华北平原蒸散和GPP格局及其对气候波动的响应

华北平原水资源不足影响农业和经济的可持续发展,威胁国家的粮食安全。有效地预测区域的蒸散量和用水效率是合理配置农业和生态用水的前提。本文发展了一个基于遥感植被指数的蒸散和植被生产力模型,利用MODIS遥感信息模拟了华北平原2000-2009 年的蒸散和第一性生产力(GPP)。结果表明,年和生长季累积蒸散和GPP的分布具有纬度地带性,冬小麦季则更为明显。水分盈亏分析表明,降水显著低于蒸散的地区主要分布在黄河流域以北,南部地区降水有盈余。年尺度上,黄河以北地区水分亏缺0~300 mm;在小麦生长发育期,几乎全区水分亏缺0~400 mm;在玉米生长发育期,黄河以北地区水分亏缺0~100 mm。此外,蒸散和GPP的年际变化明显,既受气候波动的影响,也受植被的动态响应调节。     

RCP4.5情景下气候变化对中国春小麦生育期及种植界线的影响研究(英文)

本文利用IPCC AR5提供的全球气候模式模拟数据和全国农业气象站点数据,建立生育期与气象要素的多元回归模型,模拟基准期全国春小麦播种和收获日期的分布,研究RCP4.5情景下气候变化对中国春小麦生育期的影响;根据春小麦可能种植和适宜种植限制条件,划定春小麦基准期可能种植界线和适宜气候生态区域,考虑气候变化对春小麦生育期的影响,探讨RCP4.5情景下气候变化对中国春小麦可能种植界线和适宜气候生态区域分布的影响。结果表明:春小麦可能种植界线主要分布在山东南部-江苏北部-安徽北部-河南中部-湖北北部-四川东南部-云南北端一线,在RCP4.5情景下,中国春小麦的可能种植南界不断向北移动,春小麦可能种植面积呈减小趋势;基准期中国春小麦播种和收获日期在新疆南部-甘肃一线比较早,向该线两侧播种和收获日期均呈现推迟的现象;RCP4.5情景下,春小麦可能种植区域内播种日期普遍呈推迟现象,收获日期提早现象明显,因此,受气候变化的影响生育期会缩短;春小麦最适宜种植区域主要分布在东北三省,受气候变化影响,春小麦最适宜种植面积在不断增加,并且在内蒙古自治区增加最多;由于冬小麦可能种植界线的西扩和新疆地区冬小麦可能种植区域扩张,导致春小麦次适宜种植区和不适宜种植面积进一步减少。     

中国雾区的分布及其季节变化

用中国范围604个台站1961年1月~2000年12月的地面观测雾日资料,分析了雾的地理分布,讨论了不同区域雾的月年变化特征。结果表明：中国地区主要有6个雾区：长江中游区、海岸区、云贵高原区、陇东-陕西区、淮河流域、天山及其北疆区。大多数区域雾日年际变化有下降的趋势,特别是20世纪80年代之后下降趋势更明显,雾日显著趋势区呈西南-东北走向,上升和下降趋势区相间分布,自东南向西北呈波列结构;中国大多数雾区秋冬季雾日最多,春夏季雾日较少。黄海岸区和北疆月际变化相似,都呈双峰型分布,其他区域为单峰型分布。     

冬小麦种植区域的可能变化对黄淮海地区农业水资源盈亏的影响

气候变化背景下,冬小麦适宜品种和种植区域的变化将影响流域农业水资源配置。利用IPCC CMIP5三种排放情景(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)的多模式集成数据,分析2011-2059年黄淮海地区冬小麦适宜品种、种植范围和农业种植模式的可能变化,并以研究区二级子流域为单元,采用VIP模型预测冬小麦种植区域的可能变化对其蒸散量、灌溉需水量和流域农业水资源盈亏的影响。结果显示:冬性和弱冬性品种将可能逐渐取代强冬性品种,冬小麦种植区逐步北移,北部地区的种植面积可能增加,而南部地区的种植面积则可能缩减。研究区北部冬小麦种植面积扩张将可能加剧海河流域农业的用水紧张,三种情景下2050s海河流域的农业用水缺口将增加3.7×10~8～34.0×10~8m~3。未来水分将取代热量成为海河流域北部地区冬小麦种植面积扩张的主要限制因素。南部地区双季稻种植面积可能扩张,流域水分盈余将减少。黄淮海地区冬小麦种植格局需要逐步调整以适应气候变化。     

基于 DEM 的荔枝冻害精细化区划--以福建省漳州市为例

应用逐步回归分析方法和GIS技术,构建福建省越冬期极端最低气温（ Td ）和4个等级冻害指标（-2℃＜Td≤0℃、-3℃＜Td≤-2℃、-4℃＜Td≤-3℃、 Td ＜-4℃）发生频次空间分析模型,根据荔枝冻害评价指标,对漳州市荔枝种植区进行区划。结果表明：1）漳州市荔枝种植区可分为微冻害区、轻度冻害区、中度冻害区、重度冻害区,其中最微冻害区、轻度冻害区、划区结果与实际荔枝种植分布较吻合;2）漳州市荔枝种植微冻害区、轻度冻害区主要分布在漳州市东南部及西北部低山丘陵,中度冻害区、重度冻害区主要分布在适宜区以西海拔较高区域。     

基于DEM的荔枝冻害精细化区划——以福建省漳州市为例

应用逐步回归分析方法和GIS技术,构建福建省越冬期极端最低气温(Td)和4个等级冻害指标(-2℃Td≤0℃、-3℃Td≤-2℃、-4℃Td≤-3℃、Td-4℃)发生频次空间分析模型,根据荔枝冻害评价指标,对漳州市荔枝种植区进行区划。结果表明:1)漳州市荔枝种植区可分为微冻害区、轻度冻害区、中度冻害区、重度冻害区,其中最微冻害区、轻度冻害区、划区结果与实际荔枝种植分布较吻合;2)漳州市荔枝种植微冻害区、轻度冻害区主要分布在漳州市东南部及西北部低山丘陵,中度冻害区、重度冻害区主要分布在适宜区以西海拔较高区域。     

不同重现期下淮河流域暴雨洪涝灾害风险评价

为探讨不同重现期情景下淮河流域暴雨洪涝灾害风险变化,利用不同类型共20 种分布函数拟合得到最大日降水量结果,并将其作为致灾因子,结合其他11 种指标,定量化评价淮河流域不同重现期暴雨洪涝灾害风险。研究发现：① 淮河流域暴雨洪涝灾害高风险区为流域中上游干流蓄洪区及周边地势低洼地,流域中部、西南部以及东部部分地区为中高风险区,低风险区分布于流域北部与中南部。② 随重现期增加（10a 一遇至1000a 一遇）,最大日降水量空间分布变化为流域东部整体危险性逐渐减弱,西南部高值区域增幅较大;而最终淮河流域暴雨洪涝灾害风险区划变化则表现为中高风险区保持相对稳定;高风险区与低风险区逐渐缩小,占流域总面积分别由8.3%、42.4%减小至3.2%与30.8%,风险高值保持稳定但区域集中程度越来越明显;中风险区则由28.3%增加至40.9%;整体呈现“流域东部大灾减少、小灾不断,西部高值区遇水成灾,北部中南部相对安全”的空间分布变化格局。     

3个时期安徽省湿地分布及其变化研究

利用覆盖安徽省的2000年、2005年和2010年Landsat TM影像数据,利用ENVI软件和Arc GIS软件,解译遥感影像,提取出3个时期的湿地信息数据,分析湿地分布的变化。研究结果表明,与2000年相比,2010年安徽省湿地面积增加了707.44 km2,增加了7.64%,达到9 961.95 km2;2010年,沼泽、河流、湖泊、运河/水渠和水库/坑塘面积占湿地总面积的比例分别为39.30%、26.79%、31.42%、1.78%和0.71%;安徽省湿地主要分布于淮河流域、长江中部流域、新安江水系区域以及江淮之间中、东部等地区;沼泽湿地面积增加,水库/坑塘的面积减少;与2000年相比,2010年的湿地扩张区主要分布在淮河流域,湿地萎缩区主要分布在安徽省长江流域中段和淮河流域中段区域,湿地萎缩区是人类活动强度大的区域。     

河北平原冬小麦播种面积收缩及由此节省的水资源量估算

以河北平原1998-2010 年11 地市的农业统计数据和22 个气象站点的逐日气温、降水量、水汽压、风速、日照时数和相对湿度等资料为基础,对该地区冬小麦播种面积的收缩情况及由此引发的耕作制度变化进行了分析;同时,结合作物系数法和逐旬有效降水量法,计算了不同耕作制度下的水分亏缺量,进而估算了该地区因耕作制度变化节省的水资源量。结果表明:① 该时段河北平原11 地市冬小麦的播种面积均呈收缩趋势,总面积下降了16.07%,约49.62×10⁴ hm²。京津唐城市群表现最为明显,下降了47.23%;② 冬小麦的降水满足率仅为20%~30%,而春玉米和夏玉米均为50%以上;冬小麦-夏玉米一年两熟制所需的灌溉水资源量为400~530 mm,而春玉米一年一熟制仅为160~210 mm;③ 该时段河北平原因冬小麦播种面积收缩而节省的灌溉水资源量约为15.96×10⁸ m³/a,相当于南水北调中线一期工程为京津冀三省市供水量的27.85%。     

中国县域可达性区域划分及其与人口分布的关系

可达性空间划分是交通地理学研究的重要领域。分析其与人口布局的关系,对当下中国的发展具有重要的理论与实践意义。借助GIS 软件平台,运用栅格成本加权距离算法,计算全国县 (市、区) 域单元的空间可达性并进行区域划分,进而探讨中国大区域交通可达性与人口分布的关系,揭示不同交通条件和不同区域类型中人口迁移与人口流动内在机制,为区域规划、交通规划和中国人口配置提供科学依据。研究表明,①栅格成本加权距离算法可以实现空间可达性概念从定性描述转向定量计算的精确转换;②中国县域可达性以低值为主,具有圈层状和"反自然梯度"空间结构,"黑河-腾冲"线为明显分界线;③中国大陆分为3大区:可达性高值区、可达性中值区、可达性低值区。可达性中值区又可分为东南诸省亚区、陕甘宁晋亚区、吉林亚区;可达性低值区分为云川渝亚区、蒙黑亚区、新疆亚区、青藏亚区;④国家区域范围内县域可达性与人口密度具有明显的相关性,2.5小时圈是目前中国可达性与人口集聚产生作用的最远距离;中国县域可达性越高的区域,可达性对人口集聚产生作用圈就越大,而可达性值与人口数量的相关性越小,说明交通条件对落后地区人口集聚所起到的作用远远大于发达地区。     

柽柳灌丛沙堆及丘间地蚀积分布随背景植被变化的风洞实验

以塔克拉玛干沙漠南缘沙漠-绿洲过渡带广泛分布的柽柳灌丛沙堆及丘间地植物为原型,依据风沙运动相似理论,制作背景植被盖度依次为0%、4%、10%、16%和26%五组灌丛沙堆模型,在风洞中进行蚀积变化规律模拟实验。结果表明：柽柳灌丛沙堆及丘间地蚀积分布可划分为6个区域,依次为沙堆前积沙区、沙堆迎风坡风蚀区、沙堆两侧风蚀区、沙堆背风侧涡流积沙区、沙堆后尾流积沙区和不受沙堆影响区。随着指示风速增大,沙堆前积沙区和尾流积沙区范围缩小而沙堆两侧风蚀区面积明显增大。随着背景植被盖度的增大,沙堆前积沙区和尾流积沙区范围增大而沙堆两侧风蚀区范围明显减小。灌丛沙堆及丘间地整体风蚀面积比、风蚀率、各分区蚀积强度均呈指数规律递减。背景植被盖度为0%时,灌丛沙堆影响区风蚀率明显高于不受沙堆影响区,说明裸露地表条件下灌丛沙堆的存在会加剧地表风蚀;当背景植被盖度为4%~16%时,灌丛沙堆影响区风蚀率均低于不受沙堆影响区,可见丘间地植被存在可使灌丛沙堆起到一定的防风阻沙作用。当背景植被盖度>16%时,柽柳灌丛沙堆及丘间地整体蚀积强度和风蚀率变化趋于平稳。据此认为维持不低于16%的背景植被覆盖,是沙漠-绿洲过渡带柽柳灌丛沙堆科学保育的关键。     

挠力河流域耕地水分盈亏时空变化特征及趋势模拟

为揭示挠力河流域耕地资源水分盈亏态势,以遥感影像、DEM数据和气象台站数据为基本信息源,基于遥感和GIS技术,对流域1990-2014年间耕地水分盈亏时空变化特征进行研究,并运用情景模拟技术模拟未来水分盈亏态势。结果表明：24 a间流域耕地面积增长放缓,1990-2002年水田急剧增加,旱地轻微上升,2002-2014年水田增长速度急剧下降,旱地面积减小;耕地水分盈亏程度变化明显,各等级耕地空间分布差异大,1990-2002年以中度和重度缺水变化为主,基本不存在严重缺水区,2002-2014年,轻度缺水区面积变化最大,重度缺水区缓慢下降。正常缺水是3期面积最大的缺水等级;模拟显示未来流域水分亏缺态势将更加严峻,高MPLD指数区分布更为集中,局部高水分亏缺区面积会进一步扩大,除轻度缺水区逐渐减少外,其余4种类型缺水区均保持增加,其中重度缺水区将大量增加。该研究结果可为挠力河流域农田灌溉方案的制定提供借鉴和参考。     

我国城市地价分形特征及区域对比

运用分形理论,基于GIS分析平台和SPSS统计分析工具,对我国华北区、东北区、华东区、中南区4个区域86个城市动态监测地价的分形特征和空间分布规律进行了分析。结果显示:4个区域内地价分布存在显著的分形特征,各区域内的地价分布水平有所不同,华北区和华东区地价空间分布关系相似,地价从中心城市向四周城市呈上升趋势;中南区和东北区地价的分布关系相似,地价从中心城市向四周呈下降趋势。4个区域中,华东区地价首位城市法则效应最明显,城市地价分布相对分散,差异程度最大,其次是华北区和中南区,而东北区城市地价分布相对均衡,差异程度最小。     

河南省冬小麦产量的干旱脆弱性研究

以河南省冬小麦为研究对象,从影响冬小麦产量的干旱暴露程度、敏感性和适应性入手,利用熵权法确定反映其暴露程度、敏感性和适应性的指标的权重,构建干旱脆弱性评价模型,计算冬小麦的干旱脆弱性,分析2001—2015年河南省冬小麦干旱脆弱性特征。结果表明:河南省冬小麦干旱脆弱性分为5个等级,东北部的干旱脆弱性最高,山区、平原区零星分布有重度脆弱区域,北部、西部山区和信阳所辖市县有中度脆弱区,豫东平原的大部分区域及豫西部和北部山区的部分地区属于一般脆弱区,河南中部和南部的大部分地区属于轻度脆弱区。     

基于玛纳斯河流域生态问题的生态安全评价

 玛纳斯河流域山地-绿洲-荒漠三大生态系统表现出区域生态、经济要素的空间状况有所分异,经过几十年大规模的水土资源开发,流域不同的生态经济功能分区在环境演变和经济发展过程中所存在的生态安全问题的表现形式也各不相同。根据流域土地利用和水资源数据库,并参考各地自然、经济、社会统计资料,在生态经济功能分区的基础上,针对流域不同分区存在的生态经济安全问题选取相应的生态安全评价指标,结合实地调研和专家赋值法确定不同指标的权重,并计算综合生态安全评价指数,对流域各个生态经济功能亚区进行生态安全评价。评估结果表明：（1）玛纳斯河流域分为3个一级区和9个二级分区,根据不同分区存在的生态安全问题选取了13个生态环境指标和4个社会经济指标;（2）Ⅱ4、Ⅲ1和Ⅲ2亚区的生态不安全指数呈上升趋势,Ⅲ3亚区逐渐下降,Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅱ1、Ⅱ2和Ⅱ3亚区存在波动,而对于绿洲区的四个亚区而言,Ⅱ2亚区生态不安全指数最高,存在的生态安全问题最多,而Ⅱ3亚区虽地处沙漠边缘,生态不安全指数相对最低,因此生态不安全指数高的区域需要高度重视,不高的区域由于生态问题会带来诸多不利影响,也需要重视。     

淮河流域高温热浪时空演变规律及成因分析

基于淮河流域1960—2014年39个气象站点数据、太平洋气候因子和NECP/NCAR再分析数据基础,利用空间Ward-like层次聚类分析划分4个子区域,通过体感温度的高温热浪指数分析淮河流域不同分区的夏季高温热浪时空演变特征,并通过EOF分析、相关性分析和大气环流遥相关等进一步揭示淮河流域高温热浪演变机理。研究表明：① 1960—2014年淮河流域夏季高温、高温热浪开始时间和持续时间均呈先增后减的趋势,20世纪80年代由暖相位进入冷相位,2010年后由冷相位进入暖相位;② 淮河流域各分区高温热浪开始时间呈现区域差异,分区1的高温热浪事件开始时间最早（平均为5月28日）,分区3次之（平均为6月1日）,分区2和分区4高温热浪开始时间最晚;③ 淮河流域轻度热浪发生频次最多平均为1.24次/a,中度热浪发生频次次之,平均为0.37次/a,重度热浪发生频次最少,平均为0.04次/a;淮河流域高温热浪事件与太平洋东部变暖（厄尔尼诺）或变冷（拉尼娜）变化相同。④ 青藏高原和内蒙古低压减弱导致了热浪高温事件的增加。分区4和分区1发生热浪的时间主要发生6、9月,分区2和分区3热浪发生时间集中在7、8月。分区1（西部）和分区4（东部）与Niño3、Niño1+2、MEI和PDO的相关性较高,分区2和分区3与Niño3.4、PNA相关性较高。     

1967—2017年甘肃省小麦需水量和缺水量时空特征

基于甘肃省28个气象站点1967—2017年的逐日气象数据,采用Penman-Monteith公式和作物系数计算了小麦的需水量,结合美国农业部土壤保持局推荐的方法计算了有效降水量,进一步得出小麦缺水量,并分析了小麦需水量与缺水量的变化趋势和空间分布特征,探讨了小麦需水量影响因子重要程度。结果表明:1967—2017年甘肃省春、冬小麦全生育期的年平均需水量分别为517.03 mm和436.70 mm,年平均缺水量分别为468.24 mm和301.54 mm;在时间上,51 a来春小麦种植区内的需水量与缺水量整体上无明显的趋势变化,而冬小麦种植区内的需水量与缺水量整体上呈明显上升趋势;在空间上,春小麦种植区内需水量和缺水量大致由西北向东南递减,冬小麦种植区内的需水量和缺水量大致由西向东递减。甘肃省小麦生育期内日照时数和日平均气温是影响小麦需水量的主要因素。     

新疆特色林果业种植对气候变化的响应

利用全疆54个气象站点的52年气象资料,运用一元回归线性倾向率、Mann-Kendall突变检验及反距离加权空间差值法,分析全疆及四大林果基地的年平均气温、≥10oC降水及4-10月气温和降水的时空变化规律,结合指数平滑时间序列分析法、变异系数和线性倾向率,分析了苹果、葡萄、梨等几种常见特色林果产品产量、种植面积对气候变化的响应。结果表明:全疆和四大林果基地1960-2011年的气温、降水呈现线性增长的趋势,全疆整体上在20世纪80年代中后期增温增湿现象明显,进入2000年后气候暖湿化趋势更加显著,而四大林果基地气温、降水因地理位置差异而导致不同的气候变化趋势和时空分布,其中伊犁河谷林果基地气温、降水线性倾向率最大并且降水最多,吐哈盆地林果基地降水线性倾向率最小、气温线性倾向率较大并且温度最高,天山北坡和环塔里木盆地林果基地气温、降水线性倾向率基本相同,并且都在2000年以后增温、增湿趋势显著;全疆气候暖湿化的变化趋势有利于林果产品产量的提高,特别是在增温、增湿显著发生的年份后,对产量的提高作用更明显,另外增温也促进了喜温林果产品种植面积的扩大,并且由温度高的区域向温度低的区域扩展,林果产品空间种植分布趋势与自治区政府提出的四大林果基地建设布局相吻合;但是温度过高、降水过多,特别是气温、降水出现急剧增温、增湿和减温、减湿异常变化的年份对林果产品的种植影响较大,因此今后应做好极端气候变化对特色林果产品影响的预防措施。     

侧边界融化对北极海冰影响的数值模拟

对NCAR CSIM5 海冰模式中海冰侧边界融化参数化方案进行了详细阐述,并利用CSIM5模式模拟了侧边界融化对北极海冰厚度和海冰面积变化的影响,试验结果表明：（1）侧边界融化热力过程会增大海冰厚度和海冰面积的消融,海冰厚度消融最明显的区域分布在西伯利亚海和格陵兰海,海冰面积消融最明显区域分布海冰边缘地区;（2）侧边界融化过程对夏季海冰厚度影响比冬季更为明显,而对冬季海冰面积的影响要比夏季更为明显;（3）侧边界融化方案能更好地模拟出海冰面积的季节性变化;（4）海水表面温度（SST）是影响海冰侧边界融化过程的重要因子,侧边界融化率的大值区分布在SST零度线附近的狭窄区域。     

中国干旱区与季风区夏季气温变化特征对比

利用1961-2006年西北干旱区139站和东部季风区378站夏季平均气温资料,采用趋势系数、相关性检验等方法,对比分析了两个区域夏季气温的时间和空间变化特征、气温变幅分布,并对产生变化的原因进行了初步探讨。结果表明:受气候变暖大背景的影响,西北干旱区和东部季风区夏季气温变化均为波动式上升趋势,但由于地理位置的差异,受夏季风影响不同,导致西北干旱区(0.24℃/10 a)的升温趋明显高于季风区(0.11℃/10 a),同时明显高于相同纬度区域的季风区(0.15℃/10 a)气温变化趋势。两个区域气温变幅空间变化分布上都存在明显的升温区域和气温变化相对较弱的区域,季风区在黄河中下游以南地区到长江中下游以北的广大地区变化不明显,黄河中下游以北的华北、东北地区有相对较明显的升温趋势;西北干旱区以明显的升温为主,尤其是以青海西部至蒙古高原西部形成的一带状区域为主要明显升温区,其最大升温率达到0.93℃/10 a,变化相对较弱的区域主要位于吐鲁番盆地和塔里木盆地。