1901—2014年黄土高原区域气候变化时空分布特征

气候变化对黄土高原地区环境与经济影响重大,研究其在小地理尺度上的时空变化趋势对该区应对全球气候变化制定适应性策略有重要意义。论文基于CRU 1901—2014年逐月气候数据集,利用Delta空间降尺度方法对该数据集在黄土高原地区进行降尺度处理并评价,最后采用距平、Mann-Kendall趋势检验和Sen’s斜率估计方法分析该区历史时期气候变化的时空分布特征。结果表明：1）使用Delta法将分辨率为0.5°×0.5°的月降水量和月均温数据降尺度到分辨率为1 km×1 km的网格上是可行的,其中线性插值法最适合该区降尺度过程。2）1901—2014年该区年降水量年际变化趋势不显著,但年均温以0.1 ℃/10 a的速率显著上升;与气候平均值相比,20世纪60年代为相对湿冷期,80年代以后为相对干暖期;年降水量在该区西部地区（面积占3.05%）以0.24 mm/10 a~3.52 mm/10 a的速率显著增加,年均温在西部以外地区（面积占91.30%）以0.02 ℃/10 a~0.17 ℃/10 a的速率由西南向东北显著上升。3）1981—2010年黄土高原西部地区（面积占92.02%）相比气候平均值变干变暖,西部以外地区（面积占7.98%）变湿变暖;年降水量只在民和及其以南极少数地区（面积占0.05%）以17.25 mm/10 a~27.93 mm/10 a的速率显著增加,年均温在西部以外地区（面积占87.61%）以0.23 ℃/10 a~0.71 ℃/10 a的速率显著上升。上述研究结果可为该区在制定应对全球气候变化策略时提供科学依据。     

1961—2014年中国干燥度指数的时空变化研究

论文采用中国1961—2014年530个气象站数据,运用FAO-56 Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发量,并结合降水量计算中国1961—2014年干燥度指数(Aridity index,AI),然后采用Mann-Kendall趋势检验、突变检验和小波分析对其进行时空变化分析。结果表明:1)1961—2014年中国整体、西北地区、青藏地区的干燥度指数均呈显著减小趋势,而南方地区干燥度指数呈微弱减小趋势,北方地区干燥度指数呈不显著增加趋势。中国干燥度指数的突变发生于1986年,而各个分区的突变时间有所差异。2)1961—2014年中国整体、北方地区和西北地区干燥度指数变化主周期均为28 a,南方地区稍晚1 a,青藏地区提前2 a,所有地区均在主周期上经历了变大—变小—变大的过程。同时所有地区也存在不同时间尺度的次周期变化。3)整个中国、西北地区和南方地区潜在蒸散发量的减少和降水量的增加,共同引起了干燥度指数的减小。在北方地区,年降水量的显著减小和潜在蒸散发减小引起干燥度指数呈现微弱增加趋势。在青藏地区,潜在蒸散发的微弱增加和降水量显著增加引起干燥度指数呈现显著减小趋势。4)中国干燥度指数在空间格局上和降水的分布相反,呈现出西北大、东南小的特征。北方地区整体干燥度指数偏小,但中部区域降水相对减少,蒸发能力增强,导致干燥度指数相对偏大。南方地区气温较高,蒸发能力强,但雨量充沛,是我国干燥度指数最小的区域。西北地区较为干燥,降水少,蒸发强,是我国干燥度指数最大的区域。青藏地区由于青藏高原的阻挡作用以及东部地区较为丰富的降水量,使得干燥度指数由东向西逐渐增加,呈现西干东湿的格局。     

基于AI指数的新疆干湿时空变化及其影响因素分析

论文基于新疆53个气象站点1961-2013年逐日气温、降水、风速、日照时数、相对湿度、大气环流指数和太阳黑子数据,应用Penman-Monteith模型、ArcGIS反距离加权插值、Mann-Kendall（M-K）检验、Morlet小波和主成分分析方法,分析其降水量、潜在蒸散量和AI指数时空变化及影响因素。结果表明：近53 a来,新疆降水量呈上升趋势,潜在蒸散量在波动中呈下降趋势,倾向率分别为8.81 mm/10 a和-28.73 mm/10 a,AI指数在波动中呈下降趋势,倾向率为 -0.05/10 a,多年平均值为0.5,表明新疆气候有变湿趋势。从年内分布看,降水量和潜在蒸散量呈单峰型分布,峰值分别出现在7月和8月,分别为24.58和137.12 mm;AI指数最大值滞后于降水量（7月）和潜在蒸散量（8月）,出现在9月,为0.9,最小值出现在1月,为0.46。新疆潜在蒸散量空间分布为南疆大于北疆,东部大于西部;降水量北疆大于南疆;AI指数的空间分布与降水量相反,总体表现为南疆大于北疆,盆地大于山区,M-K趋势介于0~-0.02/a之间,且北疆AI指数减小趋势较南疆更显著,与北疆比南疆更湿润的事实相符。新疆降水量和潜在蒸散量分别在1987和1981年发生突变,AI指数在1981和1984年存在两个明显的突变点。Morlet小波及其功率谱分析表明,降水量存在6.49、5.71和4.35 a（p≤0.05）的周期,蒸散量存在21.37 a（p≤0.2）的周期,AI指数存在6.62、3.45 a（p≤0.1）的周期,表明AI指数可能受大气环流和厄尔尼诺的影响。主成分分析表明,AI指数与气温呈正相关,与降水量呈负相关,且南疆比北疆对降水更敏感。此外,AI指数与维尔霍扬斯克-奥伊米亚康（WYMI）、ENSO关系密切,相关系数分别为0.46（p≤0.05）和-0.34（p≤0.05）。     

1960—2014年松花江流域降雨侵蚀力时空变化研究

基于松花江流域及其邻近61个气象站1960—2014年逐日降雨数据,采用Mann-Kendall非参数趋势检验、小波周期分析和地统计插值方法,分析流域内不同地形区和子流域年降雨侵蚀力时空分异特征及其影响因素。结果表明：1）松花江流域多年平均降雨侵蚀力为1 717.6 MJ·mm·hm^-2·h^-1·a^-1,呈波动变化趋势,存在以15.2 a为主周期和4.7 a为小周期的周期性变化特征,且在1982和1998年发生显著突变;2）松花江流域降雨侵蚀力空间分布特征与降雨量分布特征基本一致,自东南向西北递减,与东南季风的影响区域相吻合;流域年降雨侵蚀力变化趋势呈现明显的区域分异,在流域西北地区年降雨侵蚀力呈增加趋势,而在中部平原区的东北部和西南部呈现下降趋势;3）年降雨侵蚀力随地形的变化表现为东部丘陵山地区>中部平原区>西部山地区。在东部丘陵山地区年降雨侵蚀力与经度、纬度显著相关（P<0.01）,而在中部平原区和西部山地区降雨侵蚀力与海拔、经度和纬度关系不甚明显;4）流域内各子流域年降雨侵蚀力存在明显分异,年降雨侵蚀力在各子流域的变化趋势表现为从第二松花江流域到流域中游再到嫩江流域呈依次降低趋势,其分布特征与降雨量的分布一致,各子流域年降雨侵蚀力均呈不显著的降低趋势。     

1961—2012年中国棉花需水量的变化特征

利用中国三大棉区230个气象台站的地面气象资料和103个农气观测站的棉花生育期资料,采用联合国粮食与农业组织推荐的方法计算了研究区域内1961—2012年棉花全生育期和不同生育阶段的需水量,并探讨了棉花不同生育阶段缺水量和水分盈亏指数的变化。结果表明：1961—2012年我国棉花全生育期需水量和缺水量整体呈下降趋势;需水量在开花到吐絮期总体呈下降趋势,而在播种到开花、吐絮到成熟阶段基本无变化;缺水量在播种到吐絮期总体呈下降趋势,而在吐絮到成熟期基本没有变化。比较三大棉区典型站点棉花水分盈亏情况,研究区域内棉花全生育期和各生育阶段的有效降水量均不能满足棉花的需水要求,其中西北棉区棉花各生育阶段的缺水状况最为严重。研究可为中国棉花种植区域的农业用水及合理灌溉提供科学依据。     

1961—2018年呼伦湖水面面积变化特征及其对气候变化的响应

为揭示近60年来呼伦湖水面面积的变化规律,确定影响呼伦湖水面面积变化的主要因素,采用曼-肯德尔检验（Mann-Kendall tests）、一元线性回归和小波分析法解析1961—2018年呼伦湖水面面积及其所在区域气温、降水量、蒸发量和相对湿度的变化趋势、突变特征和周期性变化规律,采用皮尔逊相关性分析（Pearson correlation analysis）和灰色关联分析研究水面面积与气象要素的相关性.结果表明:1961—2018年呼伦湖水面面积在1 739~2 360 km2之间,总体以72.84 km2/（10 a）的速率显著减小,2009年人工调水实施以后水面面积逐渐恢复并稳定在2 030 km2左右.近60年来呼伦湖区域气候暖干化明显,表现为气温显著升高、蒸发量显著增大、相对湿度显著降低、降水量非显著减少.1961—2018年,呼伦湖水面面积对气候突变及其周期波动存在相应的响应,水面面积与区域蒸发量呈显著负相关,Pearson相关系数为-0.546,与区域蒸发量和降水量的灰色关联度为0.938~0.960,人工调水实施前（1961—2008年）水面面积与气象要素的相关性强于1961—2018年.研究显示,气候变化引起的蒸发量增大是呼伦湖水面面积减小的重要原因,人工调水严重干扰了2009—2018年呼伦湖水面面积对气候变化的响应.      

1990—2014年中国煤炭运输网络的时空特征研究

煤炭资源在中国能源生产和消费中起到举足轻重的地位,“北富南贫、西多东少”的煤炭资源区域分布特征促成了煤炭运输网络的形成和演化。论文基于1990—2014年中国31个省（市、区,香港、澳门、台湾缺少数据,未包含）的煤炭输出输入矩阵数据,采用社会网络分析方法,分析了中国煤炭运输网络的整体时空演变特征,以及各网络节点在煤炭运输网络中的地位作用。研究结果表明：1）中国煤炭运输网络密度呈现波动状态,经历1990—2000年的快速提升、2000—2010年的先减速后加速与2010—2014年的缓速增长,局部波动原因与煤炭政策变化、煤炭产能过剩、海外进口增多等相关。2）煤炭网络外向中心势显著大于内向中心势,煤炭调出集中控制在少数省区,而煤炭调入具有普遍需求性。3）基于网络凝聚子群分析,中国煤炭运输网络可以分为东北-华北地区、中南地区、东南地区、西南地区和西北地区5个子群,各子群之间的网络联系差异较大。4）基于对31个省（市、区）程度中心性、接近中心性、中间中心性的分析,煤炭运输网络核心节点发生了较大变化,山西的网络控制力有所下滑,内蒙古和陕西影响力近年显著上升甚至超过山西,贵州、河北、湖南、辽宁的控制作用提升成为核心节点,河南、四川、宁夏、山东、江苏、甘肃等核心作用明显跌落。     

中国近半个世纪地面太阳总辐射时空变化特征

论文利用近半个世纪(1961-2009年)全国58个气象站的地面太阳总辐射观测资料,采用线性倾向估计、小波分析和Mann-Kendall检验等方法,分析了近50 a来全国及区域地面太阳总辐射的年际、季节长期变化趋势特征、年代际距平、周期和突变点。结果表明:全国58个站点地面年太阳总辐射的长期变化趋势主要呈变化不明显和下降明显,分别占总站点数的50.0%和46.6%,且具有一定的气候地带性和局地差异。省级大城市的站点中,下降明显的站点约占该类站点数的三分之二,而其他城市以变化不明显的站点居多。从年代际距平看,在20世纪60年代和70年代,呈上升趋势的站点占总站点数的比例分别约为80%和50%;在80年代,以下降的站点居多,占80%以上;90年代至今,以下降趋势的站点居多,约占50%,但有30%左右的站点为上升明显。从季节的长期变化趋势看,除冬季以下降明显为主以外,春、夏、秋季均以变化不明显为主。从变化周期看,年际周期为6~9 a,年代际周期为10~13 a和20~23 a,但其周期在各气候带有异同。发生突变的时间也具有一定的地带性,各带突变时间有差异。     

水资源与社会经济发展要素时空匹配特征——以张家口为例

水资源短缺已成为制约区域经济社会发展的重要因素,协调水资源与社会经济关系是水资源可持续利用的关键。以张家口为例,采用洛伦兹基尼系数和不均衡指数模型对水资源与社会经济发展要素的时空匹配特征进行研究,结果表明：2004—2015年张家口水资源与人口、耕地面积分布处于“匹配比较合理”和“相对匹配”状态,水资源与经济布局匹配呈现出由“完全不匹配”状态逐渐转变为“相对不匹配”状态。在空间匹配演化方面,水资源与人口、耕地面积的匹配度变化不大。水资源与经济匹配结果表明在水资源禀赋越差的地区,经济增速越快,水资源与经济的空间匹配状况越差。张家口水资源与社会经济发展要素时空匹配特征研究,对于指导区域水资源合理开发利用具有重要的现实意义。     

2010—2020年中国沿海主要海湾形态变化特征

为揭示近期中国沿海主要海湾形态的变化特征,基于Landsat影像提取2010年、2015年和2020年中国沿海主要海湾的空间信息,以海湾岸线类型结构、岸线开发利用程度、海湾面积、海湾形状和平面重心位移作为评价指标,分析2010—2020年中国沿海主要海湾的形态变化特征。结果表明：（1）近10年间中国沿海主要海湾岸线长度及结构变化显著,自然岸线长度和保有率下降;（2）海湾岸线开发利用程度上升,但上升速度开始放缓,大多数海湾属于中等开发程度;（3）海湾面积持续萎缩,但萎缩速度放缓,渤海海区海湾的面积萎缩幅度最大且速度最快;（4）海湾形状的变化趋势存在南北差异,北方趋于复杂,南方趋于简单,总体则趋于简单;（5）海湾平面重心在2015年后趋于稳定,位移距离减小,位移速度放缓。总的来说,海湾形态变化的主导因素是以围填海为主的人类活动,国家层面近年来实施的围填海管控政策和措施已在海湾形态变化方面初步显现成效。研究认为,应对中国沿海的海湾进行基本功能定位和划分,实施精细化分类管理,促进海湾区域“三生空间”布局优化。     

1961-2006年我国气候变化趋势与突变的区域差异

基于FAO56 Penman-Monteith校正模型模拟结果,结合线性趋势法、Mann-Kendall非参数检验法和滑动T检验法,分析了我国1961-2006年温度和水分条件的变化趋势与突变特征。研究揭示出近几十年来中国及各地区平均温度呈显著上升趋势,且在20世纪80年代后期发生显著突变,突变在东北部较早,南部地区相对较晚。全国降水量略有减少趋势,没有检测到显著突变,西北干旱区的降水在20世纪80年代中期发生显著突变。全国潜在蒸散呈显著减少趋势,在20世纪80年代初发生显著突变,东部地区突变发生时间早于西部地区。全国干燥度呈显著的减少趋势,在20世纪70年代末发生了显著突变;亚热带、青藏高寒区和西北干旱区的干燥度减少趋势尤为显著,西北干旱区在1986年发生显著突变,湿润程度增加明显。     

甘肃陇中地区近55年潜在蒸散量及干旱指数演变趋势

了解陇中地区干湿状况,对进一步研究植被与气候变化和农业水资源管理有重要意义。基于陇中地区1961—2015年的地面气候资料日值数据集,应用彭曼蒙特斯模型(P-M模型)、滑动t检验、Morlet小波、主成分分析和薄盘样条插值等方法,对陇中地区近55 a潜在蒸散量(ET_0)和干旱指数(AI,aridity index)的变化趋势进行了研究。结果表明:年际分布上ET_0以上升趋势为主,AI整体上升趋势不显著,表明陇中地区近55 a气候趋于干旱;年内分布上ET_0呈单峰型分布,AI则呈谷状分布;空间分布上陇中地区ET_0和AI都呈有规律的从南向北依次增加的趋势,越往北气候越干;ET_0在1975年、1983年和1997年发生了突变,AI则在1983年、1986年和2012年发生突变,ET_0和AI的序列周期不尽相同。近55 a陇中地区气候趋于干旱。     

我国西南地区1960～2000年降水资源变化的时空特征

利用我国西南地区96个测站近40a的月降水量资料,采用主成分分析、旋转主成分分析、小波分析等方法对西南地区年降水资源变化的时空特征进行了分析。结果表明:近40a西南地区的西部高原地区降水资源呈增加趋势,而东部除重庆地区外,大部分地区降水资源减少。西南地区年降水资源空间特征复杂,存在南北和东西相反变化的差异,空间异常可分为8个异常区,即滇南区、川西高原区、滇黔交界区、四川盆地东部、四川盆地西部、滇西区、黔渝交界区和凉山区。西部高原地区年降水量都经历了多雨-少雨-多雨的过程,20世纪90年代降水量呈增加的趋势,四川盆地东部经历了少雨-多雨-少雨的过程,四川盆地西部和整个西南地区东南部的降水量整体都呈下降趋势。川西高原区、滇南区和滇黔交界区在整个时段存在显著的准14a周期,其他异常区的显著周期及其年代变化有较大差异。     

1950～2019年中国季节平均最高气温时空演变特征及其大气环流影响定量化分析

全球变暖和人类活动加剧引起区域气候不稳定,高温事件发生频次和持续性增强,生态环境保护和经济社会发展面临严峻威胁.采用Mann-Kendall检验法和一元线性回归法探讨1950～2019年中国季节平均最高气温(AMT)时空演变特征,并结合线性相关、偏线性相关以及小波分析揭示中国各季节AMT与大气环流间的联系.结果表明：(1)时间尺度上,各季节AMT均呈显著上升趋势,春、夏、秋和冬季AMT上升幅度分别为1.21、0.08、1.81和0.25℃,其突变时间主要集中于20世纪90年代至21世纪初.(2)空间分布上,除夏季以外,其它季节AMT平均变化率由南向北逐渐增加,但其增加程度各不相同,其中春冬季节东北和西北地区变化速率最快.(3)各季节AMT与大气环流因子间存在复杂关系,其能量强度在不同时频域上具有显著差异.其中太平洋年代际涛动与夏季AMT呈显著负相关,北大西洋涛动对夏秋冬季AMT变化产生较大程度正向驱动,北极振荡对各季节AMT均具有明显正向驱动作用,厄尔尼诺-南方涛动因年份不同对春夏季AMT的短期变化存在显著正向或负向影响.研究结果可为我国制定科学有效的气候变化应对方案提供理论依据和技术...     

中国空气污染指数变化特征及影响因素分析

以2001～2010年我国42个城市逐日空气污染指数、主要污染因子、空气质量级别和空气质量状况资料为基础,分析了近10 a我国空气质量的变化特征.结果表明,我国城市大气受燃煤影响较为严重,可吸入颗粒物为主要污染因子,空气质量状况以优、良和轻微污染居多;空气质量季节变化明显,冬季空气污染最严重,夏季最轻;从年际变化看,空气质量表现出逐年好转趋势;城市大气环境质量在区域上存在显著差异,表现为由南到北、从沿海到内陆逐渐变差的趋势.对空气污染影响因素的分析表明,局地污染和西北地区沙尘传输造成的自然降尘是我国城市空气质量的主要污染源;气象要素对大气污染物有制约关系,空气污染指数与降水量、风速、逆温线性相关;地形的空间差异影响着气象条件的分布,进而对空气质量的空间变化产生影响;人类活动对城市空气质量也存在一定的影响,且具有双重作用.     

基于SPI的西北地区气候干湿变化

干旱是西北地区乃至全国主要的自然灾害之一。论文应用标准化降水指数(SPI)对西北地区近50 a来不同时段的特旱和重旱发生频次及其空间分布进行了计算分析,结果表明:标准化降水指数(SPI)作为一种干旱重建指标,适用于西北地区,也可以作为气候变化的监测指标;降水量的西增东减趋势与干旱频次的西部和东北减少、东南增加相对应,亦即气候变化在某种程度上缓解了新疆北部和青海西部的干旱,但加重了甘肃东南部和陕西中南部的干旱;与气候变化相对应,全西北地区干旱频次有总体下降的趋势,尽管干旱发生的地域持续在改变。     

西南地区陆地植被生态系统NPP时空演变及驱动力分析

研究西南地区陆地植被生态系统净初级生产力(NPP)的时空演变特征及其驱动力,对区域生态环境保护具有重要的现实意义.利用2000～2021年MODIS NPP、1999～2021年基于站点的气象数据和2000～2020年土地利用类型等数据,结合主成分分析、残差分析、Theil-Sen Median趋势分析和偏相关分析等方法,研究西南地区陆地植被生态系统NPP时空演变及其对驱动力的响应特征.结果表明,时间上,2000～2021年西南地区植被NPP呈波动上升趋势,速率为3.54g·(m²·a)^-1.气候变化和人类活动影响下,农田、草地和森林生态系统NPP均呈上升趋势,但农田生态系统NPP的上升趋势最为显著.空间上,西南地区植被NPP呈上升趋势的面积占比为89.06%,显著上升和极显著上升的区域主要分布在广西南部、四川东部、重庆西部,以及云南和贵州交界处.气候变化和人类活动对西南地区植被生长具有双重影响,气候变化和人类活动影响下农田生态系统NPP呈上升趋势的面积占比均高于草地和森林生态系统.西南地区植被NPP与各气象因子的相关性呈明显地域差异.区域尺...