秦岭陕西段南北坡植被对干湿变化响应敏感性及空间差异

秦岭位于暖温带与亚热带交界处,也是中国南北地理分界线,秦岭南北坡植被对干湿变化响应敏感性,可以折射出暖温带、亚热带地区主要植被类型对于湿变化的响应规律和机制特征,对深入理解不同气候带植被变化规律具有重要意义.本文利用秦岭山地32个气象站点的气象数据和MODIS NDVI时间序列数据集,探讨了2000-2018年秦岭南北...     

1960-2013年秦岭陕西段南北坡极端气温变化空间差异

作为气候变化研究的重要内容,极端气温研究对生态环境保护和灾害事件预警具有重要意义。根据1960-2013年秦岭32个气象站点的逐日气温资料,采用RClimDex软件、克里格插值法、线性倾向估计法和相关性分析法,研究秦岭山地陕西段（简称秦岭）气温的空间分布特点,以及极端气温的空间变化特征。结果表明：① 1960-2013年秦岭年平均气温、年最高气温和年最低气温分别为10.48 ℃、16.44 ℃和6.18 ℃;秦岭北坡气温在低海拔区高于南坡,在中、高海拔区低于南坡;南北坡的气温差值在低海拔区域最小,中海拔区域最大。② 秦岭极端气温的频率、强度和持续时间均表现为增加趋势,极端气温变化的敏感区域位于南坡的镇安、柞水和北坡的周至、户县。③ 秦岭北坡极端气温频率的变化更明显,秦岭南坡极端气温强度和持续时间的变化更明显;且北坡的增温主要发生在夜间,南坡的增温主要发生在白昼。④ 秦岭极端气温的变暖速率随海拔升高而增大,高海拔区域极端气温频率和强度的变化最明显,中海拔区域极端气温持续时间的变化最明显。     

A study on environmental aridity over northern and southern to Qinling Mountains under climate warming

Based on the data up to 1999 from hydroclimatological departments, this paper analyzes the climatic divide implications of the Qinling Mountains in regional response to the process of climate warming, due to which the grades of dryness/wetness (GDW) in 100 years show that the northern region has entered a drought period, while the southern is a humid period. In a course of ten years, the D-value of annual average air temperature over southern Shaanxi (the Hanjiang Valley) and the Central Shaanxi Plain (the Guanzhong Plain) has narrowed, i.e., the former with a slight change and the latter with rapid increase in temperature. Both regions were arid with the decrease in precipitation D-value, namely the plain became warmer while the south was drier. The Qinling Mountains play a pronounced role in the climatic divide. The runoff coefficient (RC) of the Weihe River decreases synchronously with that of the Hanjiang due to climate warming. The RC of Weihe dropped from 0.2 in the 1950s to less than 0.1 in the 1990s. The Weihe Valley (the Guanzhong Plain) is practically an arid area due to shortage of water. The successive 0.5, 1.0 oC temperature anomaly over China marks, perhaps, the important transition period in which the environment becomes more vulnerable than before.The study shows the obvious trend of environmental aridity, which is of help to the understanding of regional response to global climate change.     

A study on environmental aridity over northern and southern to Qinling Mountains under climate warming

1 Introduction With progressive researches on global climate change, an integrated study of various disciplines tends to be inevitable. Mr. Moore III, chairman of IGBP, holds that the key to integration is to synthesize scientific findings so as to get new ideas and to chance cognition up to a new high[1]. Micro-study, rather than macro-study focuses on regional change[2-5]. To strengthen the global perspective in the study, "to research on typical regions and to deepen the regional divide…     

秦岭南北地区环境变化响应比较研究

利用气象水文部门截止1999年的气象水文实测数据,计算分析在气候变暖过程中中国秦岭具有的区域响应分界意义。由于气候变暖,在百年时间尺度上,通过旱涝指数分析证明秦岭以北进入干旱期,秦岭以南为湿润期;在10年时间尺度上,陕南气温变化较小,而关中气温增高较快,陕南与关中年均气温差值变小;关中和陕南降水量差值变小,二者同时干旱或陕南更干旱,反映出秦岭在气候变化中显著的分界作用。气候变暖,渭河与汉江年径流系数同步减小,其中渭河径流系数由50年代的02下降为90年代的01以下,渭河流域已变为少水带,即相当于气候上的干旱区。秦岭以北地区较其以南地区环境干暖化的趋势更明显,这对于认识全球变化的区域响应差异有参考意义。     

秦岭以南地区降水量变化及其灾害效应研究

近年来气候变化诱发的灾害效应损失严重。利用秦岭以南地区1951-2001年28个站逐月降水资料,计算了降水量的线性趋势值及降水距平变化,分析了降水量的时间和空间演变特征。受地形影响,秦岭南北与东西降水量变化差异较大,西部大于东部,南坡多于北坡,季节性降水过程差异也很明显;年平均最大降水量为1 254.6 mm,出现在镇巴,最少降水量为690.7 mm,出现在丹凤;50年来降水量变化呈减少趋势,平均递减率为56.5 mm/10 a。分析表明,降水突变是触发其它灾害的主要因素。由强降水及连阴雨诱发的干旱、洪涝及地质灾害效应损失严重,在降雨强度达200 mm/d以上的区域成为泥石流、滑坡灾害,水土流失的多发区,主要分布在秦岭以南多暴雨中心的米仓山、大巴山、佛坪、商南及洛南一带。降水诱发的灾害效应与人类活动也密切相关,这些研究为未来防灾减灾和环境治理提供了依据。     

秦岭森林物候时空分布特征及对水热条件的响应

大量观测数据分析表明,全球气候正逐步变暖。植物物候现象是全球自然环境变化的指示器。物候对气候变化的响应是研究全球气候变化的重要手段之一。森林是全球生态系统的重要组成部分,森林物候特征变化是反映气候变化对森林生长影响的综合性生物指标。利用2001—2018年MOD09A1卫星数据重建了秦岭地区增强型植被指数（EVI）序列,采用最大变化速率和阈值法结合提取了秦岭森林物候参数,结果表明：（1） Whittaker滤波法在灌木、农田、森林3种生态样地重建中稳定性较好,在秦岭山地有较好的适用性。（2） 秦岭地区物候多年均值分布同秦岭地区水热条件密切,由高海拔高山区到农耕区,生长季始期(Start of Growth Season,SOG)逐渐提前,生长季末期(End of Growth Season,EOG)逐渐推迟,生长季长度(Length of Growth Season,LOG)由高海拔区向低海拔区逐渐加长。秦岭浅山区和东部伏牛山农耕带生长季（SOG）开始较早,出现在3月上旬,高山区针叶林带生长季开始的较晚,出现在5月上旬到中旬（120～135 d）之间。生长季末期（EOG）集中出现在10月~11月初（270～310 d）,高山区针叶林带生长季结束较早,浅山区植被生长季结束较晚,普遍出现在11月（300 d）以后。生长季长度（LOG）分布在150～200 d之间,低海拔地区LOG较长,大于180 d,高海拔林区生长季较短LOG集中在150～170 d。（3） 年际变化特征：2001—2018年生长季始期（SOG）呈现提前趋势,其中高海拔区提前明显,南北麓海拔低于500 m部分区域和东部伏牛山少部分区域出现推迟。生长季末期（EOG）呈现推迟趋势,其中秦岭北麓和东部中低海拔区域推迟明显,生长期长度（LOG）总体呈延长趋势。（4） 秦岭地区近17 a气温呈现上升趋势,变化率为0.02 ℃·a^-1,降水呈现不明显的上升趋势,日照时数则呈现明显的下降趋势,变化率为14.6 h·a^-1。（5） 秦岭地区物候参数同0 ℃、5 ℃和10 ℃界限温度、降水、日照时数相关性分析表明,全球变化下的升温作用是影响秦岭森林物候变化的主要因子,升温作用导致SOG提前,EOG推迟、LOG延长,主要集中在秦岭南北麓1 000~2 000 m之间,秦岭东部伏牛山低海拔区境内相关性最低,表明受温度制约较小。     

1970-2015年秦岭南北气温时空变化及其气候分界意义

基于秦岭南北70个气象站点观测资料,辅以极点对称模态分解方法（ESMD）,对秦岭南北近期气温时空变化特征进行分析,进而以日平均温≥ 10 ℃积温天数为主要指标,以1月0 ℃等温线变化为辅助指标,探讨秦岭山脉的气候分界意义。结果表明：① 1970-2015年秦岭南北气温变化具有同步性,呈现出“非平稳、非线性、阶梯状”的增暖过程,变化阶段可分为：1970-1993年为低位波动期、1994-2002年为快速上升期、2003-2015年为增温停滞期;② ESMD信息分解结果表明,秦岭南北气温变化以年际波动为主导,并未呈现出明显的线性增暖趋势;③ 在空间上,秦岭南北气温趋势呈现“同步增温,南北分异”的响应特征,即秦岭以北地区空间增温具有一致性,秦岭以南地区则呈现“西乡—安康盆地交界”、“商丹盆地”两个低值中心;④ 在气候变暖背景下,秦岭作为气候分界线的作用依然明显,但是南北响应方式存在差异。其中,秦岭以南,北亚热带北界沿山地“垂直上升”,汉江谷地热量资源逐年增加;秦岭以北,尽管以城市带为中心的增温区不断延展,但是冷月气温偏低的格局并未改变。     

秦岭南北日照时数时空变化及突变特征

根据秦岭南北47个气象站1960-2011年逐月数据,采用样条曲线插值法（Spline）、气候倾向率、Pettitt突变点检测、相关分析等方法对该区日照时数的时空变化特征以及影响其变化的气象要素进行了分析。结果表明：（1）研究区多年平均日照时数为1 838.7 h,空间分布呈东北向西南递减格局,按各分区日照长短排序为秦岭以北>秦岭南坡>汉水流域>巴巫谷地。四季日照时数分布特征与年尺度上的结论基本一致,4个季节按其大小排序为夏季>春季>秋季>冬季,四季均以秦岭以北的日照时数最大。（2）近52 a各区年日照时数变化趋势较为一致,绝大部分站点呈下降趋势。下降的站点占本区站点总数的比例排序为巴巫谷地>汉水流域>秦岭以北>秦岭南坡,秦岭以南的广大地区相对于秦岭以北日照下降更明显。春季47%的站点呈上升趋势,显著上升的站点集中于中部地区;夏季98%的站点呈显著下降趋势;秋季和冬季变化特征及其空间分布无明显规律。（3）年尺度、春季和夏季突变年份集中于1978-1981年间,秋季的突变特征不甚明显,突变年份和空间分布无明显规律性可言,冬季日照时数突变年份同步性和一致性较差。（4）绝大部分站点日照时数与风速、最高气温、平均气温呈正相关关系,与降水和相对湿度呈负相关关系,与最低气温关系不明显。     

秦岭南北地区光合有效辐射时空变化及突变特征

基于秦岭南北地区47个气象站1960-2011年的逐日气象数据,通过Angstrom方程和Penman-Monteith公式计算了各站点的光合有效辐射(PAR),并借助Spline空间插值、Pettitt突变点检验和相关分析等手段对PAR的空间分布、时空演变、突变特征及其可能成因进行了分析。结果表明:① 秦岭南北地区PAR的时间和空间分布特征明显,在空间上呈北高南低的分布格局;在季节分布上,夏季、春季、秋季、冬季依次减小。② 52年间,该地区年PAR整体呈显著下降趋势,下降速率由南向北,由东向西递减;时间变化方面,春季PAR呈现不显著的上升趋势,其余季节均呈下降趋势,夏季减小最快,其次为冬季,秋季最小。③ 该地区89%的站点年PAR存在突变,突变站点中的85%发生于1979-1983年间;夏季89%的站点发生突变,突变站点中的90%发生于1979-1983年间;冬季68%的站点发生突变,但突变时间同步性和一致性较差;春季和秋季突变现象不甚明显。④ 气候变化(风速下降)、城市化进程加快以及工业生产导致的气溶胶增多是导致PAR显著下降的主要原因,而火山爆发引发的气溶胶增加则是PAR波动的主要原因。     

基于SPEI指数的秦岭南北地区干旱时空变化特征

基于秦岭南北地区47个气象站点1960-2016年实测气象资料,利用标准化降水蒸散指数（SPEI）定量分析了秦岭南北地区不同时间尺度干旱发生频率和强度的时空演变特征,并试图揭示该区域干旱发生的原因。结果表明：SPEI值能够较好的反映秦岭南北地区的干旱特征及干湿演变状况。从时间变化上看,近57 a来秦岭南北地区呈干旱化趋势,以20世纪90年干旱化趋势最为显著,干旱化趋势最显著的区域为秦岭以北地区,但近22 a秦岭南北地区开始出现湿润化趋势;从季节来看,四季大部分区域呈干旱化趋势,秋季干旱化趋势最显著且开始最早,春季次之,冬、夏干旱化趋势相对不显著。从空间来看,秦岭南北地区在年、季、月尺度上均有干旱发生且各地区分布极不均匀;其中秦岭以北地区干旱发生频率较高,其他子区域干旱发生频率的空间分布特征较为复杂。干旱发生强度呈现出中西部强,四周弱的特点,干旱发生强度最强的地方为陕西石泉,为14.7%,最弱的地方为四川阎中,为23.6%。     

基于植被分区的秦岭年降水分区验证及其年际变化

通过旋转经验正交分解方法对秦岭年降水量进行分区,比较秦岭降水量客观分区与植被南北分界线的一致性,运用滑动t检验、累积距平和小波方法分析了各分区的气候变化特征。主要结论为：秦岭区域可以按年降水量分为4个区域,其中秦岭中段南北分区与植被分区界线相近,走向相同;秦岭各分区多年降水量一致表现为减少趋势,近57年来,各区大约减少了一成左右的降水量;秦岭区域年降水量在近57年里发生了多次转折,最明显的转折期发生在20世纪80年代,2001年前后秦岭区域降水出现了波动增加的趋势,但增加的趋势强度还比较弱,难以达到20世纪80年代的丰水顶峰时期;秦岭各分区最显著震荡周期2~4年。建议在开展气候区划和气候变化研究时,应该考虑年降水量分区与植被自然分区的一致性。     

山地土地类型的结构分析与优化利用——以陕西秦岭山地为例

山地土地类型的多样性及其结构格局的序列性特征明显，相应地呈现出土地类型在空间、数量和质量等3个方面基本格局型式，格局分析能够揭示土地类型结构与功能的异质性及其有序性，从而为全面认识土地类型群体的生态属性与其演替规律提供重要的理论依据，同时为土地利用优化配置的实践提供科学指导，以陕西秦岭山地为例，进行了土地类型的结构分析，并根据山地类型结构格局的空间层次性、结构多级性和功能多元性的特点，提出了不同空间尺度下山地土地利用配置的模式及其优化利用方案。     

基于GWR模型的陕西秦巴山区TRMM降水数据降尺度研究

应用TRMM降水数据,进行国内典型区域降尺度相关研究,可弥补应用气象站点数据研究带来的局限。以陕西秦巴山区为研究区,基于TRMM降水数据和NDVI数据,应用GWR模型和比例指数,获得GWR年、月降尺度数据并进行检验,最后分析地形对降尺度结果的影响。结果表明：获得的1 km分辨率的GWR降尺度降水数据,具有较强的细节表现能力;降尺度数据与实测降水数据年尺度上相关系数为0.88,月为0.93,相关性较好;与TRMM原始数据对比,降尺度结果降水值略小,整体低估降水;区内秦岭山地GWR降尺度结果精度变化幅度最小,相似地形条件下,海拔越高,GWR降尺度结果表现越好;采用GWR模型进行秦巴山区TRMM降水数据的降尺度研究,具有较强的适用性。     

Spatio-temporal differentiation of climate warming(1959-2016)in the middle Qinling Mountains of China

Based on air temperature observation data from 32 meteorological stations, temperature changes in the middle Qinling Mountains from 1959 to 2016 were analysed with respect to the north-south, seasonal and altitude differences. Our research mainly showed the following results. The annual temperature(TA) rose approximately 0.26℃/10 a within the past 58 years. This warming trend was stronger on the northern slope than on the southern slope, and a warming trend reversal occurred in 1994 on the northern slope, which was three years earlier than on the southern slope. The temperature changes for the four seasons were not synchronized, and the trend in spring contributed the most to the TA trend, followed by winter, autumn, and summer. The temperature difference between summer and winter(TDSW) decreased significantly over the past 58 years. The temperature change in the middle Qinling Mountains was clearly dependent on altitude. With increases in altitude, the TA increased gradually and became stronger while the TDSW decreased gradually and became weaker. Differences in temperature change between the north and south were mainly observed in low-altitude areas. With increase in altitude, the differences gradually tended to disappear.     

秦巴山区植被固定CO2释放O2生态价值测评

根据陕南秦巴山区植被类型及覆盖度的差异 ,利用改进型的自然植被NPP测算模型 ,结合区域能量平衡、水量平衡和蒸散模式 ,测定了植被有机质生产物质量。在此基础上 ,根据光合作用方程及造林成本法与工业制氧法测定了秦巴山区植被固定CO2 释放O2 的经济价值。研究结果 :①秦巴山区植被每年固定CO2 总量为 13 5× 10 7t/a ,释放O2 总量为 9 93× 10 7t/a ;②利用造林成本法估算出秦巴山区植被固定CO2 总经济价值为 35 2 2 4× 10 7元 /a ;③利用造林成本法与工业制氧法估算出秦巴山区植被释放O2 经济价值为 374 19× 10 8元 /a ;④本区植被固定CO2 释放O2 物质量和价值量中 ,温带落叶阔叶林贡献率最高 ,其次是亚热带落叶灌丛。本研究可为区域“绿色经济账户”的建立提供基础数据和方法。     

东天山喀尔里克山北坡-淖毛湖盆地土壤理化性状的空间分布特征

借助于野外调查、样品采集及实验室分析,对喀尔里克山北坡-淖毛湖盆地土壤理化性状的空间分布进行了研究.结果显示:土壤质地以少砾质砂质壤土或少砾质粉砂质壤土为主,少数属多砾质壤质砂土或少砾质砂土;不同类型土壤的水分含量存在比较明显的差异,且与海拔存在显著的正相关.研究区除低地草甸及淖毛湖盆地的土壤出现盐渍化和碱化外,其他地...     

2017年夏季秦岭降水的数值模拟及其空间分布

秦岭是中国气候的分界线,其高海拔地区降水数据的缺乏,限制了对秦岭高山气候及水资源变化的研究。为认知秦岭地区降水的空间分布,利用WRF模式,采用GF、KF和BMJ 3种对流参数化方案,对秦岭及周边地区2017年夏季降水进行了模拟。结果显示,模拟和卫星数据都揭示降水与地形呈剖面一致性,从南到北呈条带状分布的空间格局,在秦岭出现一条降水高值带,秦岭对水汽向北输送有明显的阻滞作用,造成南坡降水量显著大于北坡。模拟值要比卫星降水数据偏大,其中KF方案模拟降水偏多的主要原因为强烈的对流不稳定性导致对流降水的过高估计,GF方案则由于大气偏湿激发网格尺度降水,造成大尺度降水的模拟偏多,而BMJ方案模拟值与观测值最为接近。把模式分辨率提高到2 km,可显著改善模式对秦岭山区的模拟水平,但2 km高分辨率仍不足以完全显式解析积云对流过程,需要恰当的积云参数化的协同作用。     

长白山区植被生长季NDVI时空变化及其对气候因子敏感性

本文利用长白山区SPOT/VGT NDVI 数据和气象数据,分析该区不同植被类型NDVI时空变化特征以及与气候因子的相关关系,并探讨了植被对气候变化响应的滞后性。结果表明：①2000-2009 年,长白山区植被NDVI 逐年变化总体呈增长趋势,增长区域的面积占全区面积的83.91%,在空间上主要集中在北坡和西坡,NDVI减少区域集中在南坡;②NDVI变化率随季节和植被类型变化而不同,NDVI增长主要集中在5 月和9 月,而7 月NDVI变化较小,甚至出现下降趋势;③植被NDVI与温度和降水存在着显著的正相关性（p<0.01）,且NDVI与温度的相关性高于与降水的相关性,且随海拔升高,NDVI与温度相关性增强;④NDVI对气温和降水变化的响应存在滞后期, 不同植被类型,滞后期存在差异。苔原NDVI对温度和降水响应的滞后期大约10 天,而针阔混交林和针叶林NDVI 对温度和降水响应的滞后期约为20 天。     

东祁连山南坡现代花粉雨与植被

1 Introduction A significant problem in the analysis of pollen spectra is the incomplete comprehension of the relationship between modern pollen spectra and the vegetation that produces them. Pollen precipitation reflects many factors: pollen production,…