修河流域洪水变化特征及其对气候变化的响应

利用修河流域主要控制站万家埠、晋坪和虬津水文站实测最大洪峰流量序列,采用Mann-Kendall检验法和小波分析等方法,对修河洪水极值流量的趋势性、突变性及周期性进行了分析,并探讨了洪水极值流量变化与厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、北大西洋涛动（NAO）、太平洋-北美型（PNA）、东亚夏季季风指数（EASMI）、南中国海夏季季风指数（SCSMI）、太阳黑子（SS）、西太平洋型（WP）等15个气候指标之间的相互关系。结果表明:万家埠站年最大流量表现为不显著减少趋势,晋坪和虬津2站年最大流量表现为不显著增加趋势。万家埠站年最大洪峰流量突变点为1972年,在1972年后最大洪峰流量发生由减少到增加的突变;晋坪站年最大洪峰流量突变点为1977年,在1977年后最大洪峰流量发生由增加到减少的突变;虬津站年最大洪峰流量突变点为1990年,在1990年后最大洪峰流量发生由减少到增加的突变。修河流域万家埠、晋坪和虬津站年最大洪峰流量系列在时频域中都存在着不同尺度的周期,既有2~8年的短振荡周期,也有超过20年的长振荡周期。除万家埠站最大洪峰流量存在22年显著周期,其余周期均不显著。修河流域年最大洪峰流量与ENSO,EASMI,PNA和WP均呈显著相关（p<0.05）。研究结果可为修河中长期洪水预报提供参考。     

松嫩平原不同气候区植被NDVI对气候变化的响应

采用Thornthwaite湿润指数对松嫩平原进行气候分区,并利用2000-2009年SPOT/VGT逐旬最大合成值NDVI数据和研究区内17个气象站点数据,分析研究区不同气候区植被NDVI与气象因子的相关关系,以探讨NDVI对气候变化响应滞后性的时空特征。结果表明,(1)NDVI与同期旬平均气温、旬平均最高气温、旬平均最低气温呈极显著正相关(P<0.01),相关系数大小依次为湿润区>半湿润区>半干旱区;NDVI与同期旬降水量、旬平均相对湿度呈显著正相关(P<0.05),相关系数依次为半干旱区>半湿润区>湿润区。(2)NDVI与各气象因子逐步回归结果表明,最低气温是NDVI变化的限制性因子,且在3个气候区中,最低气温对NDVI的贡献最大;降水是湿润区和半湿润区影响植被生长的最重要因素,而在半干旱区,相对湿度对NDVI的贡献大于降水。(3)NDVI对温度响应的滞后期在湿润区为20d,半湿润区为20～30d,半干旱区为30d;对降水响应的滞后期在湿润区为30d,半湿润区为20d,半干旱区为10d,且NDVI对相对湿度响应的滞后期比降水短;空间上NDVI对温度响应的滞后期从东到西逐渐变长,而降水则相反。     

明清时期关中地区干旱灾害时空特征及其对小冰期气候变化响应研究

整理明清时期（1368-1911）关中地区干旱灾害史料,利用数理统计方法和Origin 8.5,Matlab等软件,探讨明清时期关中地区干旱灾害的时空变化特征及其对小冰期气候变化的响应。结果显示:明清时期关中地区有193年发生干旱灾害,共计274次,平均每2年发生1次,轻度旱灾、中度旱灾、重度旱灾、特大旱灾分别发生了92次、124次、36次和22次;季节变化上,干旱灾害存在单季、两季、三季和四季连旱,主要以单季旱和两季连旱为主。年际变化上,干旱灾害可分为6个阶段,第一阶段（1368-1411年）、第三阶段（1552-1611年）和第五阶段（1652-1771年）属干旱灾害少发期,第二阶段（1412-1551年）、第四阶段（1612-1651年）和第六阶段（1772-1911年）属干旱灾害多发期。空间变化上,西安、咸阳、渭南、宝鸡和铜川分别发生了215次、189次、183次、172次和175次,以西安地区发生的频次最高。周期变化上,干旱灾害有8 a,23 a,44 a变化周期,与太阳黑子活动11 a周期及其倍数相对应。明清时期关中地区干旱灾害与小冰期内气候冷暖次级波动有较好的对应关系,偏冷期干旱灾害发生频次高,偏暖期干旱灾害发生频次低。该研究为探索未来气候变化规律提供新的认知视角,为人类社会响应未来气候变化提供有益的历史依据。     

沂河径流非线性变化特征对气候变化的响应

[目的]研究沂河水文和气候因子在不同时间尺度上的非线性变化特征,为进一步了解径流对气候变化的复杂响应过程提供理论依据。[方法]采用集合经验模态分解(EEMD)、Mann-Kendall检验、相关分析和线性回归等分析方法。[结果]1951—2013年沂河径流呈显著下降态势(p0.01),下降速率为3.33×108 m3/10a,但在1976年前后径流则呈相反变化趋势。同时,径流可分解为4个经验模态分量(IMF),其中在年际尺度上(周期为3和6a)的变化对径流总体变化的贡献率较大,为58%,其次是在数年代际(周期为31a)尺度上的变化,贡献率为11%,而在年代际(周期为13a)尺度上的变化对径流总体变化的贡献较小,仅为6%。故径流变化的非线性变化趋势对径流变化的贡献率为25%。[结论]气候因子在不同时间尺度上对径流的作用方式和影响机理具有明显差异,其中在年代际和数年代际尺度上气候因素与径流关系更为密切。     

青海小叶杨物候变化及其对气候变化的响应

以青海省4个农气观测站的小叶杨物候期及气候资料，分析了小叶杨物候期变化及其对气候变化的响应。结果表明：小叶杨呈现出近10多年来树木绿叶期延长的趋势，但物候的早晚存在着明显的地域性差异；小叶杨物候对气温变化的反应比较敏感，上年9月至当年4月的平均气温升高1℃，小叶杨平均叶芽开放期提早5d，展叶普期提早4d，开花始期提早4d；上年9月至当年6月的平均气温升高1℃，平均种子成熟提早3d左右；上年9月至当年8月的平均气温升高1℃，平均叶全变色期约推迟4—5d，树木绿叶期延长12d；但小叶杨物候对降水的响应不明显，对日照时数变化的响应各地不一。     

龙川江上游径流量变化及其对气候变化的响应

基于1970—2012年龙川江上游小河口水文站的径流资料和楚雄的气象资料,运用M-K法、相关系数法、累积距平法等方法,分析了龙川江上游径流量、降水量和气温的年内、年际和年代际的变化以及径流量对气候变化的响应。结果表明:龙川江上游径流量年内分配极不均,在1994年后渐趋均匀,年径流量呈不显著的波动下降趋势,而且径流量在70,80年代和2010—2012年偏枯,90和00年代偏丰;年平均气温和年降水量都呈上升趋势,但后者的趋势不明显;年降水量对年径流量的影响很明显,而年平均气温对径流量的影响较小,四个季节中春季和秋季的径流量受降雨量变化的影响较大,降水量和气温的变化对夏季径流的影响都较为明显,而冬季相反。总之,不同季节的径流量对不同气候因素的响应是不同的。     

黄河上游参考作物蒸散量变化特征及其对气候变化的响应

研究参考作物蒸散量对气候变化的响应对于辨析气候要素对蒸散发的影响具有重要意义。该文在验证FAO推荐的Penman-Monteith(P-M)方法在黄河上游地区适用性的基础上,分析了10个气象站点近50a来参考作物蒸散量的变化特征,计算了参考作物蒸散量对4种气候要素的敏感系数及其对气候变化的响应。结果表明:FAOP-M方法在研究区域具有较强的适用性;参考作物蒸散量随海拔升高而减少,主要集中在生长季的3-10月。高海拔站点参考作物蒸散量年值多呈显著增加趋势,低海拔则明显减少,且变化过程不同。气温和风速敏感系数的年内变化分别呈显著的波峰型和波谷型,日照时数的变化不明显,相对湿度的敏感性呈生长季略有增加趋势;年际变化方面,气温的敏感系数呈显著增加趋势,低海拔地区相对湿度的敏感系数呈显著增加趋势。气温、日照时数的增加和相对湿度的降低导致了高海拔站点参考作物蒸散量的增加,高海拔地区的蒸散发主要受气温、日照时数等能量制约;低海拔站点参考作物蒸散量的减少主要受日照时数和风速减小、相对湿度提高的影响,水分条件的限制更显著。该研究对于结合未来气候变化趋势开展黄河上游地区生态管理,促进生态系统的良性发展,具有重要的科学意义和应用价值。     

武陵山区地表蒸散量时空变化特征及其对气候变化的响应

蒸散发(ET)是水文过程的关键环节,研究ET时空变化特征及其对气候变化的响应,有助于理清区域水资源与气候变化的关系。基于MOD16 ET数据集和气象数据,采用Sen趋势分析、Hurst指数和相关性分析等方法,分析了武陵山区2000—2014年ET的时空变化特征及气候因子对ET的影响。结果表明:(1)武陵山区近15 a ET呈波动增加趋势; ET月际差异明显,表现为先增后减的单峰型变化趋势。(2)ET空间上整体呈现中部高、四周低的分布格局; 不同土地利用类型ET大小依次为林地>草地>灌木地>耕地,低山平均ET最高,四季ET均值呈现夏季>春季>秋季>冬季。(3)ET空间变化和趋势均处于相对稳定状态,未来ET增加区域与减少区域面积大致相当。(4)各气象因子对ET作用大小排序为气温>风速>降水>太阳辐射>湿度,且与气温、太阳辐射和风速为正相关,与降水和湿度为负相关,气温是其主要影响因子。综上,气候变化是武陵山区ET波动增加的驱动因素,但各因子的影响程度和范围差异较大。     

大巴山地区植被覆盖变化及其对气候变化的响应

利用1998—2009年的SPOT VGT-NDVI逐旬数据集,对大巴山地区植被覆盖变化及其对气候的响应进行了研究。结果表明:(1)1998—2009年大巴山地区植被NDVI值变化整体呈显著上升趋势,年平均NDVI值在0.54～0.64之间;大巴山弧形褶皱带植被NDVI值较高,河流附近NDVI值较低;大巴山地区植被覆盖呈显著性增加趋势,在县城城区附近有植被退化迹象,占总面积的0.24%。(2)1998—2009年,提取6种植被类型的NDVI值在四季的变化总体呈上升趋势,尤其是春季NDVI变化显著;不同类型的植被NDVI值大小顺序为:阔叶林>针叶林(冬季为针叶林>阔叶林)>灌丛>草甸>草丛>栽培植被,其中,草甸在四季的变幅最大。(3)在时间尺度上,NDVI与同期、前一个月、前两个月的气温呈极显著相关性,与降水量的相关性不显著。空间尺度上,6月月均NDVI与气温呈负相关的像元数占67%,表明该时段温度升高可能导致蒸发量增大,从而抑制了植物生长。     

陕西省植被时空演变特征及其对气候变化的响应

利用GIMMS/NDVI数据分析了陕西省1982—2006年的植被覆盖时空演变,并探讨了植被时空变化对气候变化的响应。分析发现,陕西省NDVI空间分布具有自南向北递减的特点,陕西北部、中部和南部三区四个季节的NDVI均以夏季最大,春季和秋季相当,冬季最小。25年来,三区NDVI显著增加,其中以春季增幅最大,夏季反而有下降的趋势。三区气温增加趋势明显,导致生长期的延长,这是NDVI增加的主要原因之一;三区年总降水呈减少趋势,降水的减少并未使得NDVI减少,这说明当地降水可以满足植被生长的基本条件;夏季NDVI的减少可能与人类活动增加有关。在年内尺度上,三区温度的增加利于植被覆盖的增长;降水量的增加为植被覆盖的增长提供更充足的水分,NDVI的增加主要出现在月降水量小于100mm时,当该月降水量大于100mm时NDVI并无明显增加趋势。     

气候变化背景下房县干旱的响应

在气候变化背景下,利用房县50a(1961-2010年)的降水和气温资料,计算干旱指数,并用其来探讨房县干旱的变化情况及其对农业生产的影响。结果表明:作物生长季和冬前生长季的干旱指数变化呈上升趋势,且这种变化趋势的主要原因是温度变化呈上升趋势,降水变化呈减少趋势。夏季的干旱指数变化呈减小趋势,且这种变化趋势的主要原因是温度变化呈下降趋势,降水变化呈增加趋势。干旱及其变化对房县的粮食作物总产、小麦和水稻产量有一定的影响。研究结果可为农业应对气候变化的不利影响提供科学依据。     

2001—2020年黄土高原干旱时空动态及其对气候变化的响应

为实现对黄土高原区域范围内旱情动态监测,基于MODIS NDVI和LST数据计算了温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI),并基于TVDI时序数据探究了黄土高原2001—2020年TVDI时空动态、未来持续状态及降水、气温对TVDI的影响。结果表明:(1)20 a间黄土高原TVDI以0.000 2/a的速率增加,2005年、2007年大范围呈现重旱。春季TVDI增加速率小(增长速率=0.000 2/a,R²=0.000 3),夏季TVDI的增加速率为0.001 2/a,秋季TVDI的增加速率最大(增长速率=0.004 4/a,R²=0.283 6),冬季TVDI呈减小趋势。(2)春、夏两季将来一段时间内黄土高原大部分区域TVDI将呈减小趋势,秋季TVDI在将来一段时间内大部分像元数将呈变小趋势,将来一段时间冬季TVDI持续增加,尤在陕西中部地区的这种趋势更为明显。(3)除夏季TVDI与降水以正相关性为主外,其他三季均以负相关为主。春、冬季气温与TVDI以负相关为主; 夏、秋季以正相关性为主。综上,黄土高原未来一段时间内干旱程度可能会有所减小,但不同季节的干旱差异性较大,因此未来黄土高原生态恢复工程应综合考虑当地的水资源实现生态可持续发展。     

黄土高原草地覆盖度时空变化及其对气候变化的响应

利用AVHRR GIMMS和MODIS两种NDVI数据源,基于像元二分模型对1982—2014年黄土高原草地覆盖度进行了模拟,并分析了时空变化特征及其与气候因子的关系。结果表明:黄土高原平均草地覆盖度为42.5%,1982—2014年总体呈增加趋势,且低覆盖度草地面积明显减少,而高覆盖度草地面积显著增加。黄土高原草地覆盖度空间分布差异显著,表现出东南高、西北低的特点。从草地覆盖度年际变化的空间分布来看,在退耕还草生态工程实施之前(1982—1998年),黄土高原大部分区域草地覆盖度无显著变化。自1999年后该区草地覆盖度增加趋势显著,增速达到1.76%,尤其是在陕北高原、山西中西部的吕梁—太行山等地,草地覆盖度增加趋势明显。通过退耕还草等生态工程的实施,该区植被状况得到改善。黄土高原草地覆盖度与降水气温相关性不明显,但空间差异明显,草地生长对降水因子的响应更为敏感。     

毛乌素沙地植被物候变化及其对气候变化的响应

[目的]分析植被物候时空变化特征及其对气候变化的响应,为区域荒漠化土地治理以及退化生态环境的恢复重建工作提供理论依据。[方法]以毛乌素沙地为研究区,基于2000—2019年的MODIS NDVI数据,采用双逻辑函数法拟合植被生长曲线,利用动态阈值法提取植被生长开始日期(SOS)、生长季结束日期(EOS)和生长季长度(GSL)3个物候参数,利用Theil-Sen Median和Mann-Kendall方法对物候进行趋势分析,并利用相关性分析及F检验方法研究物候与气候的关系。[结果](1) SOS呈提前趋势,平均提前0.7 d/a, EOS变化趋势不明显,GSL呈延长趋势,平均延长0.65 d/a。(2)SOS的多年均值主要集中在一年中的第90—140 d,在空间上由东到西逐渐推迟,EOS的多年均值主要集中在第300—330 d,空间上由南向北逐渐提前,GSL多年均值集中在第180—250 d,空间上由东到西逐渐缩短。(3)植被SOS与春季累计降水量、3—4月降水量呈负相关的区域面积分别为90.81%,83.85%和61.70%,与春季季前平均温度、3—4月平均温度呈负相关的区域面积为58...     

黄河流域植被指数对气候变化的响应及其与水沙变化的关系

[目地]研究流域植被对气候变化的响应及其与水沙的关系,为黄河流域生态环境政策调整提供科学依据。[方法]基于归一化植被指数(GIMMS NDVI)、气温、降水和径流量、输沙量数据,利用线性回归和相关分析方法分析了黄河流域NDVI时空变化和对气温与降水的响应,及其与径流量和输沙量关系。[结果]①1982—2015年黄河流域及上、中游流域NDVI均呈显著线性增加趋势,中游流域增速最快,显著增加区域面积也最大。②1982—2015年黄河流域NDVI与年平均气温、年降水量呈显著正相关面积分别占22.39%和21.99%,集中分布在中北部区域。③2000—2015年黄河流域总体和上游流域年径流量均表现出增加趋势,上游和中游流域输沙量呈下降趋势。黄河流域水沙关系变化是多种因素共同作用的结果。[结论]气候变化背景下黄河流域1982—2015年植被总体呈改善趋势,但具有明显空间差异特征,植被变化与河流径流和输沙变化关系尚待进一步研究。     

东北地区自然植被火动态特征及其对干旱的响应

[目的]研究2002—2017年东北地区自然植被火的发生发展及其对干旱的响应规律,从而为区域火管理、火险等级预报和森林资源保护提供科学依据。[方法]基于MODIS公开的数据产品和改进帕默尔干旱指数(scPDSI),采用统计学方法,分别季节和年际尺度,分析东北地区自然植被火动态特征,探寻其对干湿状况的响应规律。[结果]①在季节尺度上,春季和秋季是森林和草地火的多发期,草地火次数在春季和秋季呈显著增加趋势;②在年际尺度上,森林火次数以18次/a的速度呈显著下降趋势,平均过火面积呈弱上升趋势,草地火次数以36次/a的速度呈极显著上升趋势,平均过火面积呈弱下降趋势;③火次数和过火面积分别与scPDSI呈线性负相关与指数负相关;④随着干旱程度的加深,森林和草地火的平均次数和平均单次过火面积都有增加的趋势。[结论]干旱可能会增加东北地区自然植被的起火次数和单次过火面积。     

内蒙古地区干旱时空变化特征及其对植被的影响

基于MODIS实际蒸散量(ET)和潜在蒸散量(PET)产品反演作物缺水指数(CWSI),采用多种统计方法研究干旱时空变化特征及其对植被生长的影响。结果表明:多年平均干旱程度由西南向东北逐渐递减,农作物主要以轻旱和中旱为主,草原主要以中旱和重旱为主,荒漠主要以重旱为主;除针叶林和沼泽外,其他植被类型旱情缓解;干旱年内变化特征呈双峰型曲线,且在Day113~Day144干旱最为严重,表现为重旱;各植被类型年内变化特征与全区变化趋势相一致,均呈双峰型曲线;夏旱对植被生长的胁迫作用最强,而年平均干旱强度对植被生长的胁迫作用主要由夏旱主导;春季灌丛、夏季和秋季农作物对干旱的响应较为敏感。研究结果可为内蒙古植物群落的生态预警和生态修复提供理论参考。     

华北平原粮食作物需水量对气候变化的响应特征

为了揭示气候变化影响下华北平原粮食作物需水量的空间差异规律,应用统计降尺度模型对RCP4.5气候情景气象要素进行降尺度,用彭曼公式计算作物需水量,用统计评价法对华北山前平原、中部平原和滨海平原典型农业区的缺水程度进行评价。结果表明:1)粮食作物需水量与年均最高气温之间存在较强相关关系,现状气候条件下年均最高气温每升高1℃,华北山前平原保定农业区粮食作物需水量增大38.8 mm,中部平原德州农业区增大44.8 mm,滨海平原沧州农业区增大50.6 mm;RCP4.5气候情景下年均最高气温每升高1℃,保定农业区增大29.1 mm,德州农业区增大44.2 mm,沧州农业区增大39.6 mm。2)从现状条件下到RCP4.5气候情景,3个典型地区的灌溉需水量均有不同程度的升高,其中沧州地区升高幅度最大,为5.4%;保定地区升高幅度最低,为4.8%。3)从现状条件到RCP4.5气候情景,山前平原和中部平原缺水程度有所升高,滨海平原缺水程度呈降低特征。     

黄土高原植被变化对气象干旱多尺度响应特征与机制

基于黄土高原1983—2015年间的植被状况指数(VCI)与1~48个月尺度的标准化降水蒸散发指数(SPEI)和标准化降水指数(SPI),利用Pearson相关系数法、线性回归法和Mann-Kendall趋势检验法等方法研究了黄土高原地区植被对气象干旱的多时间尺度时空响应特征。结果表明:(1)1983—2015年,黄土高原植被状况整体趋于改善,但黄土高原整体干湿状况变化趋势不大。(2)黄土高原绝大部分区域植被变化与气象干旱指数呈现显著正相关关系,表明植被活动受到水分的限制较强。但是,过去几十年,黄土高原地区植被受到水分限制的影响程度有逐渐减轻的趋势。(3)黄土高原植被对短时间尺度的水分盈亏变化相对敏感,尤其是耕地和草地对1~4个月的SPEI更为敏感,而林地对SPEI的响应时间尺度较为分散。黄土高原VCI与SPEI、SPI的最大相关系数均主要出现在生长季(4—10月),表明水分条件在生长季对植被活动的影响较为显著。     

近50年北京春季物候的变化及其对气候变化的响应

分析了北京近50年春季物候的变化规律及其对气候变化的响应，结果显示：（1）北京各种春季物候的多年变化具有相关性、同步性、顺序性；（2）各种春季物候现象出现的早晚与春季月份的气温波动有高度相关，与生长季的积温和年平均气温的相关系数也较高，这说明用物候做农时预报是有科学根据的；（3）用积分回归法作了气温对春季物候影响的统计分析，结果说明不同时期的气温波动对物候的影响系数是变化的；春温波动的影响系数是正的，而且愈近该物候出现期，其影响系数愈大，可以说该时期是这种物候现象的温度敏感期；冬温的影响系数是负的，说明较冷的冬温有利于打破冬季休眠，其值虽然不大，但它的生态意义不可忽略；（4）近50年来，北京春季物候经历了3个周期的早晚振荡，近十几年来北京春季物候持续偏早，特别是近10年，其偏早天数创历史记录，这与北京近年持续的暖冬相一致。现阶段正处于北京春季物候偏早期的峰区，估计未来10多年春季物候仍持续偏早。