黑河流域中游荒漠区沙尘暴、扬沙和浮尘监测及其与气候因子的关系

[目的] 分析黑河流域中游荒漠区沙尘暴、扬沙以及浮尘频次和时长的月变化和年变化,并分析其与主要气候因子的关系,为区域沙尘天气的早期预警和荒漠区的经营和管理提供依据。[方法] 利用黑河流域红沙窝荒漠化综合防治试验站的2010—2019年的沙尘天气监测数据和气象数据进行分析。[结果] 沙尘频次和时长主要集中在春季,其次是冬季,春冬两季的频次和时长各占全年的82.3%和79.4%。10 a间沙尘暴和扬沙频次总体变化趋势逐渐减少,而浮尘频次总体变化趋势逐年增加;沙尘时长总体变化趋势逐年增加。沙尘频次月变化与土壤湿度（10 cm）和大气湿度之间呈极显著负相关（p<0.01）,与风速之间呈极显著正相关（p<0.01）。扬沙年际发生频次与土壤温度（5 cm）之间呈显著负相关（p<0.05）,与大气温度之间呈极显著负相关（p<0.01）。[结论] 近10 a来,黑河流域中游荒漠区的沙尘天气主要发生在春季和冬季,破坏性较大的沙尘暴和扬沙逐年减少,而浮尘逐年增加。沙尘频次的月变化主要影响因素是浅层土壤湿度、大气湿度和风速。春季的浅层土壤湿度影响了沙尘暴和扬沙年际频次变化,浅层土壤温度影响了浮尘年际频次变化;冬季的浅层土壤温湿度和降水量影响了沙尘暴的年际频次变化,浅层土壤温度和大气温度影响了扬沙的年际频次变化。     

承德沙尘天气空间分布特征、成因及防治措施

基于1981—2010年承德9个气象站的沙尘天气及相关气象数据,采用统计分析和相关分析方法,对承德地区沙尘天气(包括浮尘、扬沙和沙尘暴)的空间分布特征和成因进行分析并提出相应的防治措施。研究表明:承德沙尘天气呈由西北向东南沿滦河谷地递减的空间分布特征,其成因是气候因子和下垫面共同作用的结果。气候因子中大风日数的空间分布与承德沙尘天气的空间分布相关性最大,下垫面的地形以及地表性质也对该地区沙尘天气的分布产生重要影响。人类只有通过合理调整土地利用结构,加强植被保护,减轻人口对资源环境的压力才能真正达到防治沙尘灾害的目的。     

河北省沙尘天气时空分布特征及影响因素分析

利用20个基础气象站1980-2006年的气象观测数据,对河北省沙尘天气的时空分布特征及其影响因素进行了分析研究.结果表明,河北省沙尘天气以扬沙为主;在空间分异上,沙尘天气自西向东发生频次递减,西北部和南部是沙尘天气的高发区,东部是沙尘天气的低发区,各类沙尘天气的高发中心不尽相同.在年际变化上,扬沙、浮尘和沙尘暴3类沙尘天气均呈逐年波动减少的趋势,春季发生次数最多;气候周期性变化是造成沙尘天气年际年内变化的主要原因,大风与沙尘源地的耦合决定了沙尘天气的空间分布特征.     

黑河流域中游荒漠区沙尘暴、扬沙和浮尘与气候因子的关系

[目的]分析黑河流域中游荒漠区沙尘暴、扬沙和浮尘频次和时长的月变化和年变化及其成因,并分析其与主要气候因子的关系,为区域沙尘天气的早期预警和荒漠区的经营和管理提供依据。[方法]利用黑河流域红沙窝荒漠化综合防治试验站的2010—2019年的沙尘天气监测数据和气象数据进行分析。[结果]沙尘频次和时长主要集中在春季,其次是冬季,春冬两季的频次和时长各占全年的82.3%和79.4%。10 a间沙尘暴和扬沙频次总体变化趋势逐渐减少,而浮尘频次总体变化趋势逐年增加;沙尘时长总体变化趋势逐年增加。沙尘频次月变化与土壤湿度(10 cm)和大气湿度之间呈极显著负相关(p0.01),与风速之间呈极显著正相关(p0.01)。春季期间,沙尘暴年际发生频次仅与土壤湿度(10 cm)之间呈极显著负相关(p0.01),扬沙年际发生频次仅与土壤湿度(10 cm)之间呈显著负相关(p0.05),浮尘年际发生频次与土壤温度(5 cm)之间呈显著正相关(p0.05);冬季期间,沙尘暴年际发生频次与土壤温度(5 cm)之间呈显著负相关(p0.05),与土壤湿度(10 cm)和降水量之间呈极显著负相关(p0.01);扬沙年际发生频次与土壤温度(5 cm)之间呈显著负相关(p0.05),与大气温度之间呈极显著负相关(p0.01)。[结论]近10 a来,黑河流域中游荒漠区的沙尘天气主要发生在春季和冬季,破坏性较大的沙尘暴和扬沙逐年减少,而浮尘逐年增加。沙尘频次的月变化主要影响因素是浅层土壤湿度、大气湿度和风速。春季的浅层土壤湿度影响了沙尘暴和扬沙年际频次变化,浅层土壤温度影响了浮尘年际频次变化;冬季的浅层土壤温湿度和降水量影响了沙尘暴的年际频次变化,浅层土壤温度和大气温度影响了扬沙的年际频次变化。     

近54年内蒙古自治区西部沙尘暴的变化趋势

[目的]研究近54 a内蒙古自治区西部沙尘暴天气发生频次的变化特征,为该区沙尘暴天气的科学预测和防治提供理论依据。[方法]采用线性回归、5 a滑动平均、小波分析、滑动t检验、Mann-Kendall检验方法分析内蒙古自治区西部24个气象站点沙尘暴日数的变化趋势、周期性、突变性等特征。[结果]①近54 a来沙尘暴天气发生频次可分为高频期(1960—1975年)、快速减少期(1976—1992年)和低频期(1993—2013年)。沙尘暴发生的频次分别为17,9和4 d/a;发生频次的周期性存在31,22,13 a三个长周期和5,8,1.5 a三个短周期的波动变化。②1986年前后沙尘暴发生频次出现了明显的突变现象,1976—1986年的线性递减率为0.76 d/a,1987—1992年的线性递减率为1.4 d/a。[结论]近54 a内蒙古自治区西部沙尘暴日数变化呈波动下降趋势,且存在明显的周期性和突变性特征。     

京津风沙源治理工程区植被对沙尘天气的时空影响

为了理解京津风沙源治理工程区植被对沙尘天气的影响,该文采用沙尘天气气象数据和归一化植被指数NDVI(normalized difference vegetation index)时间序列,分析了京津风沙源治理工程区(二期)2000-2013年沙尘天气发生日数和植被NDVI的时空格局,探究了沙尘天气与当年春季、前一年植被生长季NDVI之间的关系,揭示了植被对沙尘天气影响的时间格局和空间异质性特征。结果表明,2000-2013年,京津风沙源治理工程区(二期)沙尘天气发生日数呈显著下降趋势,同时区域植被NDVI显著增加;沙尘天气发生日数与当年5月、前一年8月的NDVI的相关性最强;约60.99%区域沙尘天气发生日数与当年5月NDVI显著相关,主要分布在典型草原中区、浑善达克沙地和农牧交错区;约19.59%的地区植被NDVI对沙尘天气的影响具有一定的滞后性,主要分布在鄂尔多斯高原东部、典型草原西区、燕山丘陵山地水源区北部。     

石羊河流域冬季冻土对沙尘天气的影响分析

利用石羊河流域上游、中游、下游当地气象站1961²007年的冬季气温、降水、蒸发、最大冻土深度和19622007年的冬季气温、降水、蒸发、最大冻土深度和1962²008年沙尘天气的常规观测资料,分析了近47 a石羊河流域冬季最大冻土深度和春夏沙尘日数的空间分布以及时间变化特征,近而采用相关系数法分析了冬季各气象因子与冬季最大冻土深度和次年春夏沙尘天气之间的相关关系,以进一步探讨石羊河流域冬季最大冻土深度与次年春夏沙尘天气的关系,结果表明:空间分布上,受地理位置和海拔高度等因素影响,石羊河流域冬季最大冻土深度分布呈东南—西北走向,而沙尘日数分布呈西北—东南走向,北部荒漠低海拔地区的冻土深度小于南部山区高海拔地区,而低海拔地区的沙尘日数明显高于高海拔地区。时间分布上,石羊河流域以及流域上、中游冬季最大冻土深度和沙尘日数线性趋势一致,皆随时间递减,在下游冬季最大冻土深度和沙尘日数线性趋势相反。相关系数法分析表明,石羊河流域冬季冻土深度与次年春夏沙尘天气发生日数之间都存在正相关,究其原因可能归根于冬季热力因子和水分因子对冬季最大冻土深度和次年春夏沙尘发生日数影响的一致性,其中热力因子的作用大于水分因子。     

乌兰布和沙漠东北缘防护林体系建设对风沙灾害性天气影响的数量化研究

 在收集整理磴口县1970—2000年风沙天气资料和1977—2000年防护林建设相关资料的基础上,按照“三北”防护林工程建设的年限划分标准,将上述31年风沙天气资料划分为4个阶段,分别为建设工程前8年、一期工程8年、二期工程10年和三期工程5年。对不同阶段的风沙天气资料进行方差分析和F检验,证明4个阶段的数据有极显著的差异;对扬沙日数和沙尘暴日数与大风日数比值的分析,充分显示出乌兰布和沙漠东北缘4个阶段防护林体系生态防护作用存在着较大的差异,说明整体防护功能在不断提高。回归分析表明,风沙天气指标(年均大风日数、扬沙日数和沙尘暴日数)与防护林指标(防护林面积、防护林林木蓄积量)存在着显著的线性关系。     

海河流域不同等级降水强度和雨日的时空变化特征

利用1960-2013年海河流域30个气象站点的日降水量资料,采用一元线性趋势、5a滑动趋势、MannKendall检验、Morlet小波分析、反距离空间插值(IDW)等方法,对海河流域不同等级降水强度和雨日的时空变化特征进行研究。结果表明,(1)与东南部地区相比,海河流域西北部地区大雨以上级别雨日少,强度小,而小雨雨日相对更多,强度相对更大,暴雨以上级别雨日表现出由东南向西北递减的趋势。(2)小雨是海河流域主要降水形式,近54a来小雨日数呈极显著减少趋势(P0.01),小雨强度呈极显著增大趋势(P0.01),其它量级雨日和强度的线性变化趋势均不显著;不同等级降水强度和雨日的M-K检验结果显示,小雨日数发生减少突变,小雨强度发生由弱向强的转折变化,但未出现突变,其它雨量等级未发生突变。(3)不同等级降水日数的变化周期集中在10a、17a左右,各等级降水强度的变化周期均集中在17a左右。     

中国北方春季沙尘暴周期变化特征及其对最大风速的响应

利用1971—2013年中国北方沙尘暴资料,分析了近43年中国北方春季沙尘暴的时空变化规律及其对最大风速变化的响应。结果表明:1971—2013年中国北方春季沙尘暴日数基本呈现出一致的逐渐减少趋势,其中1970年代初到20世纪末出现明显的减少趋势,进入21世纪以来沙尘暴日数略有增加,但仍维持在较低水平。中国北方春季的最大风速与沙尘暴日数呈显著正相关,并且其总体和阶段变化趋势都与沙尘暴日数变化有很好的对应关系。近43年中国北方春季沙尘暴日数最显著的变化特征为线性减少趋势,通过去趋势处理后发现其有明显的年际和年代际波动,在年际尺度存在明显的准7年周期,年代际尺度的准18年周期达到了99%的置信度水平。通过典型周期循环重建表明,中国北方地区沙尘暴准7年周期主要表现出整体一致的变化特征,河西走廊到陕北地区为大值中心,并且在位相转换过程中有一定的先兆性;准18年周期主要表现为东西反向和南北反向的交替异常循环。另外在典型循环演变过程中,最大风速与沙尘暴日数都有很好的协同变化关系,即风速偏大(小)时,对应沙尘暴日数也偏多(少)。     

2001-2100年黄土高原植被变化的土壤保持功能时空演变

基于LPJ-GUESS模型模拟分析2001—2100年黄土高原植被变化的土壤保持功能的时空演变及变化趋势,以期为该区制定适应气候变化的植被管理与侵蚀防治策略提供依据。结果表明:(1)2001—2100年黄土高原的土壤保持功能整体呈现"东南高、西北低"的分布特征。(2)2001—2020年黄土高原西部高海拔地区、东部五台山地区及西北部地区的土壤保持功能显著上升,SSP119情景下西部祁连山脉地区显著上升,中部少部分地区显著下降,SSP585情景下北部大部分地区显著上升。(3)2001—2020年黄土高原中部地区的土壤保持功能显著突变,SSP119情景下中南部及西部地区显著突变,SSP585情景下除南部以外的大部分地区显著突变。西部高海拔地区植被所带来的土壤保持功能下降,应该加强这部分地区的植被管理,比如科学种植适宜的植被。动态植被模型可以刻画气候变化下植被结构的动态变化,使土壤保持功能模拟得更精确,可采取类似LPJ-GUESS这样的动态植被模型在全球其他地区开展相应的研究。     

广西东融发展片区碳排放时空特征及其驱动因素

[目的]揭示县域碳排放的时空格局演变及其驱动因素,为区域规划战略的实际应用和实现“双碳”目标提供科学依据。[方法]基于广西壮族自治区东融发展片区2005,2010,2015,2020年碳排放数据,运用空间自相关分析测算各区域之间的碳排放时空异质性特征,并在构建指标体系的基础上,运用地理探测器计算碳排放时空演变的驱动因子。[结果](1)广西东融片区各县区碳排放量在空间上存在异质性。2005—2020年,该区碳排放量在空间上呈现“西南高,东北低”,经济发达的区县碳排放量增速快;(2)各区县碳排放量在总体上呈现稳步上涨的趋势。不同经济发展水平的区县间碳排放量差距逐渐拉大;(3)在碳排放时空分异驱动力分析方面,能源消费结构和城市经济密度的影响最强。[结论]广西东融发展片区碳排放时空特征与人类活动密切相关,达成“双碳”目标必须以规范碳排放行为为前提。     

广东省旱涝灾害时空变化特征研究

[目的]研究广东省旱涝灾害时空变化特征,并对广东省1960—2012年旱涝等级进行划分。[方法]应用小波分析、马可尔夫链、Mann—Kendall突变检验、经验正交函数以及克里金空间插值法等方法。[结果](1)在时间上,广东省年降水量呈上升趋势,存在28,13和6a的时间尺度上的震荡周期;(2)广东省旱涝灾害发生频率及未来几年旱涝状态与气温变化有良好的响应关系。(3)在空间上,粤东地区和粤西地区以涝灾为主,而广宁—广州—台山地区一带以旱灾为主。[结论]广东省旱涝灾害与气温变化存在一定的响应关系,气温突变后旱涝灾害增多。     

基于AHP-SPCA熵权模型的松花江流域生态脆弱性时空演变及预测

[目的]科学评估松花江流域生态脆弱性动态变化和发展规律,为该区内的生态保护和修复提供科学依据。[方法]从自然和人文角度构建指标体系,运用AHP-SPCA熵权模型、最小相对信息熵以及地学信息图谱等方法,对2005—2020年松花江流域生态脆弱性进行动态评价及时空演变分析,并结合CA-Markov模型对2025年研究区的状况进行预测模拟。[结果](1)2005—2015年研究区生态脆弱性自东向西呈现逐渐降低的趋势,而在2020年,西部生态脆弱程度有所升高;2005—2020年研究区生态脆弱性综合指数的均值为3.006 8,整体处于中等脆弱状态;(2)研究期间,微度—潜在、微度—轻度、轻度—中度、中度—轻度图谱类型最为显著;(3)2020年预测值的kappa系数为0.81,表明CA-Markov模型适用于该模拟预测研究,2025年综合指数为3.265 9,整体脆弱程度呈上升趋势。[结论]松花江流域生态脆弱性呈上升趋势,面临着生态恶化的风险,需加强对生态环境的保护治理。     

1960-2017年黄土高原不同等级寒冷日数时空演变特征

为正确认识全球气候变暖背景下黄土高原不同等级寒冷天气日数的变化特征,利用1960—2017年黄土高原58个站点的逐日最低气温数据,分析了不同等级寒冷(严寒、大寒、小寒、轻寒、微寒、凉)和总寒天气日数时空演变和波动特征,并探讨其对Hiatus现象的响应。结果表明：(1)随着寒冷等级的降低,1960—2017年黄土高原不同寒冷等级日数逐渐增加,且表现出明显空间差异特征,研究期黄土高原多数区域以大寒日数为主,其次是轻寒和凉日数。(2)黄土高原严寒、大寒、凉和总寒日数多呈减少趋势,小寒、轻寒和微寒日数均以增加趋势为主,且总寒日数减少主要是由大寒日数减少导致的;变暖停滞(Hiatus)现象发生后,严寒、大寒、微寒和凉天气日数变化趋势均以偏高为主,小寒和轻寒日数变化趋势均以偏低为主,总寒日数变化趋势偏高与偏低分布相当。(3)黄土高原寒冷日数的变异系数随着寒冷等级的升高逐渐变小,各等级寒冷日数的波动特征空间分布较为复杂;Hiatus现象发生后,小寒、轻寒和微寒日数波动变化以偏低为主,大寒日数以偏低为主,总寒、严寒和凉日数波动偏高和偏低大致相当。综上,未来需要提防黄土高原地区小寒、轻寒和微寒对农业造成...     

阴山北麓地区土壤侵蚀的时空变化及驱动力

[目的]分析2000—2020年阴山北麓地区土壤侵蚀时空变化及其影响因素,为该区土壤侵蚀治理与国土空间规划提供科学指导。[方法]基于降水、土地利用、土壤和遥感影像等数据,采用GIS技术和RUSLE模型开展研究。[结果](1)2000—2020年阴山北麓地区土壤侵蚀强度主要以微度侵蚀和轻度侵蚀为主,高等级侵蚀面积不断增加,阴山北麓地区土壤侵蚀状况十分严峻;(2)阴山北麓地区土壤侵蚀严重区主要分布在阴山山脉沿线和内蒙古多伦县大部分地区;(3)土地利用类型是阴山北麓地区土壤侵蚀主要影响因子,各因子解释力大小依次为：土地利用类型>植被覆盖度>降雨>坡度。土地利用类型为耕地,植被覆盖度小于0.3,坡度在15°～20°和降雨量在365～413 mm之间的地区为高风险侵蚀区域。[结论]阴山北麓地区土壤侵蚀程度整体偏高。植被覆盖度低的耕地和草地应为阴山北麓地区土壤侵蚀治理重点区域,应采取植树造林种草,扩大林草覆盖面,改善植被覆盖率,降低地表径流速率,提高下渗能力,来控制土壤侵蚀发生。     

近50年来四川盆地降水日数的时空变化特征

利用1960—2010年四川盆地16个气象站逐日降水资料,采用距平统计法、线性趋势法、Mann—Kendall检验法及Kriging插值法对该区近50a降水日数及不同等级降水日数的时空分布特征进行了定量分析。结果表明:(1)四川盆地降水发生日数总体呈减少趋势,且从20世纪90年代开始出现以来延续至今;不同等级降水日数均呈减少趋势,其中小雨日数减少最明显,对降水日数减少的贡献最多。(2)四川盆地降水日数的减少是一种突变现象,突变年份为1994年。(3)四川盆地年均降水日数总体表现为西部、南部较多,东部、北部较少。(4)四川盆地西部、北部降水日数减少趋势较快,这种减少趋势可能是对全球变暖的区域响应;不同等级降水日数的趋势随地域的变化存在很大差异,其中东北部暴雨日数的小幅增加趋势使得地质灾害发生的可能性增加。     

漓江流域2000—2020年土地利用和覆被变化时空分异特征

[目的]分析2000—2020年漓江流域土地利用和覆被变化时空分异规律,为协同人类活动及生态安全提供空间治理依据。[方法]基于遥感信息识别和GIS空间分析平台,应用扩张强度、转移矩阵及时空统计、空间自组织分析等方法,从多维时空尺度研究流域土地利用及景观结构变化规律。[结果](1)漓江流域以林地、耕地为主体景观,合占景观面积的比例超过90%,2000—2020年其面积变率小于0.37%,扩张强度小于年均3.59%,表明流域具有高质量的景观生态资源和建成国际旅游中心的生态资本,景观结构稳定,水生态良好;(2)建设用地增长最快,扩张显著,2000—2020年其面积增长了163.41%,其中临桂新区年均扩张37.79%,城镇化是流域景观类型及结构变化的主要驱动;(3)流域景观类型多样性丰富、分布均衡,多样性和均匀度指数在城镇及旅游中心形成高值中心,山地区则为低值连片;连通性或延展性较好,山区为高值中心,城镇为低值中心,人类活动对草地形态及城镇周边(中值区)的扰动较显著。[结论]流域景观指数结构受相似的发生环境和分异因素影响而具有空间集聚性分布特征,城镇扩张及旅游活动是漓江流域景观格局分异的主要...     

浮尘天气对墨玉河流域葡萄叶片光合及水势的影响

新疆墨玉河流域春、夏季浮尘天气频发,加之春季葡萄供水短缺,对葡萄生产影响较大,为了解浮尘天气对墨玉河流域葡萄光合作用和叶片水势的影响以及不同品种对当地气候的适应性,本文分析了2011—2017年墨玉县浮尘天气发生情况,并以‘和田红’、‘木纳格’、‘无核白’和‘无核白鸡心’等葡萄品种为试验材料,研究春季浮尘天气和尘土自然覆盖对葡萄叶片光合与水势的影响。结果表明:2011—2017年的4—5月,新疆墨玉县扬沙、浮尘多达23.7 d,占同期总天数的38.9%;浮尘天气研究区10:00—20:00期间平均光合有效辐射强度下降71.8%,几个品种葡萄叶片净光合速率明显下降,除‘木纳格’葡萄外,其他品种叶片净光合速率午间均下降;晴朗天气,葡萄叶片水势日变化先上升后下降,浮尘天气叶片水势日变化不明显,总体低于晴朗天气,蒸腾速率变化趋势总体相似,略有滞后;持续的浮尘天气使葡萄叶面被尘土覆盖,‘无核白’和‘无核白鸡心’单位面积叶幕滞尘量分别为8.64 g×m~(-2)和10.93 g×m~(-2);尘土覆盖显著降低了‘无核白’和‘无核白鸡心’葡萄叶片净光合速率,明显增加了叶片胞间CO_2浓度,提高了饱和光强、光补偿点、内禀量子效率、表观量子产额和暗呼吸速率。本研究表明浮尘天气降低了光合有效辐射强度,使葡萄叶片受到尘土覆盖,进一步降低了叶片净光合速率,同时显著增大了暗呼吸速率。本研究认为,清除葡萄叶面滞尘,可有效改善葡萄叶片光合作用。浮尘天气条件下,葡萄叶片蒸腾速率下降,叶片水势得到了保持,从这一角度讲,墨玉河流域浮尘天气延缓了葡萄春季水分亏缺、缓解了该地区用水矛盾。     

赣南地区土壤保持功能的时空变化特征

[目的]分析赣南地区土壤保持功能时空特征,为提升该区土壤保持能力和维护南方丘陵生态安全屏障提供科学依据。[方法]利用InVEST模型,计算2000,2010,2018年赣南地区不同土地利用类型、不同高程、不同坡度、不同县域的土壤保持强度,分析土壤保持强度与NDVI空间相关性和赣南地区土壤保持功能时空特征。[结果](1)2000—2018年,研究区耕地、灌林地、水域和未利用土地面积都处于减少趋势,城镇用地和农村居民地面积都有较大的增长。(2)土壤保持强度由189.93 t/(hm²·a)上升为190.50 t/(hm²·a),其中有林地土壤保持强度最高,并由259.85 t/(hm²·a)上升为262.03 t/(hm²·a)。(3)赣南地区土壤保持强度呈现四周高、中部低的分布格局,随海拔升高先升高再降低,随坡度升高而升高。(4)土壤保持强度与NDVI在双变量局部空间自相关分析中呈现显著正相关(p<0.01),高高集聚区在赣南地区北部、西部及南部;高低集聚区为中部地区(于都县);低低集聚区为高经...