1960-2016年秦岭—淮河地区热浪时空变化特征及其影响因素

基于134个气象站点1960-2016年逐日最高温和相对湿度数据,辅以趋势分析、空间分析和相关分析等方法,对秦岭—淮河地区热浪时空变化特征进行分析,探讨了赤道东太平洋海温异常与热浪变化的相关关系。结果表明：①近57年秦岭—淮河地区热浪呈现“非线性、非平稳和阶段性”的变化过程,年代变化可分为3个阶段：1960-1972年热浪呈现东西分异,分界线大致位于112°E,以东地区热浪异常偏多,以西地区则“高低交替”波动;1973-1993年热浪维持“低位波动”,并在20世纪80年代中期呈现快速增加;1994-2016年,关中平原、秦巴山区、巫山山区和四川盆地热浪维持“高位波动”,黄河下游、淮河平原和长江下游热浪则经历从“相对偏多”向“相对偏少”的转变;②在影响因素方面,最高温波动变化是秦岭—淮河地区热浪频次年代变化的主导因素,相对湿度变化的影响相对较弱;③近57年来关中平原热浪年代变化与赤道太平洋西部海温异常关系更为密切,长江流域与东部海温异常关系更为密切;对于黄河下游和秦巴山区的热浪变化与不同分区赤道太平洋海温异常关系均较弱。     

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...     

黄土高原热浪型和缺水型骤旱时空变化特征及其影响因素

骤旱是一种以快速发展为主要特征的干旱。全球变暖背景下,近年来骤旱频发且不断加剧,严重影响我国农业生态系统和人类健康。了解骤旱事件的时空特征及其影响因素,对骤旱的监测、预警和防治至关重要。基于1981—2020年ERA5-LAND数据,辅以趋势分析和相关分析等气候诊断方法,对黄土高原生长季(4—9月)热浪型和缺水型骤旱的时空特征进行分析。结果表明：(1)近40 a黄土高原2类骤旱呈波动增加趋势。其中,缺水型骤旱增加速率[0.54候·(10a)^-1]高于热浪型骤旱[0.46候·(10a)^-1];年代变化上,黄土高原2类骤旱变化具有相似性。1998年之前,2类骤旱以低位波动为主;1998—2010年,骤旱迅速增加;2010年后,骤旱增速停滞且呈下降趋势。(2)空间上,热浪型、缺水型骤旱分别有36.5%、37.5%的区域呈显著增加趋势(P<0.05)。黄土丘陵沟壑区、河套平原东部、汾渭河谷平原、黄土高原沟壑区东部,为2类骤旱共同显著增加区。(3)在影响因素上,青藏高原北部气压、赤道印度洋中部(0°～10°N、50°～90°E区域)海温异常,与黄...     

1961—2017年华北地区高温日数及高温热浪时空变化特征

利用华北地区85个气象站1961—2017年逐日最高气温资料,统计分析了华北地区高温日数及高温热浪(频次、持续时间、强度)的时空变化特征。结果表明:①华北地区年高温日数整体呈增加趋势,自20世纪90年代中期之后年均高温日数明显增多;高温多出现在华北地区的南部和西部,华北地区大部分站点的高温日数呈增加趋势。②就气候平均态而言,高温初日有略提前趋势,高温终日则明显推迟;空间上,绝大多数台站的高温终日呈推迟的趋势,其中京津冀中北部地区尤为明显。③累计高温热浪次数、轻度和中度热浪次数均整体增加,并在1990年左右明显由少变多,重度热浪次数增加趋势更为显著;1987年之后,平均每次高温热浪事件的高温有效积温明显增加,表明高温热浪的平均强度增大。④不同等级高温热浪总频次的空间分布特征相近,高频次区域均集中在内蒙古西部、山西西南部和河北南部;热浪累计频次的变化趋势在内蒙和山西以增多为主,在京津冀地区以减少为主。除山西南部和河北南部的个别站点以外,绝大多数站点的热浪平均持续天数和平均高温有效积温的变化呈增多增强趋势。总体来看,华北大部分区域自20世纪90年代以来,高温日数及热浪事件明显增强,同时存在明...     

近50年黄土高原侵蚀性降水的时空变化特征

利用黄土高原及其附近地区99个站点逐日降水观测资料,分析了1956～2005年黄土高原年降水量、侵蚀性降水量、暴雨量的变化趋势和空间特征.研究表明:1956～2005年黄土高原降水在波动中呈现下降趋势,尤其自1980年年以来,降水减少趋势显著.黄土高原地区降水变化具有显著的空间差异,降水偏少最为显著区域位于黄河中游的河口-龙门区间,尤以无定河流域、汾河流域和山西中北部最为典型,年降水量和侵蚀性降水偏少10%以上.存在从北向南沿朔州-离石-临汾-三门峡一带的暴雨异常偏少地带,偏少在20%以上.     

1958-2007年黄土高原沙尘暴和降雨的时空变化研究

风沙活动和降雨是引发干旱-湿润过渡区水土流失和一些环境问题的主要根源.本文基于气象站记录的沙尘暴和降雨量资料,利用ArcGIS 9.2软件,采用累积曲线和累积距平百分率等方法分析了黄土高原地区近50年(1958-2007年)沙尘暴日数和降雨量的时空变化.结果表明:(1)年内分布不均,沙尘暴主要发生在春季,占到全年的54％,降雨主要集中在汛期,占到全年的71％;(2)近50年年沙尘暴日数呈明显减少趋势,年降雨量表现出了一定程度的减少趋向,但远不及沙尘暴明显;(3)以年沙尘暴5d等值线和年降雨量350 mm等值线作为衡量线,发现随总量的减少,年沙尘暴日数≥5d和降雨量≥350 mm覆盖范围表现出不同程度的缩小,沙尘暴的缩小范围远大于降雨量的.     

1961-2018年淮河流域热浪事件时空变化特征

利用淮河流域1961-2018年逐日最高气温与平均气温格点数据,在对基于绝对阈值和相对阈值的热浪事件识别方法进行改进的基础上,分析了逐年的热浪强度、烈度、频次、最长历时等时空变化特征.结果 表明,淮河流域基于固定气温阈值的绝对热浪(＞35℃)的多年平均强度为10.27℃、烈度为1.82℃,频次为1.3次;基于热浪指数的...     

黄土高原侵蚀产沙强度的时空变化特征

采用“水文－地貌法”即水文站实测值与侵蚀形态类型相结合的方法，将黄土高原划分为292个侵蚀产沙单元，分别对治理前后侵蚀产沙强度的时空变化特征进行了分析。结果表明：黄土高原自70年代以来，由于降雨因素和水土保持作用的影响，侵蚀产沙强度的结构特征发生了明显变化，侵蚀模数＞10000t/km^2.a的极强烈以上的侵蚀面积急剧减少（减幅71．8％），减沙幅度最大的区域主要分布在以无定河为中心的极强烈侵蚀区和汾河流域的大部分地区（减幅50％以上）；黄土高原侵蚀产沙，按流域区段主要来自河龙区间（54．8％），按类型区主要来自黄土峁状丘陵沟壑区（27．4％）和干旱黄土丘陵沟壑区（23．1％），按侵蚀带主要来自暖温带半干旱草原风蚀、水力侵蚀带（34．8％）和暖温带半干旱森林草原水力侵蚀带（32．6％）；以侵蚀模数＞10000t/km^2.a作为标准，可将黄土高原划分为7个极强烈以上的侵蚀产沙中心，其面积虽仅占全区总面积的15．5％，但其产沙量却占到全区总产沙量的42．1％。     

1960-2016年黄土高原多尺度干旱特征及影响因素

明晰黄土高原干旱特征对于生态工程建设和社会经济可持续发展具有至关重要的作用。基于1960—2016年黄土高原59个气象台站数据和标准化降水蒸散指标（SPEI）,本文分析了黄土高原多尺度干旱时空变化特征,并探讨了遥相关指数对黄土高原干旱变化的影响。结果表明：① 黄土高原SPEI指数呈下降趋势,其中70年代初和90年代末为显著干旱时期,80—90年代初为较湿润时期;② 年尺度SPEI呈下降趋势的区域遍布整个黄土高原,以山西西部、宁夏北部和甘肃中东部最为显著,而黄土高原西北和西南部则表现为变湿趋势;③ 春、夏和秋三季SPEI均呈下降趋势,且夏、秋季下降趋势较大,趋势系数均为-0.03/10a。春季干旱趋势与年际变化较为一致,秋季干旱趋势范围较大,占总面积的64.53%,冬季干旱范围较小且不显著;④ 多尺度干旱同时受IOD、NAO、PDO、AMO和ENSO3.4等遥相关指数的共同影响,且该影响存在明显的年际和年代际相位转换特征。多元回归分析显示,IOD和NAO对黄土高原干旱解释率较高,分别为22.98%和12.23%,而ENSO3.4解释率较低,表明黄土高原降水变化与西南季风具有较好的关联性。     

Attribution of trends in meteorological drought during 1960–2016 over the Loess Plateau,China

This study uses two forms of the Palmer Drought Severity Index(PDSI), namely the PDSI_TH(potential evapotranspiration estimated-by the Thornthwaite equation) and the PDSI_PM(potential evapotranspiration estimated by the FAO Penman-Monteith equation), to characterize the meteorological drought trends during 1960–2016 in the Loess Plateau(LP) and its four subregions. By designing a series of numerical experiments, we mainly investigated various climatic factors' contributions to the drought trends at annual, summer, and autumn time scales. Overall, the drying trend in the PDSI_TH is much larger than that in the PDSI_PM. The former is more sensitive to air temperature than precipitation, while the latter is the most sensitive to precipitation among all meteorological factors. Increasing temperature results in a decreasing trend(drying) in the PDSI_TH, which is further aggravated by decreasing precipitation, jointly leading to a relatively severe drying trend. For the PDSI_PM that considers more comprehensive climatic factors, the drying trend is partly counteracted by the declining wind speed and solar radiation. Therefore, the PDSI_PM ultimately shows a much smaller drying trend in the past decades.     

黄土高原生态系统服务供需关系的时空变化

明晰生态系统服务供需匹配关系,对实现区域生态安全与社会经济可持续发展具有重要推动作用。本文以黄土高原为案例区,应用InVEST模型、ArcGIS、GeoDA等分析工具,分析黄土高原粮食供应、水源涵养、碳固存、土壤保持等服务的供需量及其匹配关系的时空变化,旨在为黄土高原国土空间格局优化提供决策依据。结果表明：1990—2018年,① 黄土高原除水源涵养服务供给量外,其他生态系统服务供需量均呈上升趋势,且各生态系统服务供给量及土壤保持服务需求量均呈“东南高、西北低”的分布特征,而粮食供应、水源涵养、碳固存服务需求量呈“四周高、中间低”的分布特征;② 各类生态系统服务供需比均呈下降趋势。空间分布上,粮食供应、碳固存服务在黄土高原四周人口密集区供不应求,而其他区域供大于求;水源涵养服务在该区西北部供不应求,但东南部供大于求;土壤保持服务供不应求区集中于鄂尔多斯高原及海北州北部;③ 各类生态系统服务供需均以低低空间匹配为主;④ 粮食供应、水源涵养、碳固存服务供需比的空间分布均以高高集聚为主,而土壤保持服务以低低集聚和高高集聚为主。除土壤保持服务供需比的空间集聚性有所增强外,其他生态系统服务均呈减弱趋势。     

黄土高原干旱指数分析

采用田间持水量差额与土壤最大有效含水量的比值作为干旱指数,描述了黄土高原的干旱规律。在此基础上,根据年干旱月数,把黄土高原地区划分为５种干旱型,并提出了各干旱型的农业生产防旱和抗旱措施。     

基于标准化降水指数的陕西黄土高原地区1971—2010年干旱变化特征

利用陕西黄土高原地区68个气象站降水资料,选择标准化降水指数（SPI）为干旱指标,分析了该地区最近40年（1971—2010年）的月、季、年干旱特征,在此基础上利用经验正交函数(EOF)分解方法进行了干旱分区,并分析了全年及各季节干旱站次比和干旱强度的年际变化。结果表明:EOF分解第1、2、3特征向量分别反映了陕西黄土高原地区干旱的一致变化、南-北反向分布和中部-南北反向分布的不同特点;年度干旱站次比和干旱强度有明显的阶段性分布特点,在年代之间有重-轻-重-轻的变化趋势。2001年以来,年度和夏、秋、冬季干旱强度都有不同程度降低,春季干旱有增强趋势。陕北和关中地区的春季、夏季干旱变化趋势相反,秋季、冬季干旱变化趋势一致。地区平均每年出现干旱月3.8个,几乎每年都有干旱月出现,最多的一年可出现6—9个干旱月。     

2000—2016年黄土高原不同土地覆盖类型植被NDVI时空变化

了解植被覆盖的时空变化对区域环境保护及生态环境建设具有重要意义。基于MOD13A1数据,辅以Sen+Mann-Kendall、变异系数、Hurst指数,通过分析2000—2016年间黄土高原NDVI年最大值(NDVI_ymax)和生长季均值(NDVI_gsmean)时空变化特征及趋势,以了解黄土高原实施退耕还林(草)等生态工程后的植被覆盖恢复情况。结果表明：① 2000—2016年植被NDVI_ymax和NDVI_gsmean呈现波动式增长趋势,增长率分别为0.0070/a(P<0.01)和0.0063/a(P<0.01),生态环境整体不断改善。② NDVI_ymax和NDVI_gsmean显示黄土高原植被覆盖呈增加趋势的面积远高于呈减少趋势的面积(93.42%和96.22%、6.58%和3.78%),植被覆盖状态正在不断改善。2种数据变化趋势下,不同土地覆盖类型表现略有差异,森林极显著增加趋势面积最大(73.02%和82.60%),其次为耕地(47.87%和67.43%),再次为裸地(47.03%和61.68%)。③ NDVI_gsmean的变异系数小于NDVI_ymax的变异系数,相对稳定区域面积比分别为63.31%与56.64%,2种数据分析下森林变异系数最小,植被稳定性最好。④ 从植被NDVI变化趋势与Hurst组合结果得出,NDVI_ymax未来呈现改善趋势面积占41.35%,退化趋势面积占58.65%;NDVI_gsmean呈现改善趋势面积占49.19%,退化趋势面积占50.81%。2种数据下,灌木地未来发展趋势最好,森林和耕地退化趋势面积超过了50%。研究人员应持续关注退化趋势地区的植被状态。     

1959-2008 年黄土高原地区年内降水集中度和集中期时空变化特征

本文基于黄土高原地区1959-2008 年51 个地面气象台站的逐日降水资料, 计算了降水集中度(PCD)和集中期(PCP), 并结合EOF、趋势分析以及相关分析等方法对我国黄土高原地区年内降水不均匀性特征及其趋势进行了分析。结果表明:①黄土高原地区PCD在0.53~0.75 之间, 自东南向西北逐渐增加, 而PCP变化不大, 主要集中在7 月中旬和下旬;②近50a 黄土高原地区PCD主要以南北反向型分布为主;③从变化趋势来看, PCD增加趋势较明显的区域主要分布在宁夏的同心和山西的五台山等地, PCD减小比较明显的区域主要分布在山西的阳泉以及青海的门源等地区;而PCP整体上呈现提前趋势, 只有青海的门源站附近有小幅推迟趋势;④年降水量与PCD有较好的相关性, 大部分地区都通过了显著水平为0.05 的检验;而年降水量与PCP的相关性并不显著, 通过显著水平0.05 检验的区域仅分布在山西的兴县、陕西的洛川以及宁夏的固原等地。     

Patterns and trends in grain self-sufficiency on the Tibetan Plateau during 1985–2016

Capacity for grain self-sufficiency on the Tibetan Plateau(TP) is an important basis for ensuring social stability and regional sustainability. Thus, based on county-level statistical data for population, grain production and consumption, we analyzed patterns and trends in grain supply and demand at regional, provincial, and county levels on the TP between 1985 and 2016. We applied two indices to evaluate capacity for grain self-sufficiency and found that the regional average self-sufficiency rate increased quickly by 1.97%/a since 1989, reaching 173.03% on the plateau over the period between 2010 and 2016. This indicates that grain supply in this region is able to fully meet demand. In addition, all provinces apart from Xinjiang exhibited similar increasing trends, attaining grain self-sufficiency during 2010–2016. Furthermore, 59% of counties attained grain self-sufficiency over this period, mainly distributed in southern Tibet, in the Sichuan-Tibet junction area, and in eastern Qinghai Province. A number of gaps in grain supply and demand occurred within the headwater regions of the Yangtze and Yellow rivers as well as on the Qiangtang Plateau. Grain self-sufficiency significantly increased over the study period in 36% of counties, mainly distributed in the agricultural areas of southeastern Tibet and in eastern Qinghai. Across the whole plateau, capacity for grain self-sufficiency substantially increased between 1985 and 2016, although serious spatial imbalances remain.     

黄土高原土壤干层形成原因分析

以丰水年洛川人工林地深层土壤水分恢复为依据,采用高精度土壤含水量测量与逐层分析技术,以含水量变化率为主要指标,研究洛川2004年1月-2005年5月不同植被土壤水分的季节变化与水量平衡.结果显示,降水渗深以内表层土壤水分受气候和植被生长影响,呈明显季节变化;渗深以下深层土壤水分,中产农田和梨树林砍伐后基本维持平衡,苹果林地持续减少并以春季减少最多.研究表明,黄土高原深层土壤水分呈低水平循环状态,易形成土壤干层,而季节干旱是土壤干层形成的直接驱动力;"低降水、高蒸发"的气候特点是黄土高原土壤干层形成的决定因素,半湿润半干旱气候中的干旱特征对黄土高原自然地理环境产生广泛而深刻的影响.