1961—2017年北疆初终霜日及霜期时空变化特征

利用1961—2017年北疆37个地面气象站逐日最低气温观测资料,结合常规气象统计方法,分析北疆地区初、终霜日和霜期的时空演变特征。结果表明:(1)北疆平均初霜日以2.2 d·(10a)^-1速率推迟;平均终霜日以1.7 d·(10a)^-1速率提前;平均霜期以3.9 d·(10a)^-1速率缩短;初、终霜日和霜期的主周期均为2 a左右。(2)北疆霜期缩短趋势较大(小)的地区,能较好的对应其初霜日推迟、终霜日提前较强(弱),伊犁州、塔城地区北部及东天山东北部霜期的缩短趋势最为显著,博州至天山北坡一线居中,阿勒泰地区霜期的缩短趋势最弱。(3)北疆大部分地区初霜日的变化趋势与海拔高度有很好的相关性,其初霜日的推迟速度随海拔高度的增加而减小,垂直递减率为-0.077 d·(a·km)^-1;秋季气候变暖是初霜日推迟的主要原因,春、秋季气候变暖同时影响霜期缩短,且秋季的影响更大。     

近40 年山西省初终霜日的变化特征

利用山西省境内分布较为均匀的52 个地面气象站1970-2009 年的霜日观测资料,采用线性倾向估计法、累积滤波器法结合非参数统计检验方法分析了初终霜日的基本特征及其变化趋势;利用M-K法分析了霜日的突变特征。结果表明：初霜日、终霜日的出现以及无霜期的长短与地理因素密切相关,随着纬度逐渐偏北、海拔逐渐升高,初霜日提前、终霜日推后、无霜期缩短。从全省平均情况看,初霜日呈现显著的推后趋势,无霜期呈现显著的延长趋势,而终霜日的变化则以波动为主,线性变化趋势不显著。从突变检测情况看,初霜日、终霜日和无霜期在40 年间均存在一次明显突变,初霜日的突变点出现在2000 年,终霜日和无霜期的突变点出现在1997 年。从变化趋势的空间分布看,初霜日显著推后的区域大片集中在晋中东部、吕梁北部和忻州西部,以及分散在运城南部、临汾西北部和大同南部。终霜日显著提前的区域位于晋中东部山区、吕梁山东部和忻州西部。无霜期显著延长的区域位于西北部黄河沿岸、省境中东部和运城南段。变化趋势为初霜日提前、终霜日推后和无霜期缩短的区域未通过显著性检验。     

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。     

青藏高原大通河流域径流变化归因分析

大通河流域地处青藏高原东北部边缘,生态环境敏感脆弱,开展变化环境下水资源演变、归因研究对保护区域水生态环境,保障水生态文明建设具有十分重要的意义。采用线性倾向估计、集中度、集中期、有序聚类检验、小波分析等统计方法,分析了流域径流的年际变化、年内分配、周期和突变变化特征,基于累积量斜率变化率法和双累积曲线定量评估了气候因素和人类活动对径流变化的影响。结果表明：(1)近60 a大通河流域气候暖湿化明显,年平均气温、降水量、潜在蒸发量增幅分别为0.42℃·(10a)^-1和8.9 mm·(10a)^-1、5.6 mm·(10a)^-1,年径流呈减少趋势,倾向率0.67×108m3·(10a)^-1。(2)径流集中度和不均匀系数呈微弱下降趋势,枯季径流增加趋势明显,年内分配更趋于均匀,集中期有推迟趋势,延迟速率为3.0 d·(10a)^-1。(3)年径流在44 a左右尺度上周期震荡明显,突变发生在1990年,突变后径流量减少3.52×108m3,流域冰川分布呈减小趋势,植被覆盖无显著变化。(4)...     

1980—2020年渭河流域高温热浪时空变化特征

基于1980—2020年渭河流域24个气象站点逐日最高气温数据,利用Sen+Mann-Kendall趋势分析方法,研究了渭河流域近40 a来高温热浪的时空变化特征。结果表明：(1)渭河流域高温日数多年平均值为3.54 d,且以约1 d·(10a)^-1的速率呈极显著增加趋势,渭河流域年均高温日数呈现西北少、东南多的空间分布特征,以关中平原站点高温日数增加趋势最为显著。(2)高温初日最早时间在4月下旬,高温终日最晚时间在9月上旬,渭河流域大部分站点高温初日呈显著性提前,提前天数约3～5 d·(10a)^-1,接近一半的站点高温终日呈显著性推迟,推迟天数约3 d·(10a)^-1,说明渭河流域受到高温影响的总时间变长了。(3)渭河流域重度高温热浪发生次数占比为10.32%,说明每10次事件中至少有1次是重度高温热浪,不同等级高温热浪频次较高的站点和持续时间较长的站点都位于渭河流域东南部的关中平原,说明关中平原是渭河流域高温热浪的重心。(4)不同时段高温热浪强度整体呈显著上升趋势,未来强度可能还会进一步加剧,这对渭河流域人类健康和工...     

2000—2020年中亚大型湖泊湖冰物候时空变化

湖冰物候变化特征是区域气候变化的敏感指示器之一。近几十年来,由于全球变暖和人为活动的影响,中亚地区的气候发生了显著变化,准确监测湖冰物候对于了解中亚地区气候变化具有重要的科学意义。通过对中亚地区7个大型湖泊(卡拉库尔湖、巴尔喀什湖、咸海、阿拉湖、斋桑泊、查蒂尔-科尔湖以及马卡科尔湖,面积>100 km²)2000—2020年的长期地表反射率数据、气象数据以及湖泊资料的综合分析,利用GIS相关技术探讨其湖冰物候特征及其影响因素。结果表明：(1)中亚地区的湖泊在9月中旬至11月上旬期间开始结冰,11月底到12月底会完全封冻,湖泊平均冻结时间为35 d;湖冰在3月底至5月中开始消融,4月上至6月上会完全消融,湖泊平均消融时间为18 d。(2)2000—2020年中亚7个湖泊中有5个湖泊开始冻结日期呈现延后的趋势,平均延后速率为4.86 d·(10a)^-1,巴尔喀什湖开始冻结日期呈现提前趋势,提前率为1.44 d·(10a)^-1。完全消融日期呈现提前的趋势,平均提前率为2.90 d·(10a)^-1。7...     

1960-2013年南北疆风速变化特征分析

利用较为均匀分布在新疆的45个气象站1960-2013年平均风速数据,通过气候趋势分析、气候突变分析、Morlet小波分析、Pearson相关分析等方法,研究近50 a来南北疆平均风速变化特征,结果表明：（1）1960-2013年南北疆地区年平均风速分别以0.15 m·s^-1·（10 a）^-1和0.14 m·s^-1·（10 a）-1的速率显著降低,1960-1990年南北疆年均风速分别以0.21 m·s^-1·（10 a）和0.18 m·s^-1·（10 a）^-1速率降低;1991-2013年北疆以0.01 m·s^-1·（10 a）^-1的速率下降,而南疆却以0.17 m·s^-1·（10 a）^-1的速率上升,各季节风速变化趋势与年序列相似。（2）四季中,南北疆的年递减率均是夏季最为显著,北疆是冬季变化不明显,而南疆其余各季节相差不大。（3）从空间分布上显示,北疆各站点总体较南疆明显,低海拔区递减幅度较大。（4）风速的长期变化具有一定的突变性,南北疆的平均风速均在1980年前后出现明显的突变点,从各季节平均风速来看,北疆春、夏、秋季突变出现的时间稍早于冬季,南疆春季突变出现的时间稍早于夏、秋和冬季。（5）Morlet小波分析结果显示,南北疆风速变化均存在4 a、8 a及15～20 a左右的变化周期,春夏秋冬各季节表现出强弱不一致,体现出季节性变化。（6）城市化发展对风速的变化产生了一定影响,但不是风速显著下降的主要原因,大气环流变化和气候变暖才是造成风速减小的可能原因。     

1960-2015年新疆塔什库尔干河谷季节性冻土对气候变化的响应

利用1960-2015 年新疆塔什库尔干河谷季节性冻土的冻结始日、冻结终日、年冻结日数、年累积冻土厚度、最大冻土深度等特征指标资料,采用气候倾向率、气候突变、气候变化趋势的持续性等方法,分析近56 a该地区季节性冻土的年际、年代际变化特征。研究发现：（1）在全球变暖的背景下,1960-2015 年新疆塔什库尔干河谷气温变化亦呈上升趋势,升温趋势的持续性较强,升温幅度0.03 ℃·a^-1、0.29 ℃·（10 a）^-1、0.74 ℃·（30 a）^-1。（2）在1960-2015年期间,该地区季节性冻土呈退化趋势,具体表现为;冻结始日推迟,冻结终日提前,年冻结日数减少,年累积冻土厚度减小,最大冻土深度减小。（3）在1960-2015年期间,该地区季节性冻土持续退化趋势持续性强。（4）1960-2015 年新疆塔什库尔干河谷季节性冻土对气温变暖的具体响应呈现为退化状态。（5）按气候升温率Gt;0.034~0.046 ℃·a^-1 计算,在气候变暖背景下,该地区季节性冻土到2050 年（较2000 年）的冻结始日将推迟12~15 d、年冻结日数将减少21~27 d、年累积冻土厚度将减少36.3%~46.7%。     

近50年中国温带季风区植物花期春季霜冻风险变化

中国温带季风区是我国重要的农业区,春季霜冻常对该地区的植物造成严重的损害。本文利用“中国物候观测网”12 个站点的物候观测数据和对应站点气象资料,应用物候模型方法,对1963-2009 年各站点的霜冻频次和多种木本植物的始花期进行了分析,并对植物在花期的霜冻风险进行了评估。结果表明,1963-2009 年,研究区内东北地区和华北地区的始花期分别以-1.52 天/10a (P < 0.01) 和-2.22 天/10a (P < 0.01) 的速度提前。在同一时段,研究区春季霜冻日数显著减少,终霜冻日显著提前。综合考虑花期和霜冻频次的变化,霜冻风险指数,即木本植物花期受到霜冻的物种数占调查总数的百分比,在东北地区以-0.37%/10a 的速度降低(不显著);而在华北地区,霜冻风险指数则以-1.80%/10a 的速度显著下降(P < 0.01)。这表明过去半个世纪研究区植物花期霜冻风险在降低,且存在显著的区域差异。该结论可为农业和森林管理者制订应对春季霜冻害的决策提供参考。     

新疆塔城地区极端气温变化特征及其影响因子分析

利用塔城地区7个国家气象观测站1961—2018年逐日气温资料,选用国际通用的10个极端气温指数,分析塔城地区极端气温的时空变化特征及其影响因子。结果表明:(1)塔城地区极端气温指数暖化趋势明显,最低气温极低值以0.97℃·(10a)^-1的倾向率显著升高,最高气温极高值以0.09℃·(10a)^-1的倾向率不显著升高;冷昼、冷夜、霜冻、冰冻日数分别以1.75、5.24、4.07、1.84 d·(10a)^-1的趋势减少,暖昼、暖夜、夏季、热夜日数分别以1.79、5.89、2.18、2.08 d·(10a)^-1的趋势显著增加;选取的10个极端气温指数未来变化趋势均与过去58 a趋势相同,且持续性较强。(2)冷指数与暖指数变幅表现出明显的不对称性,最低气温极低值变幅大于最高气温极高值,夜指数的变幅大于昼指数;大部分极端气温指数表现为地区北部的变暖幅度大于地区南部。(3)最低气温极低值、冷昼、冷夜在20世纪80年代初期发生暖突变;暖昼、暖夜、夏季、热夜、霜冻在90年代中期发生暖突变。(4)整体上来看,大气环流变化对冷指数的影响高于暖指数,其中冷昼、冷夜、霜冻、冰冻日数与冬季北半球、亚洲极涡面积指数正相关,与太平洋、北美、大西洋欧洲区极涡面积及欧亚、亚洲经向环流指数正相关,与欧亚、亚洲纬向环流、西藏高原指数负相关;暖昼、暖夜、夏季、热夜日数与夏季北半球、西太平洋副热带高压面积及西藏高原指数正相关。(5)冷、暖指数受大西洋、热带太平洋地区海表温度变化的影响存在差异;夜指数比昼指数对海表温度的响应更明显。     

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.     

黄河流域植被净初级生产力时空特征及自然驱动因子

植被净初级生产力（NPP）是陆地生态系统的关键指标,是地表碳循环的重要组成部分,能够用来较客观地评价生态系统变化及其可持续性。利用MOD17A3HGF数据、土地利用数据、气象数据、地形数据,应用变化趋势分析、相关性分析及地理探测器模型等方法,探讨了2000—2019年黄河流域NPP（以C计量）时空格局及演变特征,并对影响NPP的自然因子进行量化研究。结果表明：（1）2000—2019年黄河流域植被NPP整体呈极显著上升趋势（）。流域平均年NPP为281.39 g·m^-2,变化范围为270—347 g·m^-2,增速为5.75 g·m^-2·a^-1。流域NPP显著增加的区域占整个流域面积的99.53%,空间分布呈西北低东南高的趋势。（2）不同土地利用类型的植被NPP年平均值差异较大,林地是对该区域植被NPP贡献最大的土地利用类型。（3）NPP与海拔之间存在一定相关性,NPP与气温、降水显著正相关的区域分别占总面积的23.20%和44.17%,自然驱动因子中海拔、气温及降水对植被NPP的驱动作用差异明显,降水>气温>海拔,各因子之间的交互作用均为双因子增强。     

博州气候暖湿化中若干其他气候特征的变化

 博州（博尔塔拉蒙古自治州的简称）作为北疆暖湿敏感区之一,许多与农事活动有关的气候现象以及风能、太阳能等气候资源发生了变化:≥0℃、≥10℃积温显著增加,主要营养生长期气温升高,延迟性低温冷害强度降低,阶段性低温减少;终霜与10℃活动积温初日提前,初霜与10℃活动积温终日推后;冬暖使得采暖成本降低,蔬菜大棚生产规模扩大,冬作物与牲畜安全越冬得以提高,冬季水电发电量得以保障;博乐市第一场透雨推后,透雨次数减少,干旱化趋势增加,同时山区日降水量达12 mm以上的降水次数增加,洪灾增加;冬季河谷日降水量达3.0 mm以上的中量降雪频次增加,山区稳定积雪期缩短;各地风灾频次减少,年平均风速、年日照时数显著减小、减少。作物营养生产期（5—8月）内,博乐气温日较差显著减小,温泉日照时间显著减少。对农业生产而言,这些气象要素的变化似乎总体利多于弊,对风能、太阳能开发利用而言,则反之。     

渭河与泾河流域水沙变化规律及其差异性分析

依据渭河和泾河流域1956—2016年实测水文资料、水利水保统计数据、TerraClimate年平均温度和Landsat地表反射率数据集,分析了流域水文要素、气温及植被覆盖度的历年变化规律,采用双累积值曲线法、累积距平法、有序聚类法、Lee-Heghinan法、秩和检验法等数理统计方法,确定了流域年径流量和年输沙量变化的突变年份,分析了降水和人类活动的减水减沙效应。结果表明:(1)渭河和泾河流域历年降水量、径流量、输沙量、含沙量均呈显著减少趋势,渭河流域的降水和径流比泾河流域减少较多,泾河流域的泥沙比渭河流域减少较多。(2)人类活动对2个流域径流泥沙量的影响均大于降水量对其的影响,且泾河流域受人类活动影响较渭河流域明显。(3)2个流域的水沙特征差异性较大,渭河的年径流量、年径流深、径流系数是泾河流域的2.0~2.4倍,渭河的年输沙量、年输沙模数、年均含沙量仅是泾河流域的1/2~1/5。2个相邻流域水沙特征差异性较大的主要原因是,流域气温、降水等气候条件不同,植被覆盖度等下垫面条件存在差异,水利水保措施、水资源开发利用程度等人类活动的影响所致。     

近50年山西终霜冻的时空分布及其影响因素

利用山西62 个气象观测站1961-2010 年的逐日最低地温资料,分析了山西终霜冻的时空分布特征,结果表明：（1）山西近50 年平均终霜冻日为4 月12 日,总体上呈现南部早北部晚的规律,但具体分布还受地形及地理位置的影响;平均终霜冻日与纬度和海拔高度均呈显著的正相关,且纬度对平均终霜冻日的影响要大于海拔高度。（2）M-K突变检验表明,大部分站点的终霜冻日都发生了显著的气候突变,突变时间在1975-1996 年之间;突变年份与海拔高度和纬度均为负相关,且与纬度的相关程度比海拔高度更为密切。（3）山西近50 年终霜冻变化趋势的分布具有明显的区域差异,提前幅度较大的地区主要位于中西部和南部的广大地区,推后幅度较大的地区集中在西北部以及中东部;变化趋势与海拔高度和纬度均为负相关,海拔高度对变化趋势的影响大于纬度。（4）山西正常终霜冻的出现概率为54%~74%,出现概率最大的地区位于东南部以及北中部等地;偏晚终霜冻出现概率为2%~22%,北部和东南部是偏晚终霜冻出现概率最大的地区;特晚终霜冻的出现概率为14%~36%,出现概率较大的地区集中在北中部和中西部。（5）海拔高度与偏晚终霜冻发生概率呈负相关关系,纬度与特晚终霜冻发生概率呈正相关关系;纬度、海拔高度与正常终霜冻发生概率的相关都不密切;纬度对不同程度终霜冻发生概率的影响要大于海拔高度。     

印度河流域气温、降水、蒸发及干旱变化特征

基于印度河流域及周围54个地面气象站气温、降水资料,结合CRU气温和GPCC降水全球格点化陆面再分析资料,通过插值构建了一套0.5°×0.5°分辨率1980—2016年逐月格点数据集。采用Thornthwaite方法计算了潜在蒸散发,基于标准化降水蒸散指数（SPEI）,探讨了印度河流域气候变化及干旱演变特征。结果表明：（1）1980—2016年,印度河流域年平均气温以0.30℃·（10 a）^-1的速率呈显著上升趋势,21世纪初增温幅度最大;干季（11月~次年4月）升温速率较快,达0.36℃·（10 a）^-1,湿季（5~10月）增速0.25℃·（10 a）^-1。年降水量呈现少雨—多雨—少雨—多雨年代际振荡。伴随着持续升温,年和各季的潜在蒸发量增加显著。干季干旱频率较多,但湿季干旱强度高,各季干旱频率与降水呈现较一致的年代际波动;干旱的影响面积在干季呈现微弱地增加趋势,湿季却略有减少趋势。（2）空间上,除西北局部,流域其他区域的年和季平均气温、潜在蒸发量增加趋势显著,均达到95%置信水平。其中南部平原和东北山区升温幅度较高,南部平原区潜在蒸发量增加也较大。新德里到喀布尔的东南至西北带状区域的年和湿季降水量,以及喀布尔周围地区的干季降水量呈显著增加趋势。东南平原区和东北局部山区的干季,以及东北和西南局部山区的湿季呈现显著的干旱化态势,需要加强防灾减灾的意识并采取相应措施,以规避干旱增多带来的不利影响。