-RCP不同情景的京津冀地区土地覆被变化模拟

如何实现自然与人文双重驱动下的特大城市群地区土地覆被变化的情景模拟,不仅是当前土地覆被变化研究领域的热点问题,也是城镇化可持续发展研究的核心主题之一。本文在对现有土地覆被变化情景模型缺陷进行分析和修正的基础上,构建了自然要素与人文要素耦合驱动的土地覆被情景曲面建模（SSMLC）方法。结合IPCC 2020年发布的共享社会经济路径（SSPs）与典型浓度路径（RCPs）组合的CMIP6 SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5的气候情景数据,以及人口、GDP、交通、政策等人文参数,分别实现了SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下的京津冀土地覆被变化的情景模拟。模拟结果表明：SSMLC对京津冀地区土地覆被变化模拟的总体精度为93.52%;京津冀地区的土地覆被在2020—2040时段内的变化强度最高（3.12%/10a）,2040年以后的变化强度将逐渐减缓;在2020—2100年间,建设用地增加速度最快,增加率为5.07%/10a。湿地的减少速度最快,减少率为3.10%/10a。2020—2100时段内的京津冀土地覆被在SSP5-8.5情景下的变化强度整体高于在SSP1-2.6和SSP2-4.5情景下的变化强度;GDP、人口、交通和政策等人文因子对京津冀地区耕地、建设用地、湿地和水体的影响强度高于对其他土地覆被类型的影响强度。研究结果证实了SSMLC模型能够有效模拟和定量刻画京津冀地区土地覆被空间分布格局在未来不同情景的时空变化趋势和强度,模拟结果可为京津冀协同一体化的国土空间优化配置与规划、以及生态环境建设提供辅助依据和数据支撑。     

21世纪中国温湿复合型热事件及其人口暴露度预估

本研究采用湿黑球温度这一反映温度-湿度协同效应的指标,以区域气候模式预估试验和人口预估数据集为基础,对21世纪典型气候-社会经济情景下中国各等级温湿复合型热事件及其人口暴露度的变化进行了高分辨率预估。结果表明在SSP3-8.5（区域竞争路径）情景下全国总人口数量变化不大,但极端热事件的人口暴露度将大幅增加至基准时段的约3～5倍;在SSP1-2.6（可持续发展路径）情景下全国总人口数量明显下降,各等级高温日数在21世纪末期的增幅仅为SSP3-8.5情景下的约1/5,但极端热事件的人口暴露度仍将有所增加。人口暴露度的变化由气候变化因素主导,而人口变化相关的因素贡献较小。华南沿海地区是全国极端热事件增加最突出的区域。     

基于微博大数据的气候变化对中国赏樱旅游的影响

研究气候变化对生态系统旅游和休闲功能的影响是旅游地理学的重要领域。本文发展和优化了基于Logistic曲线从微博大数据中提取赏樱旅游活动开展时间的方法,并从2879033条与樱花相关的新浪微博大数据中筛选出587891条有效微博,进而提取和重建了中国2010—2019年赏樱旅游活动时间数据集,该数据集通过了物候站点观测数据和与温度响应关系的验证。在此基础上分析了过去10 a中国21个城市赏樱旅游活动始日、末日和持续期的时空格局,并模拟和预测了SSP2-4.5和SSP5-8.5两种气候情景下,2020—2050年中国赏樱旅游活动时间的变化趋势。结果表明：① 过去10 a,全国大部分城市赏樱旅游活动始日提前（占比61.9%）,末日提前（占比76.2%）,持续期缩短（占比52.4%）。纬度每升高1°,始日、末日分别推迟0.286 d（P < 0.01）和0.394 d（P < 0.01）,持续期缩短0.286 d（P > 0.05）。② 未来气候情景下,大部分城市赏樱旅游活动始日和末日提前,持续期延长。SSP5-8.5情景对赏樱旅游活动的影响比SSP2-4.5情景更明显。本文的方法和框架能够为气候变化对特定旅游活动的影响研究提供基于大数据视角的参考。     

气候变化影响下北海公园冰上运动季的特征与情景模拟

北海公园冰上运动是北京传统体育文化遗产的重要组成内容以及冬季休闲旅游的代表性符号,强化其气候变化影响与适应研究,对于应对全球变化的挑战、践行“大力发展冰雪经济”的指示具有重要意义。本文从多源文献中提取分析了其冰场多年启闭日期（间接指示冰层厚15 cm）的变化特征,并结合气温器测数据以及4种气候情景数据（SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5）,利用留一交叉验证法探讨了不同温度指标和拟合方程的预测效果差异,进而对未来冰上运动季的变化、潜在影响与适应对策进行分析。结果表明：① 1989—2018年冰上运动季始日、末日和持续长度的均值分别为1月1日、2月5日和36 d,对应的趋势表现为不显著的推迟（1.00 d/10a）、提前（-0.77 d/10a）和延长（1.11 d/10a）,时序变化可区分为1989—2000年、2001—2013年和2014—2018年3个阶段。② 冰上运动季始、末日分别对其日期前59 d的日最低温和前94 d的日最高温有较好响应,利用这两个指标和玻尔兹曼函数可更好预测冰上运动季变化。③ 2021—2099年冰上运动季始日、末日和持续长度的均值分别较1989—2018年晚1 d、早1 d和缩短2 d,3个指标变幅一致缩小,对应的0.14 d/10a、-0.21 d/10a和-0.34 d/10a的趋势均达到0.01的显著性水平。④ 未来79 a内冬季两大节庆中元旦冰上运动的适宜性要大于春节,其中春节的适宜性在4种气候情景下相差不大,而元旦的适宜性则在4种情景下有一定差别。⑤ 在相关预估结果上,BCC-CSM2-MR、CanESM-5和UKESM这3种区域气候模式并没有太大差异,而热岛效应影响尚待深入研究。⑥ 为了在气候变暖背景下促进体旅融合消费、保障冰上运动产业高质量发展,运营企业应采取强化游客安全保障、扩展旅游产品谱系、购买冰量保险等全方位主动适应措施,研究者应加强研究气候变化影响的复杂性、改进旅游流的预测效果,而管理部门应大力推动产业风险管理报告的编制,充分重视气候变化风险的动态评估。     

共享社会经济路径下中国碳中和路径预测

科学地预测和分析不同情景下中国碳中和路径有助于碳中和目标的合理推进,但当前研究仍缺少结合碳源—汇变化趋势的综合性分析与应用国际耦合模式情景的系统性分析。本文运用WITCH综合评估模型与IBIS植被动态模型模拟了各共享社会经济路径情景下21世纪中国碳源—汇路径,对中国碳中和时间及路径进行预测分析。研究发现：① 中国碳汇逐年值存在3~4 a的周期性波动。RCP6.0气候情景下中国碳汇总量均值稳定在约0.30 Gt C/a;RCP2.6气候情景下中国碳汇总量均值呈下降趋势,到2065—2100年下降至约0.18 Gt C/a。② 中国碳排放总量受到世界经济社会发展路径与政策强度的共同影响,在中高强度减排政策下中国碳排放均在2025—2030年达峰后呈下降趋势,其中SSP1/SSP4—高强度碳减排政策情景下碳排放在2060年降至约0.30 Gt C/a并实现碳中和目标。③ 基于典型碳中和情景的路径研究,实现碳中和目标应积极促进清洁能源技术进步与应用,推进非电力能源向电力能源转变,推广生物质能源及CCS技术,并积极倡导电动汽车的发展。     

人类活动及气候变化影响下伊犁河谷生境质量预测研究

生境质量是衡量生态系统服务功能及其健康程度的重要指标,准确预测生境质量的演变对于推动区域生态环境的高质量发展至关重要。耦合系统动力学-斑块生成土地利用模拟（SDPLUS）模型与生态系统服务和权衡的综合评估（InVEST）模型,预测了2035年不同气候情景下（SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5）伊犁河谷土地利用/覆被格局变化,并评估了其生境质量时空演变特征。结果表明：（1）1980—2020年,伊犁河谷土地利用类型呈现“4增2减”的变化趋势。2035年4种气候情景下,伊犁河谷林草地面积降幅较大,建设用地扩张趋势较为明显,挤占了城郊优质耕地资源。（2）伊犁河谷生境质量等级与土地利用/覆被类型密切相关。生境高值及较高值区主要分布在地形崎岖的林草地覆被区,低值及较低值区主要分布在人类活动集聚区及南北天山未利用地覆被区。（3）1980—2020年,伊犁河谷生境质量呈现下降趋势。生境质量退化区主要分布在伊犁河-巩乃斯河流域以及特克斯河流域附近。（4）2035年4种气候情景下,伊犁河谷生境指数持续走低。生境指数均值排序为：SSP1-2.6>SSP2-4.5&...     

RCPs情景下未来青海高原气候变化趋势预估

利用 CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)耦合模式结果对 RCPs(Representative Concentration Pathways)情景下的青海高原气温、降水变化趋势及极端气候事件2011-2100年演变特征进行了预估。结果表明:在21世纪,青海高原年平均气温显著升高,RCP2.6、RCP4.5 和 RCP8.5排放情景下增温速率分别为0.06 ℃/10a、0.24 ℃/10a和0.61 ℃/10a。年降水量将明显增加,幅度1.4～7.0 mm/10a。青海高原21世纪与气温、降水有关的事件都有趋于极端化的趋势,极端冷指标下降,极端暖指标均明显上升。极端降水频次增加,强度加重,且变化幅度与排放强度成正比。     

多灾种时空耦合网络构建：从多维网到单顶点网

基于1970—2017年秦岭南北72个站点气象数据,以“地理时空分析-小波相干分析-时空耦合网络”为方法框架,对秦岭南北干旱-热浪时空耦合特征进行分析;进而以干旱-热浪时空耦合网络为基础,完善时空网络连边规则,拓展单顶点网分析方法,再认识多灾种时空耦合的群聚群发效应。结果表明：① 全球变暖背景下,秦岭南北降水模态逐渐由20世纪80年代雨涝主导向干旱主导转变,同时热浪在2010年前后经历第2个谷值期后快速增加,加剧了区域干旱-热浪耦合风险。② 秦岭南北干旱-热浪变化具有同步性,但是不同时段显著周期存在差异。其中,在20世纪70—80年代初,秦岭南北干旱-热浪4~8 a周期同步减弱,并向低频2~4 a周期转变;后期同步耦合增强时段有2个,分别是1995—2002和2012—2017年。在空间格局上,秦岭以北和汉江谷地为秦岭南北干旱-热浪耦合影响关键区域,而丹江口水库附近、嘉陵江流域、秦岭南坡中段为干旱-热浪耦合波动区。③ 在研究方法上,地理时空分析为秦岭南北干旱-热浪时空耦合提供基本事实判断,小波相干可定量干旱-热浪多时间尺度耦合关系,多灾种时空耦合网络可解释多灾种“平静-爆发”现象,识别干旱-热浪耦合稳定区和波动区,三种方法相辅相成,初步形成面向多灾种时空耦合分析方法体系。     

修订后水分盈亏指数在甘肃省冬小麦干旱监测中的应用

提高西北旱作农业干旱监测准确性和时效性,对农业生产防灾减灾有重要意义。利用甘肃省3个农业气象观测站长期土壤水分和冬小麦生育状况观测资料、1971—2016年43个冬小麦种植县气象观测资料及产量资料,基于冬小麦播前底墒和生育期水分盈亏量修订了作物水分盈亏指数,并确定了干旱等级指标,改进后作物水分盈亏指数与土壤贮水和冬小麦减产率高度相关,能更准确的反映甘肃省冬小麦干旱实况,并利用ArcGIS分析了近46 a甘肃省冬小麦不同生育期、不同等级干旱发生频率的时空分布特征。结果表明：甘肃省冬小麦从播种至开花期随着发育期推移,呈现干旱频率增加、范围扩大的趋势,多以中旱居多,其中拔节—开花期发生面积最大,陇中、庆阳市北部、平凉市西部、天水市西部、陇南市南部干旱出现频率较高;开花—成熟期随着降水量增加干旱发生频率减少、程度减轻。     

洪灾风险规避下的珠三角未来城市扩张模拟和灾损减缓评估

在共享社会经济路径(SSPs)和代表性浓度路径(RCPs)耦合情景框架下,结合以洪水风险规避为导向的城市扩张策略,模拟未来城市扩张空间格局,并对比多种情景下的洪泛区城市扩张水平以及年期望损失,以对不同策略下的灾损减缓效果进行评估。研究表明,在SSP5-RCP8.5的自然扩张情景下,珠三角地区2080年的洪泛区新增城市面积为1 633 km²(相当于2021年广州、佛山和中山的建成区面积总和),占总新增城市面积的31.5%;洪水年预期损失达23 413亿元。若通过减排使未来发展为SSP2-RCP4.5的自然扩张情景,洪泛区新增城市面积可减少至1 059 km²(-35.1%),占总新增城市面积的29.8%;洪水年期望损失可降低至14 165亿元(-39.5%)。若在城市扩张过程中加入洪灾风险规避策略,即在SSP5-RCP8.5的洪灾风险规避情景下,洪泛区新增城市面积可减少至1 358 km²(-16.8%),占总新增城市面积的26.2%;洪水年期望损失可降低至20 010亿元(-14.5%)。从评估结果看,减排以及洪灾风险...     

Simulation and projection of climate change using CMIP6 Muti-models in the Belt and Road Region

Climate condition over a region is mostly determined by the changes in precipitation, temperature and evaporation as the key climate variables. The countries belong to the Belt and Road region are subjected to face strong changes in future climate. In this paper, we used five global climate models from the latest Sixth Phase of Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6) to evaluate future climate changes under seven combined scenarios of the Shared Socioeconomic Pathways and the Representative Concentration Pathways (SSP1-1.9, SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0, SSP4-3.4, SSP4-6.0 and SSP5-8.5) across the Belt and Road region. This study focuses on undertaking a climate change assessment in terms of future changes in precipitation, air temperature and actual evaporation for the three distinct periods as near-term period (2021-2040), mid-term period (2041-2060) and long-term period (2081-2100). To discern spatial structure, K?ppen-Geiger Climate Classification method has been used in this study. In relative terms, the results indicate an evidence of increasing tendency in all the studied variables, where significant changes are anticipated mostly in the long-term period. In addition to, though it is projected to increase under all the SSP-RCP scenarios, greater increases will be happened under higher emission scenarios (SSP5-8.5 and SSP3-7.0). For temperature, robust increases in annual mean temperature is found to be 5.2 °C under SSP3-7.0, and highest 7.0 °C under SSP5-8.5 scenario relative to present day. The northern part especially Cold and Polar region will be even more warmer (+6.1 °C) in the long-term (2081-2100) period under SSP5-8.5. Similarly, at the end of the twenty-first century, annual mean precipitation is inclined to increase largely with a rate of 2.1% and 2.8% per decade under SSP3-7.0 and SSP5-8.5 respectively. Spatial distribution demonstrates that the largest precipitation increases are to be pronounced in the Polar and Arid regions. Precipitation is projected to increase with response to increasing warming most of the regions. Finally, the actual evaporation is projected to increase significantly with rate of 20.3% under SSP3-7.0 and greatest 27.0% for SSP5-8.5 by the end of the century. It is important to note that the changes in evaporation respond to global mean temperature rise consistently in terms of similar spatial pattern for all the scenarios where stronger increase found in the Cold and Polar regions. The increase in precipitation is overruled by enhanced evaporation over the region. However, this study reveals that the CMIP6 models can simulate temperature better than precipitation over the Belt and Road region. Findings of this study could be the reliable basis for initiating policies against further climate induced impacts in the regional scale.     

基于SPEI和SDI指数的云南红河流域气象水文干旱演变分析

本文基于红河流域43个气象站1961-2012年逐月降水、气温数据以及干支流2个水文站1956-2013年逐月流量数据,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和径流干旱指数(SDI)分析流域气象水文干旱的演变特征,并探讨水文干旱对气象干旱的响应。结果表明：①1961-2012年期间,流域总体上表现出干旱化的趋势,季节变化上春季有变湿的趋势,而夏、秋、冬三季有变干的趋势,但趋势并不显著。干旱频率季节空间分布差异较大,春旱和冬旱发生频率较高。从干旱范围来看,春旱范围呈缩小的趋势,夏旱、秋旱和冬旱范围表现出不同程度的增大趋势;②1956-2013年期间,流域水文干旱表现出加剧的趋势,其中1958-1963、1975-1982、1987-1993、2003-2006和2009-2013年为水文干旱多发期,近10年来频率明显增加;③流域水文干旱滞后于气象干旱1~8个月,气象和水文干旱事件的干旱历时、严重程度和强度之间具有紧密的相关性,流域气象干旱是水文干旱的主要驱动力。     

非平稳标准化降水蒸散指数构建及中国未来干旱时空格局

旱灾是一种致灾因子与成害机理均非常复杂的自然灾害,也是目前对其检测与风险防御最为困难的自然灾害种类之一。随着全球气候变化,干旱的变化逐渐趋于非平稳化,水文气象序列的非平稳性已有广泛研究,但在干旱检测指标中却鲜有考虑。基于标准化降水蒸散指数（SPEI）和非平稳性理论,构建非平稳性标准化降水蒸散指数（NSPEI）并进行适用性评价,利用NSPEI评估未来不同排放情景下中国气象干旱时空格局演变规律。结果表明：① 非平稳性站点集中在东北平原、黄淮海平原、长三角地区、青藏高原及周边区域,NSPEI拟合最优的站点占中国气象站点的88%（2177个站点）。② SPEI对温度较为敏感,在评估未来干旱变化时会高估干旱强度和持续时间性,而NSPEI能够克服这一弱点,较SPEI可更好的检测中国气象干旱,且能很好的刻画中国未来干旱变化。③ 低、高排放情景下中国北方干旱加剧,南方呈湿润化趋势;中排放情景下中国北方湿润化趋势明显,而中国南方则呈干旱化。基于NSPEI干旱检测结果,中高排放情景下中国未来极端干湿历时与发生频率均呈增加趋势。     

黄土高原气象干旱和农业干旱特征及其相互关系研究

选择标准化降水指数（SPI）和植被状态指数（VCI）分别作为评价黄土高原气象干旱和农业干旱的指标，使用干旱频率和Sen斜率分析了黄土高原地区干旱的分布特征与变化趋势，并探讨了气象干旱与农业干旱的相关性。结果表明：① 黄土高原西部干旱频率总体上高于东部。气象干旱和农业干旱变化趋势在空间上表现有所不同，黄土高原西部、北部气象干旱呈不显著减缓趋势，东部和南部呈不显著加重趋势，但绝大部分地区的农业干旱呈减缓趋势，尤其是400 mm等降水量一线两侧区域。② 季节上，黄土高原夏季和秋季气象干旱频率较高，春季和冬季气象干旱频率相对较低。黄土高原农业干旱频率春季最高，夏季其次，VCI对农业干旱实时监测的适用性更强。③ 不同季节，农业干旱滞后气象干旱的时间长短不同，冬季滞后约2个月，春季滞后约1个月，夏季和秋季滞后少于1个月。黄土高原一熟制种植区的SPI-12值与VCI值具有较好的正相关性。研究结果可以为黄土高原的干旱监测和预警、干旱区划以及干旱灾害风险评估提供科学依据。     

松花江区气象水文干旱演变特征

采用标准化降水蒸散指数和径流干旱指数分析了1961~2010年研究区水文干旱和气象干旱时空演变特征,并探讨了水文干旱与气象干旱的关系。结果表明：① 1961~2010年松花江区呈总体干旱化且又有明显时段性的特征,其中1967~1983年和1996~2010年气象干旱频发、覆盖范围广、持续时间长且强度大;其它时段气象干旱少有发生。其次,气象干旱空间分布差异明显,东部的平均干旱频次和强度都大于西部地区,中部（嫩江流域中下游）平均干旱持续时间最长;但在嫩江流域和黑龙江上游地区干旱略有减弱趋势。② 松花江流域和挠力河流域水文干旱呈加剧的趋势,尤其是近15 a干旱化趋势明显;挠力河流域干旱频发、强度大且持续时间很长。松花江流域水文干旱程度弱于挠力河流域,但极端水文干旱事件频发。 ③ 松花江区气象干旱与水文干旱密切相关,嫩江流域水文干旱滞后于气象干旱2个月,而第二松花江流域和松花江流域水文干旱滞后于气象干旱3个月;挠力河流域水文干旱与气象干旱无明显的时滞相关性。     

Meteorological and Streamflow Droughts: Characteristics,Trends, and Propagation in the Milwaukee River Basin

This study examined meteorological and streamflow droughts for the period from 1951 to 2006 using the Milwaukee River basin in Wisconsin as the study area in an effort to improve the understanding of drought propagation. Specifically, this study aimed to answer the following research questions: (1) What are the temporal trends of meteorological and streamflow droughts identified by drought indicators? (2) How do the drought indicators manifest drought propagation? Meteorological droughts were identified using the Effective Drought Index (EDI), and streamflow droughts were identified using a threshold-level approach. The intensity and duration of both types of drought were found to have decreased over time, most likely due to increasing precipitation. Therefore, in the study area, and likely in the larger region, drought has become of less concern. The propagation of meteorological drought into streamflow drought was detected generally after moderate and severe sequences of negative EDI that eventually led to extreme meteorological drought events. The study finds that both EDI and the threshold-level approach are effective in diagnosing meteorological and streamflow drought events of all durations.     

干旱强度及发生时间对华北平原五省冬小麦产量影响

本文利用2001-2016年时间分辨率为8 d的MOD09A1和MOD16A2的数据集,构建了基于NDVI和ET/PET的干旱指数（DSI）,分析华北平原五省不同程度的干旱在时间和空间上的分布情况,探究不同程度的干旱作用于冬小麦不同生长阶段对农作物产量产生的影响。研究表明：① 年际分布上,2001-2002年干旱最为严重,其余年份干旱显著减缓,年内分布上,干旱主要集中发生在春季和秋季,夏季次之,冬季最少;② 空间分布上,河北北部、河南南部、安徽及江苏的中部和北部、山东东部是干旱多发区;③ 干旱对冬小麦产量的影响研究表明,越冬期发生初旱对产量起促进作用,而在乳熟成熟阶段发生初旱则会导致农作物减产;轻旱发生在乳熟期会对冬小麦产量产生显著影响,而中旱发生在开花、乳熟成熟期都会对产量产生显著影响,随干旱程度加重,干旱对作物产量产生显著负作用的生长期越长;此外,在播种时若出现水分短缺也会对冬小麦的产量产生影响,尤其是发生重旱和特旱。研究不同强度干旱发生在不同生长阶段对冬小麦产量的影响,对研究区的灌溉时间规划以及保墒增产具有重要理论与现实意义。     

气候变化背景下东北地区气象干旱的时空演变特征

基于中国东北地区98个气象站点历史数据和WCRP多模式耦合CMIP3输出的IPCC SRES A1B、A2和B1气候变化情景下的降雨资料,计算3、6、12和24个月尺度上的标准化降水指数(SPI),结合M-K检测、EOF分解和小波分析,研究东北地区干旱的时空变化格局及其对气候变化的响应特征。结果表明：① SPI能较好地检测东北地区干湿变化状况,4个时间尺度上主要的空间模态具相似的分布型,其中12个月尺度SPI显示东北大部分地区在过去50 a干旱程度呈显著加剧、范围有明显扩大的趋势,其中南部和中部辽河流域是干旱严重区;② 干旱时间变化特征具明显的空间差异,南部干旱第一主周期为11 a,北部则为3.5 a;③ 气候变化情景下,2011~2060年的干旱以前30 a趋强,之后趋缓,且干旱高发区存在一定的北移趋势。