雅鲁藏布江流域潜在蒸散发的气候敏感性及其变化的主导因子分析

潜在蒸散发敏感性分析是研究水资源对气候变化响应的基础内容之一。基于气象站点的观测资料,应用Penman-Monteith公式计算雅鲁藏布江流域1961—2012年逐日的潜在蒸散发,并分析其时空分布特征;在此基础上,分析潜在蒸散发对4个气象因子(平均气温、风速、太阳辐射、相对湿度)的敏感程度及各气象因子的贡献率,识别出雅鲁藏布江流域潜在蒸散发的敏感因子和主导因子。结果表明:(1) 1961—2012年,雅鲁藏布江流域的潜在蒸散发呈现显著增加趋势,增幅为8.81 mm/10 a;年潜在蒸散发空间分布表现为中游河谷地区高于其他地区;(2)对于雅鲁藏布江流域大部分区域,潜在蒸散发量对气候因子的敏感性排序为:太阳辐射平均气温相对湿度风速,各气象因子的贡献率从高到低为:平均气温风速相对湿度太阳辐射。总体而言,雅鲁藏布江流域潜在蒸散发对太阳辐射最为敏感,而平均气温是1961—2012年间潜在蒸散发变化的主导因子。     

松嫩平原西部生长季参考作物蒸散发的敏感性分析

为了预测气候变量扰动引起的区域参考作物蒸散发的变化,该文以松嫩平原西部为研究区,运用FAO Penman-Montieh方程计算了34个站点1951～2001年的生长季参考作物蒸散发,并计算其对气温、风速、日照时数和相对湿度的敏感系数,最后分析了敏感系数的时空变化特征.结果表明:参考作物蒸散发对相对湿度最为敏感,其次是气温,最后是风速和日照时数;5～9月,气温和日照时数的敏感系数呈单峰型分布,在7月份达到最高值,风速敏感系数呈单谷型分布,在7月份达到最低值,相对湿度敏感系数的绝对值表现为持续上升趋势;生长季气候变量敏感系数的空间差异性较大.日照时数、气温、风速等3个气候变量的敏感系数都在研究区西南部形成高值区,而相对湿度则在研究区西南部形成低值区,在研究区东北部形成高值区.     

泾河上游流域实际蒸散发变化趋势及成因分析

利用泾河上游流域1973—2012年的径流和蒸发皿观测资料,验证了该区域蒸散发量存在互补关系;在此基础上,利用区域内1966—2012年的气象资料,采用蒸散发互补关系模型估算区域实际蒸散发量,并进一步分析实际蒸散发的变化趋势及成因。结果表明,泾河上游流域蒸散发互补关系显著,平流—干旱模型计算该区域1966—2012年多年平均实际蒸散发量为529.4mm,总体呈减少趋势,变化率为-4.64mm/(10a)。季节变化上,春、夏、秋季的实际蒸散发量均呈下降趋势,其中夏季实际蒸散发量下降趋势显著,冬季蒸散发略有上升。通过分析实际蒸散发与气象因子的相关关系以及各气象因子变化趋势可知,研究区实际蒸散发的变化与降水、相对湿度和日照时数呈正相关关系,而与风速的变化呈负相关,该区域年实际蒸散发减少的主要原因可能是由于日照时数减少导致太阳辐射能量下降及降水量减少使可供蒸发的水量减少。     

挠力河流域丘陵-平原-湿地区径流变化驱动力分析

为了减少或者防止丘陵-平原-湿地区蒸发变大、径流减少和湿地退化等问题产生,有必要找到丘陵-平原-湿地区径流变化的驱动力。该文针对这种情况选定典型丘陵-平原-湿地区挠力河流域为研究对象,识别研究区水文气象、降雨径流关系、覆盖类型和旱田作物种类等径流影响因素的变化情况,利用情景模式反映影响因素的组合情况,将情景模式输入水文模型,分析径流影响因素及其变化对水文循环过程和径流的影响。结果表明:研究区域降水变化是径流变化的关键驱动力,降雨与径流总体上均呈递减趋势,并且径流深的递减趋势强于降水量的递减趋势;径流减少影响因素除了关键性因素降雨外还有其他因素在起作用,并且影响在逐渐增强;气候变化也是径流变化的重要驱动力之一,1965—2014年期间夏季和秋季的气温、水汽压、日照和风速等都存在显著增加趋势,春季的气温和水汽压显著升高,春季的风速在降低;1965—2014年期间流域蒸发在5—10月间并不是总是随着气温、日照、水汽压和风速等增加而增加,在某些时段某些覆盖类型蒸发量存在减小的现象;集水区域内覆盖类型变化是径流变化的重要驱动力之一,未利用地转变成旱地、旱地转换为水田以及农业产业结构的调整,加速了研究区内流域蒸散发,导致径流深的递减速度加快,同时引起了径流深对降水响应的异常;降水、气候因素和土地覆盖类型等综合影响着蒸发、根系区含水量、非饱和带含水量和径流等水循环过程因素的时空变化。     

海河流域近40年来降水和气温变化趋势及其空间分布特征

采用常规线性统计与滑动平均分析方法并结合GIS技术,对海河流域40 a(1960-1999)来降水与气温长期变化趋势进行了分析,并探讨了流域降水与气温空间差异性.结果表明,40 a来海河流域年降水呈下降趋势,而气温则呈上升的趋势,流域降水年际变化较为明显,年降水量极值比为2.31,变差系数Cv值为0.18;流域气温年际变化不太明显,年均气温极值比为1.32,变差系数Cv值为0.06.流域降水与气温存在明显的地区差异,总的趋势是降水由太行山、燕山迎风区分别向西北和东南两侧减少,气温从东南向西北降低.     

基于遥感的泾河流域日蒸散量估算

蒸散发是陆地水分和能量循环过程中的重要环节。利用遥感数据与传统蒸散发模型相结合的方法,对泾河流域2006年3—10月日实际蒸散量进行动态模拟,并利用LAS站实测数据对模拟结果进行了验证。结果表明:1)基于遥感的P-T方法估算地表实际蒸散发可获得较好的效果。2)泾河流域蒸散发空间上,总体趋势为"南高北低;东西两侧山区高,中部平原低";林地蒸散量最高,其次为农田,最低的是草地。3)时间上,泾河流域蒸散发呈单峰型分布,7月、8月份的蒸散发量最高。4)月均气温、月降雨量和月均植被指数与月均蒸散发量的相关系数分别在0.8,0.5,0.7左右,表明温度、降水和植被是影响泾河流域蒸散发的关键因素。     

江苏省NDVI时空变化特征及其与气候因子的关系

[目的]分析江苏省NDVI时空变化特征,并探讨该地区NDVI与气候因子之间的关系,为合理制订生态环境保护政策和措施服务。[方法]运用一元线性回归模型分析NDVI时空变化特征,运用相关性分析法分析NDVI与气候因子之间的关系。[结果](1)江苏省NDVI在2001—2010年上升速率为0.005/a。(2)江苏省部分丘陵山区平均NDVI达到0.8以上,江淮平原及黄淮平原平均NDVI大多位于0.7~0.8之间。(3)年际NDVI与相对湿度的相关系数为-0.720,月际NDVI与当月气温的相关系数为0.860;降雨和相对湿度对NDVI的影响存在滞后效应和累积效应,且滞后期均为1个月。[结论]江苏省NDVI在2001—2010年呈上升趋势;NDVI平均值空间分布及其变化趋势区域差异明显;NDVI年际变化与相对湿度相关性最高,而气温对月际NDVI变化影响最大。     

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。     

黄河上游参考作物蒸散量变化特征及其对气候变化的响应

研究参考作物蒸散量对气候变化的响应对于辨析气候要素对蒸散发的影响具有重要意义。该文在验证FAO推荐的Penman-Monteith(P-M)方法在黄河上游地区适用性的基础上,分析了10个气象站点近50a来参考作物蒸散量的变化特征,计算了参考作物蒸散量对4种气候要素的敏感系数及其对气候变化的响应。结果表明:FAOP-M方法在研究区域具有较强的适用性;参考作物蒸散量随海拔升高而减少,主要集中在生长季的3-10月。高海拔站点参考作物蒸散量年值多呈显著增加趋势,低海拔则明显减少,且变化过程不同。气温和风速敏感系数的年内变化分别呈显著的波峰型和波谷型,日照时数的变化不明显,相对湿度的敏感性呈生长季略有增加趋势;年际变化方面,气温的敏感系数呈显著增加趋势,低海拔地区相对湿度的敏感系数呈显著增加趋势。气温、日照时数的增加和相对湿度的降低导致了高海拔站点参考作物蒸散量的增加,高海拔地区的蒸散发主要受气温、日照时数等能量制约;低海拔站点参考作物蒸散量的减少主要受日照时数和风速减小、相对湿度提高的影响,水分条件的限制更显著。该研究对于结合未来气候变化趋势开展黄河上游地区生态管理,促进生态系统的良性发展,具有重要的科学意义和应用价值。     

漳河流域潜在蒸发量时空变化特征

由于人类活动和气候变化等原因,漳河流域水循环特征发生重大变化,地表水和地下水资源量均呈现不同程度的减少。蒸发是水循环的重要环节,研究蒸发量的时空变化对理清研究区水循环变化的原因有一定意义。本文利用彭曼公式和ArcGIS空间分析等方法,分析了研究区潜在蒸发量时空变化特征。结论:近50 a来,研究区潜在蒸发量呈显著上升趋势,这与该区气温上升,近地风速和相对湿度下降密切相关;空间上研究区潜在蒸发量呈现由东北向西南逐渐增大的趋势,总体在815.05～982.86 mm之间,其中,东北部和顺县最低,为815.05 mm,西南部沁县最高,为982.859 mm。     

气候变化背景下中国苹果适宜种植区北移西扩：基于高分辨率格点气象数据的区划分析

利用1981-2010年5km×5km格点气象数据,基于前人研究指标,采用气候倾向率、ArcGIS空间插值等方法,对影响苹果种植的气温、降水、相对湿度等主要气候指标分布特征进行分析。首先利用一票否决式指标剔除不能满足苹果生长基本要求的不可种植区域,然后结合苹果气候区划因子评分标准,对可种植区进行适宜性评价,并分析年际间适宜区的变化特征。结果表明,总体来看,苹果可种植区为华北、西北、西南以及华东、华南的部分地区。在可种植区中,适宜区主要位于黄土高原大部分地区和环渤海地区,次适宜区主要位于华北平原和黄土高原少部分地区以及塔里木盆地和云贵高原地区,不适宜区主要分布在东北地区、长江以南大部分地区、青藏高原地区以及新疆北部部分地区。与20世纪80年代相比,90年代、21世纪00年代山东半岛、黄土高原南部由适宜种植区转变为次适宜种植区,辽蒙交界地区、云贵川交界地区、黄土高原北部以及陕甘交界处由次适宜种植区转变为适宜种植区,苹果适宜种植区变化呈现明显北移西扩的特点。     

疏勒河流域潜在蒸散发时空演变及驱动因素量化分析

为了探明潜在蒸散发(ET₀)时空演变规律及其与气象因素间的复杂交互作用关系,揭示水循环过程对气候变化响应机制,基于疏勒河流域10个气象站点1984—2019年逐日资料,采用聚类分析、灰色关联度分析、通径分析、敏感系数法等多种定性定量分析方法,确定主导驱动因素以及ET₀变化对主导因子敏感程度及贡献大小。结果表明:ET₀年际变化上升趋势显著,空间上由东南向西北逐渐增加。ET₀季节排序为夏季>春季>秋季>冬季,四季空间分布由东南向西北逐渐递增。聚类分析及灰色关联度分析显示T(日平均温度)、RH(平均相对湿度)、P(降水量)、n(日照时间)、u(风速)为5个关键因素,通径分析表明T是最主要因素,P作用最小。对ET₀变化,T,n,u起正向促进作用,RH起反向抑制作用,贡献率分别为7.96%,0.29%,3.14%,2.29%。ET₀呈现增大趋势,是由于RH多年减少和T升高、n增加、u增大等共同作用结果,T升高是造成ET₀增加的主要原因。探究疏勒河流域ET₀变化机理为河西干旱内陆河地区ET₀研究的方法理论及水资源合理、高效利用提供科学参考依据。     

淮河流域地表干湿变化的时空分布特征

以淮河流域为研究对象,结合淮河流域35个气象站点1961—2013年的逐日降水量观测数据与流域地表气象数据,运用Penman-Monteith公式计算得到淮河流域的潜在蒸散量及相对湿度指数,并用Matlab软件的小波函数进行周期分析及Mann-Kendall趋势分析,研究近53年来淮河流域地表干湿变化的时间变化特征。同时借助Arc GIS平台,通过反距离权重法插值,研究淮河流域的降水量、潜在蒸散量和相对湿度指数的空间分布特征。结果表明,在时间分布上,近53年来淮河流域的降水量和相对湿度指数均呈现微弱上升趋势,而潜在蒸散量呈下降趋势;在空间分布上,潜在蒸散量表现为淮河地区北部高于南部,而相对湿度指数和降水量则均表现为淮河地区南部高于北部。     

2001—2020年川西高原植被EVI时空变化特征及气候因子驱动力分析

为了了解川西高原植被EVI的时空变化特征,以MODIS-EVI数据、DEM数据和气象格点数据为基础,基于相关性分析、趋势分析和最大值合成等方法,探讨了川西高原2001—2020年植被EVI时空变化特征及不同海拔高程下植被EVI分布和变化规律。在此基础上,对研究区植被EVI时空变化的气候因子驱动力进行了分析研究。结果表明:(1)川西高原20年间植被EVI均值介于0～0.88,空间分布具有明显的地域分异。(2)近20 a来,川西高原植被EVI整体增长趋势,速率为1.0%/10 a,植被EVI的相对年际变化率介于-4.26%～13.58%。有13.09%的地区植被EVI变化通过显著性检验,其中约10.18%的区域植被EVI呈增加趋势。(3)川西高原近20 a不同海拔高程下植被EVI都呈波动增加趋势,变化速率以及增加趋势的显著性都有明显的差异。在<2 500 m,2 500～3 000 m,4 500～5 000 m 3个海拔高程区间内,植被EVI增加趋势显著。(4)川西高原植被EVI与气温和降水呈正向相关的区域面积占比分别为56.42%,64.09%。在0.05显著性水平下,川西高原植被EVI变化受气候因子驱动的地区约占研究区总面积的21.87%。整体而言,近20 a来川西高原植被EVI呈增加趋势,且具有明显空间差异,EVI与气温和降水整体呈正向相关。川西高原大部分地区的植被EVI变化受非气候因子驱动。     

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。     

黄河流域极端气候事件时空变化规律

为分析黄河流域极端气温和极端降水的变化规律特征,利用黄河流域284个气象站点1969—2018年逐日最高气温、最低气温和降水量观测数据,采用国际通用的极端气候事件指数,以水系为空间单元分析了极端气候指数的时空变化特征。结果表明:空间尺度上,最高气温、最低气温、夏天日数和生长期长度呈东南高西北低的特征,日平均温差、霜冻、结冰日数呈相反特征; 除连续无雨日数外,其余极端降水指数均呈东南高、西北低的格局。时间尺度上,表征极端高温事件的最高气温、最低气温、夏天日数、生长期长度、暖夜、暖昼日数呈上升趋势,极端低温事件指数如霜冻、结冰、冷夜、冷昼日数呈下降趋势,研究区内7个水系的极端气温指数变化趋势相一致,甘宁、内蒙和黄河上游水系趋势较显著; 极端降水指数除连续无雨日数外均呈上升趋势,显著上升的站点主要集中于陕北和黄河上游水系。黄河流域气温整体均呈上升趋势,极端降水指数变化特征空间差异性较大。     

1960-2011年河西走廊地表干湿状况的时空变化及影响因素

[目的]为了探讨河西走廊地区地表干湿状况对气候变化的响应。[方法]利用河西走廊地区14个气象站1960—2011年逐日气象数据,基于FAO推荐的Penman—Monteith模型计算河西走廊各气象站的参考蒸散量和湿润指数,采用Sen’s斜率和Mann—Kendall趋势检验方法,分析河西地区地表干湿的时空变化特征,探讨影响湿润指数变化的主导因子。[结果]河西走廊地表多年平均干湿指数为0.00~0.56,且52a来河西走廊湿润指数整体呈增加趋势;湿润指数的变化具有明显地域性差异。各季节湿润指数亦整体呈增加趋势,以冬季增幅最大,秋、春次之,而夏季变化最小。[结论]河西走廊地区气候属于干旱,52a来湿润指数略有增大,其主要原因是降水的增加和风速的减小。     

渭河中游气候变化及其对水文要素的影响

为了探究渭河中游气候变化及其对水文要素的影响,基于渭河中游1970-2017年气候与水文要素资料,运用线性回归、Mann-Kandall检验、小波分析等方法分析了50年来气候及水文要素的时空变化趋势、周期及突变特征。采用双累积曲线法判定径流量突变点,累积量斜率变化率法探讨了气候变化与人类活动对径流量变化的影响程度。结果表明:渭河中游年均气温、气压、水汽压和潜在蒸发量分别呈0.349℃/10 a,0.96 hPa/10 a,0.11 hPa/10 a,2.66 mm/10 a的上升趋势;风速与大气相对湿度每10 a呈-0.16 m/s,-0.65%的下降趋势,各气候要素冬春季节的变化幅度更大;除水汽压外各气候要素均存在明显的周期变化;气温、水汽压及大气相对湿度分别在1996年、1983年和2003年发生显著突变。水文要素中径流量与降水量呈显著下降趋势。气候要素与水文要素的变化有较强相关性。人类活动对径流量减少的贡献率大于气候变化的贡献率,但气候变化的贡献率近年来有增长趋势。     

海河流域生长季植被覆盖度时空变化及驱动力分析

[目的]了解海河流域生长季植被覆盖度(FVC)的时空变化及其驱动力,以期为海河流域的生态保护、建设与可持续发展提供参考。[方法]基于MODIS NDVI遥感数据和同时期的18种影响因子,采用趋势分析法和M-K显著性检验分析了2001—2019年海河流域生长季植被覆盖度的时空变化特征;并利用地理探测器探讨了其空间分异特征与驱动力。[结果]2001—2019年海河流域生长季植被覆盖度总体呈显著上升趋势,线性倾向率为0.063/10 a, 2011年之后增速减缓。空间分布差异明显,植被覆盖度总体较高,仅环渤海湾地带和一些城市区域植被覆盖率较低。改善区域的面积远大于退化面积,其中改善部分以极显著改善为主,占流域总面积的60.42%。海河流域生长季植被覆盖度的空间分布差异主要由林地比例和林草混合地比例所决定,解释力均在30%以上。对海河流域生长季植被覆盖度交互作用解释力最强的是林草混合地比例和农田比例。[结论]海河流域植被覆盖度总体显著上升,空间分布差异主要驱动力为林地比例和林草混合地比例。     

中国耕地景观细碎度时空变化特征及其影响因素

耕地细碎化是中国耕地利用效率提高和农业现代化转型的关键制约因素。2014年以来中央政府试图通过鼓励土地经营权流转以实现耕地细碎度降低和适度规模经营耕地的目标。然而，少有研究开展中国全域尺度的耕地细碎化趋势分析，土地经营权流转政策的相关实施效果也尚不明晰。该研究基于长时序土地利用数据，辅以景观格局指数、趋势分析和动态面板模型等方法，对1990-2020年中国耕地景观细碎度的时空变化特征进行了识别，并剖析了土地流转政策实施对耕地景观细碎化的影响。结果表明，1）中国耕地景观细碎度大致呈"平原、盆地低、山地、高原高"的分布格局，东北平原、黄淮海平原、长江中下游平原以及四川盆地、准噶尔和塔里木盆地等地区耕地景观细碎度低，而二三级地势阶梯过渡地带以及黄土高原、云贵高原和东南丘陵等地区耕地景观相对细碎；2）1990-2020年中国耕地景观细碎度大致呈"持续细碎化-细碎化改善-波动细碎化"变化特征，其中2004-2013年耕地景观整体呈细碎化趋势，超过70%的县域耕地斑块密度（Patch Density，PD）/形状指数（Landscape Shape Index，LSI）显著增加、聚集度指数（Aggregation Index，AI）显著减小，集中分布在黄淮海平原、长江中下游平原、四川盆地以及两广地区，但2014-2020年70%的省份耕地景观细碎度有所改善，以两广地区表现最为典型；3）土地流转政策显著降低了耕地景观细碎度，此外，区域土地利用变化、非粮化耕地利用、坡度以及灌溉条件等因素也是影响中国耕地景观细碎度变化的重要因素。该研究从全域尺度剖析了中国耕地景观细碎度的时空变化特征并揭示土地流转政策等因素对其的影响，研究结果可为区域耕地景观细碎度变化以及不同土地利用/生态系统类型变化分析提供新思路。