新疆气候“湿干转折”的信号和影响探讨

新疆是对全球变化响应最敏感地区之一,分析全球变暖背景下新疆干湿气候变化及其影响,对应对和适应未来气候变化带来的影响具有重要意义。基于气象水文观测资料,对新疆区域干湿气候变化及其影响评估进行了探讨。结果表明：① 20世纪80年代中后期以来新疆气温升高,降水量增加,呈“暖湿化”特征;但1997年之后,干旱变化趋势、干旱频率、干旱发生月份等均有明显增加,导致70%以上的区域变干,新疆气候出现了从“暖湿化”向“暖干化”转折的强烈信号,即发生了“湿干转折”;② 新疆气候转折对区域生态和水资源造成明显的影响,归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）经历了先增后减的变化过程,1982—1997年植被趋于“变绿”,但1997年之后植被长势迟滞,土壤水分明显下降,生态逆转,生态负效应凸显;③ 新疆河流径流变化出现明显的区域差异,对干湿气候转折响应复杂,受冰雪融水对径流补给比例的影响,发源于天山的河流径流对区域干湿变化有正响应,但发源于昆仑山的河流径流响应不明显。研究结果表明气候“湿干转折”和极端气候事件加剧背景下新疆干旱化急剧增加,水循环系统和生态系统不稳定性加剧,相关成果可为区域干旱灾害防灾减灾和风险管理提供有价值的决策参考。     

一种以能量平衡为基础的干旱指数

本文以能量平衡公式为基础,根据实际蒸发与潜在蒸发的关系依赖于土壤水分含量的事实,导出一种表达干湿状况的指标——土壤水分干旱指数。     

新疆第四纪孢粉组合特征及植被演替

本文根据近10年新疆第四纪孢粉工作的主要收获,总结了第四纪地层中出现的主要孢粉类型。阐明了新疆第四纪具有代表性的森林——森林草原、平原河谷林、草原、荒漠草原、荒漠和草甸等六种植被孢粉组合类型。在第四纪,新疆天山南北的主要盆地处于温带干旱,半干旱气候条件控制下,平原植物群以荒漠,荒漠草原和草原为主,并发育低地草原和平原河谷林。阿尔泰山、天山、昆仑山是干旱区中的“湿岛”,植物群以森林、草原、草甸为主。反映了新疆气候演替特点,以温暖期更加干旱而冷期相对湿润的模式,另外也存在冷暖干湿条件的多种组合。同时还对藜科和蒿属花粉在孢粉组合分类上的重要作用进行了讨论,认为在藜科和蒿属占优势的孢粉组合中,以藜科明显占优势的组合应属荒漠,而以蒿属为主或两者相近的组合应归入荒漠草原或草原。     

中国内陆区湖泊沉积所反映的全新世干湿变化

湖泊沉积记录的环境演变是全球变化的重要研究领域之一,通过对中国内陆区中30 个湖泊研究成果的总结和梳理,探讨了全新世以来该地区干湿变化的规律和区域分异。通过降水量结合传统分区方法将中国内陆区分为西北干旱区、东亚季风边缘区和青藏高原区。对每个湖泊样点以500 年为时间间隔,以孢粉为主要干湿指标,综合氧同位素、有机质及碳酸盐等,将湖泊干湿状况划分3 个干湿等级（干旱,半湿润,湿润）,建立区域干湿指数。结果表明,中国内陆不同区域全新世可能经历了不同的干湿变化过程：①西北干旱区基本上是早中全新世干旱,中晚全新世相对湿润,但区域差异明显;②东亚季风边缘区早全新世早期干旱,早全新世晚期和中全新世相对湿润,晚全新世干旱;③青藏高原区的湿润时期主要发生在早中全新世,但是不同地区有所不同。对比分析显示：西北干旱区的干湿变化可能受西风环流控制,但在时间和强度上区域内部差异较明显;东亚季风边缘区可能主要受东亚季风控制;青藏高原地区早中全新世的湿润可能与印度季风的增强相关。     

1960—2017年中国北方气候干湿变化及其与ENSO的关系

基于中国北方424个气象站实测数据,应用FAO Penman-Monteith模型计算潜在蒸散（Potential evapotranspiration,ET₀）,使用降水和潜在蒸散数据计算得到标准化降水蒸散发指数（SPEI）,以此研究了1960—2017年中国北方干湿时空变化特征,分析了ENSO对北方气候干湿变化的影响。结果表明：中国北方干湿变化的线性趋势总体不显著,四季中春季和冬季变湿趋势明显。空间上,西北西部存在明显的变湿趋势,干旱化趋势主要发生在黄土高原、内蒙古东部和东北东部地区。全区各级干旱事件呈减少趋势,各级湿润事件呈增加趋势,其中以中等干旱的减少最为显著。西北西部中等干旱和极端干旱明显减少,东北北部和新疆部分地区极端湿润明显增加。全区四季3类干旱事件均表现为减少的趋势,3类湿润事件均表现为增加的趋势,西北西部四季3类干旱事件均呈减少趋势。ENSO对北方干湿的影响存在一定程度的滞后性。El Ni?o翌年气候湿润,La Nina翌年气候干旱。在年际和春季2个尺度上,SSTA与翌年SPEI存在显著的正相关关系。     

渭河流域全新世黄土与环境变迁

根据黄土理化性质与风化成壤类型,孢粉分析与植被,人类聚落位置迁移与河流水文和气候干湿变化关系等,阐明了渭河流域全新世包含三个寒冷干旱—温暖湿润气候变化旋回,每一旋回的周期约为3700年。现在处于第三旋回暖湿阶段后期,隋唐以来的气候状况还将延续500年左右。     

宁夏地表湿润状况及极端干湿事件演变规律

利用宁夏1961—2004年月平均气温、月降水量资料,计算了地表湿润指数,以此为基础对宁夏地表湿润状况及极端干湿事件的分布特征进行了较为深入的研究。结果表明:近40多年来,宁夏大致经历了冷湿期、冷干期、暖干期;自20世纪60年代以来,宁夏年极端干旱频率有增加的趋势,极端湿年高频区逐渐缩小; 80年代以来,宁夏极端干旱年事件高频区明显扩大;不同气候型态下,极端干湿事件频率具有明显差异,冷干期极端干旱事件最多,极端湿润事件最少,冷湿期极端干旱频率最小,极端湿润频率最大。     

近50年来中国西北地区干湿状况时空分布

根据西北地区77个气象台站气候资料,并利用改进的Penman公式,计算了该地区1958年~2001年的44年平均潜在蒸散量的时空分布,并分析了与降水量变化之间的关系,得到4种类型潜在蒸散量与降水量年际变化的组合分布型。其中年平均潜在蒸散量减小而年降水量增大的组合占研究区站点总数的40%以上。分析潜在蒸散量及观测蒸发量与各气候因子的相关性,发现干旱区的蒸发与太阳辐射和风速有关。定义干燥指数为潜在蒸散量与降水量的比值,用来描述西北干旱区的干湿状况。对干旱区四个季节(春、夏、秋、冬)干燥指数近50年的线性变化趋势分析结果显示,干旱区春季大部分区域干燥指数呈增加趋势,即趋于变干;夏季大部分地区趋于变湿,但仅在新疆东部和甘肃西部较为明显;秋季新疆大部、甘肃西部和青海北部等地区趋于变湿,而干旱区东部区域则趋于变干。冬季干旱区大部分区域趋于变湿,只有新疆西南部和西北部及东部部分地区、甘肃西部和内蒙西部等地有变干趋势。     

西南地区干旱河谷分布范围及分区统计分析

干旱河谷是我国西南地区复杂地形和气候条件综合作用下形成的特殊景观类型,明确西南干旱河谷的空间分布范围,掌握分区统计数据,对了解干旱河谷生态系统、分析相关自然和人文综合指标有重要意义。本文在前人研究的基础上,利用遥感与野外验证相结合的方法,划定了西南地区干旱河谷的空间分布范围,同时,分析了干旱河谷区的地形特征和干湿状况。研究结果表明:西南地区干旱河谷总长度约为6911.15 km,总面积约为26 451.61 km~2,涉及我国甘肃省、四川省、云南省以及西藏自治区4个省级行政区。在空间分布上由北至南依次分布在白龙江、岷江、大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江和元江,其中,金沙江干旱河谷面积最大,占西南地区干旱河谷总面积的44.36%,岷江干旱河谷面积最小,占西南地区干旱河谷总面积的2.74%。坡度大于25°的面积占西南地区干旱河谷总面积的55.00%,地形坡度区域差异显著,岷江干旱河谷区地形坡度较大,雅砻江干旱河谷区较为平缓。阳坡面积大于阴坡面积,阳坡面积占干旱河谷总面积的40.49%,阴坡面积占干旱河谷总面积的31.12%。干旱河谷区内气象观测站的干季干燥度指数(I_(aD))值在2.14～5.10之间,属于半干旱类型和干旱类型。本研究成果可为干旱河谷的进一步深入研究提供基础数据支撑。     

过去45年中国干湿气候区域变化特征

利用中国1960-2004年降水、平均气温、风速和相对湿度等资料,分别采用降水指数和干湿分类函数作为干湿区域的划分标准,将中国划分成三个干湿等级的区域:干旱区、半干旱区和湿润区。结果发现无论以哪种指数作为衡量干湿的标准,我国过去45年的干旱总面积,即干旱区面积和半干旱区面积之和,均为扩大趋势,湿润面积则为减小趋势,这种情况在近十年表现得尤为显著。而半干旱区面积在分析时段变化的幅度最大,是干湿变化的敏感区。但两种结果之间也存在不同:降水指数的结果表明干旱区和湿润区的面积减小,半干旱区的面积增大;而干湿分类函数得到的各个干湿区域的面积则表明干旱区的增大,半干旱区和湿润区的减小。从定量的角度讲,干湿分类函数估算的干旱区面积的45年平均值比降水指数估算的干旱区面积的45年平均值约大15%,其估算的半干旱面积的45年平均值比降水指数的结果约小9%,而两者湿润区面积的45年平均值相差约6%。最后给出了仅分析降水指数就能反映干湿状况的地区和必须分析干湿分类函数才能确定干湿状况的区域。     

近47年来洞庭湖区干湿的气候变化

采用M-K突变、小波分析、空间变异系数、经验正交函数分解法（EOF）和旋转经验正交函数分解法（REOF）等方法,对近47年来洞庭湖区20个测站干湿指数（Z指数）进行了分析。研究表明：洞庭湖区20世纪60年代前期和80年代为干旱期,90年代为湿润期。80年代末有向湿润转变趋势,2003年后又开始向干旱转变。洞庭湖区干湿的年际变化较小,降水相对稳定,存在3年、6年和15年、22年4个特征时间尺度,且未来几年洞庭湖区将仍处于干旱期。洞庭湖区干湿变化具有很好的主体一致性,依据空间异常类型可分为北部、中部、南部和西北部4个区域。     

蒙元时期陕甘宁交界地区干湿变化特征

从官修正史、方志和历朝纪事本末、区域气象灾害年鉴等历史文献资料中提取关于陕甘宁交界地区(元前期陕西四川行省的西北部以及元后期的陕西行省和甘肃行省的交界地区,主要包括宁夏府路、河州路、巩昌路、奉元路和延安路之间的部分)的水涝、干旱等气候信息共240余条,利用湿润指数法、旱涝灾害定级法对其于湿变化特点进行研究.研究发现1208-1369年期间,陕甘宁交界地区气候总体以干旱为主.旱涝灾害发生频率的比例为85/38.按照旱涝变化类型可将研究区旱涝变化过程分为三个时段,1208-1240年是以干旱为主要特征,局部时段偶发水涝灾害的时期;1240-1320年,基本持续干旱,而且极端干旱事件频发;1320-1369年,旱灾略有好转,但是旱涝交并发生.蒙元时期陕甘宁交界地区的干湿变化具有明显的转折性和周期性.转折主要发生在1230年和1325年前后,以此两点为界,前后气候变化类型有比较明显的差异.蒙元时期的干湿变化具有10年和23年的准周期,均与太阳活动周期吻合,说明蒙元时期区域干湿变化受太阳活动影响较大.     

新疆2001-2010年农业气候干旱脆弱性分析

选取新疆维吾尔自治区14个地（州）为研究对象,从农业气候干旱的敏感性和恢复力2个角度选取10个指标,对该区2001-2010年的农业气候干旱脆弱性进行评价。通过计算新疆各地（州）农业气候干旱脆弱度并绘制新疆农业气候干旱脆弱性区划图,分析该区农业气候干旱脆弱性的年际变化和地域分布特点及规律,初步探讨了其成因,提出缓解新疆农业气候干旱脆弱性的科学对策。结果表明：新疆各地区农业气候干旱脆弱度在时间尺度存在差异性变化,并存在显著地域性差异,总体呈现出 “东高西低,南高北低”的分布状况,主要原因不仅有地形、水文和气候等自然环境因素的差异,还包括经济产业结构、科学技术研究、灌溉设施、全民意识和政策管理等社会经济因素,可以通过采用先进技术和高效管理措施、根据气候采取种植结构格局和方式、合理开采高效利用水资源、增强全民生态保护意识等措施,缓解干旱影响、降低区域干旱脆弱性。     

新疆近半个世纪以来季节性干旱变化特征及其影响研究

系统分析新疆不同季节的干旱时空分布,讨论干旱对新疆农业生产的影响,研究结果表明:1新疆四季干旱整体异常均表现为北疆旱(湿润)南疆湿润(旱)或西部干旱(湿润)东部湿润(干旱)2种基本结构。新疆夏季和冬季有向湿润或涝的趋势发展;2北疆西部及北疆南部干旱影响范围减小趋势明显;冬季干旱影响范围减小明显;3北疆地区的受旱面积增加趋势不显著,南疆地区和东疆地区受旱面积显著增加,干旱除受降水影响外,还受到抗旱灌溉设施、抗旱能力、耕地面积的影响。     

河北省气候干湿状况变化特征分析

以潜在蒸散量计算的气候干燥度指数表征河北省气候干湿状况,提出蒸发量修正系数,根据相关研究和研究区实际情况给出其量值,并对河北省气候干燥度进行分级。选取河北省内均匀分布的68个气象观测站1952年(或建站)至2000年的原始气象记录月报表和信息化资料,利用ArcGIS软件进行数字化、图形叠加和空间分析,讨论近50年河北省气候干湿状况的时空分布特征,认为气候干旱处于缓慢加重状态;全省的气候干湿状况分布具有明显的地域差异,1960s—1990s河北省中南部平原大部、张家口的桑洋盆地和承德部分山区干燥度均有不同程度的增加,而冀北高原、太行山山区及山前平原、燕山山区大部干燥度减小。     

中国近代北方极端干湿事件的演变规律

利用中国1951～2000年的月降水和月平均气温构造了一个适合于研究我国北方地区地表干湿状况的地表湿润指数,以此为基础对我国北方地区极端干旱的分布特征进行深入的研究.结果指出:在东北和华北地区,近10年极端干旱频率显著增加,是近百年少有的大范围高强度的极端干旱频发期,而这些地区极端湿润发生的频率相对减少.和温度变化趋势比较发现,极端干旱的频发区往往对应增温明显的地区.     

极端条件下几种锦鸡儿属灌木的生理特性

研究了土壤极端干旱和旱后复灌条件下4种锦鸡儿属灌木(黄刺条、甘蒙锦鸡儿、白皮锦鸡儿和狭叶锦鸡儿)的光合作用、蒸腾作用、气孔调节、水势变化、叶绿素荧光和脯氨酸累积等特征。结果显示:土壤极端干旱叠加高温、高光辐射和低空气湿度,使4种灌木的生理活动降到极限,各项生理指标对小气候因子的变化已无明显响应;旱后复灌,使4种灌木的生理活动明显恢复,对小气候因子的变化响应明显;不同种对土壤干湿变化的响应程度不同,以甘蒙锦鸡儿变化幅度最大,以白皮锦鸡儿变化幅度最小;由土壤干湿条件下的生理响应可以说明,甘蒙锦鸡儿为一喜湿种,白皮锦鸡儿对土壤干湿变化的适应幅度较小,而以黄刺条和狭叶锦鸡儿的适应幅度最大。     

近10 a青藏高原干湿状况及其与植被变化的关系研究

植被是陆地生态系统中最重要、同时也是气候变化最敏感的组分,而高原植被系统行为往往比其他地区能更早、更明显地预兆全球变化。探讨青藏高原区域干湿状况及其与植被变化的关系有助于更好地认识和理解陆地生态系统对气候变化的响应和适应机理,对高原生态安全屏障计划的实施以及全球生态建设有重要意义。基于地面气象台站观测数据和MODIS EVI数据集,2001-2010年生长季干湿状况和植被覆盖的时空变化格局,对青藏高原干湿状况与植被覆盖变化的关系进行了分析与探讨。结果表明：（1）高原整体上呈现由东南向西北渐干的趋势,干旱及半干旱区占高原总面积的67%。10 a间高原有25%的区域在逐渐变干,且南北差异明显;（2）高原生长季EVI的空间格局与干湿格局相近,且东西部界线分明。10 a间高原植被活动由东南向西北整体上呈现“退化-增强-变化不大”的规律;（3）区域干湿程度对EVI空间格局差异有显著影响,特别是在占高原面积44%的半干旱区,两者相关性最大。人为干扰对高原EVI变化的作用不明显,但EVI与干湿程度相关性相对偏小的区域人为干扰程度往往较大;（4）从高原96个气象站点生长季[EVI]对干燥度指数变化的敏感性来看,敏感程度较大的气象站点主要集中在高原东北部、高原中部及雅鲁藏布江中上游区域,60%以上的气象站点随着干旱程度的加深植被呈退化趋势。     

中国东北样带生态环境区划研究

从国内外生态区划、生态土地分类和生态-生产范式的研究和发展入手,从生态利用的角度出发,以生态要素区划为基础,依据自然生态因子(如:气候、地形地貌、植被、土壤)和人类活动(如:土地利用)的特点,运用经验判别法和RS与GIS技术进行生态环境综合区划,将中国东北样带分为5个生态环境区,命名方式采用地理位置+地貌类型+干湿状况+土地利用组合状况。即:长白山中低山湿润针阔混交林生态环境区、牡丹江-辽源低山丘陵湿润农林交错生态环境区、大青山-大黑山山前台地湿润半湿润农业生态环境区、松嫩平原半湿润半干旱农牧交错生态环境区、内蒙古高原东部草原干旱半干旱牧业生态环境区。     

近半个世纪中国西北干湿演变及持续性特征分析

 利用1960-2007年中国西北地区248个气象台站的逐日降水、温度资料,通过降水和潜在蒸发均一化干湿指数,从年际演变、季节内变化以及持续性特征等方面较系统地揭示了近半个世纪来西北地区的区域性干湿演变事实,结果表明:在温度与降水双重因子驱动下西北地区的干湿演变特征同降水单一要素驱动下的干旱特征存在明显的差异,说明气候变暖对西北干旱化趋势的贡献程度比较显著;自20世纪90年代后期以来,西北各分区每年异常干旱月份发生概率呈增多趋势,而异常湿润月份发生概率除了北疆地区外,其它分区近10 a异常偏少,这种现象在西北东南部表现得尤为突出。从四季干湿变化来看,冬季表现为湿润化趋势,而春、夏、秋三季呈现出了干旱化趋势。另外西北东南部、青海高原东侧以及南疆地区自20世纪90年代以来,很少出现过持续性湿润事件,而持续性干旱事件却明显多于90年代以前,而且持续性干旱的最长持续时间长,强度大,北疆地区和青海高原48 a来持续性干湿事件发生频次、强度以及持续时间没有明显的趋势变化,而青海高原地区相比其它区域持续性干湿事件偏少,强度偏弱,最长持续时间也偏短。