1959-2009年秦岭山地气候变化趋势研究

以秦岭山地39个气象站点1959—2009年近50a来的气温、降水资料为基础,分析研究了秦岭南北坡半个世纪气温与降水的变化趋势及特征。结果表明:(1)近50a来研究区气温总体上呈增加趋势,北坡气温倾向率为0.24℃/10a,南坡为0.15℃/10a;20世纪80年代中期以后,年均温呈极显著的增加趋势,特别是北坡地区气温倾向率高达0.74℃/10a,1993年后秦岭地区气候暖化趋势显著。(2)近50a来除夏季季均气温呈微弱的减少趋势外,研究区春、秋、冬3季均温均呈极显著的上升趋势(p<0.01),尤以冬、春两季平均气温上升更为显著;但1983—2009年27a间秦岭夏季气温呈上升趋势。(3)在50a尺度内秦岭北坡年均降水量在增加,而南坡年均降水量在减少,导致南北降水量差值减少;但近15a来秦岭南北坡年均降水量均有所增加,且北坡降水量增加速度更快(230.4mm/10a),说明秦岭北坡地区气候有暖湿化趋势。     

基于Anusplin秦岭地区近50多年来的降水时空变化

为了更精确地评估山地生态系统,降水栅格数据的获取显得尤为重要。基于澳大利亚专业气象插值软件Anusplin,以秦岭1959—2015年31个气象站点的降雨资料为基础,获得秦岭地区降水栅格数据以揭示秦岭地区降水的时空变化规律。结果表明:(1)秦岭地区年均降水的变化范围为545.44～1 155.46 mm,平均降雨量为824.76 mm;南坡平均降雨量为847.37 mm,北坡平均降雨量为737.25 mm,南北坡平均降水差异为110.12 mm;秦岭山地四季平均降水量大小依次为:夏(403.76 mm)秋(237.26 mm)春(169.11 mm)冬(25.62 mm),且南坡降水大于北坡降水。(2) 1959—2015年秦岭地区年均降水变化率为-3.02～0.83 mm/10 a,并未通过显著性检验,降水减少区域主要在秦岭主峰太白山和秦岭南坡的安康等地,平均海拔分布在1 177 m;而降水增多发生地主要在秦岭南坡的略阳、商南和石泉等地,平均海拔分布在811 m。其中秦岭地区东部商南地区变化率最大,达到0.83 mm/10 a。     

气候变化背景下秦岭水源涵养功能时空变异特征

水源涵养功能的变化对流域生态水文及其供水安全产生重要影响,稳定良好的水源涵养功能是区域经济社会高质量发展的基础。基于InVEST产水量模块、水源涵养模型、逐像元线性拟合,模拟1981—2015年秦岭及秦岭南北水源涵养时空变异,分析水源涵养对气候变化的响应,探讨气候波动背景下水源涵养演变趋势。结果表明：(1)近35年来秦岭水源涵养呈下降趋势,年变化速率-1.44 mm/a,秦岭北坡水源涵养下降趋势大于秦岭南坡;(2)近35年来秦岭水源涵养空间变化趋势呈空间异质性,除汉江南岸玉带河上游、牧马河上游、褚河上游年均水源涵养量略有增加外,其他流域呈整体下降趋势,且秦岭中部水源涵养下降幅度大于外围区域;(3)降水减少和参考蒸散发增加是影响秦岭水源涵养量减少的主要因素,在气候暖干化的背景下,秦岭水源涵养功能有进一步下降的可能。掌握区域水源涵养功能时空变异特征,对科学评估区域用水安全、预判未来水资源变化趋势和气候变化背景下水资源管理具有指导意义。     

秦岭气候分界指标时空变化特征及指示意义

秦岭不仅是中国南北方地理—生态过渡带,也是中国重要的自然、经济和农业区划界线。在当前秦岭气候增暖背景下,再识别气候分界指标时空变化规律,对科学进行自然区划实践具有重要指导意义。为了明确这一气候特征,基于秦岭山地1970—2020年126个气象站点降水、气温观测资料,选取年降水量、1月和7月均温指标,采用薄盘样条插值、趋势分析方法,对研究区年降水量、1月和7月均温时空特征进行分析,进而选择秦岭太白山、伏牛山剖面探讨气候分界指标高度的趋势变化。结果表明:(1)薄盘样条插值可获得精度较高的年降水量和1月均温序列,相关系数为0.712～0.919; 误差分析表明,7月均温插值较观测值偏差为2～3℃,得到秦岭山地7月均温校正系数为0.893,经校正插值结果显著改善(误差缩小3～6倍);(2)时空趋势上,近51 a秦岭山地东部“暖干化”、西部“暖湿化”,秦岭北部、西部增暖显著(p<0.05);(3)年降水量800 mm高度变化呈“东西反向”,1月0℃和7月25℃高度变化呈“东西同向”,西部平均速率大于东部,如年降水量800 mm高度(西部:-166 m/10 a,东部:49 m/10 a)和1月0℃高度(西部:70 m/10 a,东部:37 m/10 a);(4)1970—2020年秦岭气候分界指标位置高度沿山地呈上升或下降变化,但在2010s(2010—2019年)时段,气候分界指标位置高度北坡为800～1 400 m、南坡为800～1 300 m均未越过秦岭主脊,秦岭山地气候分界作用仍具有稳定性。     

1961-2010年锡林郭勒盟气温和降水时空变化特征

[目的]分析内蒙古自治区锡林郭勒盟气温和降水量时空变化规律,为草原区环境演化提供科学支撑,同时也对气温和降水的短期预警提供依据。[方法]利用研究区境内15个气象站点1961—2010年的逐月平均气温和月降水资料,结合一元线性回归分析、趋势分析、M K突变检验以及M o rlet小波分析方法,分析近50 a来锡林郭勒地区气温和降水时空变化特征及周期。[结果]近50 a来锡林郭勒地区气温以0．44℃／10 a的速率呈显著上升趋势,其中冬季温度上升最明显;年均气温有较明显的突变特征,突变点出现在1991年,突变前后2个时段平均气温相差1．32℃;存在28,9和5 a的周期律,未来几年仍处于暖期。降水呈波动下降趋势,速率为3．9 mm／10 a ,夏季降水下降最明显;年降水量没有明显的突变点,存在25和7 a的震荡周期,未来几年仍处于少雨阶段。[结论]近50 a来锡林郭勒盟地区气候呈明显干旱化趋势。     

渭河流域1850—2005年降水及蒸发量变化时空特征

为了探究渭河流域过去气候变化规律及其影响因素,基于CMIP5模式输出产品,采用双曲线插值方法获取渭河流域56个站点1850—2005年降水、蒸发及气温数据。采用最小二乘法、M-K突变检验、小波分析及ArcGIS空间插值方法分析了渭河流域气候要素的多尺度时空特征。结果表明:渭河流域近156 a来年均气温、降水为上升趋势,趋势率分别为0.028℃/10 a,0.09 mm/10 a,年蒸发量为减少趋势,趋势速率为-5.1mm/10 a,温度和降水季节变化与年变化基本趋于一致,蒸发量的减少主要发生在夏秋两季。渭河流域中游、下游与南部降水相对变率变化趋势基本一致,而上游与泾河及洛河支流降水相对变率趋势一致,相对变率在-2.8%～14.98%。整个流域温度、蒸发量相对变率为-2.3%～-3.47%及-2.35%～6.54%。各气候要素均存在5～20 a的短周期变化以及110 a长周期变化,气温及蒸发分别在1986年及1963年发生突变现象,降水无突变点出现。总体而言,渭河流域近156 a气候呈现暖湿化趋向,降水及蒸发存在明显的空间分异以及周期性规律。     

1961-2008年陕西省年际气温和降水区域性变化特征分析

采用陕西省1961-2008年63个测站均一化订正后的气候资料,分析了陕西省不同区域近48a来的气候变化,结果表明:年平均气温近48a上升趋势明显,在1993年前后发生突变,突变前后年平均气温显著上升了0.8℃,上升幅度呈由南到北逐渐增强的趋势;冬、春季气温在突变后上升最为明显,升温幅度较大区域分别为长城沿线风沙区和渭河河谷平原区,年平均最高气温在1990年以后迅速升高,最低气温在2000年开始迅速升高;全省年平均降水呈明显的减少趋势,年平均降水的线性减少率为19.6mm/10a,秦岭南麓浅山区、汉江河谷平原及巴山区年平均降水的减少趋势比较明显。1980年前后和2000年前后为暴雨多发期,但中、大雨的总日数呈明显减少。     

近50年来河南省气温和降水时空变化特征分析

在全球变暖大背景下,对河南省近50年来气温和降雨的时空变化与突变特征进行了分析研究。基于河南省17个气象站1965—2014年的日平均气温和逐日降水资料,采用气候倾向率法、累积距平法、Mann-Kendall秩相关检验、Morlet小波分析、Kriging空间插值等方法,分析研究了河南省近50年来的气温和降水量时空变化特征。河南省近50年来平均气温总体呈增暖趋势,气候倾向率为0.19℃/10a(p0.01),春季升温最快,秋冬次之,夏季气温趋势反而略有下降,年均气温在80—90年代有短暂下降,90年代后开始变暖;河南省降水量整体略呈增加趋势,但变化趋势不明显,气候倾向率为2.8mm/10a(p0.05),夏季降水量增加较快,春秋降雨量略有减少。近50a来年降雨量经历了增—减—增—减的变化,60年代到80年代增加,80年代到90年代中旬减少,90年代到21世纪初再次增加,2003年至今持续减少。河南省气温存在27年的强显著周期,此外还有15a的周期变化;而降水量则存在12a的显著周期,此外还有5a和30a的周期。空间分布上,气温有东南高西北低的特点,且中部升温更快;降水量则南多北少,南部有减少趋势,中部、东部有增多趋势。     

1955-2012年南北疆气温、降水及相对湿度趋势分析

利用新疆境内的12个国家标准气象站1955—2012年温度、降水和相对湿度数据,通过气候趋势分析、气候突变分析及Morlet小波分析等方法,研究近60a来南北疆气候变化特征。结果表明:1)近60a来南北疆的温度总体呈上升趋势,并以北疆增温幅度较南疆明显;不同温度指标的增幅大小排列为:年平均最低温度(Tmin)年平均温度(Tmean)年平均最高温度(Tmax);2)南北疆的年平均温度(Tmean)、年平均最高温度(Tmax)、年平均最低温度(Tmin)均有突变发生。其中,北疆的突变时间均在1987—1989年,南疆的突变时间均在1993—1994;3)南北疆年降水量的变化趋势不如气温变化明显,总体上呈增加趋势,北疆降水量变化相对稳定,而南疆呈增加趋势;南疆的年均降水量在1981年发生突变;而北疆的正反序列曲线均未超过95%置信度线,未出现突变点;4)北疆年均相对湿度总体上呈减少趋势,而南疆总体上呈增加趋势;南北疆相对湿度总体经历了"增加—减少—增加—减少"的变化。从全区来看,进入21世纪南北疆相对湿度均急剧减少;5)Morlet小波分析结果显示,南北疆的气温均存在4a和8a的明显周期,降水量、相对湿度均存在3a,6a和16a左右的周期变化规律。     

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。     

秦巴山地气候变化特征与旱涝区域响应

[目的]气候变化对自然环境和人类活动产生重要影响,厘清全球变化背景下极端气候灾害发生的频次和强度对于维护人民生命财产安全具有重要意义。[方法]根据1970—2017年秦巴山地内102个气象站点的逐日数据,运用线性回归、Mann-Kendall非参数检验、反距离权重法(IDW)、Z指数法和Morlet小波变换等方法,分析近48年秦巴山地气候变化特征及西部大起伏高山区、秦岭大起伏高中山区、大巴山大起伏中山区和豫西汉中中山谷地4个地貌单元上的区域旱涝灾害响应研究。[结果]近48年来秦巴山地气温以0.3℃/10 a增加,降水以0.87 mm/10 a的速率增加,全区气候朝暖湿化趋势发展。研究时段内,不同地形区气温都呈上升趋势,但增加速率不同,大巴山大起伏中山区增速最大(0.7℃/10 a)、豫西汉中中山谷地最低(0.2℃/10 a),从降水量及变化趋势来看,大巴山大起伏中山区降水量明显高于其他地形区,变化倾向率最大(13.45 mm/10 a),西部大起伏高山区变化倾向率最低为0.06 mm/10 a。秦巴山地旱涝灾害发生的程度年际差异明显,且1970—2017年有加剧的趋势,4个区域旱涝灾害...     

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。     

气候变化对秦岭南北植被净初级生产力的影响（Ⅱ）——近52年秦岭南北植被净初级生产力

根据秦岭南北54个气象站1960—2011年逐日数据,采用周广胜—张新时模型、Penman-Monteith模型、气候倾向率、相关分析和Spline插值等方法分析近52 a气象要素的时空变化特征及其对植被净初级生产力的影响。结果表明：1）秦岭南北多年平均植被净初级生产力由北向南逐步上升,排序为巴巫谷地〉汉水流域〉秦岭南坡〉秦岭以北,各子区植被净初级生产力变化趋势不一,植被净初级生产力上升的站点占本区站点总数的比例顺序为汉水流域〉秦岭南坡〉巴巫谷地〉秦岭以北,秦岭以南地区增加更为明显,生态区23个站点中植被净初级生产力年际波动并不大,介于1.34～1.89之间;2）植被净初级生产力与湿润指数、降水量和相对湿度呈显著水平（P〈0.01）的正相关关系,相关系数排序为降水量〉湿润指数〉相对湿度,降水的增多会促进植被净初级生产力的累积,水分是主要制约因素;3）植被水分利用效率由南向北递减,排序为巴巫谷地〉汉水流域〉秦岭南坡〉秦岭北坡,绝大部分地区呈现不显著的上升趋势,近52 a来,水分利用效率普遍呈上升趋势,但并不显著,整体上维持相对稳定水平。     

近30年祁连山东段冷龙岭地区寒冻荒漠分布范围及其对气候变化的响应

利用祁连山东段冷龙岭地区1990s-2010s的Landsat TM,OLI遥感影像数据,结合NDVI阈值和人工目视解译提取1990s,2000s,2010s研究区寒冻荒漠分布范围,分析近30 a研究区寒冻荒漠分布范围变化特征及其对气候变化的响应过程和机理,同时考虑了地形差异对寒冻荒漠对气候响应的影响。结果表明:（1）近30 a以来,祁连山东段冷龙岭地区寒冻荒漠呈萎缩趋势,以约4.5 km²/年的速率萎缩,但局部地段也有扩张情况;其中萎缩区大量分布在3 900~4 100 m的海拔带,扩张区零星分布于各高度带。该现象导致祁连山东段冷龙岭地区寒冻荒漠分布下界平均海拔向高海拔推进,推进速率约为23 m/10 a。（2）受水热条件控制,寒冻荒漠萎缩变化主要分布在12°以下低坡度地区,同时由于寒冻风化作用加强,碎屑坡积等物理过程影响,低坡度区域也存在扩张变化,随着坡度变陡,寒冻荒漠基本无变化;同时,在不同坡向上均存在寒冻荒漠的萎缩与扩张变化。寒冻荒漠在阳坡变化大于阴坡。（3）1990-2015年祁连山东段冷龙岭地区气温呈波动增加趋势,线性增长率约为0.3~0.5℃/10 a,增温幅度显著,呈先快后慢趋势,降水量无明显变化趋势,但在时间序列上呈现波动。该时期气候变化导致了上述寒冻荒漠分布范围的变化,且分析结果表明其主要受控于气温变化。     

1960-2014年祁连山南坡及其附近地区降水时空变化特征

祁连山区的生态是国家当前与今后重点保护的对象,该区域是“丝绸之路经济带”重要的水源涵养功能区,降水的多少直接影响生态环境的好坏,所以在新形势下,研究祁连山地区降水的变化具有重要的理论与现实意义。利用1960—2014年祁连山南坡及其附近19个气象站的降水日数与降水强度数据,使用线性趋势法、相关分析法、多项式趋势法、5年滑动平均、Mann-Kendall检验、滑动t检验、ArcGIS方法对其时间变化与空间分布进行了详细研究。多年降水日数与降水强度整体上表现为缓慢波动增长趋势,增长率分别为0.030 d/a与0.009 mm/a;除了冬季降水日数为增加趋势,其余季节均变化不大,夏季降水强度对全年贡献最大;20世纪90年代降水日数的变化趋势为负增长（-0.326 d/a）,降水强度增长最大（0.381 mm/10 a）,年代际变化波动较大。多年平均降水日数与降水量由于受东南季风与地形影响,整体上呈现出由东南向西北递减的趋势,南坡降水明显多于北坡的特点;降水日数与降水强度正负增长站点比例分别为:10∶9与17∶2;四季降水强度正增长所占比例比降水日数正增长所占比例大,除了秋季突变不明显,春、夏、冬均发生了突变;各站点年代际变化的空间分布存在差异。     

1982-2014年祁连山植被生长季NDVI变化及其对气候的响应

祁连山是西北地区重要的生态功能区和河西绿洲的水源涵养地,全面了解植被的生长变化有助于制定合理的气候变化对策。利用1982-1999年的GIMMS NDVI数据和2000-2014年的MODIS NDVI数据,采用最大值合成法、均值法、斜率法、相关分析法等,对祁连山近35年生长季植被变化及其对气候变化的响应进行了深入研究。结果表明:1982-2014年,祁连山植被NDVI整体呈增加趋势,但变化趋势并不明显;近35年,祁连山植被NDVI呈增加趋势的面积比呈降低趋势的面积大,表明植被覆盖状况有所改善,植被NDVI增加的区域集中于中西部,而植被NDVI降低的区域集中于东部;气候的年际变化对祁连山植被NDVI有一定的影响,植被NDVI对气温和降水存在一定的滞后性响应。气温升高和降水增加有助于祁连山植被覆盖增加,生态环境得到改善。