60年来中国农业水热气候条件的时空变化

根据1951-2010年中国824个气象站点逐日观测数据选取与农作物生长密切相关的农业气候指标,按照年代将各指标站点数据空间化,求取前后期数据变化差值,分析中国农业水热气候条件的时空变化;进而对农业水热气候条件进行线性拟合,分析农业气候变化倾向。研究发现:60年来全国年平均气温、0℃积温和最冷月平均气温等值线均在不同程度上向北迁移,三者在全国大部分区域表现为显著增加趋势;全国最热月平均气温分成明显的下降和上升区,显著上升区集中在东北地区、内蒙古高原与东南沿海,黄河与长江中下游地区成为下降区;全国年降水量的增加趋势并没有通过显著检验。虽然对中国农业分布格局至关重要的400 mm等降水量线南段和800 mm等降水量线在整体上相对稳定,但是黄河与长江中下游地区最热月平均气温的下降趋势和最冷月平均气温等值线尤其是0℃等值线逐渐从秦岭—淮河一带北移到黄河一线,这对中国作物的分布、耕作制度等会产生重要影响。因此,高温、低温与农作物生长期热量供应以及水分的复杂变化对农业的影响将因区域差异与作物种类而变化,后续的研究可以考虑更多因素来分析农作物的适宜种植范围及区域农业对气候变化的适应。     

1951-2008年中国西北干旱区降水时空变化及其趋势

在全球气候变化背景下,地处生态脆弱区的中国西北干旱区降水响应特征及其未来变化趋势的量化研究极为重要,依据中国西北干旱区95个站点1951-2008年月降水资料,运用自然正交分解法(EOF)、Morlet小波分析、轮次分析、游程理论、极差分析、季节性指数分析、Mann-Kendall检验及气候趋势系数分析等方法分析了西北干旱区降水时空变化特征及其未来趋势。结果表明:西北干旱区降水场前4个特征向量累计方差贡献率达81.61%,第一特征向量最高为48.53%,属"相间复杂"型,依据其荷载空间分布特征将研究区划分为北疆子区、南疆子区、河西子区、青海子区及内蒙古子区;西北干旱区及各子区降水存在9年及12年主周期;各地的极大丰水历时均小于极限枯水历时,单独丰水年的概率高于单独枯水年,连枯年的概率高于连丰年,干旱主要发生在新疆和河西地区;降水序列具有长期相关性,Hurst系数在0.629～0.845间波动;西北干旱区40.0%的地区降水具有明显的季节性分布;61%地区重现性指数大于0.7,降水年内分配的年际差异较小;86.3%地区降水量呈增加趋势,其中20.0%通过信度0.01的显著性检验,48.4%通过了0.05显著性检验,增幅16.6～0.1 mm/10a;11.6%地区呈减少趋势,减幅为5.2～0.3 mm/10a。     

中国县域农业劳动力变化与农业经济发展的时空耦合及其对乡村振兴的启示

基于中国县域1991年、2000年、2010年3期截面数据,利用定量和GIS空间分析法,研究了在快速城镇化背景下,农业劳动力变化与农业经济发展的耦合特征和时空格局。结果表明：① 1991-2010年中国县域农业劳动力总体呈减少趋势且减少幅度逐渐增加,1991-2000年、2000-2010年分别减少4.91%和15.50%;从空间分布上看,中国农业劳动力数量呈“东减西增”的空间演变特征。② 1991-2010中国县域农业经济呈持续增长态势,总量增长140.13%,但区域差异明显;农业产值占区域GDP的比重逐渐减小,呈现出东低西高的分布特征。③ 产劳弹性系数的耦合类型主要以农业经济、农业劳动力“同增”的增长型和农业经济增长、农业劳动力减少的集约型为主,分别分布在中国的西北和东南部地区;耦合类型为“滞后型”“衰落型”和“衰退型”的区域与中国贫困发生率高的地域较为吻合,1991-2010年各耦合类型整体呈良性发展态势。最后根据产劳弹性系数的耦合类型和空间分布特征,提出促进一二三产融合发展和乡村经济振兴的政策建议。     

1951-2010 年中国气温变化分区及其区域特征

以中国623 个测站1951-2010 年逐日气温观测资料为基础数据, 通过正交旋转因子分析对1951-1980、1961-1990、1971-2000、1981-2010 年4 个时间段的年、冬、夏半年气温变化特征进行分区, 并探讨分区结果的季节和年代际差异。结果表明:依据年、夏半年气温变化特征, 可将全国划分成8 个不同的区域, 且研究时段内年、夏半年气温变化的空间结构比较稳定;而依据冬半年气温变化特征, 可将全国划分为7 个变化区, 且冬半年气温每30 年分区结果存在着明显变化。另外, 通过对区域平均气温距平序列的变化趋势分析可以得出:1951-2010 年间, 中国各区域气温均呈上升趋势, 升温趋势最快的是东北区(0.30 ℃∕10a), 最慢的是华南区(0.13 ℃∕10a);各区域升温过程不同步, 东北区与滇藏高原区显著增暖趋势在1961-1990 年开始出现, 而其他区域则发生在1971-2000 年及1981-2010 年。     

1950—2015年中国棉花生产时空动态变化

基于1950—2015年中国棉花生产分布数据,综合运用时序变化趋势、空间分析等方法,分析中国棉花产量、面积及单产的时空分布特征和重心迁移轨迹,在此基础上量化面积和单产对棉花产量变化的贡献度。结果表明:① 1950—2015年间,中国棉花产量和单产总体呈上升趋势,产量增加521.44万t,单产增加1381.83 kg/hm²,面积经历剧烈波动、平稳发展及3次起落5个时期后,与1950年基本持平;② 棉花产量和面积区域性差距较大,但总体呈增加趋势,单产变化趋势稳定,其中西北内陆棉区棉花生产年际波动最大;③ 1950—2015年中国棉花种植区域中近87%的地区产量增加,约63%的地区棉花面积减少,70%以上地区棉花单产增加。三大棉区产量和单产增加,但增长速率不断减小,西北内陆棉区缩减幅度最小,亦是中国棉花面积增长的主力棉区;④ 中国棉花生产形成“东南—西北”的格局,主产区由黄河流域棉区转为西北内陆棉区;棉花产量和面积重心均向西北方向移动,总移动距离分别为1947 km、1398 km,2010—2015年移动速度最大,分别达到159 km/a、140 km/a;西北内陆棉区生产重心由和田迁至阿克苏,长江流域棉区由六安迁至黄冈,黄河流域棉区则由邯郸迁至聊城;⑤ 全国棉花产量贡献由单产主导逐渐转变为面积主导,从棉区来看,长江和黄河流域棉区亦由单产主导逐渐转变为面积主导,西北内陆棉区则一直为面积主导。     

1951-2010年中国季平均降水高精度曲面建模分析

利用1951-2010年中国711个气象观测站的月降水资料,对多年季平均降水根据中国农业气候类型进行分区模拟。针对中国降水特点,首先分析了影响各分区降水的地理、地形因素及局部地形因素,利用多项式回归和逐步回归的方法对各分区降水进行了趋势拟合;在此基础上,采用改进的高精度曲面建模(HASM)方法,对各模拟区域去掉趋势后的残差进行迭代修正,并比较验证了模拟效果。同时,为保证HASM在边界附近的模拟精度,根据区域内站点间的距离,对每一分区设置一个缓冲区,将HASM实际插值区域扩展为缓冲区内的部分。模拟结果表明:HASM方法的模拟精度在不同区域不同季节内均比经典的插值方法模拟精度高。利用上述方法分析了同一季节各分区降水的分布特点,并模拟了不同季节内多年平均降水的空间分布状况,模拟结果符合我国降水的实际分布特点。     

The spatio-temporal variations of frost-free period in China from 1951 to 2012

The frost-free period(FFP)first frost date(FFD) and last frost date(LFD) have been regard as the important climate variables for agricultural production. Understanding the spatio-temporal variations of the FFPFFD and LFD is beneficial to reduce the harmful impacts of climate change on agricultural production and enhance the agricultural adaptation. This study examined daily minimum temperatures for 823 national-level meteorological stationscalculated the values of FFDLFD and FFP for station-specific and region-specific from 1951 to 2012estimated the gradients of linear regression for station-specific moving averages of FFDLFD and FFPand assessed station-specific time series of FFP and detected the abrupt change. The results as follows: at both the station level and the regional levelthe FFP across China decreases with the increase of latitude from south to northand with the increase of altitude from east to west generally. At the station levelthe inter-annual fluctuations of FFDLFD and FFP in south and west agricultural regions are greater than those in north and east. At the regional levelexcluding the QT regiontemporal changes of FFP are relatively small in both the low-latitude and the high-latitude regionsbut for the mid-latitude regions. According to the linear trend gradients of the moving average values of station-specific FFDLFD and FFPFFD was delayedLFD advancedand FFP extended gradually over the 80% of China. Furthermorethe change magnitudes for FFDLFD and FFP in the north and east agricultural regions are higher than that in the southern and western. Among the 659 station-specific time series of FFP examined by the Mann-Kendall test341 stationslocated mainly in the north regionhave one identifiable and significant abrupt change. And at the 341 stations with identified abrupt changesmost(57%) abrupt changes occurred during 1991–2012followed by the periods of 1981–1990(28%)1971–1980(12%)and 1951–1970(3%). The spatio-temporal variations of FFDLFD and FFP would provide important guidance to agricultural practices.     

1951—2010年中国土壤温度时空变化特征及其影响因素

土壤温度状况对于研究气候变迁、地球物质能量循环以及土壤性质演变具有重要意义,但目前对国家尺度上土壤温度状况的长期序列和空间变化缺少研究。因此,本文基于土壤温度内插法和地理加权回归（GWR）模型,使用1951—2010年中国880个气象站点的观测数据,研究了中国土壤温度状况时空变化特征及其影响因素。结果表明：① 中国60年来土壤温度变化整体趋势为东北地区升温,西南地区少部分地区降温;② 中国土壤温度状况可划分为冷性土壤温度状况（东北地区、青藏高原地区和内蒙古东部）、温性土壤温度状况（新疆南部、内蒙古和山西南部以及山东）和热性土壤温度状况（华中、华东、华南以及西南的云南、贵州和四川）;③ 经纬度和气温与土壤温度具有良好的响应关系,其中气温是最重要的影响因素;④ 中国60年来整体呈现温性土壤向北迁移（约46.5 km）、冷性土壤向南迁移（约43.4 km）的趋势。研究结果可为地理学、土壤学等相关领域深入研究提供一定参考,并为土壤系统分类研究提供理论依据。     

1951~2010年中国年代际累积暴雨时空格局变化的相关因素研究

采用多种统计方法,解释1951~2010年中国年代际累积暴雨不断增加的现象。结果表明：快速城镇化因素极有可能是中国大面积暴雨增加的主因。在时间序列上,城镇化因素对中国年际暴雨雨量、雨日和雨强的方差解释分别为61.54%,58.48%,65.54%;自然因子方差解释分别为24.30%,26.23%,21.92%。在空间格局上,中国县级总人口密度和低能见度日数年均值的面板数据与中国年代际累积暴雨雨量、雨日和雨强显著相关,其空间相关系数随年代推移而不断增加,进一步表明快速城镇化因素可能触发了中国年代际大面积暴雨的显著增加。     

1951年以来ENSO事件对中国西北不同气候区的影响

通过对中国西北典型半湿润区、半干旱区、干旱区和半荒漠区4个不同气候区1951-2015年降水和气温资料的搜集、整理和处理,分析研究区1951年以来降水和气温的变化,并对其进行M-K突变检验,总结ENSO事件对气候与旱涝灾害的影响.研究结果表明:①4个气候区降水量逐年变化幅度差异明显,半干旱区为变化幅度最小区域,半湿润区和干旱区变化幅度最大但出现降低的趋势,而半荒漠区则是降水量增长最明显的区域;降水的集中度由东往西变化逐渐增大,东部比西部滞后5d左右.②4个气候区气温上升幅度存在差异,半湿润区气温上升幅度最大,干旱区气温上升幅度最小.③El Ni(n)o事件使4个气候区发生不同程度的降水减少、气温升高,而La Ni(n)a事件则使降水增加、气温降低.④El Ni(n)o事件会给4个气候区当年带来旱灾,次年带来涝灾;La Ni(n)a事件则会给当年带来涝灾,次年带来旱灾.     

1951-2010 年中国主要气候区划界线的移动

根据采用同一区划方法、指标体系划分的1951-1980 年及1981-2010 年中国气候区划结果,对比分析了过去60 年中国气候区划的主要界线变化特征。结果表明：1951-1980 年至1981-2010 年,我国寒温带界线西缩、北移;暖温带北界东段北移,其中最大北移幅度超过1个纬度;北亚热带北界东段平均北移1 个纬度以上,并越过淮河一线;中亚热带北界中段从江汉平原南沿移至了江汉平原北部,最大移动幅度达2 个纬度;南亚热带北界西段北移0.5~2 个纬度;青藏高原亚寒带范围缩小,高原温带范围增加。东北湿润、半湿润区虽转干与趋湿并存,但其中温带地区的湿润-半湿润东界东移,大兴安岭中部与南部的半湿润-半干旱界线北扩;其他地区的干湿分界线虽未出现明显移动,但北方半干旱及华北半湿润区总体转干,河西走廊、新疆及青藏高原的干旱、半干旱区总体转湿;而南方湿润区则趋干与转湿并存。     

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。     

2005~2014年中国农村水贫困与农业现代化的时空耦合研究

水贫困与农业现代化问题是影响国家安全与经济发展的两大重要问题,研究二者的耦合关系有助于促进中国资源环境与经济可持续发展。以中国30个省（市、自治区）为研究单元（不含西藏和港澳台）,建立农村水贫困和农业现代化水平评价指标体系,采用耦合协调度模型,评估农村水贫困与农业现代化的耦合协调性,并利用空间自相关方法分析2005~2014年农村水贫困、农业现代化及二者耦合协调关系的时空变化。研究结果表明：① 2005~2014年中国农村水贫困程度降低14.68%,西部降幅高于东、中部,且农村水贫困程度一直保持“中-西-东”递减态势;② 农业现代化水平提高5.50%,西部地区增幅高达26.88%,但始终保持着“东-中-西”阶梯式递减态势;③ 农村水贫困与农业现代化水平协调度的区域差异趋于减小,基尼系数降低31.62%,但协调度一直保持着“东-中-西”阶梯式递减趋势;④ 农村水贫困与农业现代化水平协调度的冷点区呈收缩态势,热点区呈扩张态势。最后,提出了降低农村水贫困、提高农业现代化水平及二者协调性的建议。     

中国农业竞争力时空格局演化及其影响因素

基于客观权重赋值法,从自然禀赋、流动投入、产出能力、设施机制4个维度构建指标体系,实证测算了2000—2016年中国29省农业竞争力,利用空间计量模型,剖析了中国农业竞争力时空演化规律及其影响因素,以期为制定针对性、差异化的农业竞争力提升政策提供理论支撑。结果表明:① 中国农业竞争力呈上升趋势,并存在明显的空间自相关性特征,空间溢出强度呈倒“U”型变化趋势,流动投入、产出能力两项子竞争力呈上升趋势,资源禀赋相对稳定,设施机制波动上升;② 东部省份农业竞争力异军突起,中西部省份不断下降,两级分化趋势明显,局域空间集聚格局以高—高和低—低集聚方式为主导,具有较强的稳定性与路径依赖性;③ 农民收入、居民消费水平、经济基础、R&D投入、种植结构、粮食品种选择对本省农业竞争力时空格局演变存在直接效应,对其他省份存在间接溢出效应;④ 应充分发挥农业竞争力及其影响因素的示范效应与扩散效应,推动农业资源优化配置、促进农业生产要素合理流动、谋划农业竞争力均衡发展。     

1951年以来中国无霜期的变化趋势

准确界定无霜期及初、终霜日的时空变化是减少气候变化对农业生产的危害、有效提升农业适应性的重要内容。根据1951年以来国内824个气象站点日最低气温资料,分析初、终霜日和无霜期在全国的分布特征,采用累积距平和线性倾向估计模拟三者的变化趋势,并对无霜期进行突变检验。结果显示：① 中国无霜期随纬度增加或海拔升高而减少,无霜期的年际波动幅度随纬度增加或随海拔降低而减少。② 中国80%以上区域呈现初霜日推后、终霜日提前和无霜期延长的趋势,且三者的变化幅度均是北方大于南方、东部大于西部。③ 中国多数农区无霜期延长是初霜日推后和终霜日提前共同影响,而西南区和长江中下游区部分地区无霜期延长是初霜日的推后幅度大于终霜日的推后幅度或终霜日的提前幅度大于初霜日的提前幅度。④ 中国过半区域无霜期在1980s和1990s发生突变。突变集中分布在东北区中西部、内蒙及长城沿线区、黄淮海区、青藏区和甘新区;突变时间上,东部农区和西部农区无霜期分别在1980s和1990s突变。     

1995—2015年中国人口迁移的时空变化特征

本文利用人口普查数据,估算了1995—2015年中国地（市）间人口O-D迁移流和迁移率,结合GIS空间分析和社会网络分析方法,揭示了20年间中国人口迁移的时空变化特征。研究发现：① 中国人口迁移由相对不活跃、局部地区参与的“低活性时代”,逐步走向相对活跃、绝大多数地区参与的“高活性时代”。② 人口迁移地域类型的时空演化过程呈现出各活跃型地（市）不断扩散,而非活跃型地（市）大幅缩减的特点。③ 人口迁移网络以“胡焕庸线”为界,东、西两侧迁移流“东密西疏”且差异悬殊,这一空间格局具有很强的稳定性和顽健性。④ 在人口省内迁移持续增强,以及跨省迁移中沿海三大城市群吸引力的“此消彼长”和西南地区吸引力不断增强的背景下,东中西部地区的人口迁移流场结构表现为：沿海地区主要城市群内部分化和影响范围减弱,中部地区（除湖北省）未能演化出以省为单元的独立社区,西部地区则是西北相对稳定而西南持续变动。     

1961—2015年中国降水面积变化特征研究

基于中国0.5°×0.5°逐月与逐日降水量网格数据集,采用线性趋势、克里金插值（Kriging）、森斜率等方法,分析1961—2015年中国3个自然区的降水量和降水面积的变化特征。结果表明：（1） 中国1961—2015年年均和季节平均降水量呈现由东南沿海向西北内陆递减的空间分布特征,中国一半以上的地区年均和四季降水量呈增加趋势。（2） 日变化特征上,东部季风区、西北干旱区和青藏高寒区均以小雨和中雨为主,其日降水面积多年平均值分别为：1 112.75×10³ km²、52.65×10³ km²,1 380.57×10³ km²、92.83×10³ km²,1 253.9×10³ km²、34.3×10³ km²,暴雨和大暴雨占的面积较小;三个区域不同等级日降水面积年内变化均符合二次函数曲线,三个区小雨日平均降水面积年际变化均呈略微减少趋势,青藏高寒区和西北干旱区大雨、暴雨和大暴雨均呈略微增加趋势,大暴雨整体波动较大。（3） 季节变化特征上,三个区四季均以小雨为主,暴雨和大暴雨所占面积较少。春季和秋季三个区小雨降水面积均呈减少趋势,春季和夏季三个区暴雨降水面积均呈增加趋势,冬季三个区中雨和大雨降水面积呈增加趋势。（4） 东部季风区春季和秋季,西北干旱区年均和四季,青藏高寒区春季、秋季和冬季不同等级降水量对应的降水面积均符合负指数分布规律。km²     

1961—2017年华北地区降水气候特征分析

基于华北地区1961—2017年的均一化降水数据,从降水量、降水强度、降水日数和降水量贡献率等方面揭示了华北地区降水的气候特征。结果表明:1961—2017年华北地区年降水量以3.2 mm/10a的速率减少,其主要原因是夏季降水的减少。空间上,降水量大值区的降水趋势变化呈减少特征;降水强度呈增大趋势,降水的时间分布更加集中;小雨、暴雨和大暴雨及以上量级降水日数和贡献率呈减小趋势,而中雨和大雨则有所增加;分析各等级降水对华北地区空间分布的贡献率,小雨事件对华北地区西部降水的贡献最主要,大雨、暴雨和大暴雨对华北东南部地区降水量的贡献最为主要,这进一步解释了小雨、暴雨和大暴雨及以上量级降水量的减少造成了华北地区西部和东南部地区降水总量的下降。华北地区降水气候特征研究可为区域气候变化以及暴雨、干旱等灾害应对提供科学支撑。     

三江源地区1961-2010年降水时空变化(英文)

Based on a monthly dataset of precipitation time series (1961-2010) from 12 meteorological stations across the Three-River Headwater Region (THRHR) of Qinghai Province, China, the spatio-temporal variation and abrupt change analysis of precipitation were examined by using moving average, linear regression, spline interpolation, the Mann-Kendall test and so on. Major conclusions were as follows. (1) The long-term annual and seasonal precipitation in the study area indicated an increasing trend with some oscillations during 1961-2010; however, the summer precipitation in the Lantsang (Lancang) River Headwater Region (LARHR), and the autumn precipitation in the Yangtze River Headwater Region (YERHR) of the THRHR decreased in the same period. (2) The amount of annual precipitation in the THRHR and its three sub-headwater regions was greater in the 1980s and 2000s. The springs were fairly wet after the 1970s, while the summers were relatively wet in the 1960s, 1980s and 2000s. In addition, the amount of precipitation in the autumn was greater in the 1970s and 1980s, but it was relatively less for the winter precipitation, except in the 1990s. (3) The normal values of spring, summer, winter and annual precipitation in the THRHR and its three sub-headwater regions all increased, but the normal value of summer precipitation in the LARHR had a negative trend and the normal value of winter precipitation declined in general. (4) The spring and winter precipitation increased in most of the THRHR. The summer, autumn and annual precipitation increased mainly in the marginal area of the west and north and decreased in the regions of Yushu, Zaduo, Jiuzhi and Banma. (5) The spring and winter precipitation in the THRHR and its three sub-headwater regions showed an abrupt change, except for the spring precipitation in the YARHR. The abrupt changes of spring precipitation were mainly in the late 1980s and early 1990s, while the abrupt changes of winter precipitation were primary in the mid-to late 1970s. This research would be helpful for further understanding the trends and periodicity of precipitation and for watershed-based water resource management in the THRHR.     

气候变化背景下1981-2010年中国玉米物候变化时空分异（英文）

Spatio-temporal changes in the differentiation characteristics of eight consecutive phenological periods and their corresponding lengths were quantitatively analyzed based on long-term phenological observation data from 114 agro-meteorological stations in four maize growing zones in China. Results showed that average air temperature and growing degree-days (GDD) during maize growing seasons showed an increasing trend from 1981 to 2010, while precipitation and sunshine duration showed a decreasing trend. Maize phenology has significantly changed under climate change: spring maize phenology was mainly advanced, especially in northwest and southwest maize zones, while summer and spring-summer maize phenology was delayed. The delay trend observed for summer maize in the northwest maize zone was more pronounced than in the Huang-Huai spring-summer maize zone. Variations in maize phenology changed the corresponding growth stages length: the vegetative growth period (days from sowing date to tasseling date) was generally shortened in spring, summer, and spring-summer maize, although to different degrees, while the reproductive growth period (days from tasseling date to mature date) showed an extension trend. The entire growth period(days from sowing date to mature date) of spring maize was extended, but the entire growth periods of summer and spring-summer maize were shortened.