气候变化背景下西藏高原地区界限温度时空变化特征

受全球气候变化影响,农牧业生产面临较大风险,研究界限温度时空变化对调整农业种植结构,实现农业可持续发展具有重要意义。利用近40a(1981-2020年)西藏38个气象站点逐日平均气温观测数据,采用线性倾向估计、Person系数、Mann-Kendall、优势分析等方法,分析了气候变暖背景下近40a西藏≥0℃、≥5℃和≥10℃界限温度(初日、终日、持续日数和活动积温)的时空变化特征。结果表明：(1)西藏≥0℃、≥5℃和≥10℃界限温度分布总体上表现为自东南向西北初日推迟、终日提早、持续日数缩短和积温减少的特征,并具有明显的海拔垂直地带性特征。1991-2020年与1981-2010年平均值比较,西藏各站三种积温均增加,以≥10℃积温增幅较大;绝大部分站点初日偏早、终日偏晚、持续日数偏多。(2)近40a西藏≥0℃、≥5℃和≥10℃初日、终日和持续日数的变幅以≥0℃最大,平均每10a初日提早3.2d、终日推迟3.5d、持续日数延长5.4d;积温增幅以≥10℃最大,为86.1℃·d·10a^-1。≥0℃、≥5℃持续日数增加是由于初日明显提早造成的,而≥10℃持续日数的增加因...     

贵州省温度界限内积温特征分析

基于贵州全省气象站1961-2009年的逐日气温资料,计算了0～30℃每1℃范围内的活动积温（温度界限内积温）,并针对其变化特征开展了分析研究。结果显示,温度界限内积温不仅能够反映活动积温在各个温度范围的分配状况,同时还包含温度持续时间的信息,是温度对时间积分的具体体现;贵州温度界限内积温随温度界限呈单峰曲线变化,峰值对应的温度界限全省平均为22℃,各站分别为17（威宁）～27℃（赤水、松桃、从江等）,界限温度随海拔升高其递减率为0.51℃.100m-1;温度界限内积温峰值对应温度界限反映地区热量资源总量的同时,能够体现出热量分布的主要温度范围,可以为更加全面地了解热量资源特征提供参考。     

共和盆地界限温度初终日和积温对气候变化的响应

利用青海省共和盆地海南州气象台1953—2010年逐日平均气温,以5 d滑动平均法确定稳定通过≥0℃、≥3℃、≥5℃、≥10℃初、终日,求算初终日间持续日数、活动积温和有效积温,分析界限温度初终日、持续日数和积温的变化,应用Pearson函数求算界限温度初终日、初终日期间持续日数、活动积温和有效积温与年平均气温的相关性并建立回归模型。结果表明:共和盆地各级界限温度初日均呈提前趋势,终日均呈推后趋势,初终日间持续日数呈增加趋势,活动积温和有效积温均表现为增大趋势;各界限温度初日与年平均气温呈负相关,终日与年平均气温呈正相关,初终日间持续日数呈正相关,活动积温和有效积温与年平均气温极显著相关;若年平均气温升高1℃,则各界限温度初日提前3～6 d,终日推迟3～4 d,各界限温度期间的持续日数延长6～10 d,活动积温增加165～190℃,有效积温增加164～183℃。     

西南区域水稻关键生育期界限温度起始期的预测研究

保证作物安全生产是种植制度的根本要求,也是作物稳产、高产的基础。本文基于西南水稻种植区317个气象台站1961-2015年的日平均气温和最高气温资料,分析了近55年来该区域不同保证率下水稻安全播种期、水稻开花期高温热害和低温冷害的最早发生期,并建立了西南区域水稻各关键生育期界限温度起始期预测模型。预测结果表明：80%~95%保证率下,云南南部的水稻育秧安全播种期最早,平均在2月20日左右;云南北部、四川攀西南部和盆地中部、重庆大部和贵州部分地区在3月10日-4月10日;而其余大部地区在4月10日-5月20日。80%~95%保证率下中稻开花期高温热害主要发生在四川盆地、重庆、贵州北部和东南部,大部地区最早出现在7月15日-8月20日。80%~95%保证率下再生稻或晚稻开花期低温冷害最早出现在云南和贵州大部、四川攀西地区,平均在6月20日-7月15日;四川盆地西部、贵州东北部平均为8月1-20日;其余大部地区在8月20日-9月20日。基于纬度、经度和海拔高度建立的西南区域水稻各关键生育期界限温度起始期预测模型,简单实用,可为西南水稻安全生产、防灾减灾等提供理论依据。     

华东地区≥10℃积温的时空演变特征

利用1961-2013年华东地区86个气象台站的日平均气温等资料,采用趋势分析法、克里金空间插值法(Kriging)、Mann-kendall突变检验以及Pearson相关分析等方法,分析该区域近53a日平均气温稳定≥10℃期间积温、持续日数、初终日以及积温带的变化特征。结果表明：（1）近53a华东地区日平均气温稳定≥10℃积温及其持续日数呈显著增加趋势,气候倾向率分别为89.71℃-d-10a-1(P＜0.01)和2.96d-10a-1(P＜0.05),二者主要受初日提前和终日推迟的共同影响,且初日提前的影响更大。（2）日平均气温稳定≥10℃积温及其持续日数在空间分布上呈现明显的纬度地带性和垂直地带性特征,其变化趋势均呈现自东向西、自中部向南北两端递减的规律。（3）随着全球气候变暖,华东地区气候带的分布呈现明显的北移东扩,其中南亚热带、中亚热带的面积不断扩大,分别向北移动1.2、2.2个纬距;北亚热带约向北移动1个纬距,面积有所减小;暖温带的面积不断减小。（4）华东热量资源对平均气温的响应主要表现在积温的上升、持续日数的增加、初日的提前以及终日的延迟。     

黑龙江省热量资源变化及其对作物生产的影响

气候变暖背景下,热量资源变化势必对寒地农作物生产环境、生长发育及种植制度产生重要影响。本文利用黑龙江省1971—2014年67个观测站逐日气象资料,计算了≥10℃活动积温和≥0℃活动积温(以下简称积温)及无霜期等农业热量指标,采用线性倾向率、累计距平、M-K检验和经验正交函数(EOF)方法等统计方法,分析了热量资源变化特征及突变特征,以及对农业生产的可能影响。结果表明:≥10℃积温和≥0℃积温分别以86.7℃?d?(10a)-1和80.5℃?d?(10a)-1的速率显著增加,无霜期呈延长趋势[倾向率为3.8 d·(10a)-1];≥10℃积温和无霜期在1993年发生突变,突变后二者初日提前,终日延后。≥10℃积温和≥0℃积温的增加幅度西部大于东部,无霜期延长幅度中西部大于东北部,农业热量资源变化幅度大的地区亦是热量敏感区域。热量资源增加对农业的影响,表现在农作物适宜生育期延长;适宜水稻和玉米种植的区域向北、向西扩张,大豆种植重心北移;原适宜种植极早熟、早熟品种的区域逐步被中熟、中晚熟品种替换。热量增加使水稻、玉米和大豆三大作物产量的进一步提高成为可能。     

海南岛农业气候资源的时空变化特征

基于海南岛18个气象站1961-2010年的气温、降水量、日照时数等观测资料,分Ⅰ（1961-1980）、Ⅱ（1981-2010）两个时段计算与农业生产密切相关的年平均气温、1月平均气温、不同界限温度的积温、全年及≥15℃和≥20℃界限温度生长期间的日照时数、湿润度等光热水指标的年平均值和各指标1961-2010年的气候倾向率,同时结合海南岛主要种植作物类型,分析各指标的时空变化特征。结果表明：1961-2010年,海南岛各站年平均气温、1月均温和≥10℃、≥15℃、≥20℃的积温均呈增加趋势,平均增速分别为0.26、0.36℃·10a-1和94.4、130.1、147.4℃·d·10a-1,且大部站点增加显著（P＜0.05）。与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ适宜热带作物种植的区域面积扩大、不适宜面积缩小。18个站全年、≥15℃和≥20℃界限温度生长期间日照时数的气候倾向率均值分别为-52、-37和-19h·10a-1,大部站点呈减少趋势,其中,全年和≥15℃界限温度生长期间日照时数下降显著的站点所占比例分别为72%和56%,主要分布在北部、东部和南部沿海地区,≥20℃界限温度生长期间对应的比例为33%,主要位于北部。与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ日照时数低值区明显扩大,高值区缩小。18个站点全年、≥15℃和≥20℃界限温度生长期间降水量的气候倾向率均值分别为40、41和47mm·10a-1,绝大多数站点变化趋势不显著,仅文昌市和三亚市增加显著,与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ高值区明显扩大,低值区略缩小。湿润指数分布状况及变化趋势与降水量相似。     

近60年中国不同气候区极端温度事件的时空变化特征

利用1956-2015年中国200个气象站点的逐日最高和最低气温资料,采用国际ETCCDI推荐的10个极端温度指标,结合Mann-Kendall非参数检验、Sen’s slope斜率估计和Pettitt突变点检验等方法,研究了中国近60a极端温度事件的变化趋势及其在中国四大气候区的空间分布特征。结果表明：（1）整体上看,暖夜日数（TN90p）、暖昼日数（TX90p）分别以2.12和1.00d10a-1（P<0.01）的速度显著增加,而冷夜日数（TN10p）、冷昼日数（TX10p）以1.44和0.70d10a-1（P<0.01）的速度显著下降;基于阈值的极端温度事件指标中,霜冻日数（FD0）显著下降（2.84d10a-1,P<0.01）,夏日日数（SU25）和热夜日数（TR20）均显著上升（分别为1.77和1.44d10a-1,P<0.01）;基于持续期的指标中,暖日持续日数（WSDI）和作物生长期（GSL）表现为显著上升趋势,而冷日持续日数（CSDI）在全国范围内变化不显著。（2）冷指标的变暖幅度大于暖指标的变暖幅度;与最低气温相关联的夜指数（如TN10p、TN90p和FD0）的变暖幅度明显大于与最高气温相关联的昼指数（如TX10p、TX90p和WSDI）的变暖幅度。（3）四个气候区极端温度事件发生突变的时间段主要集中在20世纪80年代和90年代,80年代中期以后绝大部分指标的变化幅度相对以前更为显著。（4）在空间上,极端温度指标变化幅度在各区域间差异较大;高原山地气候区冷指数减小幅度最大,部分暖指数（如SU25、TR20和WSDI）在（亚）热带季风性气候区增长幅度最大。     

基于LandsatTM/ETM~+的西安市城市热岛效应时空演变

为了对西安市城市热岛时空演变特征进行研究,以1990,2002,2007年三景Landsat TM/ETM＋遥感影像为数据基础,分别反演出1990,2002,2007年西安市亮度温度,并对其进行极值归一化处理。将处理结果分为6个等级,对比分析西安市3个时期的城市热岛比例指数（URI）。通过分析归一化植被指数（NDVI）与城市热岛效应的关系进一步研究了植被覆盖对城市热岛效应的影响。结果表明：（1）1990—2007年,西安市城市热岛比例指数不断上升,西安市城市热岛效应逐年增强;（2）1990—2007年,西安市城市热岛效应呈现出散点状—片状—连片状的空间形态变化特征,并由莲湖区、新城区、雁塔区、碑林区向未央区、灞桥区扩散;（3）NDVI与城市热岛效应呈负相关性,适当增加城市绿地对于缓解城市热岛效应具有积极作用。     

2001-2018年贵州省NDVI时空演变及其对气候变化和人类活动的响应

[目的]研究贵州省植被覆盖对气候变化和人类活动的响应程度,为区域生态环境建设提供理论依据。[方法]选取2001-2018年MODIS13 A1影像,结合气象数据,利用线性趋势分析、偏相关分析和残差分析等方法,分析了贵州省18年间NDVI的时空变化特征,探究了NDVI对气候变化的响应规律以及人类活动对NDVI的影响。[结果]①2001-2018年贵州省NDVI呈现显著上升趋势,增长速率为0.0053/a,空间上极显著增加和显著增加区域面积分别占研究区域的52.80%和16.80%。②2001-2018年贵州省气候向暖湿方向发展,NDVI与气温和降水呈正相关关系,且NDVI对气温的敏感性高于降水。③月尺度上NDVI对气温的响应不存在滞后性,对降水响应存在一个月滞后性;NDVI与气候月尺度相关性高于年尺度。④人类活动对贵州省植被覆盖作用日益增强,对NDVI贡献度为72.30%。[结论]人类活动对NDVI的影响大于气候变化,贵州省植被变化是气候变化和人类活动共同作用的结果。     

咸阳气候变化及其对农作物气候生产力的影响

利用咸阳1960-2009年气象资料,主要应用Thornthwaite Memoriai气候生产力模型、Kriging插值法等对当地近50a气温、降水和气候生产力的时空变化进行分析。结果显示：（1）咸阳近50a暖干化趋势明显,增温突变发生在1994年,降水量减少突变发生在1984年;气候生产力以-70.4kg.hm-2.10a-1的速率减小且在1984年发生突变减少。（2）近50a来,咸阳的年平均气温北低南高,变差系数北部大南部小,气候倾向率东北增温强于其他地区;年降水量北多南少,变差系数北小南大,气候倾向率是西、北部减少趋势大于东南;气候生产力及其变差系数都是由北向南递增,其气候倾向率除旬邑地区略有增长外其他地区都为明显减少趋势。（3）假定不同气候变化情景下分别计算当地气候生产力可知,＂暖湿型＂的气候环境对咸阳农业生产最有利,增产范围为5.89%～11.44%;＂冷干型＂气候环境对农业生产最不利,减产范围为6.3%～13.11%,中西部地区作物增产潜力最大,在49%～62%,咸阳目前的气候暖干化趋势对农业生产不利。     

基于格网的GCM数据修订分析未来海南岛农业水热资源的变化特征

以海南岛为研究区域,选用5个大气环流模式（GCMs）1970−1999年的逐日输出数据和同期地面气象观测数据,使用空间插值降尺度到0.5°×0.5°格网。以格网单元为基础,应用系统误差修订（修正值法或比值法）和多模式集合平均方法（贝叶斯模型平均法BMA或等权重平均法EW）,训练与验证GCMs输出值并进行综合修订。在此基础上,分析RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,未来海南岛近期（2020−2059年）和远期（2060−2099年）农业水热资源,包括年平均气温、1月平均气温、≥10℃积温、≥20℃积温、年降水量、1月降水量和≥20℃界限温度生长期间降水量的变化特征。结果表明：GCMs输出值的系统误差和BMA权重系数在格网间存在较大的空间差异,且GCMs输出值低估逐日最高气温约3.55℃,高估逐日最低气温约1.19℃,逐日降水量仅为观测值的54.35%。基于格网的综合修订,可有效降低GCMs输出值在空间上的不确定性,BMA与EW的修订结果相似,均优于单一GCM模式。通过格网BMA综合修订后,最高气温、最低气温和降水量在验证期的相关系数r分别约提升0.10、0.07和0.06;均方根误差RMSE分别约降低2.38℃、1.01℃和1.01mm;较单一GCM相对观测值的偏差平均约减少3.25℃、1.13℃和25.67mm。未来海南岛农业热量资源在空间上主要表现为从中部向外围逐渐升高,高温主要分布在南部至西部沿海地区,年平均气温的增幅全岛较为接近,1月平均气温、≥10℃积温和≥20℃积温的增幅分别表现为由东向西、由北向南和由中部向外围递减。在时间上,RCP8.5情景下所有农业热量资源均为极显著增加且增温最快,RCP4.5情景为先增加后平缓,RCP2.6情景较为平缓,远期无显著增温。未来海南岛降水资源在空间上转为由东向西逐步递减的格局,南部和北部沿海地区降水变率增加,西部和中部降水变率减少,在时间上无显著变化趋势。随着未来海南岛气候变暖和降水格局的改变,农作物适宜种植面积扩大,会对农业生产带来巨大挑战,应提前布局,做好趋利避害。     

中国大陆植被覆盖对降水与温度变化的响应

应用GIMMS NDVI时间序列遥感数据集合中国大陆188个气象站的温度与降水资料,基于时滞互相关方法和GIS工具,利用中国生态地理区划图分析了中国大陆不同生态地理区植被NDVI的变化趋势及其与温度、降水年内变化的时滞响应及其空间特征.结果表明,1982-2000年中国大陆气温升高,降水量减少,NDVI呈现增加趋势.中温带和北亚热带植被NDVI略有减少,边缘热带、高原亚寒带和高原温带植被NDVI增加速度显著.植被NDVI与降水和温度之间有较显著的相关性.中国大陆植被NDVI对气温和降水有滞后效应,并且滞后水平存在着明显的空间差异.     

基于MODIS数据的福建省农作物低温监测分析与风险评估

利用MODIS数据分别对福建省地表温度和农作物用地信息进行反演,建立基于分裂窗法的福建省地表温度反演模型,构建福建省土地利用信息的专家决策树分类体系,并在Surfer和ArcGIS辅助下提出基于遥感的福建省农作物地表低温风险评估法.结果表明,基于分裂窗法的地表温度监测精度较高,达到83.56％.通过与气象站实测温度对比分析,其高低温分布趋势基本一致,并能精细反映地形条件下的温度差异,弥补了气象站数量不足的缺陷.利用专家决策树分析法灵活构造NDVI、NDWI等不同判读因子,能较准确地提取福建省农作物土地利用信息.经过归一化处理建立的福建省主要农作物用地低温风险等级分为:轻度(0.45～1.00)、中度(0.24 ～0.45)和重度(0～0.24),能够细致反映出福建省地表低温分布和农作物所处的风险格局,为农作物合理区划和低温灾害风险评估等提供参考依据.     

关于积温一词及其度量单位科学性问题的讨论

积温是农业气象及相关学科常用的一个基本概念,但长期以来对于其科学意义和度量单位的认识很不一致。本文回顾了积温概念的由来和发展,评述了积温概念在科学性上存在的问题,介绍了国内外的有关修正和改进工作,特别是英国学者J.L.Monteith应用热时理论对于积温本质做出的科学阐述。通过对文摘数据库CAB中1990-2008年10月发表的科技文献检索结果的统计分析,比较了积温及其同义词在文献题目中的应用频率和地域分布特征,表明国际学术界的主流正在日益摈弃传统积温概念的不科学表述形式。为改变目前农业气象界在积温概念及其度量单位上的混乱状态,结合第二届科学名词审定工作,建议赋予"积温"和"热量资源"名词以新的表述方式,使之既不违背物理学原理,又能照顾目前已被广泛使用而约定俗成的现状,以利农业气象学科的健康发展和促进农业气象科技的广泛应用。     

近50年来河北省降水和温度极端事件分析

极端气候事件对农业生产有重要影响。利用河北省(含北京和天津)17个站点1957-2006年逐日降水、最高、最低和日平均气温资料,采用线性分析并结合GIS空间分析的方法,对河北省50a来极端天气事件的变化趋势及空间分布特点进行了研究。结果表明:1957-2006年河北省暴雨日数、极端降水事件的频率都在减少,而且干燥事件的频率在增加,但其线性增加趋势并不明显;暴雨和极端降水的变化趋势呈明显的东西差异。极端高温事件增加而极端低温事件减少,冬季变暖的趋势比较显著;低温日数有显著减少趋势,但高温日数有一个微弱的上升趋势,其变化趋势的空间分布具有很好的一致性。河北省具有干暖化倾向,农业生产应采取相应的适应对策。     

积温及热量资源概念的科学性问题与改进

积温与热量资源的概念广泛存在于国内文献及教材,但其传统定义有违物理学原理,英译用词及度量单位也不统一,需要给予准确的科学诠释并进一步规范化。本文分析了Web of Science的相关文献,综述了积温与热量资源概念的由来与发展,提出了应用中存在的问题。研究表明：虽然积温作为农业热量资源的主要指标并广泛应用,但植物和变温动物完成某个阶段的生长发育并非需要一定数量的积温,而是需要适宜温度条件和必要的持续时间;过高的温度或过多的热量反而可造成伤害,有时有的物种反而需要相对较低的温度条件。建议将“热量资源”改称“温度资源”,即有利于植物与变温动物生长发育的温度条件与其持续时间的综合,从而赋予积温和温度资源充分的生物学与物理学意义。     

松嫩平原50年来气温及降水变化分析

运用趋势系数和气候倾向率分析了松嫩平原地区50a来气温及降水的时空变化规律。结果表明，50a来本区气温有显著上升趋势，平均气温以0．3487℃／10a幅度升高。全年各月气温均呈上升趋势，但是冬春季升温剧烈，达0．5754℃／10a；夏秋季较弱，仅为0．1868℃／10a。由于最冷月平均温度升高比最热月大，导致气温年较差减少。气温升高存在显著的区域差异，平原西北部地区增温强烈，气温倾向率大于0．45℃／10a；平原东部地区气温倾向率较低，小于0．20℃／10a。全区降水总体趋势性变化不显著，但还是呈现弱的减少趋势，平均年降水量倾向率为-0．0783mm／10a，且秋季降水减少明显。     

基于R/S分析和Mann-Kendall检验的定西市气温降水变化特征

黄土丘陵区生态脆弱、环境恶劣,对气候变化的响应复杂而敏感。研究以地处黄土丘陵区西南缘的定西市为研究对象,采用线性方程、5 a滑动平均、Mann-Kendall突变检验、R／S分析等方法,基于逐日气象数据,以此分析定西市1960—2004年间气温和降水的动态变化,以期为该地区合理开展农业生产和植被恢复提供依据。结果表明:（1）温度方面,45 a来,定西市气温呈上升趋势,其Hurst指数H > 0.5,表明在之后的一定时段内气温将持续上升,1994年为定西市气温突变开始的时间;同时,升温速率表现出明显的季节性差异;定西市极端气候变化显著,最大增温趋势出现在冬季,暖冬现象较为明显。（2）降水方面,1960年以来定西市降水量呈下降趋势,且以夏秋季下降为主,降水量变化无明显的突变现象,其Hurst指数H < 0.5,说明未来将呈现反持续性趋势。定西市未来气候将由暖干型向暖湿型转变。     

近50年来河南最高最低气温的非对称性变化特征

利用河南50个气象站点1959-2008年50a的气温资料,分析了河南区域年最高、最低气温及日较差的时空变化特征。结果表明：①1959-2008年河南区域年平均最高、最低气温在时间变化上为非对称性增长,年平均最低气温变化倾向率为0.237℃/10a;年平均最高气温变化倾向率为0.053℃/10a,前者增温幅度约为后者的4.5倍。②年平均最高、最低气温变化速度在空间分布上多数地区也呈不对称现象,最低气温在河南西北部和东南部的周口、漯河部分地区升温快,最高气温在西部的洛阳地区升温较快,而其它地区相对较慢,最终使气温日较差在东部和西北部减小幅度较大。③年平均最高气温在20世纪80年代最低,本世纪以来的8a最高;年平均最低气温在60、70和80年代均较低,本世纪以来的8a最高;年平均气温日较差在60年代最大,本世纪以来的8a最小。④年平均最高气温没有明显突变点,年平均最低气温在1997年发生突变,年平均气温日较差分别在1974年和1980年前后发生了突变。最高、最低气温变化速度不同以及突变点不一致,最终导致了气温日较差在突变点上的不一致。