基于GCM泾河流域未来温度变化的降尺度预测

【目的】分析泾河流域21世纪温度变化的趋势,为流域未来气候变化情景的构建及当地农业的可持续发展提供参考依据。【方法】基于泾河流域18个气象站点的日平均温度和日最高、最低温度实测数据,以及美国国家环境预报中心(NCEP)的再分析资料、英国Hadley气候预测与研究中心的全球气候模型HadCM3在A2和B2情景下模拟的大气环流因子,利用统计降尺度模型SDSM,对泾河流域21世纪3个时期(2020s,2050s,2080s)温度的时空变化进行预测。【结果】A2、B2情景下,泾河流域未来3个时期(2020s,2050s,2080s)的温度变化均表现出明显的上升趋势,且随时间的推移增幅增大。3个时期的温度变化具有季节差异,日平均温度在A2、B2情景下均以夏季变化最为显著(A2:1.2,2.5,4.5℃;B2:1.3,2.4,3.2℃);日最高温度在A2情景下以秋季变化最为显著(1.0,2.4,3.8℃),B2情景下则以冬季变化最为显著(1.0,2.0,2.9℃);日最低温度在A2情景下以夏季变化最为显著(1.1,2.4,4.4℃),B2情景下则以秋季变化最为显著(1.4,2.3,3.3℃)。温度变化同时也存在空间差异,以东南-西北方向增幅较高,东南部是高增长的中心,东北部和西南部增幅相对较小。【结论】泾河流域未来3个时期(2020s,2050s,2080s)的温度有明显上升,并具有一定的时空差异和季节差异。     

河西走廊东部近60年气候时空变化特征

利用甘肃省武威市4个气象站1959—2018年的气温、降水、大风和沙尘暴资料,采用线性倾向率、滑动t检验、小波分析和功率谱等方法对其时空变化规律进行了系统分析。结果表明,年平均气温呈上升趋势,年际倾向率为0.40℃/10年,且这种增暖趋势存在突变,四季增温速度是冬季>秋季>春季>夏季;空间变化特点为中北部增温速度比南部快。年降水量呈波动增加趋势,年际倾向率为6.1 mm/10年,四季降水量除秋季持平外,其他季节都呈增加趋势,增幅为夏季>春季>冬季;空间变化表现为南部增加速度快、中部增加速度慢。年大风日数呈减少趋势,年际倾向率为-0.4 d/10年,春季大风日数的减少抵消了冬季大风日数的增多,以夏季减少最显著;空间变化表现为南部呈增加趋势、中北部呈减少趋势。年沙尘暴日数显著减少,年际倾向率为-2.8 d/10年,减少速度为春季=夏季>冬季>秋季;空间上呈自南向北减少速度逐渐加大的变化特点。武威市气候暖湿化趋势明显,随着石羊河流域综合治理力度加大,大风日数和沙尘暴日数显著减少,生态环境得到改善。     

近48年河西走廊蒸发量时空分布规律及影响因子分析

利用河西走廊20个气象观测站1958-2005年20 cm口径蒸发皿资料,分析河西走廊蒸发量的气候变化趋势.结果表明:近48年来河西走廊蒸发量年代际平均值在20世纪60年代最大,之后逐渐减小,至80年代初达最小值,80年代中期开始转为上升,从目前演变趋势看,其值仍处于上升阶段;月平均蒸发量分布规律表现为单峰型分布,最大值出现在5、月,最小值出现在1月;季节蒸发量的大小排列依次为:夏季>春季>秋季>冬季;蒸发量与气温的相关系数最大,与风速和湿度的相关系数最小,充分说明河西走廊的气温对蒸发量的影响程度远远超过其它因子.     

基于统计降尺度法的青藏高原东部地区未来气候变化预估

采用PCA与逐步线性回归相结合的统计降尺度方法,利用HadCM3模式的SRESA2排放情景资料,对青藏高原东部地区未来2011-2049年气候变化趋势进行了预估,得到如下结论:经过统计降尺度处理后的HadCM3对高原东部地区1961-1990年气温、降水模拟结果与实况特征基本相符.从2011-2049年相对于1961-1990年气候平均值来看,未来整个青藏高原东部地区年平均气温将上升1.8℃,其中青海高原将上升2.0℃,川西高原将上升1.4℃;未来整个青藏高原东部地区年降水量将增加5.0%,其中青海高原将增加2.2%,川西高原将增加7.8%.未来青海高原年平均径流量将出现减少趋势,川西高原径流量将出现增加趋势,其中未来黄河上游源区年平均径流量将持续减少,雅砻江下游地区径流量将持续增加,而长江上游源区和雅砻江上游地区年平均径流量将经历减少→增多→减少的趋势.     

基于统计降尺度方法的长江中下游气温的模拟与预估

目前大部分全球气候模式(GCM)空间分辨率比较低,很难对区域尺度气候变化做出合理预测。降尺度方法的广泛运用弥补了GCM在这方面的不足。采用主成分分析和逐步回归相结合的统计降尺度方法对1980—2011年1月和7月长江中下游地区气温变化进行统计降尺度处理,并对该地区未来温度的变化进行预估。首先采用ECMWF的ERA-Interim再分析资料和实测资料建立逐月的统计降尺度模型,然后将建立的统计降尺度模型运用到CMIP5资料中,从而生成长江中下游地区各个测站未来气温变化序列。研究结果表明:(1)统计降尺度方法模拟1月和7月的温度与实测温度一致性都很好;(2)在21世纪末的时候气温在不同排放情景下都高于目前温度2～3℃,并且7月份的增温幅度要大于1月份。     

河西走廊西部近41年5—9月降水特征分析

利用位于河西走廊西部的酒泉市7个国家自动气象站1976—2016年5—9月逐日20:00—20:00降水资料,运用统计学方法,研究酒泉市降水雨日、雨量以及极端降水事件的时空分布特征和变化趋势.结果表明,酒泉市小雨雨日最多,占总雨日的82.1％,5—9月雨量将近1/3是由小雨提供的,2/3是由中雨以上的降水提供的.各级雨...     

河西走廊东部武威市2021年主要气候特征及影响分析

2021年武威市气候较为异常,气温冷暖变化显著,极端天气事件多。全市平均气温8.2℃,较历年偏高1.1℃,为有气象记录以来最高,2月、7月、9月气温打破历史同期极值;≤-20℃的低温日数和寒潮次数偏多。降水时空分布不均,年降水量为270.5 mm,较历年偏多3%,凉州、古浪分别偏多22%、11%,民勤、天祝分别偏少17%、7%;4月偏多202%,7月偏少58%。日照时数为2 664.9 h,较历年偏少6%;≥35℃高温日数多,持续时间长,伏期干旱造成农作物受灾;受汛期降水偏少的影响,2021年石羊河的年平均流量较2020年同期偏少9%,全市归一化植被指数NDVI差于2020年同期。大风沙尘天气偏多,沙尘暴为2007年以来最多,风沙造成农作物受灾,2021年大气降尘量较2020年同期偏多17%,可吸入颗粒物PM10浓度较2020年同期上升了61.6%,城市空气质量严重污染,影响交通运输和大棚作物和日光温室瓜果蔬菜生长。短时强降水出现时间早,局地暴雨多,引发灾害。     

基于累积分布函数的统计降尺度模型校验方法适用性研究

为更精确的为区域气候模拟和预估研究提供参考,开展了基于累积分布函数的统计降尺度模型校验,在传统统计降尺度模型的基础上,使用基于累积分布函数的校验方法校正了SDSM模型预估的A2和B2情景下中国265个站点1961²099年逐日温度数据,校正后A2情景下,观测值和模拟值R2达到0.9999以上的比例占到85%,达到1的占6%;B2情景下,观测值和模拟值R2达到0.9999以上的比例占到87%,达到1的占19%;斜率值接近1的站点分别增加了57%和51%;截距接近0的站点分别增加了31%和16%。校正后的模型能更好地预估出未来逐年稳定通过0℃的日期,也即生长季开始的日期。     

基于累积分布函数的统计降尺度模型校验方法适用性研究

为更精确的为区域气候模拟和预估研究提供参考,开展了基于累积分布函数的统计降尺度模型校验,在传统统计降尺度模型的基础上,使用基于累积分布函数的校验方法校正了SDSM模型预估的A2和B2情景下中国265个站点1961~2099年逐日温度数据,校正后A2情景下,观测值和模拟值R2达到0.9999以上的比例占到85%,达到1的占6%;B2情景下,观测值和模拟值R2达到0.9999以上的比例占到87%,达到1的占19%;斜率值接近1的站点分别增加了57%和51%;截距接近0的站点分别增加了31%和16%。校正后的模型能更好地预估出未来逐年稳定通过0℃的日期,也即生长季开始的日期。     

河西走廊植被水碳通量对气候变化和人类活动的响应

河西走廊作为中国西北地区的重要经济发展带,地形多变,生态环境脆弱,在气候急剧变化以及人类活动的影响下,该地区植被水碳通量变化复杂。为探究2000—2020年河西走廊地区的植被生态变化情况,本研究利用参考作物蒸散量(ET0)与植被净初级生产力(NPP)分别表征植被水、碳通量,探究气候以及土地利用变化下2000—2020年河西走廊ET0与NPP的时空变化特征,分析植被水碳通量的主要驱动因素及交互作用。结果表明:在气候趋于暖湿,土地利用变化加速的背景下,2000—2020年ET0与NPP均呈现显著上升趋势,平均相对湿度与日照时长分别是ET0与NPP变化的主要驱动因素,ET0均值空间格局特征为“西高东低”,NPP均值为“南高北低”。气候变化加剧了河西走廊地区的植被蒸散发,人类活动使得21年来河西走廊地区荒漠化土地面积减小,其对区域植被水碳通量的干预作用大,植被生产力显著增加,因此生态环境持续向好。     

气候变化下石羊河流域上游产流区的径流响应研究

【目的】分析西北典型干旱区石羊河流域上游产流区径流对未来气候变化的响应,为石羊河流域未来水资源的规划利用提供参考。【方法】应用可变下渗能力模型(VIC)模拟水文过程,基于模型参数率定,利用统计降尺度模型(SDSM)对全球气候模式(GCMs)中HadCM3模式下A2、B2情景进行降尺度处理,分析A2、B2情景下石羊河流域上游产流区气候要素的变化,以预估的未来气候情景数据作为验证后VIC模型的输入,分析未来气候变化下石羊河流域的水文响应。【结果】VIC模型的效率系数在率定期(1990-1994年)和检验期(1995-1996年)分别为0.769和0.690,相关系数分别为0.955和0.894,表明VIC模型能够较好地描述流域大尺度水文过程;在未来2020s(2010-2039年)和2050s(2040-2069年),研究区多年平均最高气温在A2情景下分别较现状升高1.3和2.8℃,B2情景下分别较现状升高1.3和2.5℃;在2个时期的2种气候情景下,多年平均最低气温均升高0.1℃左右;在A2情景下2020s和2050s多年平均降水量分别较现状减少7.6%和15.2%,B2情景下2个年代的多年平均降水量分别减少8.7%和13.1%;2020s多年平均径流量在A2和B2情景下分别较现状减少2.8%和1.4%,2050s多年平均径流量在A2和B2情景下分别减少13.2%和8.3%。【结论】石羊河流域径流在未来A2、B2气候模式下的不同时期内均会呈减少趋势。     

陕西省参考作物蒸发蒸腾量的时空特征及其未来预测

【目的】分析陕西省参考作物蒸发蒸腾量(ET0)的时空特征,并对未来的ET0进行预测,为制定该地区作物灌溉制度、水资源规划提供参考依据。【方法】根据陕西省陕北、关中和陕南3个地区18个气象站1961-2000年历年逐日气象资料,采用世界粮农组织(FAO)推荐的Penman-Monteith公式计算历年逐日ET0;依据NCEP再分析数据以及大气环流模式HadCM3输出的大尺度气候要素资料,采用统计降尺度模型(SDSM)对未来A2和B2排放情景下的ET0进行预测。【结果】1961-2000年,陕西省ET0值在空间上自南至北呈递增趋势,除了7个气象站ET0呈上升趋势外,其余11个气象站平均ET0均呈下降趋势。在A2排放情景下,2011-2040、2041-2070、2071-2099年陕西省ET0的平均值较基准期(1961-2000年)分别增加2.7%,4.9%和8.9%,增幅最大的地区分布在陕南的安康、石泉、略阳和关中华山站以及陕北地区,关中地区增幅较小。2071-2099年陕西省ET0值四季变幅不均匀,其中以冬季的增幅最大。【结论】ET0的持续增长会导致陕西省水资源短缺问题恶化,将进一步影响该地区未来的作物需水量和农业灌溉需水量。     

河西走廊山地-绿洲-荒漠复合生态系统的景观异质性分析

采用GIS技术,以相对频率和平均信息量为指标对河西走廊山地-绿洲-荒漠复合生态系统的景观异质性进行了研究。研究结果表明:在复合系统中,荒漠、山地、绿洲、水域、道路的平均相对频率(f)分别为57.5 %、20.7 %、23.4 %、8.1 %、7.3 %,反映出该复合系统的景观结构中,荒漠是最主要的景观类型或结构成分,处于绝对优势地位,是基质,是影响复合系统的结构、功能、动态的决定性因素。山地、荒漠、绿洲、水域、道路平均信息量(H)的平均值分别为22.10、35.50、29.00、17.81和16.80;荒漠景观的异质性最高,其次是绿洲景观,水域景观的空间异质性最低。平均信息量H值的空间变化中,山地景观的变异程度最高,为83.12 %;其次是绿洲,为64.07 %;荒漠景观的异质性空间变化程度最低,为45.21 %,说明荒漠景观在复合系统中的景观空间异质性最稳定,山地景观的空间异质性变化最大。由于荒漠景观的相对频率在50 % 以上,所以,其景观异质性是均质化方向上的空间异质性,而其它景观类型的空间异质性由于相对频率均小于50 %,是异质化方向上的空间异质性。因此以50 % 为相对频率的控制界限,提高道路、水域、绿洲的相对频率,降低荒漠的相对频率有助于提高整个复合系统的景观异质性。     

论寓于林业生态工程建设中的河西走廊沙产业开发

目前,我国生态建设已进入治理与破坏相持的关键阶段,林业生态工程建设仍将是今后一段时期内是区域生态恢复与改善的主要方面.林业建设的主流和投资热点.地处生态脆弱区的甘肃省河西走廊,林业生态工程建设与沙产业开发之间始终存在着相互制约和相互促进的双重作用关系.将沙产业开发寓于林业生态工程建设中,在林业生态建设中通过草树种的科学配置实现特色种植和产业化开发,是发展沙产业的一条有效途径.林业生态工程建设为沙产业发展提供基本保障条件,而沙产业开发又将为全面提升林业生态工程建设的经济效益开辟新的空间.     

气候变化对中国冬小麦生产的影响

气候变化会对中国冬小麦生产带来深远的影响。CO_2浓度升高和气候变暖有利于冬小麦种植区向春麦区扩展,主要表现在辽宁、河北、陕西、内蒙古等种植边界的显著北移和青海、甘肃种植边界的显著西扩;CO_2浓度升高还会促进小麦根、茎、叶的生长,提高叶片光合速率和氮素的吸收与利用,有利于产量提高。但气候变化在中国还表现为太阳辐射的下降,冬小麦主产区黄淮海麦区和长江中下游麦区下降更为显著,试验研究表明,长期弱光小麦产量降幅可达6.4%～25.8%。温度升高对小麦产量的影响目前尚无明确定论;不同生育期降雨量变化对小麦产量的影响不同,生育前期降水量增加有利于小麦产量的提高,而后期则会导致一定的减产。然而,最值得关注和警惕的是高温与低温以及降水时空分布不均导致的干旱和渍水等极端气象灾害事件,随着全球气候变化发生频率显著增加,严重影响了小麦的生产,尤其是生育中后期的逆境将导致小麦结实粒、千粒重显著下降,造成产量锐减。此外,气候变化导致的病虫草害加剧不仅导致减产,还将显著增加生产成本,不利于小麦生产。     

基于APSIM模型模拟分析气候变化对不同熟性北方冬小麦生长和产量的影响

【目的】开展气候变化对冬小麦生长发育和产量影响研究,为未来气候变化下小麦可持续生产提供依据。【方法】利用2017—2020年度控制气室中不同温度和[CO₂]处理下的良星99（晚熟品种）和中科2011（早熟品种）冬小麦生长发育、土壤及气象数据,对APSIM（agricultural production systems simulator）模型进行校验,然后,以1986—2005年为基准年份,利用校验好的APSIM模型对未来不同气候条件下（RCP 4.5和RCP 8.5）的冬小麦产量、产量构成和生育期进行模拟,分析气候变化和极端高温对不同熟性冬小麦品种生产潜力的影响。【结果】APSIM模型能较好地模拟不同温度和[CO₂]处理下2个品种冬小麦的生育期、产量和生物量,模拟值与实测值的R²均高于0.614,nRMSE均低于10.6%,叶面积指数（LAI）的模拟效果相对较差。从长期模拟结果来看,不同气候条件下,2个品种小麦的播种-拔节天数均较基准年份缩短,且早熟品种小麦播种-拔节缩短的天数小于晚熟品种,2个品种拔节-成熟天数均无明显变化。相较基准年份,未来RCP条件下,2个品种小麦的实际产量和潜在产量均增加,且2100s时段RCP 8.5条件下的产量和潜在产量最高,早熟品种的产量和潜在产量相较晚熟品种增产更明显。与基准年份相比,未来RCP条件下,生育前期2个品种小麦的LAI均升高,但早熟品种LAI变化更明显,生育后期晚熟品种的LAI明显降低,而早熟品种的LAI无明显差异;未来RCP条件下,2个品种的地上部生物量均增加,早熟品种生物量增长更明显。不同RCP条件下,极端高温对2个品种冬小麦产量和千粒重均有一定的负面影响,且开花期极端高温对千粒重的影响最大。与正常年份相比,极端高温年份晚熟品种2100s时段RCP 8.5条件下的千粒重和产量明显降低,籽粒数也略有降低。与正常年份相比,未来RCP条件下,极端高温均明显降低了早熟品种的千粒重,但籽粒数略有升高,因此,极端高温年份早熟品种产量降低不明显。【结论】冬小麦早熟品种更能适应未来气候变化,而选育适宜的小麦品种是应对未来气候变化的有效措施之一。     

北洛河未来径流变化分析

【目的】分析北洛河流域未来径流变化趋势,为该流域水资源管理与可持续利用提供理论依据。【方法】基于美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料和北洛河流域7个气象站的历史降水及蒸发资料,采用逐步回归法建立统计降尺度模型,在BCC-CSM1.1的2种不同情景(RCP4.5和RCP8.5)下,模拟未来时段的降水、蒸发情况,结合TOPMODEL得出未来的模拟径流。【结果】2种情景下,未来4个时期年平均降水均高于基准期值(除了RCP8.5情景下的2030s),年平均蒸发量均高于基准期值(除了RCP4.5情景下的2040s);除了RCP4.5情景下2015-2020年的冬季径流平均值(0.98亿m3)略低于基准期值(1.06亿m3)外,2种情景下夏、秋季及RCP8.5情景下冬季的径流平均值均高于基准期值,最大值均出现在秋季。【结论】将统计降尺度方法和TOPMODEL结合起来可以很好地分析未来径流的变化情况。     

河西走廊棉区机采棉高产优质栽培技术规程

为了形成完整的机采棉栽培技术体系,实现棉花全程机械化,通过2 a的试验示范,从适用范围、规范性引用文件、术语和定义、棉田规划、膜下滴灌系统配置、生产目标、对品种的要求、生育进程与群体指标、土地准备、播种、水肥一体化管理、化控、打顶、病虫害防治、化学、脱叶、机械采收和采后管理等方面总结了河西走廊棉区机采棉高产优质栽培技术规程。