气象干旱对中亚棉花产量的影响

极端干旱事件频发对中亚棉花生产具有重要影响。本文利用乌兹别克斯坦赞格阿塔实验站棉花大田试验数据评估了APSIM-Cotton模型的适用性,根据CMIP6气候模式模拟的SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5等3种共享社会经济路径下的气候变化数据集,分析了2021—2090年SPEI-3干旱指数的变化特征,进而利用APSIM-Cotton模型模拟了考虑CO₂肥效作用的气象干旱对棉花产量的影响。结果表明：APSIM-Cotton模型能够准确模拟乌兹别克斯坦塔什干地区的生育期和产量变化趋势;未来塔什干地区呈现温度明显升高、干旱发生频率明显增加的特征;气象干旱将导致棉花产量下降,SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5等3种排放情景下,严重气象干旱导致2021—2050年棉花产量较1961—1990年分别下降28.0%、29.6%和32.1%,2061—2090年棉花分别减产31.5%、33.1%和35.7%,在SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下,极端气象干旱导致2061—2090年棉花产量分别下降41.3%和54.2%;CO₂浓度升高可提高棉花产量,贡献率为14.9%~25.0%,但浓度达到750 µmol/mol以上时,棉花增产幅度将不再持续增加。     

基于标准化流量指数(SDI)的石羊河流域水文干旱特征

利用石羊河流域8个水文站1961－2017年逐月实测流量数据和4个气象站点的气象观测资料,采用标准化流量指数（SDI）、游程理论来获得干旱事件的特征指标,分析了石羊河流域水文干旱演变特征,并采用与降水量、最高气温、最低气温、平均气温、蒸发量的相关性来分析石羊河流域SDI的影响因素。结果表明：1961—2017年石羊河流域干旱历时、干旱烈度和干旱强度的变化不是很一致,流域水文干旱历时20世纪70年代最长,80年代最短;干旱烈度全流域90年代最强,烈度最弱出现在80年代;干旱强度全流域60年代最强,80年代强度最弱;石羊河流域及流域中、西部年SDI变化总体上表现为在波动中呈增加趋势,西部增加幅度最大,中部增加幅度很小,流域东部年SDI在波动中呈减小趋势;石羊河全流域及流域东、中和西部年及四季干旱发生频次总体都是中旱和重旱频次最多,四季水文干旱发生频率最高的是春季,冬季干旱发生频率最低;从流域不同地段看,水文干旱发生的频率流域东部最高;构建的SDI 临界值识别出的主要水文干旱事件和实际干旱事件基本一致,干旱等级也较一致,说明使用SDI能够较好地监测到石羊河流域干旱年份及干旱等级;石羊河流域年SDI值与最高气温、平均气温和蒸发量呈负相关,与降水量和平均气温呈正相关。     

甘肃省河东地区干旱遥感监测指数的对比和应用

干旱是影响甘肃省河东地区农业生产的主要气象灾害之一。如何在众多的干旱遥感监测指数中选择适宜的指数是干旱遥感监测工作面临的主要问题。利用研究区30个农业气象站观测的不同深度土壤相对湿度和对应的MODIS数据,分析了7种典型干旱遥感监测指数(AVI、NDWI、VCI、PDI、MPDI、VSWI和MEI)的构建原理和模拟结果,并选择适宜的干旱遥感监测指数对2006年甘肃省河东地区干旱情况的时空分布做了动态监测。结果表明:7种干旱遥感监测指数均能反映研究区土壤湿度的时空变化特征;各干旱遥感监测指数对土壤水分监测的最佳深度为20 cm,其次为10 cm。从相关系数来看,PDI、MPDI指数对春季,VSWI、NDWI指数对夏季的土壤相对湿度有较好的监测结果;MEI指数对秋季土壤相对湿度模拟效果较差,其余指数对秋季模拟效果均较好;根据各指数与20 cm处土壤相对湿度的相关系数,结合各指数的构成原理,春季选择PDI和MEI,夏季选择VSWI和NDWI,秋季选择PDI和MPDI,分别对2006年甘肃省河东地区干旱情况进行监测。通过考虑各等级出现的频率,同时兼顾土壤相对湿度,评定各指数干旱等级。监测结果显示,庆阳市北部连续出现春旱、春末夏初旱、伏旱和秋旱,陇中北部和庆阳市北部旱情严重。     

基于GAMLSS模型的水文干旱指数研究——以玛纳斯河流域为例

传统的水文干旱指数是在一致性条件下确定的,而在非一致情况下水文干旱指数的识别精度受到质疑。特别是当全球气候发生剧烈变化的时候,应用合适的干旱指数可以增加干旱预警的精确度。一般在非一致情况下,通常会认为干旱指数的概率分布参数服从时间或者其他协变量的线性或者非线性变化。因此以玛纳斯河流域肯斯瓦特站为例,构建以时间为协变量的GAMLSS模型,建立非一致情况的标准化径流指数SRI_ns,并对比分析,讨论其适用性。结果表明：① 肯斯瓦特站1957—2014年期间,径流量的变化趋势比降水和气温的变化趋势更为明显,径流发生明显变化主要集中在秋季和冬季,降水全年各月的变化趋势不明显,气温则在春季和夏季变化较剧烈。② 通过对比研究区1957—2014年内有历史资料记载的历史干旱事件,SRI_ns对于研究区干旱事件的识别更准确,SRI_ns识别的严重干旱和极度干旱事件的发生频率要比SRI_s高。③ 通过游程理论识别出干旱特征变量,将干旱特征变量采用均匀分布随机化处理可以提高干旱历时序列的拟合精度。干旱特征变量序列的最优分布均为对数正态分布。④ SRI_ns和SRI_s的干旱特征变量的二维联合分布的最优Copula函数均为joe函数。通过对比干旱特征变量二维联合概率和重现期,SRI_ns可以缩小风险区间,增加干旱风险预警的精度,因此更适用于该研究区的干旱预测与风险评估。     

中国入境旅游城市合作网络时空格局及驱动因素

基于1997—2017年中国60个城市入境旅游经济发展数据,辅以修正的引力模型和社会网络分析方法,系统分析了中国入境旅游城市合作网络时空格局,并借助二次指派程序方法对合作网络演变的驱动因素进行探讨。结果表明：① 中国60个入境旅游城市合作网络强度逐渐增强,国家层面合作网络结构逐渐显现,合作强度前5名的分别为广州—深圳、北京—上海、北京—天津、上海—苏州和上海—深圳。② 整体网络特征上,网络密度逐渐增加,整体网络通达度在提升,城市“领导者”地位在下降,网络整体均衡性在提升,且中国东、中、西三大地区间差异显著,东部地区城市合作最紧密,西部地区城市次之,中部地区城市紧密度最小。③ 个体网络特征上,将中国入境旅游城市分为外向型、内聚型、均衡发展型和孤立型4类,且权力角色上呈核心领导者、次核心领导者、一般合作者和边缘合作者的“核心—边缘”分布格局。④ 地理空间邻近性、旅游资源差异、旅游接待能力差异、城市规模等级和旅游交通情况的相近性对网络提升具有显著影响,对外经济贸易差异对中、西部地区城市旅游合作的影响是正向的,而对整体网络和东部网络的影响是负向的。     

气候变化和物候变动对东北黑土区农业生产的协同作用及未来粮食生产风险

东北黑土区是中国重要的粮食生产基地,也是中国气候变化最敏感的地区之一。然而,气候变化背景下东北黑土区气候及物候变化对农业生产力的综合影响并不清晰,未来农业生产风险评估的定量化程度不够,风险等级制定缺乏依据。本文借助遥感产品、气候资料和模拟数据等资料,综合运用多元线性回归、相关分析及干旱危险性指数等方法,探究东北黑土区作物物候动态及其气候响应特征,辨识气候与物候变化对农业生产的复合效应及未来可能风险。结果表明：① 2000—2017年东北黑土区29.76%的区域作物生长季开始期呈显著延后趋势,16.71%的区域作物生长季结束期呈提前态势,生长季开始期受气温的影响范围广,且滞后时间长;生长季结束期与前期气候变化关系更加密切,且带状差异性响应格局尤其明显。② 气候变化和物候期改变对作物生产的解释能力较生长季同期气候变化的解释能力增加了70.23%,解释面积扩大了85.04%。③ RCP8.5情景下东北黑土区粮食总产量呈现上升趋势,粮食生产风险表现出“南增北减”的演变特征,风险区面积不断扩大,全球温升2.0 ℃时,松嫩黑土亚区南部粮食减产量可能达到10%。研究有助于深入认识气候—物候—作物生产的关联机理及未来粮食生产风险,对制定气候变化应对策略,保障国家粮食安全具有重要意义。     

多灾种时空耦合网络构建：从多维网到单顶点网

基于1970—2017年秦岭南北72个站点气象数据,以“地理时空分析-小波相干分析-时空耦合网络”为方法框架,对秦岭南北干旱-热浪时空耦合特征进行分析;进而以干旱-热浪时空耦合网络为基础,完善时空网络连边规则,拓展单顶点网分析方法,再认识多灾种时空耦合的群聚群发效应。结果表明：① 全球变暖背景下,秦岭南北降水模态逐渐由20世纪80年代雨涝主导向干旱主导转变,同时热浪在2010年前后经历第2个谷值期后快速增加,加剧了区域干旱-热浪耦合风险。② 秦岭南北干旱-热浪变化具有同步性,但是不同时段显著周期存在差异。其中,在20世纪70—80年代初,秦岭南北干旱-热浪4~8 a周期同步减弱,并向低频2~4 a周期转变;后期同步耦合增强时段有2个,分别是1995—2002和2012—2017年。在空间格局上,秦岭以北和汉江谷地为秦岭南北干旱-热浪耦合影响关键区域,而丹江口水库附近、嘉陵江流域、秦岭南坡中段为干旱-热浪耦合波动区。③ 在研究方法上,地理时空分析为秦岭南北干旱-热浪时空耦合提供基本事实判断,小波相干可定量干旱-热浪多时间尺度耦合关系,多灾种时空耦合网络可解释多灾种“平静-爆发”现象,识别干旱-热浪耦合稳定区和波动区,三种方法相辅相成,初步形成面向多灾种时空耦合分析方法体系。     

地理学视角的干旱传播概念、特征与影响因素研究进展

从地理学视角理解干旱传播时空维概念内涵,沿着“概念界定—特征量化—过程描述”这条主线全面揭示干旱传播特征、模式与机制及其研究现状,对于深刻理解干旱发展始终全过程中干旱演变过程与驱动因素具有重要的理论意义。论文首先从地理学时空完备性进行干旱传播概念界定;分析干旱传播的时空两维特征并归纳其研究思路与方法;探究干旱传播的主要影响因素;并归纳出基于“特征—过程—机制”的干旱传播研究框架与展望。通过梳理国内外文献并综述表明,干旱传播具有时空维概念与特征,其主要受下垫面因素(水系特征)、气候变化与人类活动(土地利用行为)控制。目前,干旱传播主要集中于干旱传播时间维度上的滞后性特征及传播概率研究,在探索其空间维度特征、演绎干旱传播过程并揭示其驱动机制方面尚有不足。揭示气象干旱、水文干旱、农业干旱至社会经济干旱形成与演变的过程机制和规律是干旱研究的重要内容,是制定高效的御旱抗旱措施的首要前提,从地理学视角揭示干旱传播概念内涵并探究其特征与过程机制应是干旱研究的题中要义。     

挠力河流域水稻生育期水分供需特征研究

基于MODIS遥感序列数据、常规气象数据、水稻生育期资料,利用区域遥感蒸散模型和水分盈亏评价模型,从栅格尺度揭示挠力河流域水稻生育期水分供需特征及水分盈亏状况.研究发现:①全生育期的需水均值和降水均值分别为673.88 mm和291.81mm,且各生育期的水分供需态势存在较大差异.中期的有效降水量与需水量分别占全生育期...     

长江经济带城市高铁枢纽接驳—集疏运绩效空间分异及机理

作为长江经济带综合立体交通走廊建设的关键环节,交通枢纽是推动长江经济带发展的基础保障。高铁枢纽承载着“时空压缩最后一公里”效应,是构筑高效便捷的现代化综合交通体系的关键。首先诠释了高铁枢纽“时空压缩最后一公里”效应原理,其次构建高铁枢纽接驳—集疏运绩效指标体系,进而对长江经济带37个城市高铁枢纽的接驳—集疏运绩效进行测度,并分析绩效空间分异特征,最后揭示高铁枢纽接驳—集疏运绩效的影响机理。结果显示：① 长江经济带高铁枢纽接驳—集疏运绩效等级分异呈“橄榄型”结构,即优质绩效和一般绩效的高铁站数量较少,良好绩效和中等绩效的高铁站数量较多;② 地带分异呈“东高西低、北高南低”格局,而城市群分异则呈“核心高、边缘低”格局,且9个评价指标值空间差异明显;③ GDP、城镇化率、城市等级、车站客流量和发送班车次数是影响高铁枢纽接驳—集疏运绩效的关键驱动因子;同时,优质、良好、中等和一般等不同等级绩效的关键驱动因子存在显著差异。     

陇中黄土高原区旱地春小麦产量对干旱胁迫响应的模拟研究

为进一步探明陇中黄土高原区旱地春小麦产量形成对不同干旱胁迫的响应机制,依据甘肃省定西市安定区凤翔镇安家沟村2016—2018年大田控水试验数据以及定西市安定区1971—2018年气象数据,验证农业生产系统模拟(Agricultural production systems simulation,APSIM)模型模拟不同...     

辽宁省春玉米全育期的气候适宜度及年景评估

为评价气候变化对玉米生长的影响,以辽宁省为例选取1969—2018年18个气象站点的逐日实测气象数据,利用模糊数学法建立春玉米气候适宜度评估模型,以地理信息技术为依托,探究春玉米气候适宜度的时空特征,并在此基础上进行玉米气候年景的综合评估。结果表明：① 辽宁省春玉米全生育期内日照、温度、降水适宜度波动幅度较大;然而春玉米种植气候适宜度的空间差异性较弱。② 春玉米各生育期气候适宜度由高到低为：出苗期>开花期>成熟期>播种期。全生育期温度适宜度最高,日照适宜度次之,降水适宜度最低。③ 春玉米播种期、出苗期、开花期和成熟期的气候适宜度最高值分别出现在辽阳、葫芦岛、营口和铁岭。④ 春玉米气候年景准确率达64%,表明该评估方法可以较为准确地反映气候年景。近50 a辽宁省春玉米偏好的年景有4个年份（1971、1979、1993、1998年）,较差的有1969年（4.98%）及1973年（5.59%）。     

基于相对湿润度指数的西北地区春季第一场透雨研究

目前西北四省区春季第一场透雨标准的确定主要来自业务人员长期的工作经验积累,针对此,利用陕西、甘肃、青海、宁夏249个气象站1960—2016年的日资料,通过分析西北地区相对湿润度指数,结合潜在蒸散特征,确定了春季第一场透雨阈值.与已有研究相比,本方法充分考虑了研究区各地相对湿润度指数的气候特征与各地的能量及水热平衡,理...     

西北地区农业旱灾与预测研究

西北地区干旱灾害在中国乃至世界上具有代表性,常常对农业生产、社会经济和人民生活带来巨大威胁。利用西北五省区(陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆)1951～2000年的50年农业旱灾面积统计资料,分析了农业旱灾的时空强度变化。表明西北地区农业旱灾有增加趋势,以20世纪90年代增加最明显。利用西北地区均匀分布的40个站点50年的降水和气温资料,采用变换的Z指数法,探讨了干旱强度和地表径流量的时间变化与西北地区农业旱害的关系。表明降水量的减少及河川径流枯期与农业旱灾面积负相关关系密切。应用波谱分析与逐步自回归方法,分别建立了西北地区干旱指数的拟合回归预测模型,农业旱灾面积、成灾面积和绝收面积预测模型,并对西北地区干旱灾害的趋势进行了预测。表明西北地区干旱灾害在21世纪前十年有所减缓。经检验,模型预测效果良好,根据预测结果可以采取有针对性的减灾措施,减少西北地区农业灾害损失。     

基于SPEI法的陇东地区近50 a干旱化时空特征分析

选取陇东地区近50 a平均逐月降水和气温数据,采用Mann-Kendall方法、反距离加权插值（IDW）、功率谱分析、标准化降水蒸散发指数（SPEI）等方法分析了陇东地区近50 a来干旱变化的时空特征。研究显示：近50 a来陇东地区干旱化趋势非常明显,特别是20世纪90年代以来干旱趋势显著。持续干旱事件次数增多,持续干旱累积时间增长,以春夏连旱、伏秋连旱的次数增多为显著特征。发生干旱的周期在不同的时间尺度上表现不一致,随着时间尺度的增长,干旱出现的周期也在变长。干旱发生频率不断加快,尤其是在20世纪90年代以来,极端干旱事件的频率显著上升。近50 a来干旱频率较高的区域在环县西北部和六盘山以西静宁等地,干旱高频区逐步向中南部和东部转移。通过与其他方法对比分析和历史资料比对,证明SPEI在陇东地区有较好的适用性。     

基于多源遥感数据的甘肃省农业干旱研究

干旱是农作物生长发育的主要环境胁迫因子,也是制约农业丰产丰收的关键自然要素。农业干旱监测通常基于气象站点观测数据,这在一定程度上难以反映区域尺度的农业干旱状况。以甘肃省为研究区,基于MODIS、TRMM、ESA CCI等遥感数据产品和气象站点数据,利用随机森林回归模型构建综合气象干旱指数（CMDI）,并对甘肃省2011—2019年农作物生长季（4—9月）旱情时空格局及变化规律进行分析。结果表明：（1）CMDI与实测值的决定系数（R2）在各月均高于0.634,且与标准化降水蒸散发指数（SPEI）在空间上具有一定的相关性,表明该指数可反映农业干旱的发生发展过程。（2）甘肃省农业干旱呈现明显的地域分异规律,干旱程度由东南向西北逐渐加重,其中河西地区多为特旱区和重旱区,陇中地区为重（中）旱区,陇南、陇东、甘南地区为干旱-无旱波动变化区。（3）2011—2019年甘肃省农业干旱在年、月尺度上均呈现较大的波动趋势,其中2012年干旱程度最轻,2017年则最为严重;甘肃省大部分地区在4月和6月,陇东、陇南地区分别在5月和9月以及甘南地区4—9月农业旱情有所减轻外,其余地区在农作物生长季的旱情呈加重趋...     

1960—2016年黄土高原干旱和热浪时空变化特征

基于1960—2016年黄土高原49个气象台站日最高气温和月降水数据,论文利用百分位高温阈值和标准化降水指标对黄土高原干旱和热浪时空变化特征进行了分析,识别并探讨了干旱和热浪同时发生事件的演变规律。结果表明：① 黄土高原热浪频次整体呈增加趋势,日高温热浪增加趋势最大,增速达到0.29次/a,1995年之后增加趋势更为明显,显著增加区域集中在山西东北部、青海省东部和甘肃中南部;② 1960—2016年黄土高原旱涝指数呈下降趋势,即表现为由涝转旱,20世纪90年代初为旱涝变化的转折点,年旱涝指数下降趋势显著区占整个研究区的62%,其中黄土高原沟壑区南部、陕北南部、山西南部、甘肃东部干旱趋势较为明显;③ 干旱和热浪同时发生事件总体呈现增加趋势,增速为0.66次/10 a,其中1960—1979年呈下降趋势,降速为-0.26次/a,1980—2002年呈增加趋势,2003年之后变化趋势较为平稳;空间上,山西东部、陕北南部和甘肃东南部发生频次较高,并且显著增加区主要位于山西东北部、甘肃中东部和宁夏北部。     

西北地区伏期干旱特征及影响因子分析

利用西北的甘肃、宁夏、青海、新疆四省(区)140个气象观测站1971—2000年的伏期（7—8月）总降水、蒸发资料计算湿润指数,用REOF方法对伏期干旱的时空特征进行了分析,选取5个典型干旱和湿润的年份,利用NCEP/NCAR再分析资料对比了干旱和湿润年份的500 hPa高度、700 hPa 湿度、SST和OLR的距平场特征。结果表明:西北干旱具有一致性,西北地区东部区、青海西北部及甘肃河西区、南疆区和北疆区是西北伏期干旱的异常区域。20世纪70年代前期、90年代后期干旱明显,80年代较湿润。干旱年中国北方的环流形势为西高东低,冷空气活动在西伯利亚,新疆高脊强盛, 西太平洋副热带高压较弱,700 hPa湿度距平场青藏高原中部、西亚及西太平洋为负,SST距平场太平洋北部和西太平洋为负,赤道太平洋为正,OLR距平场中国北方、印度半岛和西太平洋为正距平,而且印度半岛的正距平比湿润年份高。湿润年欧亚500 hPa高度距平场呈西正东负的分布,乌拉尔山脊强盛,东亚槽深,中国大陆700 hPa湿度为正距平场,水汽最大中心位于青藏高原,SST距平场太平洋北部和西部为正距平,日本、太平洋中部和赤道为负,OLR距平场中国大陆以负距平为主,中心位于甘肃中部和南疆盆地。     

1971——2010年中国西北地区秋季降水变化特征

本文采用1971—2010年9—11月逐月NCEP/NCAR再分析数据和国家气候中心全国台站资料,通过常规统计分析、趋势分析、Morlet小波变换、M-K 检验以及奇异值分解,对中国西北地区秋季降水量与降水日数两个方面进行了较为详细的分析,得到了较为全面的中国西北地区秋季降水时空分布特征,并分析了500 hPa环流异常对其可能的影响。结果表明：1971—2010年间西北地区秋季降水量与降水日数均为上升趋势,相对来说,秋季降水日数在这40年间的变化趋势更为显著;西北地区秋季降水量及降水日数整体呈现出增加的趋势,主要是受青海、甘肃两省大部分站点的降水量及降水日数明显增多引起的;西北地区秋季降水量、降水日数变化幅度较大区主要位于青海东南部与陕西南部;降水日数在未来将会有减少的变化趋势;500 hPa东高西低的异常环流形势越明显,甘肃东南部、宁夏、陕西大部秋季降水量越大,北高南低的异常环流形势则在中国西北地区大部易造成秋季降水量偏多。     

吉林省西部玉米生产水足迹研究

玉米是吉林省西部的主要农作物,通过在吉林省西部开展玉米大田试验,探讨在相同的土壤及农田管理条件下,不同试验年份玉米生产需水及水分来源的变化规律,通过比较分析玉米生产水足迹的动态变化,实现水资源的合理利用,保护生态环境,促进农业的可持续发展。3 a大田试验的研究结果表明,玉米生产水足迹以绿水足迹为主,占80%以上,蓝水足迹不足1%,灰水足迹介于10%～20%之间。而在绿水足迹中,降水较充足的年份,有效降水足迹占70%以上,一般干旱年份有效降水足迹占一半,极端干旱年份有效降水足迹则只占30%,这将对土壤水分平衡带来不利影响。3a中,单位质量玉米蓝水量约0.005～0.006 m3/kg,占单位质量玉米需水量的比例低于1%;单位质量玉米绿水量为0.559～0.839 m3/kg,占单位质量玉米需水量的99%以上;单位质量玉米灰水量为0.099～0.122 m3/kg。通过对玉米生产水足迹的研究,明确了绿水在吉林省西部雨养农业粮食安全中的重要地位。