树木气候学及其研究方法——兼论欧洲赤松年轮宽度与太阳活动的关系

本文全面地介绍了国际上在树木年代学和树木气候学的理论和研究方法方面的研究概况,以及近年来取得的进展,并以沃罗涅什州欧洲赤松为例,阐明了年轮宽度与太阳活动的关系,为在我国进一步开展树木气候研究提供信息和借鉴。     

天山南坡清水河1639-2015年径流量重建与变化特征

[目的]揭示树轮宽度对气候水文的响应特征,重建1639—2015年天山南坡清水河径流量变化历史,分析其长期变化特征,并给出水文特征值,为流域水资源规划管理提供科学依据。[方法]采用Pearson相关法分析树轮宽度与气候水文要素的关系,基于树轮宽度与径流量之间的指数转换方程重建清水河径流量长期变化。[结果]建立了清水河流域山区雪岭云杉树轮宽度年表（1436—2005年）,树轮宽度与巴仑台气象站上年7月到当年5月的降水量相关系数为0.579,与克尔古提水文站上年8月至当年7月径流量相关系数为0.641。基于树轮宽度标准年表与径流量之间的指数转换方程,重建了清水河1639—2015年径流量序列。[结论]树轮宽度对极端丰水年的捕捉能力有限。重建径流量序列的低频变化记录了4个持续枯水期和4个丰水期。从近400 a的径流量记录来看,近百年来（特别是1950年代以来）极端干旱出现的频率明显较高。     

基于R2V和AutoCAD的树木年代学方法及其在冀北山地的初步应用

 综合应用AbleSoftwareR2V的矢量化功能和AutoCAD的测量功能,提出一种新的树木年轮测量方法,并用此方法测定了冀北山地广为分布的白榆地径年轮宽度,进而用来尝试过去气候序列的重建。结果表明:5—9月平均气温和总降雨量与年轮指数成正相关,相关系数分别为0.597(α<0.05)、0.695(α<0.05)。以此为基础,建立了5—9月平均气温、总降雨量的转换方程,重建了冀北山地1940—1955年共16年5—9月平均气温和总降雨量。     

重庆青华林场树轮宽度指数分析及其与NDVI的关系

利用重庆市东南酉阳土家族苗族自治县青华林场的杉木树轮样本、2000—2010年的MODIS-NDVI数据以及气象资料,对原始轮宽进行标准化处理后采用一次线性拟合与相关分析的方法,分析树轮宽度指数与气候因子、NDVI的关系,探讨揭示树木主干与冠层的关系。结果表明:研究时段内,树轮宽度原始值呈减少的趋势;树轮宽度指数与前一年及当年的气候因子存在不同程度的相关关系,NDVI与同期气候因子呈现显著的相关性;树轮的整轮宽度和早材宽度与前一年NDVI以及前一年7—9月NDVI均呈显著的正相关关系,而树轮的晚材宽度与当年4—5月NDVI呈显著的负相关关系。     

基于干燥指数的近45年云南滇中地区干湿状况的变化特征

基于1970—2014年云南省滇中地区9个气象站点的气象数据,以Penman-Monteith公式为基础计算干燥指数,结合M-K检验法和5 a滑动平均法,分析了滇中地区干湿状况的时空变化规律。结果表明:（1）滇中地区实际蒸散量与潜在蒸散量呈显著正相关关系,说明Penman-Monteith公式计算的潜在蒸散量适合滇中地区;（2）滇中地区干燥指数多年平均值为1.55,属于半干旱区,近45年干燥指数整体呈上升趋势,上升幅度约为0.063/10 a,春季干燥指数呈减小趋势,减小幅度约为0.025/10 a,夏季、秋季和冬季均干燥指数呈上升趋势,其中秋季呈现显著上升趋势,上升幅度依次为0.024/10 a,0.111/10 a,0.476/10 a,M-K检验结果表明干燥指数发生突变的时间主要集中在20世纪70年代中前期和2009年左右;（3）滇中干燥指数受降水影响最为显著,整体上呈中间高,东西低的分布特征,冬季最干,春季较秋季干,夏季最湿;（4）在年尺度上变干趋势由中西部向东部越来越明显,春季变湿趋势由东部向中西部越来越明显,夏季变干趋势由中间向东西部越来越明显,秋季变干趋势由西北向东南越来越明显,冬季变润区主要分布在中部、东北部和东南部,变干区主要分布在西北部。     

2011-2050年贵州省极端气候指数时空变化特征

为探究未来贵州省极端气候变化发生趋势与空间格局,在利用中国天气发生器NCC/GU-WG Version 2.0模型对2011-2050年逐日降水量、日最高温和日最低温进行预测的基础上,运用ArcGIS软件和变化趋势分析法,分析了贵州省2011-2050年极端气候指数时空变化特征。结果表明:40年间,日最高温气温（TXx）、日最低气温（TNn）、暖日指数（TX90p）和持续暖期（WSDI）每10 a分别增加0.1℃,0.03℃,0.23 d和0.4 d;冷日指数（TX10p）和持续冷期（CSDI）每10 a分别下降0.1 d和0.26 d。最大日降水量（RX1day）、5日最大降水量（R5D）、强降水量（R95T）、日降水量强度（SDⅡ）和连续湿日（CDD）每10 a分别增加1.02 mm,1.31 mm,5.63 mm,0.01 mm/d和0.05 d,连续干日（CWD）每10 a下降0.11 d。极端气候指数及其变化趋势的空间格局异质性突出。气候变暖和地形是影响贵州省极端气候指数变化的主要因素。     

2000-2014年黄土高原植被叶面积指数时空变化特征

研究植被叶面积指数(LAI)时空变化特征,对植被的水土保持效具有重要意义.利用MOD15A2H遥感产品,基于Mann-Kendall趋势检验与Sen斜率分析方法,提取区域尺度与像素尺度上的植被LAI变化特征,并基于不同子流域、坡度、坡向及植被覆盖类型,对植被LAI的变化特征进行分析.基于MOD44B遥感产品,利用线性回归和偏相关系数,分析植被LAI的变化原因.结果表明:1)黄土高原2000-2014年,植被LAI呈显著增加趋势,其年绝对变化幅度为0.042,年相对变化程度为2.71％.2)空间上,在黄土高原58.6％的区域,LAI呈现显著增加趋势,仅有0.9％的区域LAI呈现显著减少趋势.植被LAI剧烈增加,主要发生在河口—龙门区间,包括皇甫川、窟野河、无定河和延河.植被在15°～35°的坡度上,LAI变化程度最剧烈,其变化在各坡向上没有显著差异,农田和草地的LAI变化程度最剧烈.3)与植被总覆盖度相比,植被垂直维结构与黄土高原植被LAI的变化更为相关,其中树木覆盖度的增加,是植被垂直维结构变化的重要原因之一.     

近56年安徽省极端气温变化及其与气候指数的关系

为了研究安徽地区对全球变暖的响应,基于1960-2016年安徽省78个气象站的月值极端气温数据,采用数理统计和GIS空间分析方法,研究多时间尺度下的极端气温时空变化特征,并探讨了极端气温与气候指数的相互关系。结果表明:(1)近56 a安徽省年极端最高、最低气温总体上均呈现上升趋势,极端最低气温的增温幅度(0.37℃/10 a)大于极端最高气温(0.12℃/10 a);(2)年极端最高气温的突变时间为2001年,比极端最低气温(1986年)晚了15 a。年极端最高、最低气温的Hurst指数都大于0.5,存在显著的Hurst现象,持续以往的升温趋势;(3)极端气温区域平均值总体呈上升趋势,但在不同地区气温变化的幅度和趋势存在一定差异;(4)极端气温与3个气候指数存在着多时间尺度的相关性,极端最高气温与ENSO,PDO,AO分别存在2.5~6 a,3~6 a,7.5~11 a的共振周期。极端最低气温与ENSO,PDO,AO分别在3~6 a,4.5~5.5 a,1~3.5 a的时间尺度上有着强凝聚性共振周期。总之,研究期间安徽省极端最低温度的上升对整个区域的变暖趋势起着重要作用,极端温度与3个气候指标具有多时间尺度遥相关现象。     

2000—2016年四川省耕地种植指数时空变化及其自然潜力分析

种植指数是反映耕地利用强度的基础性指标,明确其空间格局、时间演变是合理制定农业决策的基础。本文以四川省2000-2016年MODIS-NDVI长时间序列数据为数据源,通过提取耕地NDVI时序曲线峰值频数,进而提取四川省2000-2016年耕地种植指数,分析其时空格局及演变,并结合积温-降水模型对区域耕地潜力种植指数分布进行了分析,为明确四川省耕地种植指数时空特征及演变和引导耕地合理集约利用提供科学依据。结果显示：研究时段内,一年1熟一直是四川省主要的熟制制度,其面积占耕地面积比达78.05%,主要分布在川西北高原区、川东北和川南的低山丘陵区以及攀西河谷区;一年2熟/3熟制主要分布在成都市及其周边地区,空间分布上呈现由成都市及其周边地区向四周下降的态势。可提升潜力种植指数（PMCI_p）方面,省内89.7%的耕地仍具有较高的可提升潜力;成都市及其周边地区可提升潜力较低（PMCI_p<50%）,且实际种植指数年际变化剧烈（标准差>60%）;川东北和川南地区可提升潜力种植指数在50%以上,面积占耕地面积比达65.6%,是未来耕地种植潜力挖掘的理想区域;川西北高原区、攀西河谷区和川东北大巴山中山区为过度耕作的主要分布区（PMCI_p<0）,面积占耕地面积10.3%,是未来农业生态退耕的重点区域。本文结合农作物节律性,利用长时间序列的遥感数据反演,实现对区域耕地种植指数的动态监测,并分析区域耕地种植指数的潜力及可提升潜力的空间格局,为区域农业政策制定提供有益参考。     

基于标准化降水指数的北疆地区近52年旱涝变化特征

21世纪以来极端气候事件频发,其中旱涝灾害对人类影响最为明显。该研究以北疆为例,选用标准化降水指数SPI（Standard Precipitation Index）为干旱指标,基于北疆地区23个气象站的1961—2012年逐月降水数据,运用趋势分析法、EOF法、REOF法和ArcGIS中的Kring插值工具,对其旱涝时空变化特征进行了研究。结果表明:过去52 a北疆地区气候呈湿润化趋势,年代和年际尺度上,干旱逐渐减少,雨涝则逐渐增多。年际尺度上,北疆地区不同时间尺度的SPI都呈增加趋势,表明其湿润化的趋势加强。年代尺度上,1960s和1970s干旱频次大于雨涝频次,而在1980s—2000s雨涝频次大于干旱频次。且北疆地区的旱涝在区域空间分布上呈现四种差异型,并以此划分为四个旱涝区域:北部地区（降水适宜区）、东部地区（极度干旱区）、西部地区（干旱区）和中部地区（雨涝区）。季节尺度上,中部的石河子、托里、克拉玛依和北部的福海地区都是相对湿润区域,东部的青河、北塔山和奇台地区则是相对干旱的区域。     

基于MTM-SVD方法的攀西秋雨变化规律分析

[目的]研究四川省攀枝花市和凉山州(以下简称攀西地区)秋雨时空变化规律,为攀西秋雨气候预测和防灾减灾提供科学依据。[方法]利用1961—2017年攀西地区18个气象站逐日降水量资料,采用MTM-SVD等方法分析攀西秋雨的时空变化规律。[结果](1)攀西秋雨EOF展开第一模态为全区一致变化型,方差贡献率达46.1%,为攀西秋雨主模态,滑动t检验显示攀西秋雨主模态在1995年前后出现过一次显著突变。(2)1961—2017年攀西秋雨有显著的3.2a周期,滑动窗口分析显示1995年之前攀西秋雨的准3a周期非常明显,之后突然消失,转变为显著的准2a周期。(3)以1995年为节点分段研究,1961—1994年攀西秋雨3.4a周期达到了99%的置信度水平,3.0a周期达到了95%的置信度水平。攀西秋雨准3a周期典型循环重建表明,第1a攀西地区整体都为正异常,第2a正异常强度迅速减弱,大部分转变为负异常,第3a攀西大部的负异常强度有所增加,即1995年之前攀西秋雨主要表现为"偏强—偏弱—偏弱"的年际变化过程。(4)1995—2017年攀西秋雨2a周期达到了99%的置信度水平。准2a周期典型循环重建表明,第1a攀西秋雨为全区一致的正异常,第2a异常情况与第1a完全相反,即1995年之后攀西秋雨主要表现为强弱交替的异常演变。[结论]攀西秋雨在1995年前后出现气候突变,1961—1994年主要表现为准3a周期振荡,1995—2017年则以准2a周期为主。     

深圳市酸雨特征及其成因分析

研究了深圳市1991～2004年的酸雨时空分布、降雨化学组成及其成因分析。结果表明,深圳市酸雨14年间pH平均值为4．98,酸雨频率为44．2％;降雨中SO4^2-与NO3^-比值是3．78：1,低于全国平均值6.4;酸雨夏秋两季较为严重,主要集中在3～9月份,而冬春两季降雨酸度和酸雨频率均较小;酸雨强度由西向东依次减弱;降雨中离子来源主要是工业和交通排放的酸性污染物,但陆地源和海洋源对降雨酸度的影响也较大。     

模拟酸雨胁迫对赤红壤磷素形态特征的影响

通过田间小区模拟酸雨实验,研究酸雨胁迫下赤红壤不同磷素形态变化的方向和程度。结果表明,原位模拟酸雨影响下,一定强度（pH≥4.0）的酸雨胁迫能有效促进有效磷的释放,而当pH〈4.0强度酸雨胁迫时有效磷的释放随pH值降低逐渐受到抑制。随酸雨酸度的增强,土壤酸性磷酸酶和微生物量磷均呈现先升高后降低的变化趋势,可见一定强度酸雨胁迫能促进溶磷微生物和磷酸酶活性,而当高强度酸雨胁迫时土壤微生物活动逐渐受到抑制。无机磷组分中Al-P、Ca-P和Fe-P含量均随酸雨酸度的增强而降低,土壤O-P含量没有显著变化。相关分析发现,有效磷含量与微生物量磷、酸性磷酸酶呈极显著正相关,表明此时土壤有效磷变化与有机磷矿化关系最为密切。有效磷含量与各种形态无机磷（Al-P、O-P、Ca-P和Fe-P）含量之间也有较强的正相关性,表明土壤生态系统磷素转化是一个自我调节的动态平衡过程,且在一定条件下可以相互转化。     

苏州市酸雨特征及其与大气环境的关系分析

为了解苏州市酸雨现状及其与大气环境的关系,应用统计分析、相关分析和数值模拟等方法对352个酸雨观测样本进行分析研究。结果表明:352个酸雨观测样本中,平均pH值4.5;pH值>5.6的非酸雨所占比例仅8%,其余92%为酸雨,pH值<4.5的强酸雨出现频率高达67%;pH年均值变化不大,存在一定的月际差异;电导率K值在11.9～284μS.cm-1间剧烈变动,表明大气降水中离子总量差别很大;不同降雨强度时,pH值、K值存在明显差别:大雨和暴雨逢雨必酸,小雨和中雨少数样本pH值>5.6,为非酸雨;K值随雨量增大而减小,说明小雨滴对大气环境中污染物的吸附作用更明显;pH值与大气污染物SO2、NO2、PM10、PM2.5质量浓度负相关;选取了2010年3月一次酸雨过程应用数值模拟方法模拟北方沙尘水平和垂直传输路径,印证了大气中污染物质可以远距离传播,沙尘中离子成分含量高,可导致降雨K值增大,酸度降低。     

万州区农村居民点空间布局特征与调控

以重庆市万州区为例,借助Arc GIS、Geo Da、Fragtats软件,运用探索性空间数据分析、空间韵律测度及多维特征组合方法,分析研究区农村居民点空间分布、规模和形态,探索居民点布局类型及优化路径。结果表明:(1)在空间分布上,呈"西密东稀"的分布格局;(2)在规模结构上,农村居民点间呈正的空间自相关性,但相关程度较低,西部存在多个低值集簇区,东部多随机分布;(3)离城镇、河流、交通近的区域居民点分布多,形状指标也较大;(4)通过多维度特征组合方法,将万州区农村居民点划分为18种布局形式,以中等规模-形态规整-优势区位、大规模-形态规整-优势区位为主,并从发展模式、基础建设、生态涵养等方面提出相应的优化调控路径。     

藉河示范区淤地坝建设的特点与建设途径

黄河水土保持生态工程藉河示范区地处黄土丘陵沟壑区第Ⅲ副区，地形破碎，沟壑纵横，沟道侵蚀明显，淤地坝建设是该地区沟道治理的一项重要水土保持工程措施。该区淤地坝建设形成了高坝小库容，防洪要求高，工程投资大，筑坝方式单一等区域特点。规划以单坝为主，技术指标适当放宽，合理布设骨干工程，适当提高防洪标准等技术途径，使淤地坝在促进当地社会经济发展方面发挥着重要作用。     

西安市文教区地表粉尘中Pb,Cd及其同位素污染特征和风险评价

地表粉尘中重金属对人体的健康有着重要影响。采用电感耦合等离子体原子发射光谱-质谱法(ICP-MS)对西安市文教区地表粉尘中的重金属Pb和Cd的季节含量进行了测定。采用地质累积指数法分析了重金属的污染特征,并采用健康风险评价法对各污染源进行了风险评价。结果表明,西安市文教区地表粉尘中Pb和Cd的含量大部分超过陕西省土壤背景值,地质累积指数范围大部分小于1,属于无污染或轻度污染。而冬季地表粉尘中重金属污染高于其它季节,其中冬季地表粉尘中重金属Pb的区域受污染程度顺序为:东郊>西郊>北郊≈南郊,Cd的含量区域差别顺序为:东郊>南郊>北郊>西郊,在重金属Pb和Cd的3种同位素中,²⁰⁷Pb和¹¹²Cd的含量最高。Pb和Cd的日均暴露剂量最大的途径是经口误食,其中镉对人体健康的危害远高于铅。     

2006—2007年南昌市城郊地带的酸雨特征

为了解南昌地区酸雨现状,通过对南昌农区、郊区、市区布设观测点,根据有关监测数据资料,对2006—2007年酸雨pH值、酸雨频率、酸雨成分、空气污染状况进行了统计分析。结果表明,3个测点观测的南昌地区酸雨年均pH值处强酸性标准,3测点酸雨发生概率为88%～97%,9—4月酸雨较重、5—8月减弱,酸雨pH值与空气污染物浓度有极显著相关关系。酸雨呈硫酸性酸雨,主要阴离子为SO4^2-、NO3^-、Cl^-,阳离子为NH4＋、Ca^2＋、K^＋,且SO4^2-/NO3^-比值较小。农田保护区因处于城市及工业污染源下风向,降水总离子及SO24-浓度较高,酸雨强度不亚于城市。在新设工业园及迁出企业布局上,应考虑设于较小风频方位,以减轻南昌农田保护区及城市污染,建议选择城市西北、东南侧安排新设排放源。     

模拟酸雨对福州平原水稻田土壤碳库及碳库管理指数的影响

为阐明酸雨对水稻田土壤有机碳组分含量以及土壤碳库的影响,以福州平原水稻田为研究对象,在不同生长期早稻和晚稻中,设置对照(CK)、模拟pH 2.5、pH 3.5、pH 4.5酸雨处理,对酸雨影响下福州平原水稻田土壤有机碳组分含量进行了测定与分析。结果表明:酸雨处理对土壤总有机碳(SOC)存在不同程度的影响,在早稻整个生长期,酸雨对土壤SOC含量的影响不显著(P0.05),晚稻返青期和成熟期中,返青期依次高于CK处理24.70%,10.47%,9.97%,成熟期依次高于CK处理6.33%,8.75%,9.46%,酸雨显著提高土壤SOC含量(P0.05)。早稻成熟期,对照组溶解性有机碳(DOC)含量显著高于pH 3.5酸雨处理组;整个晚稻生长期,酸雨对土壤DOC含量的综合影响不显著(P0.05)。早晚稻酸雨的施加使土壤易氧化态碳(EOC)含量低于对照组(P0.05);早晚稻土壤微生物量碳(MBC)含量表现出明显的随时间变化的规律,早稻对照组土壤MBC含量低于酸雨处理(P0.05),晚稻则相反。早稻土壤SOC与TN、TP、电导和含水量存在极显著正相关关系(P0.01),晚稻土壤SOC与TP存在极显著正相关关系(P0.01)。将早晚稻的对照作参考土壤,早稻返青期以及晚稻拔节期和成熟期酸雨处理下碳库活度(A)及碳库活度指数(AI)低于对照处理,其他生长期差异性不大,且在一定范围内稻田土壤有机碳库维持一定的活跃度。早稻返青期、晚稻拔节期和成熟期酸雨处理下碳库指数(CPI)和碳库管理指数(CPMI)显著低于对照组(P0.05)。酸雨处理降低了土壤碳库管理指数将不利于水稻生长。     

模拟酸雨对施肥条件下赤红壤氮磷淋失特征的影响

通过土柱模拟淋洗试验,研究了施用等量有机复合肥条件下,不同酸度模拟酸雨对赤红壤氮磷淋失特征的影响。结果表明,铵态氮、硝态氮、无机氮和总氮淋失量均随酸雨pH值增大而下降;pH 2.0模拟酸雨和对照（pH 6.5）的无机氮和总氮淋失量差异不显著,但均显著高于pH 3.0、pH 4.0和pH 5.0酸雨;pH 5.0模拟酸雨无机氮和总氮淋失量均最低,表明强酸性酸雨和中性淋洗液均促进氮淋失,而酸度与土壤接近的酸雨减少氮淋失。与对照相比,模拟酸雨对DP淋失无显著影响,但显著降低PP和TP淋失;不同模拟酸雨各形态磷淋失量均无显著差异,表明酸雨对赤红壤磷淋失影响有限。酸雨对淋滤液氮磷浓度动态变化和氮磷累计淋失量动态变化等均无显著影响。