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。     

1964-2017年秦岭山地降水时空变化特征及其南北差异

为了明确秦岭山地降水时空变化的特征,为秦岭生态环境保护提供气候依据,基于秦岭地区1964-2017年32个气象站的逐月降水数据资料并采用AUSPLIN插值法将其转为区域面上数据,结合小波分析、趋势分析等方法,研究了不同时空尺度下秦岭山地1964-2017年降水变化特征及其南北差异性。结果表明:(1)近54年秦岭全区年均降水量呈减少趋势,速率为-11.95 mm/10 a,降水变化存在明显的周期性及显著的空间差异,降水主要集中在中南部。(2)季尺度上,近54年秦岭山地的降水变化存在显著的季节差异,空间上尤以春季在高海拔区的减少趋势最为显著。(3)秦岭山地降水变化存在着明显的南北差异,近54年北坡年均降水呈减少趋势,平均速率为-7.1 mm/10 a,南坡则呈增加趋势,速率为35.1 mm/10 a;气温突变前,北坡降水变化趋势不明显而南坡以增加趋势为主;气温突变后,南北坡均以增加为主,而北坡全区均呈增加趋势。54 a来,秦岭以南地区降水强度大,夏冬两季容易导致干旱、极端降水等自然灾害,进而对生命财产安全造成威胁,应增强旱涝灾害的预防。     

气候变化对秦岭南北植被净初级生产力的影响(Ⅰ)——近52年秦岭南北气候时空变化特征分析

根据秦岭南北54个气象站1960—2011年逐日数据,利用FAO Penman-Monteith公式计算各站的潜在蒸散量和湿润指数;采用样条曲线插值法(Spline)、气候倾向率、相关分析等方法对该区气温、降水、潜在蒸散和湿润指数的时空变化特征以及影响其变化的气象要素进行分析。结果表明:1)秦岭南北多年平均气温由北向南逐步上升,1993年是气温变化的转折点,1993年以前秦岭以南地区降温更明显,1994年起绝大部分站点气温显著(P<0.01)上升,秦岭南北无明显差异;2)多年平均降水量由南向北递减,1995年以前各区降水量均表现出下降趋势,秦岭以北地区降水量下降更明显,1995年以后70%以上站点降水量增多,秦岭以北地区有变干趋势,秦岭南坡微弱变湿,其余地区整体升降趋势不明显;3)潜在蒸散量呈东高西低的分布格局,各子区蒸散量呈现较为一致的下降趋势(P<0.05),但无明显转折点,秦岭以南的广大地区相对于秦岭以北蒸散量下降更明显;4)湿润指数由南向北递减,秦岭以北地区以暖干化为主,而秦岭以南以暖湿化为主,季节尺度上,4个子区表现出的变化规律较为一致,春季和秋季绝大部分站点的湿润指数呈下降趋势,而夏季和冬季则以上升趋势为主;5)湿润指数与日照时数、最高气温、平均气温和蒸散量呈显著水平(P<0.01)的负相关关系,与最低气温和风速相关关系不显著,降水量和空气湿度的增加会对湿润状况的改善起到正向作用。     

内蒙古地区1960-2016年气温和降水特征及突变

利用内蒙古地区1960—2016年45个气象站的逐月气温和降水量数据,通过线性倾向估计、径向基函数插值法、累积距平、滑动t检验、Mann-Kendall法和小波分析,研究了内蒙古气温和降水量的时空变化特征和突变现象。结果表明:内蒙古近57年来气温呈显著上升趋势,明显高于全球年均温增温率,达0.38℃/10 a,且在1987年发生增温突变;四季气温中,春季和冬季均温升高对年均温上升贡献度最大;年均温和季均温年代际变化呈明显的增暖趋势,年均温、季均温在1990—1999年开始变暖;内蒙古年均温和增温率二者分布规律相同,即:东部 < 中部 < 西部。内蒙古年降水量呈不显著上升趋势,年降水量倾向率自西向东呈现出增—减—增的趋势,降水量最少的年代为2000—2009年,降水量最多的年代为1990—1999年,降水量增率为0.47 mm/10 a,且在1999年发生由丰水到枯水、2011年发生由枯水到丰水的两次突变;两季降水量中,内蒙古雨季降水量呈减少趋势,非雨季降水量呈增加趋势,且增加量和减少量均为东部 > 中部 > 西部。小波分析显示,1960—2016年内蒙古年均温变化以15 a的周期为最强;年降水量变化以11 a的周期为最强。通过以上分析,1960—2016年内蒙古气候正在由暖干化向暖湿化转型。     

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。     

1970—2020年秦岭南北夏季昼晴夜雨强度变化趋势及其影响因素

[目的]在陕西3大地理单元中,秦巴山区土壤侵蚀强度仅次于黄土高原。明晰秦岭南北夏季昼晴夜雨强度与气候变暖的响应关系,对区域土壤侵蚀防治具有重要的意义。[方法]基于1970—2020年逐日降水数据,辅以BG分割法、经验正交函数和Lasso回归等方法,对秦岭南北地区夏季昼晴夜雨强度时空变化特征及其影响因素进行分析。[结果] 1970—2020年,秦岭南北夏季昼晴夜雨强度呈现显著增加趋势。空间上,秦岭南北夏季昼晴夜雨强度主导模态为全区一致增强。其中,1 000 m以下的谷地和平原区,是夏季昼晴夜雨强度变化的敏感区。在影响因素上,秦岭南坡、汉江谷地夏季昼晴夜雨强度变化与气象因子相关性高于关中平原。其中,秦岭南坡夏季昼晴夜雨强度主导气象因子为日照时间,而汉江谷地则受日照时间和平均风速的共同影响。[结论] 2003年后秦岭南北夏季昼晴夜雨强度存在突变增强。以白天高温、夜间强降水为侵蚀形态的降水类型,将成为秦岭南北水土保持防治的重点。     

阿克苏-阿瓦提荒漠绿洲气候变化及其对生态环境的影响

通过对1961～2001年41年来阿克苏-阿瓦提荒漠绿洲的三个气象台站的气温、降水、沙尘天气、相对湿度资料的分析;同时选取1990年和2000年两景TM影像,采用遥感（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）技术相结合的手段,利用景观生态学相关理论对生成的景观类型图进行分析和统计。结果表明：阿克苏-阿瓦提荒漠绿洲气候变化表现为气温升高、降水增多、沙尘天气减少、相对湿度增加的变化趋势;同时表明,干旱气候的变化是造成阿克苏-阿瓦提荒漠绿洲水资源、草场及林地、土地荒漠化及盐碱化、湿地资源变化的重要因素。     

1970—2015年秦岭北麓径流重建及变化

渭河流域能否高质量发展的一个关键就是水资源的问题,而秦岭北麓是渭河的重要产水区。为探究秦岭北麓近年水资源的变化特征,采用VIC(Variable Infiltration Capacity)模型,基于水文相似性原理,运用典型流域参证法,重建了1970—2015年秦岭北麓径流变化。结果表明:VIC模型在观测流域有着较高的适用性,在月径流模拟中,纳什系数(N_S)大于0.76,相关系数(R²)大于0.91,相对误差(RE)小于±15%; 通过水文参数移植法模型可以真实还原无观测流域径流变化,在验证期N_S,R²,RE分别为0.81,0.94,4.6。近46 a来北麓径流总量在(16.01～65.4)亿m³/a波动,1983年径流量最高达到65.4亿m³,而1977年最小值仅为16亿m³,丰水年份是枯水年份的4倍,径流年际变化明显,过去46 a秦岭北麓多年平均径流值为35.2亿m³/a。降水是径流变化的主导因素,并且也是水文模拟中最重要的影响要素。     

三工河流域40年来气温、降水变化特征分析

分析了三工河流域40a来气温、降水变化的基本特征，所得的主要结果如下：（1）阜康、天池的气温和降水的变化有线性增加的趋势，气候由暖干向暖湿转变。（2）阜康、天池各季平均气温的变幅以冬季最大，夏季最小；各季的降水以夏季最大，冬季最小，总体趋势是温度升高、降水增多。（3）自60年代来气温基本上呈上升趋势，每年代增幅都在0．3℃以上；降水没有气温变化明显，但降水量在增加。（4）阜康的气温和降水分别具有5．0年左右和3．3年左右的周期；天池的气温具有2．7年左右的主周期和8年左右的次周期，降水则存在2．9年左右的主周期和4．4年左右的次周期。     

近50年聊城地区气候变化特征分析

利用聊城地区代表站1959-2008年气温及降水资料,用一元线性回归、相关分析等数理统计学方法,对聊城地区近50a来气候变化做了分析。结果表明:聊城地区近50a来年均气温呈上升趋势,增温率为0.07℃/10a,20世纪90年代-21世纪初增温尤其明显。不同季节气温的变化趋势不同,春季变暖趋势最明显。根据冷暖波动情况,可划分成一个冷期和两个暖期;近50a降水量则呈下降趋势,倾向率为-25.22mm/10a,2002年降水最少。各季节中,夏、秋、冬季降水呈下降趋势。根据降水变化可分为三个多雨期和三个少雨期。     

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。     

秦岭地区近40年土地利用变化及其生态环境效应

为探究秦岭地区的土地利用和生态环境效应的时空变化,基于1980—2018年的土地利用数据,通过生态环境质量指数、地统计分析、冷热点分析等方法,对秦岭土地利用的时空演变特征及其生态环境效应的时空分异性,以及影响生态环境质量的主要土地利用转型及贡献率进行了研究。结果表明：(1)秦岭地区耕地面积持续减少427 km²,建设用地面积大幅上涨395 km²,其余地类变化较小;(2)研究区生态环境质量指数稳定在0.557～0.559,在研究时段内整体有所下降。空间分布格局呈现“中部高,南北低”的特征;(3)生态环境质量改善区主要分布在华阴市北部、商南县北部等8个热点区域,生态环境恶化区主要分布在商州区的南部、长安区北部等10个冷点区域。(4)旱地转化为草地、林地等生态用地是生态环境质量改善的主要因素;林地退化、草地转化为旱地、旱地变为建设用地导致生态环境质量恶化。土地利用类型的转换是影响生态环境效应的主要因素,秦岭地区实施的生态修复工程取得了一定的效果。在秦岭生态保护工作中应该合理开发建设用地,并提升生态用地的质量。     

天山北麓近50年气温和降水的变化特征

根据天山北麓8个气象站1961—2010年气温和降水资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall检验、Hurst指数等方法,分析了天山北麓气温和降水的变化特征。结果表明:（1）50 a来,天山北麓年平均气温和年降水量均呈增加趋势,其变化率分别为0.26 ℃/10 a、15.67 mm/10 a;冬季增温最为明显,升温幅度达0.49℃/10 a左右,降水倾向率表现为夏季最大,为5.44 mm/10 a;（2）年平均气温和年降水量的突变年份分别在1996年和1983年;未来两者整体上呈增加趋势;（3）极端高（低）温指数在近50 a呈现增加（减少）趋势;极端降水指数中零降水日数和最长连续无降水日数呈不同程度的递减趋势,1日最大降水量和极端强降水日数以1.36 mm/10 a和1.81 d/10 a的速率递增,各极端气候指数空间差异明显;极端气温指数与年平均气温、极端降水指数与年降水量均有很好的相关性。     

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。     

江苏省1971—2010年气候生产潜力变化特征

[目的]根据江苏省13个气象站1971—2010年40a的气象资料剖析该区域温度生产潜力、降水生产潜力及气候生产潜力变化特征,为提高农业生产提供理论依据。[方法]运用Miami和Thornthwaite Memorial模型计算全省温度生产潜力、降水生产潜力和气候生产潜力。运用气候资源利用率公式、相关分析和回归分析法分析探讨江苏省气候资源利用率情况和气候生产潜力的影响因素。[结果](1)40a间,江苏省年均气温呈现出波动性上升趋势,年均降水并未表现出规律性变化;温度生产潜力和降水生产潜力的变化规律与年均气温和年均降水相似;(2)气候生产潜力呈现波动微弱增加趋势,气候资源利用率表现出波动性上升趋势。[结论]气候生产潜力受年均降水的影响微弱,受温度的影响相对更大。     

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...