中国近30年农业气候资源时空变化特征

基于1950s—2010年中国756个标准气象台站的地面观测数据,以年降水量为200、400、800 mm为中国干旱-半干旱-半湿润-湿润地区的分界线,选取代表农业气候资源的关键气象因子,采用GIS技术揭示1981—2010年气候态下不同地区农业资源的分布现状;并与1950s—1980年气候态相比较,分析其时空变化特征。结果表明:我国近30年的光照资源总体减小,太阳辐射资源较前30年总体减小458.07 MJ·m-2,日照时数总体减小126h;热量资源总体增加,无霜期除华南地区南部减小其余地区均有不同程度的增长,≥5℃积温较前30年增幅大多在1%~2%之间,干旱、半干旱地区的热量资源增幅明显大于湿润和半湿润地区;除干旱区生长季降水增加外(+10.33%),其余三个地区的生长季降水均呈减少趋势,其中半湿润地区的生长季降水减少最为明显(-3.01%)。农业生产和作物种植布局应参考不同区域的农业气候资源分布进行合理配置,并根据其增减趋势适时开展适应性措施。     

甘肃省参考作物蒸散量变化特征与影响因子分析

为了探寻甘肃省参考作物蒸散量(ET_0)的变化特征及其影响因子,利用FAO-Penman-Monteith(98)公式计算甘肃省4个分区的ET_0。依靠处理定性概念与定量描述不确定转换的云模型对ET_0变化特征和影响ET_0的气象因子进行了研究;同时,采用通径分析的方法,对不同区域影响ET_0变化的气象因子进行了探讨。结果表明:63年来,ET_0在空间上表现为西北地区大于东南地区。其中,河西地区ET_0在甘肃省内一直处于最高值,但呈逐年减小的趋势;陇中地区和陇东地区前30年先减小,后33年较之前有所增加,但总体趋于稳定;陇南地区则表现为多年最低值且较为稳定,无明显变化。63年来河西地区ET_0分布最为离散,不均匀性也最不稳定性;陇东地区ET_0分布最为均匀,稳定性也相对最好。通径分析表明,各个气象因子对ET_0变化都有影响且对不同区域ET_0的主要影响因子也不尽相同。对河西地区和陇南地区ET_0变化直接作用最大的气象因子为平均温度;对陇中地区和陇东地区ET_0变化直接作用最大的气象因子分别为平均相对湿度和日照时数。平均风速是对河西地区、陇中地区和陇东地区间接作用最为显著的气象因子;而对陇南地区ET_0间接作用最为显著的气象因子则为日照时数。     

1980-2009年西藏西北部潜在蒸散时空分布特征及其影响因素

通过分析西藏西北部潜在蒸散量的时空分布以及影响潜在蒸散的气候因素.结果表明:①西藏西北部潜在蒸散呈现从西北向东南减少的分布特征,最大潜在蒸散出现在夏季,春季次之,冬季最小.近30 a来,除冬季潜在蒸散呈略微增加趋势外,其余均呈减少趋势.气温、相对湿度和降水量呈增加趋势,平均风速和日照时数呈减少趋势;潜在蒸散与气温、风速、日照时数呈正相关,与相对湿度、降水量呈负相关.②影响潜在蒸散的主要气象要素为相对湿度、平均气温和日照时数,风速对冬季潜在蒸散的影响最为显著;近30 a来,风速减小、日照时数减少、相对湿度增加是导致潜在蒸散量减少的主要气象影响因子.西藏西北部地区潜在蒸散的变化存在“蒸发悖论”现象,即在气温升高[0.55℃·(10a)-1]的背景下,潜在蒸散呈下降趋势[10.02 mm ·(10a)-1].     

西藏地区潜在蒸散量时空格局特征及影响因素研究

利用1981—2018年西藏地区38个气象站点的逐日气象观测资料,采用联合国粮农组织Food and Agriculture Organization of the United Nations(FAO)推荐的Penman-Monteith公式估算了各站点的潜在蒸散量(ET_0),分别从趋势性、突变性以及周期性分析了ET_0的时空变化格局及其影响因素。结果表明:在时间尺度上,西藏地区ET_0均表现出先"下降"后"升高"的趋势,其中"下降"阶段ET_0整体呈显著的降低趋势(除冬季外),"升高"阶段呈显著的增加趋势(除春、夏季)。在空间尺度上,春、夏季表现出减少和秋冬季、年际表现出增加的趋势。发生突变的站点主要分布在中南部和东北部区域,时间集中在20世纪80年代;年均ET_0变化的第一主周期为33 a(2013年)。此外,平均风速和相对湿度是影响年及季节ET_0的主要因素,同时平均风速、相对湿度和最高温度对ET_0的影响趋势具有很强的一致性。     

西藏青稞需水关键期降水的气候变化特征

利用1961-2000年西藏不同气候型农区旬降水量资料,分析了青稞生育期的降水特征及趋势变化。结果表明：青稞拔节～孕穗期降水变率较大,此时温暖半干旱农区、温暖半湿润农区易出现旱情;抽穗～乳熟期半湿润农区多数年份的降水能够满足青稞需求,且还有盈余。过去40a青稞全生育期的降水量,在温暖半干旱农区,1980年以前呈显著的减少趋势,1981年开始表现为显著的增加趋势;温暖半湿润农区呈明显的增加趋势,而温凉半湿润农区表现为不显著的减少趋势。     

北京地区参考作物蒸散量变化趋势及其主要影响因素分析

利用1951~2007年北京气象站的气象资料,采用FAO56 Penman-Monteith公式(PM公式),计算了北京地区每日的参考作物蒸散量(ET0),分析了北京地区各气象要素和ET0的变化趋势,利用敏感性分析找出影响ET0变化的主要因子。研究结果表明:在1951~2007年期间北京地区的平均相对湿度和日照时数呈下降趋势,平均温度呈升高趋势,平均风速呈现先增加(1951~1972年)后下降的趋势(1973~2007年);饱和水汽压差升高造成的ET0值正变化不仅抵消了净辐射降低对ET0造成的负影响,还使得参考作物蒸散量表现为逐渐增加趋势;敏感性分析显示相对湿度和温度是影响北京地区年ET0变化的主要因子;在年内,夏季(6~8月份)对ET0影响最大的因素为日照时数,在其它时间段内,温度对ET0的影响最大。     

东北地区湿润指数及其干湿界线的变化特征

利用1961～2007年东北地区124个气象站的温度、降水、风、水汽压、日照等气候资料,采用Penman-Monteith-模型计算参考蒸散量,进一步计算了湿润指数,分析了参考蒸散量和湿润指数的变化趋势及干湿界线的变化情况.结果表明:湿润指数总体呈下降的趋势,变干趋势发生在半干旱半湿润气候区及湿润气候区的大部分地区,湿...     

近55a来青藏高原东部气候演变特征

根据青藏高原东部50个气象台站1958—2012年的气象资料,采用气候倾向率、Mann-Kendall突变检验法、Morlet小波法、反距离权重等方法,对青藏高原东部逐月平均气温、降水量、日照时数、平均风速的变化趋势和空间格局进行了分析。结果表明:1近55 a青藏高原东部年平均气温呈极显著升高趋势,降水量呈显著增多趋势,年日照时数和平均风速呈显著减少趋势。青藏高原东部气候总体上呈较明显的暖湿化趋势。2青藏高原东部年平均气温在1993年发生了极显著的突变性升高,降水在1984年发生了显著的突变性增多,而平均风速和年日照时数分别在1992年和2001年发生了显著的突变性减少。3青藏高原东部年平均气温、降水量、日照时数和平均风速的第一主周期变化均为13 a。4青藏高原东部平均气温、年降水量总体由西北向东南递增,年日照时数大致由西北向东南递减,平均风速的空间变化不明显。     

基于SPI/SPEI指数的东北地区多时间尺度干旱变化特征对比分析

利用东北地区(黑龙江、吉林、辽宁)1960—2014年90个气象台站的逐日地面观测数据(平均气温、降水量、日照时数、平均相对湿度、平均风速及平均水汽压),利用标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散指数(SPEI),对比分析近55 a多时间尺度干旱变化特征及两指数的表征差异。(1)依据各气象台站年总降水量,可将东北地区分为5个子区,各分区年总降水量皆未表现出显著的长期趋势,但Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ区和Ⅴ区年总潜在蒸散量分别呈现显著下降、上升趋势。(2)两指数在1个月(1 mo)尺度上围绕0值频繁波动,随时间尺度增加,形成干湿阶段持续期,其中干旱期持续时间较湿润期稍长。不同时间尺度二者评估旱涝结果总体相似,其中短时间尺度,SPI较SPEI易受降水影响,波动大。长时间尺度差距减小,但在判别程度上SPI较SPEI偏轻。在特殊干旱年1982年和1999年,SPI在降水量减少幅度较大地区或月份监测干旱能力下降。(3)SPI描述东北地区无旱及特旱发生频率时较SPEI高,中旱、重旱及湿润发生频率则相反。(4)在评估东北地区旱涝情况时SPEI指数较SPI指数适用性更好。     

河北省冬小麦生育期干旱特征及成因分析

利用河北省冬麦区48个气象站1965—2014年气象资料和冬小麦发育期数据,选取标准化降水蒸散指数(SPEI),以冬小麦需水量代替SPEI指数中的蒸散量,分析了河北省冬小麦生育期近50年干旱时空特征,并对干旱变化特征的成因进行了初步探讨。结果表明:(1)在不考虑轻旱的情况下,河北省冬小麦各生育期内中旱出现频率最高(9.2%~10.4%),其次是重旱(5.7%~7.4%),极端干旱出现频率最低(1.8%~2.7%)。(2)冬小麦生育前、中期中旱以上干旱发生的高频率区位于衡水、沧州,邯郸则为中、后期中旱以上干旱出现的高频率区域。(3)冬小麦全生育期1966~1968年、1971~1972年、1981~1982年、2011年干旱强度较强、范围较大,是干旱较严重的年份,其中,1968年的干旱贯穿全生育期,其它年份均为阶段性干旱。(4)冬小麦全生育期干旱强度、干旱范围随年际均呈减弱趋势,且减弱趋势通过0.01水平的显著性检验;这种减弱趋势与冬小麦需水量的减少趋势关系密切,而冬小麦需水量的减小趋势又受日照时数、风速的下降趋势影响。     

近50年黄土地区气候与潜在蒸散量变化及其影响因素分析

根据黄土地区1951—2000年14个站点的日气象资料以及FAO56 Penman-Monteith公式,计算各站逐月潜在蒸散量,分析近50 a各站年平均气温、降水量、日照时数、风速和相对湿度等气候要素以及年潜在蒸散量的变化趋势和变化特征,并据此分析ET0变化的气候成因。结果表明:(1)近50 a来黄土地区基本都表现为显著的增温趋势,增温速率为0.039～0.396℃/10a,与全国平均水平0.22℃/10a相当;降雨量、风速、日照时数和相对湿度总体上均呈下降趋势;(2)潜在蒸散量年际间除驻马店和介休显著下降外,其他大部分站点呈显著上升趋势;(3)敏感性分析表明黄土地区潜在蒸散量的主要影响因素是相对湿度,其次是太阳辐射(日照时数)和气温,风速变化的影响最弱。     

Meteorological impacts on evapotranspiration in different climatic zones of Pakistan

Arid regions are highly vulnerable and sensitive to drought. The crops cultivated in arid zones are at high risk due to the high evapotranspiration and water demands. This study analyzed the changes in seasonal and annual evapotranspiration(ET) during 1951–2016 at 50 meteorological stations located in the extremely arid, arid, and semi-arid zones of Pakistan using the Penman Monteith(PM) method. The results show that ET is highly sensitive and positively correlated to temperature, solar radiation, and wind speed whereas vapor pressure is negatively correlated to ET. The study also identifies the relationship of ET with the meteorological parameters in different climatic zones of Pakistan. The significant trend analysis of precipitation and temperature(maximum and minimum) are conducted at 95% confidence level to determine the behaviors of these parameters in the extremely arid, arid, and semi-arid zones. The mean annual precipitation and annual mean maximum temperature significantly increased by 0.828 mm/a and 0.014℃/a in the arid and extremely arid zones, respectively. The annual mean minimum temperature increased by 0.017℃/a in the extremely arid zone and 0.019℃/a in the arid zone, whereas a significant decrease of 0.007℃/a was observed in the semi-arid zone. This study provides probabilistic future scenarios that would be helpful for policy-makers, agriculturists to plan effective irrigation measures towards the sustainable development in Pakistan.     

Evapotranspiration of an oasis-desert transition zone in the middle stream of Heihe River,Northwest China

As a main component in water balance, evapotranspiration is of great importance for water saving and irrigation-measure making, especially in arid or semiarid regions. Although studies of evapotranspiration have been conducted for a long time, studies concentrated on oasis-desert transition zone are very limited. On the basis of the meteorological data and other parameters(e.g. leaf area index(LAI)) of an oasis-desert transition zone in the middle stream of Heihe River from 2005 to 2011, this paper calculated both reference(ET0) and actual evapotranspiration(ETc) using FAO56 Penman-Monteith and Penman-Monteith models, respectively. In combination with pan evaporation(Ep) measured by E601 pan evaporator, four aspects were analyzed:(1) ET0 was firstly verified by Ep;(2) Characteristics of ET0 and ETc were compared, while the influencing factors were also analyzed;(3) Since meteorological data are often unavailable for estimating ET0 through FAO56 Penman-Monteith model in this region, pan evaporation coefficient(Kp) is very important when using observed Ep to predict ET0. Under this circumstance, an empirical formula of Kp was put forward for this region;(4) Crop coefficient(Kc), an important index to reflect evapotranspiration, was also analyzed. Results show that mean annual values of ET0 and ETc were 840 and 221 mm, respectively. On the daily bases, ET0 and ETc were 2.3 and 0.6 mm/d, respectively. The annual tendency of ET0 and ETc was very similar, but their amplitude was obviously different. The differences among ET0 and ETc were mainly attributed to the different meteorological variables and leaf area index. The calculated Kc was about 0.25 and showed little variation during the growing season, indicating that available water(e.g. precipitation and irrigation) of about 221 mm/a was required to keep the water balance in this region. The results provide an comprehensive analysis of evapotranspiration for an oasis-desert transition zone in the middle stream of Heihe River, which was seldom reported before.     

利用SEBAL模型对沙拉沐沦河流域蒸散发的分析

以2001年7月10日的MODIS数据为数据源,采用基于地表热量平衡的SEBAL模型估算位于半干旱地区的沙拉沐沦河流域的实际蒸散发量,综合分析蒸散发量与土地利用/覆被、地表温度、植被指数、高程、坡度和坡向的关系。结果表明:该流域的夏季日实际蒸散发量空间差异比较大,从0mm到6.57mm,平均蒸散发约2.90mm;蒸散发的空间分布不均匀,流域边缘林地覆盖区的蒸散发最高,中部和流域出口所在的草地、耕地分布区相对较低。实际蒸散发量与地表温度和归一化植被指数高度线性相关;不同的土地利用类型具有不同的日平均蒸散发量,林地的日平均蒸散发量最高,其次为耕地,建设用地最低。     

干旱区区域蒸散发量遥感反演研究

为研究干旱半干旱区蒸散发量,以新疆为研究区域,基于地表能量平衡,依据地表温度与反照率关系确定蒸发比,利用MODIS影像遥感估算新疆地区的蒸散发量。通过野外验证,模拟蒸散量与涡度相关仪野外观测量一致,平均误差在0.40mm/d。在干旱区,蒸散发量与降水的相关性在82%,与气温的相关性分别为46%。通过模型反演,2005年研究区在空间上以裸土蒸发为主,蒸发量在0-2mm/d之间,主要在塔里木盆地、准噶尔盆地和吐鲁番盆地,而蒸散发量较高地区主要为天山山脉下垫面为林地草地和平原绿洲农田区域,蒸散发量最大达6mm/d。     

1971-2014年青藏高原参考蒸散变化及其归因

研究参考蒸散时空变化格局并辨识其驱动因子，是认识区域水文过程及其对气候变化响应的重要途径。基于修正的FAO 56 Penman-Monteith公式和青藏高原75个台站逐日气象观测资料，分析了1971—2014年高原参考蒸散变化的转折特征，并探讨转折前后的年际与季节变化趋势及其主导因素。结果表明：1971—1996年青藏高原参考蒸散呈急剧下降态势〔-27.07 mm·(10a)^-1〕，而1997—2014年高原参考蒸散增加趋势显著〔40.16 mm·(10a)^-1〕，尤以33°N以南区域最为突出。这与影响参考蒸散变化的气候因子变化趋势的年际转折密切相关。其中，风速变小是1971—1996年高原年参考蒸散减少的主要因素，特别是在高原北部；相对湿度降低则极大地促进了1997—2014年高原主体(除高原北缘外)参考蒸散的显著增加。此外，从季节上看，春、秋、冬季参考蒸散变化的最大贡献因子由之前的风速减小转变为1997—2014年的相对湿度下降；影响高原夏季参考蒸散的主导因子是1971—1996年相对湿度的增加，之后则转变为1997—2014年日照时数的增加。     

1961-2008年新疆夏半年干湿气候时空变化

根据新疆101个气象台站1961-2008年4-9月逐月气候资料,采用气候倾向率、Morlet小波、累计距平、t-检验、Penman-Monteith公式和Kriging插值技术等方法,对近48年新疆夏半年（4-9月）降水量、潜在蒸散量和地表湿润指数等要素的时空变化特征进行了研究。结果表明：1）新疆夏半年平均降水量为1...     

蒸散发估算方法及其驱动力研究进展

蒸散发是水文循环的重要组成部分,也是度量土壤-植被-大气耦合系统中水文与能量传输的关键指标。因此,准确估算蒸散发,充分理解蒸散发的驱动力对干旱半干旱区水资源高效利用具有重要意义。本文对区域蒸散发估算方法进行了总结与归纳,并从气候变化和人类活动两个角度总结了干旱半干旱地区蒸散发变化的驱动力。最后,评论了当前蒸散发估算方法及其驱动力研究存在的问题,提出未来应加强蒸散发估算模型的改进与完善,合理规划土地利用,提高水资源利用效率,从而促进区域的可持续发展。     

蒸散发估算方法及其驱动力研究进展

蒸散发是水文循环的重要组成部分,也是度量土壤-植被-大气耦合系统中水文与能量传输的关键指标。因此,准确估算蒸散发,充分理解蒸散发的驱动力对干旱半干旱区水资源高效利用具有重要意义。本文对区域蒸散发估算方法进行了总结与归纳,并从气候变化和人类活动两个角度总结了干旱半干旱地区蒸散发变化的驱动力。最后,评论了当前蒸散发估算方法及其驱动力研究存在的问题,提出未来应加强蒸散发估算模型的改进与完善,合理规划土地利用,提高水资源利用效率,从而促进区域的可持续发展。     

Actual evapotranspiration of subalpine meadows in the Qilian Mountains,Northwest China

As a main component in water balance, evapotranspiration(ET) is of great importance for water saving, especially in arid and semi-arid areas. In this study, the FAO(Food and Agriculture Organization) Penman-Monteith model was used to estimate the magnitude and temporal dynamics of reference evapotranspiration(ET0) in 2014 in subalpine meadows of the Qilian Mountains, Northwest China. Meanwhile, actual ET(ETc) was also investigated by the eddy covariance(EC) system. Results indicated that ETc estimated by the EC System was 583 mm, lower than ET0(923 mm) estimated by the FAO Penman-Monteith model in 2014. Moreover, ET0 began to increase in March and reached the peak value in August and then declined in September, however, ETc began to increase from April and reached the peak value in July, and then declined in August. Total ETc and ET0 values during the growing season(from May to September) were 441 and 666 mm, respectively, which accounted for 75.73% of annual cumulative ETc and 72.34% of annual cumulative ET0, respectively. A crop coefficient(k_c) was also estimated for calculating the ETc, and average value of kc during the growing season was 0.81(ranging from 0.45 to 1.16). Air temperature(T_a), wind speed(u), net radiation(R_n) and soil temperature(T_s) at the depth of 5 cm and aboveground biomass were critical factors for affecting kc, furthermore, a daily empirical kc equation including these main driving factors was developed. Our result demonstrated that the ETc value estimated by the data of kc and ET0 was validated and consistent with the growing season data in 2015 and 2016.