20世纪末中国中东部耕地扩张对表面气温影响的模拟

利用WRF模式,通过4个21年（1980-2000年）的模拟实验,研究了20世纪末中国中东部耕地扩张对表面气温的影响。控制实验分析发现WRF模式能够捕捉温度场的空间格局,模拟与观测的季节平均温度场的相关系数为0.91~0.99（P < 0.001）,但模拟温度比观测温度系统性偏低2~3 ℃。控制实验与敏感实验对比分析发现,东北区和中部区的毁林和毁草开荒具有降温效应,冬季平均降幅约为-0.41 ℃,居四季之首,主要是由地表反照率增加,净短波辐射减少,感热通量随之减少所致;东南区的毁林开荒具有升温效应,夏季温度升幅最大,平均升幅为0.14 ℃,主要原因是地表粗糙度减小,湍流减弱,热量在近地层集聚,难以扩散。农业扩张的升、降温效应主要出现在局地,对区域温度变化的影响甚微,一方面是因为农业扩张占区域面积份数甚小,另一方面是因为升、降温效应在区域平均过程中相互抵消。     

1961-2010 年中国降水强度变化趋势及其对降水量影响分析

探讨区域降水强度的时空变化趋势对于揭示区域气候变化规律、有效应对气候变化水资源影响等具有重要意义。利用756 个气象观测站1961-2010 年50 年逐日降水资料,分析了中国不同等级降水（小雨、中雨、大雨、暴雨及年均降水）强度的年际、年代际的变化趋势,以及不同等级降水变化在降水量增量中的贡献。结果表明：在年际变化中,降水强度总体呈现上升趋势,显著上升区域主要分布在中国东部秦岭-淮河线以南的地区;在不同等级降水强度中小雨强度变化趋势最为显著,中雨以上级别降水强度则相对稳定。在年代际变化中,各区域年代际降水强度变化差异明显,20 世纪60 年代和70 年代下降显著,80 年代、90 年代、21 世纪的前10 年则上升明显。此外,降水强度对降水量增量贡献由东至西呈“大-小-大-小”的相间带状分布;在中国西部,小雨、中雨、大雨强度对降水量增量起主导作用,而在中国东部暴雨降水强度在降水量贡献中起主导作用,且在东北区东南、黄淮海西北以及西南中部作用更加明显。     

清代西南地区森林空间格局网格化重建

基于遥感土地利用数据和全球潜在植被数据,确定了中国西南地区土地垦殖前森林植被可能的分布范围,并通过量化地形（海拔、坡度）和气候生产潜力（光照、温度、水分）与农林地分布间的关系,构建了土地宜垦性评估模型和历史森林面积网格化分配模型,重建了清代西南地区5个时点、分辨率为10 km×10 km的森林空间格局。结果表明：①本文设计的森林空间格局网格化重建方法具有一定的可行性,其结果能较好地反映森林变迁历史过程的基本特征;②西南地区森林覆被率从雍正二年（1724年）的54.7%下降至宣统三年（1911年）的27.8%,其减少地区主要分布在四川盆地、云南中南部以及贵州大部;③从网格占比的变化趋势看,1724-1911年,西南地区森林覆被率小于10%的网格占比上升了约31个百分点,而覆被率大于80%的网格占比则下降了约13个百分点。     

中国粮食单产对气候变化的敏感性评价

选取农业政策相对稳定的1985-2004年,全国2075个县(市)的粮食单产数据和全国730个基础气象站点的逐月气温、降水数据,运用协整分析方法提高了气候变化敏感区的辨识能力,得到以下结论:(1)典型相关分析结果说明4-10月温度,其次5-9月降水是影响中国粮食单产空间分异的主导因素;(2)在240个单产趋势增加显著地区中,识别出137个地区的单产趋势增长与4-10月温度变化存在长期互动关系,主要分布在地势阶梯转换带以及长江沿线等重要地理过渡带上;(3)在数据有效的328个地区中,有41.6%的地区粮食单产波动项对4-10月温度和5-9月降水两个气候波动项都敏感,主要集中分布在:①夏季风区与非季风区分界线和胡焕庸人口地理线之间的地区,常年缺粮区占优势,秦岭以北单产波动系数很高,②江西、浙江、福建是余粮区和常年缺粮区并存、单产波动变化很小的地区,③吉林、辽宁东部、河南、安徽,粮食播种总面积的波动系数低,单产波动系数较全国高,主要为受气候波动变化影响而产量不稳定的主要余粮区,这说明气候变化背景下中国粮食供应稳定性下降。     

北宋中期耕地面积及其空间分布格局重建

以北宋暖期为研究时段,依据历史文献中有关“田亩”与“户额”的记载资料,通过对赋役、户籍、土地等制度的考证,订正了北宋中期各路耕地面积和府级人口数量;并以地面坡度、海拔高程和人口密度作为影响土地宜垦程度的主导因子,网格化重建了北宋中期境内耕地空间分布格局(60 km×60 km)。结果表明：(1) 北宋中期境内耕地约7.2 亿亩,北方占40.1%,南方占59.9%;人口数量为8720 万人,北方占38.7%,南方占61.3%;境内土地垦殖率为16.6%,人均耕地面积为8.2 亩。(2) 垦殖率较大的地区主要分布在黄淮海平原、长江中下游平原、关中平原、两湖平原以及四川盆地等,其垦殖率基本在40%以上;而岭南、西南(除成都平原外)、东南沿海和山陕黄土高原等地区垦殖率较低,其垦殖率大多小于20%。(3) 耕地分布在不同海拔高度和坡度上存在明显差异,其中低海拔(< 250m)、中海拔(250~1000 m) 和高海拔(1000~3500 m) 地区的耕地分别为4.43、2.15 和0.64 亿亩,其相应平均垦殖率为27.5%、12.6%和7.2%;而平耕地(≤ 2°)、缓坡耕地(2°~6°)、坡耕地(6°~15°) 和陡坡耕地(>15°) 的面积分别为1.16、4.56、1.44 和0.02 亿亩,其平均垦殖率分别为34.6%、20.7%、8.5%和2.3%。     

基于MODIS数据网格化重建历史耕地空间分布的方法——以清代云南省为例

建立具有准确空间属性的历史时期土地覆被数据集有助于更好地模拟土地覆被变化的过程及其效应。本文基于我国过去300年耕地面积总体呈持续增加的特点,提出了历史时期耕地分布范围未超出现代耕地范围的合理假设,并以地表高程和坡度为影响土地宜垦程度的主导因子,评估了MODIS土地覆被产品中现代耕地分布区域的宜垦程度,再按宜垦程度从高...     

黄土高原植被恢复对土壤物理参数的影响——基于已发表数据的荟萃分析

陆面过程在气候变化中具有重要作用,其中土壤水文过程是陆面过程的重要内容,然而目前陆面模式中土壤水力学参数仅依赖于土壤质地,并未考虑植被类型对其影响,这与自然过程不符,从而导致对大规模植被恢复的水文、气候效应认识不充分。为揭示植被恢复对土壤物理参数的影响,改进陆面模式中土壤参数的精度,论文以黄土高原为研究对象,收集整理了已发表的植被恢复下土壤物理参数的测试分析数据,从中提取了采样点经纬度、土壤质地、植被类型、恢复年限、坡度、孔隙度等信息,进行了荟萃分析。结果显示,植被恢复可促进土壤有机质的积累,明显改善土壤结构、增加土壤肥力,从而提高土壤黏粒含量,降低砂粒含量,显著提高土壤孔隙度、饱和导水率和持水能力。随着植被覆盖度的增加,这种作用也增强,恢复至林地阶段达到最高,并且阔叶林的作用要强于针叶林。随林龄增长,土壤孔隙结构和入渗性能都明显改善,土壤的持水性得到增强。研究明确了黄土高原地区植被恢复对土壤参数的影响,为更好地研究大规模植被恢复对地表水分通量的影响及其气候效应奠定了基础。     

基于模式优选的21世纪中国气候变化情景集合预估

未来气候变化情景预估是制定气候变化应对和适应策略的科学基础。本文利用参与耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）的30个气候模式的模拟数据,通过评估各模式对历史气候变化的模拟能力,筛选出模拟区域气候变化的最优模式组合,进而建立偏最小二乘回归（PLS）集合预估模型,据此利用最优模式模拟结果预估区域温度和降水变化情景。通过与历史数据的对比,研究发现本文基于最优模式建立的PLS集合预估模型不仅优于传统的多模式集合平均,而且也优于利用全部模式建立的PLS集合预估模型,体现了模式优选过程的重要性。本文基于优选模式的PLS集合预估模型预估结果表明：① 21世纪各区域温度将持续上升,且冬半年升温速率总体大于夏半年,北方地区升温速率总体高于南方地区;RCP 4.5排放情景下温度上升先快后慢,转折点出现在21世纪中期,RCP 8.5排放情景下,呈持续增加趋势,至21世纪末的升温幅度约为RCP 4.5情景的2倍。② 21世纪各区降水变化均呈显著增加趋势,并表现出高排放情景大于低排放情景,少雨区大于多雨区的特征,但是降水增加过程伴有明显的年代际波动。对比发现,传统的等权重集合平均全部模式（EMC）方法预估的中国夏季变暖速率高于冬季,且降水基本呈线性增加,有悖于全球变暖的基本特征及中国降水具有鲜明的年代际变化特征的基本认识。因而,本文预估的温度和降水变化特征均更符合中国气候变化的基本规律。     

1950—2014年印度粮食单产对气候变化的响应

利用1950—2014年印度粮食单产统计资料及气候变化资料,从实证的角度,定量分析了小麦、水稻单产对气候的年际变化和年代内趋势性变化的响应。结果表明：1）年际变化方面,粮食单产与降水量和雨日数呈显著正相关,与温度和潜在蒸发量呈显著负相关,其中小麦单产与四者的相关系数分别为0.35（P＜0.01）、0.24（P＜0.10）、-0.32（P＜0.05）和-0.41（P＜0.001）,水稻的相关系数分别为0.32（P＜0.05）、0.32（P＜0.05）、-0.26（P＜0.05）和-0.33（P＜0.01）。这表明,高温、少雨导致的水分胁迫不利于粮食增产。2）在年代内趋势性变化方面,1996—2005年印度气候呈现暖、干化趋势,全国平均粮食单产呈下降趋势;从变化速率的空间分异看,单产下降速率与暖、干化速率的空间分异规律基本吻合,单产快（慢）速下降区域与降水量快（慢）速减少、潜在蒸发量快（慢）速增加区域基本一致。水稻和小麦单产变化速率与降水量变化速率的空间分异均呈正相关,与潜在蒸发量变化速率的空间分异均呈负相关。由此表明,降水减少和温度升高导致的水分胁迫是印度粮食单产时空变化的主要气象成因。     

20世纪以来强火山喷发对中国温度变化区域差异的影响

本文根据1901年以来的62次强火山(VEI≥4)喷发年表和英国东安格利亚大学气候研究中心发布的格点气温资料(CRU TS v.3.22),采用时序叠加分析方法,辨识了不同纬度、不同季节强火山喷发对中国温度变化区域差异的影响。结果表明：不同纬度强火山喷发后的1~2年,中国温度基本以下降为主,但降温强度存在显著的区域与季节差异。高纬火山喷发后的显著降温区域发生在东北和东南地区,冬半年温度下降达1.2°C,夏半年温度下降2.0°C;中低纬火山喷发后,冬半年温度的显著下降区域发生在青藏、东南和东中部地区,幅度为1.3~2.2°C,夏半年温度下降幅度比冬半年小;赤道火山喷发后,冬半年温度显著下降区域发生在东北、东南和青藏地区,且降温幅度均大于1.2°C,夏半年西北和东中部地区降温幅度偏小。此外,强火山喷发后第3年,部分地区还出现二次降温现象,降幅甚至超过第一次;然而,同一纬度强火山喷发后,其所造成的降温幅度和降温区域差异与强火山喷发的季节关系不大。