“一带一路”区域极端气候事件变化及其对典型农业区生长季的影响

以“一带一路”区域为研究区，基于1990−2018年的逐月历史气候数据和1981−2016年的逐年植被物候数据，采用趋势分析和统计分析等方法研究极端气候事件和植被物候的时空变化规律，并选取欧洲东南部耕地、中国北部内蒙古草原、印度中部耕地和泰国北部耕地为典型农业区，分析典型极端气候事件对生长季的影响规律。结果表明：（1）“一带一路”区域的极端气候事件主要以极端热事件和极端冷事件为主，且总体上呈现增加的趋势。极端高温事件的增加趋势明显，而极端低温事件则表现出减少的趋势；（2）生长季始期（SOS）、生长季末期（EOS）和生长季长度（LOS）总体上随纬度位置层状变化，海拔和降水也显著影响生长季。在全球变暖的影响下，“一带一路”区域大部分地区的SOS呈提前的趋势，而EOS呈延后的趋势，这导致了LOS的普遍延长；（3）当极端高温事件发生时，SOS普遍提前，而EOS普遍延后。极端低温事件则会导致SOS的延迟和EOS的提前。此外，极端气候事件越剧烈，对植被物候的影响越大。     

面向极端气候事件的冀鲁豫地区农业气象灾害分析

[目的]研究冀鲁豫地区表征极端气候事件的极端气候指数时空变化特征,揭示区域内极端气候事件变化规律及其对农业气象灾害的影响,为农业生产合理利用气候资源,提高防灾减灾能力提供科学依据。[方法]基于冀鲁豫地区1960—2020年52个气象站点数据,1970—2019年农作物受灾面积数据,利用一元线性回归、滑动平均、R/S分析、IDW、Mann-Kendall和Pettitt检验分析了极端气候指数变化特征,通过灰色关联度和相关分析法研究了极端气候事件对农业气象灾害的影响。[结果]1960—2020年,冀鲁豫地区气候呈暖干化趋势,表征高温(低温)事件的指数呈上升(下降)趋势,气候逐年暖化;降水量略微下降,降水强度缓慢上升;未来该区气温会强持续上升,降水量(降水强度)会弱持续下降(上升)。近61年来该地区极端高温事件发生频率与持续时间呈大范围上升趋势,冀北与鲁东地区最为显著;河北中南部和山东中部地区极端低温事件发生频率与持续时间显著降低;山东中部与河南中东部地区降水极端化特征显著。1970—2019年,研究区农作物洪涝、旱灾、风雹受灾面积(受灾率)呈下降趋势,低温冻害受灾面积(受灾率)略有增加;旱...     

秦巴山地极端气候变化特征及其对植被动态的影响

[目的] 为探究秦巴山地极端气候事件的时空变化及其对植被的影响。[方法] 基于秦巴山地及其周边115个气象站逐日气象资料(1960—2020年)及MODIS NDVI数据集(2000—2020年),分析秦巴山地NDVI的时空变化特征及其对19个极端气候指数的响应,并利用地理探测器定量评估极端气候指数对NDVI的影响。[结果] (1)2000—2020年秦巴山地大部分区域NDVI呈显著增加趋势(80.34%),少数区域呈显著下降趋势(1.09%),研究区年际变化速率约为0.03/10 a。(2)1960—2020年秦巴山地经历显著增温,夜间增温幅度大于白天,极端气温事件变化幅度较大的区域主要集中在西秦岭;极端降水事件呈微弱变化,具有明显的空间分异,研究区西南部极端降水强度增加,东部极端降水强度降低,极端降水频率增加。(3)极端降水事件是影响西秦岭地区NDVI的主要因素,而极端气温事件是影响秦岭和大巴山地区NDVI的主要因素;极端气候事件对NDVI的影响不是独立的,极端气候指数间的相互作用以双因子或非线性的方式增强单因子对NDVI的影响。[结论] 揭示秦巴山地极端气候事件及植被动态的时空变化特征,明确两者间的相互关系,可为应对全球气候变化下秦巴山地植被保护与恢复提供科学依据。     

基于GLDAS-2数据的中国极端降水事件时空变异性研究

全球气候变化导致极端降水事件频发,为了做好应对极端事件的准备,利用GLDAS-2.0数据集进行可靠性分析后,提取9个极端降水指标,使用M-K检验方法分析了1948—2014年中国极端降水事件时空变化特征及其突变趋势。结果表明：全国发生极端降水事件的频率增高,西北、西南和中南地区的年降水量增强趋势明显,连续湿润天数变少,强降水变多,其中西北地区变化最为明显;西北地区中西部,中南与西北、华东的两个交界范围,极端降水相关指标突变趋势明显。结果显示西北地区中西部,西南和中南交界地区以及中南和华东交界地区发生极端降水的频率高,应提前做好应对各种自然灾害的准备。     

黄淮海地区1961-2015年极端气温及其初终日序的变化特征

针对气候变化背景下极端事件频发的现状,采用百分位阈值法、线性回归、M-K突变检验、显著性检验等方法分析了1961—2015年黄淮海地区极端气温及其发生日序的时空变化特征.结果表明:(1)黄淮海地区的平均极端高温为32.6℃、极端低温为-9.0℃;极端高温主要呈经向分布,极端低温呈纬向分布,极端低温受海陆位置影响较小.(...     

近60年山西省极端降水时空变化特征

气候变化背景下,极端降水事件发生频率与强度的增加直接影响区域生态安全,分析极端降水时空变化特征对于区域风险评估具有重要意义。基于山西省1960—2019年22个气象站点的逐日降水数据,选取12个极端降水指数,采用线性趋势分析、Mann-Kendall趋势检验与突变分析、Morlet小波分析和反距离权重插值等方法,对山西省近60年极端降水的时空变化特征进行研究。结果表明:(1)山西省整体呈干旱化趋势,降雨日数(R1MM)下降趋势显著;(2)部分极端降水指数在20世纪70年代前后发生突变,突变后呈显著下降趋势;(3)极端降水变化存在约17年的主要周期,部分极端降水指数还存在7～8,4～5年的周期变化;(4)山西省西南部整体呈干旱化趋势,西北部极端降水事件趋于增加。研究结果将为山西省极端降水事件的响应对策实施提供依据。     

广东省极端降水事件的变化特征

[目的]分析广东省极端降水事件的分布特点并对其未来的变化趋势进行判断,旨在为该省的气候评估预测、生态环境建设及经济可持续发展方面的研究提供科学依据。[方法]利用广东省1960—2013年的逐日降水数据,根据百分位方法定义了极端降水事件的阈值,通过采用Mann-Kendall法、小波分析、Hurst指数等方法,对该区的极端降水事件频次和强度的变化特征及其变化趋势进行研究。[结果]广东省极端降水事件的发生频次、强度及极端降水量均呈上升的趋势,且极端降水量对总降水量的贡献率在50%以上。在空间上极端降水事件的发生频次呈现出北高南低的规律性,而强度正好相反。在未来的变化预测中,广东省大部分地区极端降水事件的频次和强度与过去变化趋势相一致,呈持续增加的趋势。[结论]极端降水事件的频繁发生给广东省造成了严重的损失,应加强极端气候事件的预防工作,针对不同成因的极端降水事件应采取不同的应对措施。     

基于标准化降水蒸散指数的中国干旱趋势研究

标准化降水蒸散指数(SPEI)通过标准化潜在蒸散与降水的差值表征一个地区干湿状况偏离常年的程度,是分析干旱演变趋势的新理想指标,目前已经广泛应用于干旱评估、水资源管理等领域。用SPEI和1951—2009年中国区域160个站的月降水量及月平均气温资料,对中国59年来干旱化的空间分布、四季干旱趋势变化和全国极端干旱事件发生频次进行了分析,并定性分析了干旱发生的原因。结果表明,我国普遍存在干旱化的事实,西部、华北和东北地区干旱化最为显著。我国四季均呈现干旱化趋势,其中春、秋季干旱化趋势明显,夏季最近15年都处于干旱状态,但干旱化趋势未通过0.05显著性检验;另外全国极端干旱事件发生频率明显增多。东北和华北地区的降水呈现轻微减少趋势,而温度升高趋势明显,降水和温度的共同作用导致了明显的干旱化。四川盆地温度升高趋势不显著,但降水减少显著,降水较少是导致四川盆地干旱化的主要原因。降水频率的减少和集中也导致近几年极端干旱事件明显增多。我国普遍的干旱化趋势和明显增多的极端干旱事件可能对我国经济发展产生阻碍。     

1960-2014年福建省极端气候事件时空特征及变化趋势

为分析福建省极端气温和降水事件的时空特征及变化趋势,基于区域内23个气象站点,1960-2014年逐日降水、最高气温、最低气温和平均气温资料,采用线性倾向估计、最小二乘和Mann-Kendall非参数检验等方法进行研究.结果表明:1)在区域尺度下,冷气温指数呈降低趋势,其中冷持续指数和冷夜指数下降趋势较显著;而暖气温指数(作物生长期、暖夜天数和暖昼天数)均呈显著增加趋势;2)过去55年中,除最大持续降水时间(CWD)外,总降水量和其余极端降水指数均呈增加趋势;3)空间特征上,极端气温指数的上升或下降趋势在全省区域内基本一致,而极端降水指数区域差异明显,上升倾向率较高的站点主要分布在沿海地区.极端冷指数呈下降趋势,极端暖指数呈上升趋势;降水量和极端降水增加而CWD减少,表明强降水在时间上更集中,该区域洪涝和局部干旱的风险加大.研究结果可为区域水资源适应性管理、水土保持及农业管理提供参考依据.     

开都河流域极端水文事件变化及其对气候的响应

基于开都河流域1972—2012年大山口水文站及巴音布鲁克气象站资料,采用累积频率法定义极端水文事件的阈值,分析了极端水文事件频次的年内年际变化、场次分布特征及其对区域气候变化的响应。结果表明:极端水文事件具有极不稳定的特性。年内分配不均且集中度较高,极端洪水事件主要集中在7月,极端枯水事件主要集中在2月;年际变化极不稳定,且偏离正态分布的程度较高。极端洪水事件总体呈增长趋势,并在1986年发生突变;极端枯水事件则呈减少趋势,突变点为1993年。极端洪水频次与降水量相关性较高,极端枯水频次与气温的负相关性较高。     

厄尔尼诺/拉尼娜事件对长江流域气候的影响研究

通过对长江流域近60 a来气象资料和自然灾害资料的搜集和整理,从金沙江/雅砻江水系、岷沱江水系、上游干流区间、嘉陵江水系、乌江水系、汉江水系、洞庭湖水系、鄱阳湖水系和中下游干流区间等9个不同的区域研究了厄尔尼诺/拉尼娜（ElNio—Southern Oscillation,ENSO）事件对长江流域气候的影响。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事件对长江流域降水量和气温的影响十分显著。厄尔尼诺事件年大多表现为温度升高和降水减少,且发生干旱灾害的概率升高。拉尼娜事件年一般表现为降水增多,洪涝灾害发生率相对增加。建国60 a来长江两次全流域性特大洪涝灾害都发生在厄尔尼诺事件向强拉尼娜事件转换年。厄尔尼诺事件对长江流域气候的影响要强于拉尼娜事件。2009—2010年的ENSO事件气象条件与1998年发生大洪水时的气象条件状况极其相似,2010—2011年和以后强ENSO冷暖事件转换年长江发生全流域性大洪水的可能性大,一定要做好气象监测和气象灾害防治。     

增暖背景下华北平原极端降水事件时空变化特征

利用1961-2010年华北平原53个气象站的逐日降水资料,采用百分位值法定义极端降水事件的阈值,统计极端降水事件的降水量、频次和强度,重点分析华北平原近50 a极端降水事件时空变化特征.结果表明:(1)在气候暖化背景下,近50 a华北平原极端降水事件整体呈现下降趋势;(2)在空间格局上,极端总降水量、发生频率和强度空间格局具有一致性;(3)华北平原极端降水呈现下降趋势的区域主要分布于河北省及山东省东南沿海一带,而河南省大部呈上升趋势;(4)从时间上看各指标均呈波动变化,20世纪60年代表现出明显的减少趋势,且90年代中后期波动变化剧烈,并开始呈现上升趋势.除极端降水强度外,极端总降水量及频次均发生了突变,时间在1965年左右.     

1901-2017年黄土高原地区气候干旱的时空变化

[目的] 分析1901-2017年和1981-2010年两个时间尺度黄土高原地区气候干旱的趋势变化和发生频率，为该区气候干旱应对策略的制定提供科学依据。[方法] 基于高空间分辨率长时间序列的气候数据，计算了黄土高原地区1901-2017年的标准化降水蒸散指数（SPEI），依次分析了该区气候干旱的趋势变化和发生频率。[结果] 1901-2017年，整个黄土高原的气候经历了"湿润-干旱-湿润-干旱"的交替过程，年SPEI变化趋势未达到显著性水平，且无显著突变年份。1981-2010年干旱呈显著加剧趋势的区域分布在黄土高原腹地以及中西部，面积比例为3.43%。1901-2017年干旱呈显著减轻趋势的区域主要分布在东、西部边缘区域，面积比例为1.05%；呈显著加剧趋势的区域分布在西北部，面积比例为4.16%。近30 a，黄土高原中部轻旱、重旱发生频率较高。在历史时期的两个时间段内，黄土高原西北部大部分地区重旱发生频率较低，未有极端干旱发生。[结论] 在黄土高原地区，随着干旱程度的不断加重，干旱频率的空间变异程度逐渐降低；不同等级干旱发生频率具有明显的空间变化特征。     

基于气候区的全球干旱形势分析

使用Mann-Kendall趋势检验方法对过去三十多年间全球陆地和各气候区的干旱变化进行了分析,得到了全球陆地和各气候区内的干旱变化情况。结果表明:在干旱发生影响范围上,湿润地区的影响范围更大,而在干旱发生的频率上,干旱半干旱地区的频率更高。同时,热带季风气候区、热带稀树草原气候区、沙漠气候区、湿润亚热带气候区和海洋性气候区干旱面积有显著变大趋势,全球陆地、湿润大陆性气候区、亚寒带气候区和苔原气候区干旱面积有显著变小趋势。文章又对过去三十多年间全球和各气候区的变干趋势和变湿趋势进行了研究,发现全球20%以上的陆地有显著变干趋势,20%以上的陆地有显著变湿趋势,其中热带季风气候区和热带稀树草原气候区有40%以上面积有显著变干趋势,亚寒带气候区和苔原气候区有40%以上面积有显著变湿趋势。     

1960-2015年秦岭地区极端降水的时空变化特征

极端降水是气候变化的重要研究内容之一。在全球气候变化背景下,探究秦岭地区的极端降水变化,对于明确区域极端气候差异及探究其机理具有重要的意义。基于秦岭地区1960-2015年29个气象站点降水数据以及秦岭25 m×25 m分辨率的DEM数据集,选取6个极端降水指数,运用最小二乘回归法、Man-Kendall突变检验法、5年滑动趋势法和克里金插值法研究了56年来秦岭地区极端降水的时空变化特征。结果表明:（1）秦岭地区极端降水分布存在明显空间差异性,西北部是年均连续无雨日数高值区,中西部为连续降水日数高值区;强降水日数、强降水量、5日最大降水量和降水强度等指数呈"南高北低"的分布格局,位于秦岭最南端的紫阳县是各个极端降水指数极大值区。（2）56年来,秦岭地区极端降水的持续性整体呈减少趋势;强度呈增加趋势。秦岭山地降水时间短、强度大,尤其是在秦岭南部地区,应加强防备,以免引起洪水灾害造成的重大破坏。     

陕西省榆林地区1644-1949年旱灾与干旱气候事件

[目的]揭示榆林地区1644—1949年干旱灾害等级、时间变化及成因。[方法]根据历史文献统计分析,并应用小波分析等方法。[结果]在1644—1949年的306a里,榆林地区有明确记载的旱灾86次,平均每3.6a发生1次。其中轻度旱灾发生32次,中度旱灾发生41次,大旱灾发生7次,特大旱灾发生6次,分别占旱灾总数的37.2%,47.7%,8.1%和7.0%。榆林地区1644—1949年旱灾变化可分为2个阶段,第Ⅰ阶段为1644—1829年,为旱灾少发阶段;第Ⅱ阶段为1830—1949年,为旱灾多发阶段。该区1876—1879年、1899—1901年和1928—1931年连年发生严重旱灾,代表了3次干旱气候事件的存在,在此期间,榆林地区的气候性质发生了改变,由温带半干旱大陆性季风气候转变为温带干旱非季风气候。榆林地区1644—1949年的旱灾有7a左右的短周期,14a左右的中周期,36a左右的长周期。[结论]榆林地区旱灾发生的根本原因是当年降水量的减少,大旱灾和特大旱灾发生年的降水量分别减少100mm余和150mm余,中小规模的旱灾部分是降水量集中造成,部分是年降水量减少造成的。旱灾等级与频次指示,1644—1829年为气候较湿润阶段,1830—1949年为气候较干旱阶段。     

基于不同时间尺度的贵州省近50年气象干旱时空演化特征

[目的]基于气候因子分区条件下,分析贵州省不同区域在不同时间尺度下气象干旱的时空演变特征,可为干旱监测和预测、抗洪救灾提供理论依据。[方法]基于贵州省31个气象站点1970—2019年的逐月降水和气温数据,利用主成分分析讨论贵州省降水及气温变化特征,结合SPEI指数研究贵州近50年气象干旱时空演化规律。[结果](1)贵州近50年气温变化由东向西逐渐递增,即西部为气温极端变化和重度变化区、中部和东部为中度变化区、南部和北部边缘为轻度变化区; 贵州省降水变化由西向东逐渐递减,其中西部为极端变化和重度变化区、中部为重度变化区、东部为轻度变化及正常区;(2)贵州省近50年气象干旱强度中度变化区最大、其次是轻度变化区,重度变化区最小; 随着年代的递增及时间尺度增大,气象干旱逐渐增强,并呈现“峰—谷”交替现象,其中1970—1985年及1990—2000年为干旱“低谷”期、1985—1990年及2000—2019年为干旱“峰值”期;(3)贵州近50年逐月干旱频率以中低频为主,主要发生在贵州东部、南部及北部; 轻度变化与中度变化区70s干旱频率最小、变幅最大,10s干旱频率最大、变幅次之,其余年代干旱频率变化相对较小。[结论]气象干旱具有显著的时间尺度特征,干旱的时空演化是气候变化、流域地表及人类活动时空耦合的结果。     

1982-2019年中国北方干旱事件特征及其对植被的影响

[目的]探究中国北方干旱事件及其对植被的影响,对干旱风险评估及降低干旱对生态系统的影响具有重要意义。[方法]基于标准化降水蒸散指数(SPEI)分析了1982—2019年中国北方干旱的时空分布特征,并运用游程理论对中国北方干旱响应敏感区的典型干旱事件进行识别和表征,在时空尺度上进一步探讨了不同干旱事件对归一化植被指数(NDVI)标准化异常(SA_NDVI)的影响。[结果]38年来,中国北方的气候干旱持续加重(斜率_SPEI=-0.001 2/月,p<0.01),主要集中在新疆中东部、青海北部以及内蒙古东部。高频次、短历时、中低强度的干旱事件主要发生在中国北方的南部地区,北部地区则以低频次、长历时、高强度的干旱事件为主。中国北方干旱响应敏感区共发生10次典型干旱事件,不同干旱事件的干旱特征间存在较大差异。在干旱事件对植被生长态势的影响方面可以初步判定,对于一次干旱事件,当干旱持续时间不超过3个月时,干旱强度对植被生长过程起主要影响作用;当干旱持续时间超过3个月后,干旱烈度开始发挥主要影响作用。[结论]只有当干旱持续时间超过一定范围后,前期干旱的...     

北京及周边地区冬季低温变化特征分析

利用北京及周边地区21个台站的均一化日最低气温资料,通过百分位法定义了不同台站的逐日极端低温阈值,分析了冬季极端低温事件发生频率及其时空变化特征,并对极端低温的变率和趋势及其频次变化周期进行分析。结果表明:1958-2006年北京及周边地区冬季极端低温天数呈减少趋势,极端低温减小速率的最高值位于北京、河北的保定、石家庄及邢台,大多地区基本都在-11d/49a左右。从区域平均来看,在20世纪70年代初期开始,极端低温发生的频率迅速减小。近49a来,除了天津塘沽区、河北沧州东部及邢台南部地区最低气温高于-20℃外,其余地区最低气温均低于-20℃。极端最低气温整个线性变化梯度呈西北-东南方向,其变化趋势呈显著增加。增幅最大的地区位于河北的邢台,变率高达1.4℃/10a。河北承德-北京-石家庄一带变化速率均在1.0℃/10a以上。冬季极端低温事件发生频次均是从1970年前后呈现减少趋势,且均发生了突变现象,但突变的时间不一致。北京、天津及河北南部地区极端低温事件减少频次突变发生在20世纪80年代,河北北部及东部部分地区减少突变主要发生在70年代中后期。低温事件发生频次均具有7～9a的周期振荡。研究结果对华北地区冬季设...     

基于AVHRR和MODIS数据源的山东省植被覆盖时空变化及其对极端气候的响应

[目的]研究山东省的植被覆盖变化和极端气候的关系,以期为区域植被生态维护提供科学借鉴。[方法]基于AVHRR-GIMMS NDVI对MODIS NDVI插补获取的1982—2021年长时间序列NDVI数据集,分析山东省NDVI的时空变化,并结合该省96个气象站的逐日数据,研究NDVI对极端气候的响应。[结果](1)山东省及各分区NDVI总体呈强持续性的显著上升趋势,该省平均增速为0.013/10 a(p<0.001);空间上NDVI大体呈西高东低,南高北低分布;空间趋势上植被覆盖以强持续性显著改善和基本不变为主。(2)整体上NDVI与年和月的极端气温暖指数、极端降水指数以显著正相关为主,与冷指数以显著负相关为主,与GSL,DTR相关性不显著;空间上鲁西平原区主要受极端气温的影响,其他分区对极端气温和极端降水均响应明显。(3)NDVI对极端气候的响应具有明显的滞后性,且对极端气温的滞后性比对极端降水的滞后性强。[结论]山东省植被覆盖总体向持续改善的方向发展;NDVI对极端气候响应明显,极端高温和极端降水对植被生长总体起促进作用,而极端低温以抑制作用为主;植被覆盖变化对极端气候响应存...