广东省气候干湿状况及其变化特征

随着全球气候变暖,全球及区域性水分平衡、干湿状况及其时空特征将发生变化,有关在气候变暖大背景下区域水分循环及干湿状况的变化成为研究热点。本文根据广东省86个气象站资料,利用FAO推荐的Penman—Monteith公式计算了该地区1954—2005年逐日潜在蒸散量,采用国家标准（BG／T20481—2006）《气象干旱等级》推荐的相对湿润度指数（MI）对全省进行干湿状况评价,分析降水量、潜在蒸散和相对湿润度指数的时空分布和变化规律。结果表明：（1）广东总体较为湿润,但干湿状况空间分布不均。MI的空间分布特征与降水一致,即以恩平、龙门和海丰为三个相对湿润中心。（2）MI季节变化主要受降水影响,呈明显的汛期、非汛期特征。（3）春季和秋季平均MI均呈纬向分布,但变化趋势相反：春季干旱南部重于北部;秋季干旱北部重于南部。全省秋旱重于春旱。（4）近50a来MI呈缓慢减小趋势,即广东地表干湿状况总体呈缓慢暖干趋势。研究结果对于应对气候变化,开发利用气候资源,调整种植区划和农业生产布局具有参考价值。     

基于GLEAM模型的淮河流域地表蒸散量时空变化特征

蒸散发是连接地表水循环和能量循环的纽带,淮河流域地表蒸散量的时空变化分析对深入理解中国气候过渡带水循环对全球变化的响应具有重要价值。该文基于流域水量平衡原理,利用流域水文数据对淮河流域GLEAM产品进行精度验证;并利用GLEAM(global land-surface evaporation:the Amsterdam methodology)产品分析1980-2011年淮河流域地表蒸散发年际和年内的时空变化。结果表明:1)淮河流域及其水资源二级分区的降水实测值与GLEAM产品估算结果比较,平均相对偏差为8.0%,相关系数高达0.94,GLEAM产品对于淮河流域的模拟精度较高;2)淮河流域1980-2011年多年平均年地表蒸散量为673 mm;3)淮河流域多年平均年地表蒸散量空间变化范围为528~848 mm,空间差异显著,呈从西南向东北逐渐减少,淮河以南地表蒸散量大于淮河以北地表蒸散量,四个季节地表蒸散发具有类似的空间分布特征;4)近32 a淮河流域平均的年地表蒸散量变化范围为588.6~767.8 mm,且存在显著的上升趋势;地表蒸散量的季节变化大致呈单峰型分布,峰值出现在8月,最小值出现在12月;且季节变化较为明显,夏季(272.0 mm)春季(191.4 mm)秋季(144.3 mm)冬季(65.0 mm);5)基于栅格尺度年地表蒸散量的变化速率主要受春季主导,依次为夏季、秋季,冬季的影响最小,淮河流域大部分区域地表蒸散发量呈增加趋势。该研究可为淮河流域洪涝、干旱等极端水文气象事件的监测与预警提供科学依据,同时为该流域水资源管理提供参考及决策依据。     

柴达木盆地地表湿润特征及气候因子影响分析

基于Penman-Monteith模型计算出的潜在蒸散量得出柴达木盆地各站点的湿润指数,运用Sen趋势,Mann-Kendall检验,EOF模型分析了34 a湿润指数的时空变化趋势,运用偏相关分析方法讨论了影响地表湿润程度变化的气候因子。结果表明:从时间变化来看,34 a间柴达木盆地地表湿润指数表现为增加趋势,倾向率为0.00097 a^-1,并在1987年前后发生突变。从空间变化来看,主要表现为由东向西逐渐递减。异常空间分布模态主要分为“东西空间差异”和“南北反向差异”两个类型,且这两种分布型呈上升趋势。湿润指数与降水量、相对湿度、日照时数呈正偏相关,与平均气温、平均风速呈显著负偏相关。降水量和相对湿度是影响湿润指数上升最显著的因素。     

江南丘陵地区湿润指数变化特征及敏感性分析

基于江南丘陵及其周边地区69个气象站点1951—2013年的逐月降水量、月均气温、风速、日照百分率和相对湿度等数据,运用Penman-Monteith模型计算出了参考蒸散量和地表湿润指数,并结合地表湿润指数倾向率、M-K检验、ArcGIS反距离加权插值等方法,探讨了研究区地表干湿状况时空变化特征及敏感性分析。结果表明:近63 a,江南丘陵地区地表湿润指数在波动中呈现降低趋势,其10 a变化倾向率为-0.05,趋于干旱;累计距平可分为波动变化时期、高于多年平均地表湿润指数时期和低于多年平均地表湿润指数时期;地表湿润指数在1955年左右存在一个由湿变干的突变点。地表湿润指数的年代际和季节变化上,20世纪50年代最高,21世纪初最低,但不论季节还是年代际,春季最高,秋季最低。地表湿润指数的空间变化,南部和西部低,北部和东部高。地表湿润指数倾向率空间变化则是东南部较区域其他地方高,为正值,季节变化除夏季外,其他季节地表湿润指数倾向率都以负值为主。地表湿润指数与降水量、相对湿度的相关性较好,但在空间上各气象要素与地表湿润指数的季节相关性存在差异。此外,江南丘陵地区地表湿润指数与海拔存在较好的相关性,海拔越高地表湿润指数越大。     

基于TVDI和气象数据的陕西省春季旱情时空分析

陕西省居于中国腹地,受干旱影响严重,开展遥感旱情监测工作,认识旱情的时空特征具有重要的现实意义。利用MODIS产品MOD11A2和MOD13A2构建NDVI-Ts特征空间,获取陕西地区温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI),在利用土壤湿度和气象指数验证了TVDI反映旱情有效性的基础上,以TVDI为干旱指标分析了2000—2015年陕西省春季(2—5月)旱情的时空变化特征。结果表明:(1)土壤相对湿度和降水量与TVDI均呈负相关,TVDI对降水量存在一定的滞后性;(2)近16年来,陕西省年年有旱,但春季旱情总体呈逐年减轻的趋势,年内2—5月旱情会逐渐加重;(3)空间上,近16年来陕西省春旱较为严重的地区主要分布在陕北北部以及关中东北部,而陕北南部、关中西南部及陕南地区旱情较轻。     

河北省春季潜在蒸散量变化特征与成因

潜在蒸散量（ET₀）是区域能量平衡和水分平衡的重要组成部分,通过探讨其历史演化规律及成因对优化调整农业生产结构及水资源合理配置至关重要。基于河北省及周边地区1968—2018年24个典型气象站点逐日气象数据,利用Penman-Monteith模型、敏感性分析、M-K检验法及空间插值方法分析了河北省ET₀时空分布特征及其影响因素。结果表明:（1）从时间分布来看,51年间,河北省春季ET₀多年均值为353.20 mm,呈下降趋势,下降幅度为-1.679 mm/10 a,其周期变化存在35年主周期及20年次周期;空间上呈现由西北向东南半环状递减趋势。（2）从影响因素来看,春季ET₀变化对平均气温、最高气温、最低气温、日照时数和平均风速均表现正敏感;对相对湿度表现为负敏感,对各个气象因子敏感程度依次为相对湿度 > 最高气温 > 日照时数 > 平均风速 > 平均气温 > 最低气温。（3）从成因的空间分布上看,河北省北部地区ET₀变化的主导气候影响因子为平均气温,中部及西部地区为相对湿度,南部及偏东部地区则转变为平均风速。研究成果可为研究区水资源综合评价及农业生产工作提供一定参考。     

东胜矿区近50年地表干湿状况时程变化分析

内蒙古东胜矿区地处生态环境脆弱区,在全球气候变化和露天煤矿开采背景下,研究近50年该区地表干湿状况的变化特征具有重要意义。在采用Penman-Monteith公式计算潜在蒸散量的基础上,以其与降水量的比值作为干燥指数指标,分析内蒙古东胜矿区1957—2012年地表气候干湿状况和其时程变化趋势,以及频率分布特征和周期特征,并用全导数的方法探讨引起该区地表干湿变化的主导气象因子。结果表明:1)研究区干燥指数的多年平均值为3.2,上升幅度为0.004/a;2)除夏季有逐渐变干的趋势外,其他季节都呈现出变湿的趋势,但变化都不显著;3)在18~25年和7~12年尺度上地表干湿变化周期最明显,震荡主周期为12年;4)干燥指数最大值和最小值的重现期都超过了50年,1998年可以认为是一个突变年;5)引起干燥指数变化的主导气象因子是最高气温,其次是降水量和风速。     

甘肃黄土高原区潜在蒸散量时空变化与成因研究

基于甘肃黄土高原区12个气象站点1960—2008年逐日气温、降水、风速、日照时数、太阳总辐射和相对湿度数据,应用Penman—Monteith模型和Kriging插值法,分析了其潜在蒸散量的时空变化及其影响因子。结果表明:近49a来,陇中北部冷温带半干旱区和陇中南部冷温带半湿润区的潜在蒸散量均呈上升趋势。在四季中,潜在蒸散量的值夏季最大,春秋季次之,冬季最小。潜在蒸散量空间差异显著,潜在蒸散量的值表现为自北向南递减,其中最大值在景泰为1 105.82mm,最小值在岷县为772.31mm。相关分析表明,研究区年均潜在蒸散量所受气候因子的影响不尽相同,其中,陇中北部冷温带半干旱区为太阳总辐射和日照时数,而陇中南部冷温带半湿润区为太阳总辐射和最高气温。辐射项主要受太阳总辐射和最高气温影响,动力项主要受风速影响,辐射项的值都远大于动力项。不同气候区辐射项均呈上升趋势,但动力项有所不同,在陇中北部冷温带半干旱区呈下降趋势,斜率为-0.631mm/a,在陇中南部冷温带半湿润区呈上升趋势,斜率为0.415mm/a。     

京津冀地区潜在蒸散量时空演变特征及归因分析

为了深入认识京津冀地区潜在蒸散量的时空变化特征及其对气候变化的响应,该研究基于京津冀地区23个气象站57 a逐日气象观测资料,应用Penman-Monteith公式计算各站点日潜在蒸散量(ET0),剖析ET0的时空变化特征,运用敏感性分析法定量研究ET0对各气象要素的敏感性及其时空变化特征,定量识别各气象要素变化对ET0变化的贡献。研究结果表明:1)京津冀地区ET0空间分布整体呈由南向北递减趋势(除中部地区的塘沽站、黄烨站与保定站点ET0较高外)。ET0整体呈下降趋势,线性趋势率为-0.92 mm/a。ET0变化趋势空间分布由西北向东南递减,以春季减幅最为明显。2)京津冀地区ET0对相对湿度的最为敏感(-0.44),其次为风速(0.31)、日照时数(0.28)与平均气温(0.26)。随时间推移,ET0对平均风速与相对湿度敏感性整体呈下降趋势,而ET0对平均气温与日照时数的敏感性逐渐增强。敏感性系数空间分布从西北到东南:风速与平均气温敏感性系数逐渐递增,而日照时数与相对湿度敏感性系数逐渐递减。3)风速变化对京津冀地区ET0变化的贡献最大,平均气温次之。风速为主导因素的站点个数随时间呈下降趋势,平均气温与日照时数为主导的站点个数随时间呈上升趋势,说明近年来平均气温与日照时数对潜在蒸散量变化的影响愈加明显,这可能是由于近年来京津冀地区雾霾尤其是冬季雾霾对日照时数、气温与风速的产生一定影响,进而影响ET0。     

淮河流域主汛期降水气候特征及“旱涝急转”现象

淮河流域地处南北气候的过渡地带,主汛期降水变率大,旱涝灾害频繁。利用淮河流域126个地面气象站降水资料,采用EOF分解、线性变化趋势、Mann-Kendall突变检验等方法,对主汛期降水的时空分布特征、典型旱涝年降水特征以及“旱涝急转”气候特征进行了分析。结果表明：淮河流域主汛期的降水量空间分布呈现南部多于北部、山区多于平原、近海多于内陆的特征,并且旱、涝均主要是以南部为主发生;降水量有明显的年际变化特点,尤其是最近10a的年际变率在增大,集中强降水主要出现在7月上旬;淮河流域“旱涝急转”现象频繁发生,尤其是2000年以来频次显著增多,对农业生产造成严重不利影响。     

1964-2017年山西省潜在蒸发量时空变化及其影响因素分析

采用Penman-Monteith模型计算出山西省潜在蒸发量,运用小波分析、Mann-Kendall非参数检验和地统计等方法分析了山西省潜在蒸发量的时空分布特征,并且利用主成分分析法分析了其影响因素。结果表明:（1）山西省多年平均潜在蒸发量为1 148.6 mm,存在以27 a为主周期和9 a,45 a左右为次周期的周期变化;（2）山西省多年平均潜在蒸发量空间分布特征表现为由中部向南北两边递减,北部地区潜在蒸发量低于南部地区,地势低的地方潜在蒸发量较高;（3）山西省潜在蒸发量西北部和东南部呈现下降趋势,东北部及西南部呈增加趋势,东北部增加趋势尤为显著;（4）平均水气压和相对湿度是影响山西省潜在蒸发量的主导因素,潜在蒸发量与平均水气压、相对湿度和海拔高度呈负相关,与温度、风速、日照时数及纬度呈正相关。     

陇东黄土高原农田土壤湿度演变对气候变化的响应

以甘肃省庆阳市西峰区为例,利用近50a气象观测资料和近20a的土壤湿度观测资料,分析全球气候变暖背景下陇东主要气象要素及土壤湿度的变化特征,研究了气候变化对土壤湿度的影响。50a来陇东气温呈波动上升趋势,降水量呈波动减少趋势。1991—2010年陇东各层土壤湿度总体上均呈现出下降趋势,春季是土壤湿度减少最明显的季节,夏季土壤湿度变化趋势与春季具有类似规律,但变化率明显低于春季。秋季浅层土壤湿度呈下降趋势,深层呈上升趋势。就表层土壤湿度而言,各季土壤湿度与该季气温均为负相关,与降水量呈正相关。而对较深层土壤而言,土壤湿度与气温、降水的相关关系因季节而异。潜在蒸散量对土壤湿度的影响月份和年际变化均呈现出反位相的特点,基本呈同步变化趋势。通过对农田土壤水分演变特征及其影响因素进行分析,为进一步理解土壤水分的演变,合理利用气候资源,调整农业生态布局,积极应对气候变化提供决策方面的参考。     

重庆市参考作物蒸散量及湿润指数变化研究

利用1960—2008年重庆市34个气象站点的逐日降水、气温、气压、空气相对湿度、日照时数等气象要素资料,采用FAO推荐的彭曼—孟蒂斯公式,以日为单位,计算出各站点近49 a的参考作物蒸散量和湿润指数;采用线性趋势法、ArcGIS反距离权重空间插值法、Mann-Kendall突变检验法和相关分析法等方法,分析了1960—2008年重庆市的参考作物蒸散量和湿润指数的时空分布和变化趋势。结果表明:（1）重庆市年均参考作物蒸散量的空间分布差异显著,表现为由渝东南地区向渝东北地区和渝中西部地区增加的趋势。时间上,1960—2008年总体呈现下降趋势,但有阶段性的差异;（2）年均湿润指数空间分布差异较大,以渝东南的酉阳湿润指数最高,并由渝东南地区向渝东北地区和渝中西部地区递减。年均湿润指数时间分布总体呈现上升趋势,但阶段性有差异,突变年为1979年;（3）重庆市地表湿润指数与降水量、相对湿度呈现显著的正相关关系,与平均气温、最高气温、平均风速、日照时数以及参考作物蒸散量呈负相关。     

1959-2000年妫水河流域气候变化与水文响应分析

基于北京延庆县东大桥气象水文站观测的气温、降水和径流数据,采用Thornthwaite水文模型和Mann—Kendall突变与趋势检验法,对该站点所控制的部分妫水河流域的年平均气温和降水进行长期趋势检验和突变分析,同时对模型模拟的径流、蒸散量、土壤含水量进行长期趋势检验和突变分析。结果表明:1980—2000年与1959—1979年相比,研究区气温升高了2.45%,降水量减少了8.57%,地表径流减少了8.86%,实际蒸散量降低了8.54%,土壤含水量减少了76.95%。20世纪50年代以来,研究区一致表现为气温升高和降水减少。径流、实际蒸散量、土壤含水量也随之减少,并在1975年左右发生突变,整体表现出干旱化倾向。气候变化已经对区域水循环产生重要影响。     

云贵高原区干旱遥感监测中各干旱指数的应用对比

为从年和月尺度上监测云贵地区2000—2014年的干湿变化情况以及蒸散发在干旱中的作用,该文利用MODIS MOD16遥感观测和GLDAS数据模拟逐月实际蒸散发(ETa)与潜在蒸散发(ETp)数据,结合气象站观测降水数据计算3种干旱指数(标准化降水指数SPI,侦测干旱指数RDIst及蒸散发胁迫指数ESI),通过Mann-Kendall趋势检验方法分析了云贵地区近15 a的干湿变化特征,并以2009—2010年西南干旱为例来分析干旱期间蒸散发的作用。结果表明:1)2000—2014年云南中部存在明显的干旱化现象;2)云贵地区2009—2010年干旱期间,ETa和ETp在干旱发展前期的作用较小,但在干旱的演变过程中,逐渐对干旱有加剧作用,其中ETa比ETp对干旱的影响时间更长;3)干旱指数SPI和RDIst受控于降水量的变化,一致反映云贵地区2009—2010年严重干旱的准确发生时间为2009-09—2010-02,而基于ETa和ETp的干旱指数ESI则显示云贵地区干旱发生在2009-11—2010-06,更符合实际干旱演变情况,说明同时考虑ETa和ETp的干旱指数比考虑单一蒸散发因素的干旱指数在监测干旱方面更有效。该研究为提高气象干旱监测可靠性提供了参考。     

基于SPEI的宁夏沿黄城市带干旱特征及驱动性分析

宁夏沿黄城市带气候变化敏感,生态环境脆弱,探究区域干旱驱动机制,对进一步研究黄河流域高质量发展,优化区域农业水资源管理具有重要意义。利用研究区1995—2015年的气象资料,采用彭曼蒙特斯模型(P-M模型)和标准降雨蒸散指数(SPEI)获得区域潜在蒸散发量和干旱指数,通过Mann-Kendall突变检测法、滑动t检验和Pettitt突变检验,分析了研究区干旱时间变化周期,利用冗余分析法定量分析宁夏沿黄城市带干旱驱动因素。结果表明:(1)研究区在季节尺度上,单季旱发生频繁,以春季和秋季发生为主,自北向南整体呈现由高到底的趋势,且主要发生在北部地区,整体以0.013/10 a速率呈湿润化趋势;(2)在年尺度上干旱的下降趋势具有全域性,自北向南呈现由高到底的趋势;(3)宁夏沿黄城市带SPEI-12值在研究时段呈现逐年下降的趋势,通过3种突变检测函数,确定2008年出现异常值,这与降水分布一致;(4)各环境因子对SPEI指数的解释率均在75%以上,降水量、温度、地表净辐射是驱动SPEI值主要环境因子。其中,降水量对SPEI的贡献率最高,呈显著正相关关系。     

湄公河流域农业干旱主要影响因素分析和预估

以湄公河流域作为模拟试验区域,采用区域气候模式RegCM3为模拟工具,单向嵌套全球海气耦合模式ECHAM5/MPI-OM当代(1980-2009年)和SRES A1B情景下未来(2010-2039年)的输出结果,以根系层土壤含水量为代表性指标,对试验区月尺度农业干旱进行了预估。基于地表能量平衡,系统分析了降水、蒸发、地表温度等农业干旱主要影响因素与区域气候模式模拟的大气环流、地表感热通量、地表潜热通量、地表净通量之间的联系和变化规律,从气陆间能量和水汽通量平衡角度,对农业干旱发生机理进行了初步识别。预估结果表明:未来春末(6月)和秋末(10月)湄公河流域温度增加、土壤含水量减少较为明显;同时,在这个时段试验区蒸发旺盛和降水减少的趋势,有可能导致湄公河流域局部地区农业干旱的发生。     

黄河中游地区生态恢复对流域水资源的影响

[目的] 研究黄河中游地区生态恢复对水资源的影响，为流域生态保护和高质量发展提供科学依据。[方法] 利用GIMMS NDVI、ET、土壤水分、地表径流等相关水文数据，基于趋势分析和双累积曲线等方法，探讨生态恢复前后黄河中游地区蒸散发、土壤水分、地表径流的时空变化特征。[结果] 1982-2018年，黄河中游地区植被覆盖度增加了29.72%；在黄河中游地区植被覆盖度增加1%，蒸散发量增加了3~4 mm；在生态恢复区土壤水分呈下降趋势，下降速率为0.001 3%/a；各站点的平均径流量在1961-2018年呈逐年下降趋势，以生态恢复为代表的人类活动对径流量下降起到重要作用。[结论] 由于生态恢复和暖干化的气候背景，黄河中游水资源严重短缺。建议后续黄河中游生态恢复综合考虑水资源，减少人为干扰，以自然植被恢复为主。     

雅鲁藏布江流域干湿转换特征及植被动态响应

为准确识别气候变化条件下高寒流域干湿特征及植被动态响应,该研究以青藏高原东南部的雅鲁藏布江流域为例,基于全球陆面数据同化系统(global land data assimilation system,GLDAS)数据集,计算标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI),结合归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)探讨了雅鲁藏布江流域干湿转换特征及其对植被的影响。结果表明:GLDAS的降水与气温数据与实测数据一致性较好,可以用于分析雅鲁藏布江流域干湿转换特征;1982-2015年间雅鲁藏布江流域总体呈现湿润化趋势,但2000年前后流域干湿时空特征发生反转现象,即时间上,2000年以前流域呈现湿润化趋势,2000年以后呈现干旱化趋势,空间上,流域内干旱地区逐渐变湿,湿润地区逐渐变干;流域内约71.83%的区域SPEI与NDVI呈正相关,流域植被受流域干湿条件影响较大,降水和气温是植被动态变化的主要驱动因素;流域内92.17%以上的区域SPEI与土壤含水量呈极显著正相关,表明土壤含水量亦是影响流域干湿特性不可忽视的因素。该研究结果可为辨识高原及高寒区水循环变化过程及其驱动机制提供科学依据。     

基于气候变化和地形湿度指数的锡林浩特市水土流失趋势分析

气候因子和土壤水分是影响水土流失的重要因素,将气候因子与地形湿度指数相结合进行分析,对于预测研究区的水土流失趋势具有指导性的作用。以锡林浩特市为研究对象,利用Excel分析近10a来锡林浩特市气候变化趋势,结果表明:平均气温上升,降水量减少,平均风速增加,气候条件的变化使得草地生产力下降。以锡林浩特市数字高程图为基础,利用GIS的分析功能计算地形湿度指数。根据行政区划找出研究区域内地形湿度指数较小的区域,基于气候变化和地形指数进行综合分析得出:毛登牧场、白音希勒牧场、宝力根苏木3个地区土壤含水率较低,气候变化背景下,这3个地区风力侵蚀更易发生,因此应采取相应保护措施减少不必要的人类活动造成的水土流失。