甘肃不同类型农区农业自然环境资源特点及农田生产力分析

甘肃省高产农区农业自然环境资源时空组合特点及其光合潜力、光温潜力、光温水潜力和光温水土潜力的分布变化规律分析结果表明:甘肃省光能资源丰富;热量资源偏低且垂直和水平差异显著;水资源贫乏;土地质量普遍偏低.光合潜力河西区可达16 468.5 kg/hm2,陇南和陇东次之,陇中较其他各地差;光温潜力河西区为10 452.0 kg/hm2,陇南为7 671.0 kg/hm2,河西和陇中地区光热同步,光温潜力达光合潜力的66.62%和65.95%,陇东和陇南地区为57.49%和53.06%;在河西绿洲灌区,光温水潜力和光温水土潜力均最高,分别占光温潜力和光温水潜力的88.0%和95.7%以上;陇中、陇东和陇南区较低,光温水土潜力仅达光温水潜力的60%～67.4%.     

甘肃省参考作物蒸散量及影响因素的时空分异特征

为了探寻甘肃省参考作物蒸散量(ET0)的变化特征及其影响因子,利用甘肃省29个气象测站1951—2013年的观测资料,采用FAO-Penman-Monteith(98)公式计算甘肃省不同区域的ET0,并依靠线性趋势方程、云模型、通径分析和指标敏感性分析方法对ET0时空分异特征和影响因子进行分析。结果表明:甘肃省ET0以2.11mm·10a-1的倾向率呈现出增长趋势,除河西地区以0.71 mm·10a-1的倾向率呈递减趋势外,其余三个地区均呈增长状态。ET0空间分布总体上呈现为西北地区大于东南地区,河西地区最为离散、不稳定,陇东地区最为均匀、稳定。ET0的主要影响因子具有空间变异性,河西和陇南地区为平均温度,陇中和陇东地区为平均相对湿度和日照时数。但是ET0的变化是多因素共同影响的结果,平均风速是河西地区和陇东地区的另一主要影响因素,陇中地区为平均相对湿度,陇南为日照时数。     

甘肃省近58年春旱的气候特征及其对农业的影响

利用甘肃省80个气象观测站1951~2008年的春季(3~4月)历年降水量距平百分率确定干旱标准,统计分析历年春旱发生的频率和范围。结果表明:甘肃省春旱发生频率比较高,其频率范围为30%~50%,河西走廊为40%~50%,陇中北部和陇东为40%左右,陇中南部、陇南和甘南高原为30%左右。全省春旱频率呈增加趋势,河西、陇东和陇南呈增加趋势,陇中趋势平稳,2000~2008年全省及各地春旱次数都在迅速增加。在近58年中,全省春旱范围的历年变化呈逐渐扩大趋势,陇东和陇南与全省相同,河西和陇中呈逐渐缩小趋势。     

基于ESDA的甘肃省县域经济空间差异分析

基于ESDA全局和局部空间自相关分析,利用甘肃省1992～2006年县域人均GDP数据,对甘肃省县域总体和局部空间差异的变化趋势、特征与成因进行了初步探索。结果表明:甘肃省经济空间自相关特性明显,经济发展水平相似的地区在空间上集聚分布,呈现出"哑铃"形的空间格局,即经济发达地区集中分布在河西地区,经济发展水平较低的地区集中分布在陇中、陇南、陇东地区。     

1961—2015年甘肃省伏旱时空分布特征及影响分析

利用甘肃省80个气象观测站1961—2015年伏期（7—8月）历年降水资料对伏旱发生的频率、范围和年代际变化的统计分析表明：河西走廊伏旱频率为30%～55%,是甘肃省频率最高的区域,其次为陇中北部、陇东和陇南,陇中南部和甘南伏旱发生频率最小,为20%～30%。近55 a甘肃全省和河东伏旱频率的增加趋势为3.7%～5.7%;伏旱发生范围在1961—1985年期间呈9.6%·10a^-1的缩小趋势,而在1986—2015年期间呈0.2%·10a^-1的扩大趋势;自20世纪80年代以来伏旱强度大于中伏旱的年份共有7 a。伏旱导致了1985—2015年甘肃省农作物受灾面积呈1.1%·10a^-1的增加趋势。     

甘肃油菜产量时空特征及其对气候变暖的响应

利用1981～2000年20 a甘肃省64县区油菜产量和生长期(4～10月)气温资料,主要采用REOF和小波分析等方法,分析油菜产量的地区差异和受气候变暖的影响.结果表明:甘肃油菜产量存在4个特征区,印河西走廊高产不稳定区,河西东部及陇东地区和陇中产量不稳定区,甘南高原等甘肃南部边缘低产稳定区.产量变化以2～4 a左右的年际振荡为主,5 a周期大多对应极值产量.气温异常偏高(低)相应的河西走廊产量异常偏歉(丰),甘南等甘肃南部边缘地区产量随气温的升高(降低)而升高(降低),这些地区油菜产量对气候变暖响应显著;甘肃黄土高原地区对气候变暖响应不太明显.     

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。     

甘肃省冬小麦干旱灾害风险评估及其区划

为提高西北旱作冬小麦干旱风险管理水平,选用甘肃省41个气象站1971—2016年逐日常规气象观测资料及甘肃省冬小麦农业生产相关资料,基于自然灾害风险理论,从危险性、暴露性、脆弱性、防灾能力4个因子出发,建立了甘肃省冬小麦干旱灾害风险评估模型,并用Arc GIS对甘肃省冬小麦进行干旱风险区划。结果表明:甘肃省冬小麦全生育期干旱高危险区和次高危险区主要位于陇中北部、陇东北部和陇南南部;高暴露区和次高暴露区集中在陇东和陇南地区;高脆弱区和次高脆弱区主要位于陇东大部;次低防灾能力区和低防灾能力区位于陇东大部和陇南北部。甘肃省冬小麦高风险区分布于庆阳市北部和陇南市南部,次高风险区和中度风险区主要位于陇东大部、陇中北部和天水市北部,省内其余冬小麦区属于次低和低风险区。该研究成果将为甘肃冬小麦防灾减灾及可持续发展提供一定理论依据。     

1998—2011年甘肃河东地区NDVI时空变化

基于1998—2011年的SPOT VGT NDVI数据,运用最大化均值法、提取植被覆盖度法和一元线性回归趋势分析法,对甘肃河东地区连续14 a的植被覆盖时空变化特征进行动态研究。结果表明:河东地区植被南多北少。在时间上,整体植被呈缓慢上升趋势,增速为0.028·（10a）-1。其中,前4 a NDVI呈下降趋势,从1998年的0.392下降到 2001年0.314;后10 a NDVI呈波动上升趋势,从2002年的0.330上升到2011年的0.378。在空间上,陇南山区中北部、陇中高原南部植被呈增加趋势;而陇东高原东南部、甘南草原区则有所下降。     

近60年ENSO事件与甘肃气候灾害相关性研究

通过对甘肃省近60年来气象资料和历史资料的搜集和整理,根据陇南山地区、陇中黄土高原区、甘南高原区、河西走廊区、祁连山地区和河西走廊以北地区6个不同的区域的资料研究了ENSO事件对甘肃气候的影响。通过对降水量、气温、自然灾害事件等气候因子与ENSO事件的特征进行对比统计分析得出,ENSO事件对甘肃季风区的降水量的影响表现...     

甘肃省近43年降水资源变化对农业的影响

选取甘肃省63个地面测站降水量资料,利用对比分析方法,研究了甘肃省降水资源变化特征及其对农业的影响.结果表明:年降水量,越冬作物生育期、春小麦生育期和秋作物生育期的降水量1987-2003年与1961-1986年相比,时空分布发生了明显变化,河西中东部为增多趋势,河东为减少趋势,分界线与黄河走向基本一致;河东年降水量减少的幅度和速率比河西增加的幅度和速率都大,河东气候向暖干化发展的趋势加快;旱作区降水量减少,极端干旱事件频繁发生,可利用降水资源更加紧缺,对农业可持续发展的负面影响明显增大.     

东亚北风异常对西北东部春季降水的影响

利用1961-2008年NCEP/NCAR(2．5°×2．5°)再分析逐月500 hPa高度场资料和1961-2008年西北地区东部陕、甘、宁、青4省170个气象观测站的月降水量资料,计算春季东亚北风指数,分析研究区春季降水的历史演变规律、东亚北风指数的年代际变化及其与西北春季降水的关联。结果表明:50 a来降水演变特点是以黄河为界,黄河以西降水呈增多趋势,黄河以东降水呈减少趋势,降水减少的幅度明显大于增加的幅度;特别是近20 a,黄河以东广大区域降水减少的幅度越来越大,干旱化趋势明显,而青海南部、河西走廊则降水呈增加趋势。在此期间,春季东亚北风逐渐增强,特别是20世纪90年代中期以后明显增强。进一步分析表明,当春季东亚北风偏强（弱）时,除青海南部外,西北地区东部大部分地方降水偏少（多）,即春季东亚北风异常增强,可引起西北地区东部黄河以东干旱少雨,导致干旱化加剧。     

黄土高原风蚀和风水蚀复合区的风蚀气候侵蚀力变化

利用黄土高原风蚀和风水蚀复合区30个气象站1961-2010年的观测资料,根据联合国粮农组织给出的风蚀气候因子指数（C值）的计算公式和线性趋势法、Pettitt变点检测、Morlet小波分析等方法,研究风速的空间分布、时空变化、突变特征和周期特性及其对C值的影响。结果表明：① 该区多年平均风速为2.2 m•s^-1,内蒙古和宁夏境内的部分地区风速较大,陕北、晋西北、陇东和青海部分地区较小。近50 a来风速整体呈显著减小趋势,1970s风速最大,2000s最小。② 年尺度83%的站点风速发生了突变,区域整体突变发生于1982年,四季风速突变时间与年尺度基本一致。③ 近50 a风速存在3次交替变化,1961-1977年和1995-2010年偏大,而1977-1995年偏小,季节尺度上也发现了类似的现象,未来一段时间内该地区风速仍然偏小。④ 该区多年平均C值的空间分布格局和时空变化趋势与风速较为一致,整体也呈现出显著减小趋势。⑤ C值与相对湿度和降水量呈负相关关系,与潜在蒸发量、干旱指数和风速呈正相关关系。风力增强（风速增加）和干旱加剧对于风蚀起到促进作用;温度上升及其造成的蒸发量增大也有助于风蚀的形成。     

基于ITPCAS再分析资料中国近地面风速时空变化特征

准确分析中国近地面风速时空变化规律对区域气候变化、蒸散发的估算、雾霾预报等研究具有重要意义。本文利用1979-2015年ITPCAS再分析资料的近地面风速(10 m)与中国110个气象站点的风速资料,分析该数据集在中国区域的适用性,并对2011-2012年风速数据进行修正,分析该区域近地面风速的时空变化特征。结果表明:①ITPCAS再分析数据集风速资料基本满足应用要求,但部分数据需修正。修正后的风速数据模拟精度得到较大提高,具有较好的应用前景,特别是在西北高寒、干旱地区;②1979-2015年中国62.12%的区域风速为下降趋势,全国平均风速每10 a变化速率为-0. 073 m·s^-1,其中东南诸河流域每10 a变化速率最大(-0.202 m·s^-1);③除珠江流域外,其他各流域风速均呈下降趋势。中国各月平均风速呈单峰形,最大值出现在4月,最小值出现在12月;④年平均风速变化主要表现在3-6月下降速率最大,风速变化趋势在各个流域、各月份保持不变。     

甘肃河东早春旱和春旱的监测与预测

利用1958年以来甘肃河东地区具有代表性的12个站点的降水和蒸发资料,给出了甘肃省早春旱和春旱指数计算公式和判别标准。结果表明:此法能够较准确地提炼出早春旱和春旱与多雨的年份,而且资料获取相对容易,在实时业务的干旱监测中有一定的应用价值。对46a来干旱的时空分布特征进行了初步分析,给出典型年份前期和当时场的风场和高度场的环流特征,指出从隆冬开始,北风异常就贯穿我国中西部上空的整个对流层;随着高度的升高,东亚高度场减弱并向西倾斜,东亚槽偏强,欧洲脊偏强,高低空环流的这种配制以及东西方向的波列分布状况不利于河东地区的降水,易造成干旱,并就此给出一个预测模型。     

近46 a六盘山东西两侧参考作物蒸散量特征

基于六盘山东西两侧甘肃平凉市7个气象站1965-2010年逐日气象要素,采用Penman Monteith模型计算了逐日参考作物蒸散量,应用Mann Kendall非参数检验法,分析了年际变化和季节变化特征。结果表明：① 1965-2010年,平凉市参考作物蒸散量多年平均在890～1 142 mm,全市西南部蒸散量最小,东部最大,年内夏季达到最大值,春、秋季次之,冬季最小;② 近46 a来,平凉市大多数站点参考作物蒸散量呈显著下降趋势;③ 影响平凉市参考作物蒸散量季节变化的主要气候因子是风速和日照,其中,风速是影响全市蒸散量呈下降趋势的主导因子。     

河西走廊东部地面温度的变化特征及影响因子分析

利用河西走廊东部4个气象站近50 a地面0 cm温度及年气温、蒸发、降水、相对湿度和风速等观测资料,运用线性趋势系数法系统分析了河西走廊东部近50 a地面温度的空间分布、时间变化趋势及极值变化等特征,采用多元线性回归中的标准化回归系数分析了影响地面温度的气象因子。结果表明：受天气系统、地形地貌以及海拔高度等影响,河西走廊东部地面温度低海拔平原区大于高海拔山区。各地年、年代地面温度呈很显著上升趋势,年地面温度的时间序列存在着6～9 a的准周期变化;月地面温度变化比较一致;各地各季节地面温度也呈上升趋势,春、夏季上升率大于秋、冬季;各地年极端最高和最低地面温度也均呈上升趋势,极端最低地面温度的上升率大于极端最高地面温度的上升率,因此冬季增温对年地面温度升高贡献大于夏季。河西走廊东部地面温度的主要影响因子是最低气温和平均气温,其次是降水、平均风速和相对湿度,最高气温的影响较弱,蒸发的影响最弱。地面温度与平均、最高、最低气温呈正相关,与降水、相对湿度以及平均风速呈负相关,与蒸发无相关性。影响各地地面温度的主要因子有所不同。     

甘肃河西冬季平均冻土深度对春小麦生育期的影响

利用甘肃河西分布较为均匀的11个站点冬季平均冻土资料,分析冻土的年际变化特征,并分析了冻土深度对春小麦生育期的影响效应.结果表明:近45年来,甘肃河西冬季冻土深度的变化呈现出波动中逐年减小的趋势,其减小速率为5.5 cm/10a;甘肃河西西部、中部和东部的春小麦生育期均有提前趋势,中部提前趋势最为明显;冬季冻土深度与东部和西部春小麦生育期相关性显著,与中部的酒泉站春小麦生育期相关性较差,仅与出苗和三叶期相关性较好;春小麦生育期随冻土深度的增加而推迟,西部的敦煌推迟速率为1.8～2.4 d/10cm,中部的酒泉推迟速率为1.9～2.1 d/10cm,东部的武威推迟速率为1.3～3.0 d/10cm,变化范围较大.     

甘肃河西走廊春末夏初降水高空环流特征

对河西走廊1961-2002年19个气象站的春末初夏降水,采用EOF,REOF分析了其空间分布及其多雨与少雨年的500 hPa高度场700 hPa流场的特征.结果表明:多雨年中纬度500 hPa高度距平场东正西负, 东亚大槽弱,欧洲低槽强.700 hPa流场非洲至欧洲、西伯利亚海和菲律滨海盆为辐散区,印度和中国河西走廊为辐合区;少雨年500 hPa高度距平场西正东负,中亚到新疆的高压脊强,东亚槽偏强.700 hPa河西走廊春末夏初矢量风距平场,欧洲、西西伯利亚、泰国为辐合区,中国河西走廊为辐散区.     

Computational fluid dynamics evaluation of the effect of different city designs on the wind environment of a downwind natural heritage site

Disturbance in wind regime and sand erosion deposition balance may lead to burial and eventual vanishing of a site.This study conducted 3D computational fluid dynamics(CFD)simulations to evaluate the effect of a proposed city design on the wind environment of the Crescent Spring,a downwind natural heritage site located in Dunhuang,Northwestern China.Satellite terrain data from the Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer(ASTER)Digital Elevation Model(DEM)were used to construct the solid surface model.Steady-state Reynolds Averaged Navier-Stokes equations(RANS)with shear stress transport(SST)k-ωturbulence model were then applied to solve the flow field problems.Land-use changes were modeled implicitly by dividing the underlying surface into different areas and by applying corresponding aerodynamic roughness lengths.Simulations were performed by using cases with different city areas and building heights.Results show that the selected model could capture the surface roughness changes and could adjust wind profile over a large area.Wind profiles varied over the greenfield to the north and over the Gobi land to the east of the spring.Therefore,different wind speed reduction effects were observed from various city construction scenarios.The current city design would lead to about 2 m/s of wind speed reduction at the downwind city edge and about 1 m/s of wind speed reduction at the north of the spring at 35-m height.Reducing the city height in the north greenfield area could efficiently eliminate the negative effects of wind spee.By contrast,restricting the city area worked better in the eastern Gobi area compared with other parts of the study area.Wind speed reduction in areas near the spring could be limited to 0.1 m/s by combining these two abatement strategies.The CFD method could be applied to simulate the wind environment affected by other land-use changes over a large terrain.