西北地区东部夏季降水日数的变化趋势及其气候特征

以西北地区东部(95°E～112°E,32°N～41°N)104个测站1960～2000历年夏季(6～8月)降水日数资料为基础,通过EOF和REOF等分析方法,研究夏季降水日数时空分布的异常特征。结果表明西北地区东部夏季多年平均降水日数的地区分布特点是西部多、东部少,沿祁连山山脉存在一个降水日数较多中心区域,并且降水量和降水日数均呈增多趋势。降水日数的空间异常主要表现为一致性异常和南北相反异常两种类型。根据REOF方法可将西北区东部分为5个不同降水日数气候区,即甘肃中东部及河套区、渭水流域区、河西走廊区、青海高原北部区、青海南部区和四川北部区。20世纪80年代以来,西北地区东部大部分地区降水日数呈现减少的趋势。冬季(或夏季)青藏高原地面加热场强度偏强,甘肃河西及祁连山地区、宁夏南部等地夏季降水偏多(或少),青海东南部-甘肃南部-渭水流域夏季降水日数偏少(或偏多)。     

甘肃省河东春小麦全生育期降水异常特征分析

利用甘肃省河东31个测站1958～2001年历年春小麦全生育期（3～7月）的总降水量资料，通过EOF、REOF及Mahat小波分析等方法，对甘肃河东主要雨养农业区春小麦全生育期降水异常的空间特征、时间变化进行了分析研究。结果表明，甘肃河东春小麦全生育期降水的主要空间异常型表现为一致的多雨或少雨型；降水异常区域大致可分为4个区，既甘肃中部区、陇东区、陇南区和甘肃南部区；降水主要表现为13～14年、3年左右和6～8年的周期振荡。     

西北地区秋季干旱指数的变化特征

利用甘肃、宁夏、青海、新疆4省(区)的137个气象站30年的降水、蒸发资料,确定适合西北地区的干旱指数计算方法,分析中国西北地区秋季降水、蒸发、干旱指数的空间分布、时间演变等特征.结果表明:西北地区秋季平均自然降水从东南到西北依次减少,在甘肃西部、青海西北部、新疆南部有一条东西向的少雨带,是干旱最严重的地方.新疆南部、甘肃西部、青海西部重旱频率最高,平均2年一遇;新疆北部、甘肃南部、青海南部、中旱频率为30%左右,平均3年一遇,轻旱频率30%左右,平均3年一遇.表明西北地区的干旱有明显的地域特征,即新疆中南部、甘肃西部、青海西部为干旱区,新疆北部、甘肃中东部、青海东部和南部为半干旱区.     

西北地区农业干旱脆弱性评估及时空分布特征

西北地区是重要农牧交错区,生态环境脆弱,农业生产对气候变化极为敏感,研究其农业干旱脆弱性时空分布特征是有效应对干旱气候的关键。基于IPCC评估框架,考虑蒸散对土壤含水量的影响,将多时间尺度干旱指数纳入指标体系,研究西北地区农业干旱脆弱性及其时空分布特征。结果表明:2010—2020年该地区农业干旱脆弱性呈现下降态势,其中2010—2015年下降幅度最大,但区域均衡性减弱,出现“两极”现象;2015—2020年脆弱重心逐渐向南部地区转移,形成“辐射”效应。该地区农业干旱脆弱性冷热点区域变化显著,2010年热点区域集中在新疆西南部,冷点区域分布在新疆北部和宁夏;2020年热点区域转移至甘肃和青海南部,且呈现向外辐射现象,冷点区域主要集中在新疆北部地区。     

山西省春季降水异常时空特征研究

采用主成分分析(EOF)、旋转主成分分析(REOF)、小波分析方法,对山西省1960~2004年春季降水标准化距平场进行分区,并对春季降水异常的空间分布特征、时间变化规律进行分析。结果表明:山西省春季降水的主要空间异常型表现为全省一致的多雨或少雨型,这是山西省春季降水异常的主要特征。降水异常区域大致可划分为3个区,即北部区、中部区、南部区。各异常区春季降水都存在10 a以上长周期和3~10 a短周期振荡,但其显著周期及其年代变化差异较大。     

产业碳排放与影响因素的关联度——基于西北5省面板数据的实证分析

运用西北5省1999-2010年的面板数据,计算产业碳排放量,采用灰色关联度模型,分析影响因素与产业碳排放量之间的关联程度。结果显示：① 从总量来看,1999-2010年西北5省产业碳排放量呈现波动增加的趋势,陕西、甘肃、青海、宁夏和新疆的碳排放量分别从1999年的3.22×107 t、3.05×107 t、7.80×106 t、1.12×107 t和3.02×107 t增加到2010年的1.24×108 t、6.86×107 t、 2.15×107 t、5.76×107 t和9.29×107 t,从2008年起,陕西省的碳排放量开始高于全国平均值。从人均碳排放量来看,也呈现出波动增加趋势,宁夏的人均碳排放量在不同年份均高于其他4省。② 从空间来看,西北5省之间的产业碳排放量存在内部差异,其排序为：陕西＞新疆＞甘肃＞宁夏＞青海。③ 西北5省产业碳排放量与影响因素之间的关联度有某种相似之处,共同表现出：经济效应＞人口效应＞结构效应＞技术效应。④ 不同影响因素对产业碳排放量的关联度存在省际之间的差异,人口效应表现为：宁夏＞甘肃＞新疆＞青海＞陕西,经济效应表现为：新疆＞宁夏＞青海＞陕西＞甘肃,结构效应表现为：甘肃＞宁夏＞青海＞新疆＞陕西,技术效应表现为：宁夏＞青海＞新疆＞陕西＞甘肃。     

基于指数平滑和ARIMA模型的西北地区饱和水汽压差预测

饱和水汽压差是土壤-植被-大气连续体水分传输过程的关键影响因素,在全球气候变化背景下,预测西北地区饱和水汽压差,对于植被恢复和农林业气象灾害风险评估具有重要的现实意义。基于西北五省(区)1990—2019年月饱和水汽压差值,采用趋势分析和小波分析等方法研究了西北地区饱和水汽压差年际变化特征和周期性变化规律;采用指数模型和ARIMA模型,筛选最佳样本步长和预测步长,对西北地区饱和水汽压差进行模拟和预测。结果表明:(1)西北五省(区)中,新疆年均饱和水汽压差最高,其次为宁夏、陕西、甘肃和青海;近30 a整体上西北地区饱和水汽压差呈上升趋势,其中宁夏和新疆饱和水汽压差上升幅度最大,分别为0.036 kPa·(10a)^-1和0.033 kPa·(10a)^-1,其次为甘肃[0.026 kPa·(10a)^-1]、青海[0.021 kPa·(10a)^-1]和陕西[0.012 kPa·(10a)^-1];(2)西北各省(区),16 a尺度周期对小波方差贡献最大,为饱和水汽压差变化的主周期。此外,陕西、甘肃和新疆还存在24~27 a的周期特征,方差贡献较小;(3)相对于指数模型,ARIMA模型均方根误差平均减少42.3%,决定系数R2平均提高11.1%,Nash-Sutclife效率系数平均提高17.7%,有效提高了饱和水汽压差预测精度;(4)未来一段时间内,西北各地区饱和水汽压差均存在不同程度的升高趋势,以宁夏和新疆地区的饱和水汽压差增幅最为明显,分别为9.5%和8.9%。     

西北旱区生态服务价值时空动态研究

为探明西北旱区生态服务价值的时空差异性,以2004—2012年相关数据为基础,对其生态服务价值进行计算。结果表明:(1)2012年西北旱区的生态服务价值较2004年增加了166.1×109元,而人均生态服务价值却减少了8元,说明人口的增速比生态服务价值的增速大,应适当控制人口增长;(2)西北旱区各省区生态服务价值变化大小依次为甘肃陕西中北部新疆内蒙古中西部青海宁夏,其中宁夏和青海为负变化;(3)2004—2012年间西北旱区生态经济协调度为0.33,表明生态环境和经济发展处于轻度协调状态;(4)敏感性指数小于1,说明西北旱区生态服务价值对生态价值系数弹性较弱,本文研究结果真实可信。研究期内的土地利用变化取得了较明显的生态效益,为西北旱区的经济建设和社会发展提供了良好的环境平台。     

近51年新疆S干旱指数变化特征分析

利用新疆地区52个气象站1960-2010年月降水量和无雨日数资料,定义了S干旱指数,采用EOF、REOF、Morlet小波分析、Mann-Kendall分析、分布函数等方法,分析了近51年来新疆干旱指数的时空分布特征。结果表明:EOF分解得出,新疆干旱指数存在三种主要的空间分布,即全区一致变化型、南北反向变化型和东西反向变化型;根据REOF前四个旋转荷载向量场高载荷区分布,将新疆干旱指数分成四个区,即新疆北部地区、新疆南部地区、天山中西部地区和天山东部地区;新疆北部地区、天山中西部地区和天山东部地区干旱指数有增大的总趋势,新疆南部地区干旱指数有减小的总趋势。     

苹果蠹蛾在中国的适生性分析

苹果蠹蛾是严重危害全球水果生产的一种重要害虫。本研究根据中国760个气象站点的气象数据和苹果蠹蛾生物学数据,综合运用CLMEX模型和ArcGIS分析相结合的方法,对苹果蠹蛾在中国的适生性进行分析。分析结果表明:苹果蠹蛾在我国的适生区域较为广泛。中高度适生区主要包括黑龙江、内蒙古、山西、宁夏、甘肃,吉林、北京、陕西、新疆、西藏的大部分地区,辽宁西部、河北西部和北部、青海北部、云南北部、四川西部、贵州西部及山东沿海地区。     

西北五省温室气体排放核算及动态研究

在IPCC和中国《省级温室气体编制指南》的基础上,计算了新疆、甘肃、宁夏、陕西和青海五省温室气体排放清单。结果表明:2000-2012西北五省温室气体排放总量呈现快速增长趋势,且CO2的排放量最多,其次是CH4和N2O,能源消费产生的温室气体排放是温室气体排放总量中最主要的,而煤炭的消费又是能源消费中最核心的;万元GDP温室气体排放量均呈现下降趋势,说明能源利用效率在不断提高;人均温室气体、单位面积温室气体均快速增长,2012年人均温室气体排放量最多的是宁夏,其次是青海,新疆、陕西和甘肃;单位面积温室气体也是宁夏最高,其次为陕西、甘肃、新疆和青海,均高于应对全球气候目标的人均、单位面积温室气体排放量。因此,西北五省将面临严峻的节能减排任务。     

棉铃虫种群的地理型分化和区域性迁飞规律

对棉铃虫地理种群的遗传变异、滞育性状和抗寒性分化等的系统研究表明,我国棉铃虫由热带型、亚热带型、温带型和新疆型4个地理型组成,各地理型对华南地区、长江流域地区、黄河流域地区和新疆地区的气候环境具有高度专化适应性。受东亚季风影响,5～7月份温带型1代和2代棉铃虫成虫随偏南风向北迁移,可迁入山西北部、河北北部、辽宁等非越冬区的中温带地区。温带型3代和4代棉铃虫于8月中旬以后,随偏北风向南回迁。成虫种群密度过大和所处的不良环境是引起迁飞的主要原因。     

棉铃虫种群的地理型分化和区域性迁飞规律

对棉铃虫地理种群的遗传变异、滞育性状和抗寒性分化等的系统研究表明,我国棉铃虫由热带型、亚热带型、温带型和新疆型4个地理型组成,各地理型对华南地区、长江流域地区、黄河流域地区和新疆地区的气候环境具有高度专化适应性。受东亚季风影响,5～7月份温带型1代和2代棉铃虫成虫随偏南风向北迁移,可迁入山西北部、河北北部、辽宁等非越冬区的中温带地区。温带型3代和4代棉铃虫于8月中旬以后,随偏北风向南回迁。成虫种群密度过大和所处的不良环境是引起迁飞的主要原因。     

中国夏季区域干旱特征比较研究

利用全国515站(1957～2000年)气象资料,修正计算帕默尔干旱指数,研究中国夏季区域干旱演变特征及其与东亚夏季风的关系.结果表明:除内蒙古高原区、华北北部及长白山脉区、黄土高原区、云贵高原区、东北平原区等5区域夏季干旱指数呈下降趋势外,南岭区、长江中下游区、黄淮区域、塔里木盆地区、天山北部区域、河西走廊及其沙漠戈壁区、青藏高原区等广大区域夏季干旱指数均呈上升趋势.中国夏季干旱指数大多存在5～8 a的短周期年际周期变化,12～13 a、15～16 a的长周期年际周期变化存在于部分区域,个别区域还存在20～25 a长周期年际周期变化.西北和青藏高原夏季干旱指数与东亚夏季风指数呈负相关,中东部地区夏季干旱指数与东亚夏季风指数呈正相关.     

塔克拉玛干沙漠地表感热特征分析

利用1979年3月~2004年2月月平均的NCEP/DOE新再分析地表感热资料,在分析塔克拉玛干沙漠四季感热基本气候特征的基础上,通过EOF分析方法,对沙漠地表感热异常变化的空间结构和时间演变趋势作了诊断研究。结果表明:1)沙漠地区地表感热通量的分布存在较大的季节和区域性差异。2)根据各季地表感热距平场的EOF分析,该区感热异常主要有全区一致型、南北差异型以及西北~东南差异型三种常见的分布模态;3)近25年来,塔克拉玛干沙漠春季和夏季地表感热在第一空间尺度上总体变化趋势平缓,秋季在波动中有明显增强的趋势;在第二空间尺度上夏季和秋季变化趋势不太显著,而春季在沙漠北部有减弱的趋势,南部有增强的趋势。     

新疆生态脆弱性时空演变及驱动力分析

生态脆弱性评价是了解区域生态状况的重要途径,科学评估生态脆弱性等级及变化对区域生态保护与建设,实现区域可持续发展具有重要意义。研究利用SRP模型构建新疆生态脆弱性评价指标体系,结合空间主成分分析方法构建生态脆弱性指数评价模型,分析新疆生态脆弱性时空演变特征。结果表明:(1)2000—2018年,新疆生态敏感性整体为中度敏感,呈现东南高西北低,主要受景观破碎度和土壤侵蚀程度影响;生态恢复力受植被覆盖度影响较大,整体呈西北高、东南低,变化幅度小,恢复力较弱;生态压力大致呈南、北部的山区和中部绿洲区、山区高、东南低,主要影响因子是人均GDP、农业依赖度和人口密度。(2)2000—2018年新疆生态脆弱性整体处于中度脆弱到重度脆弱。南、北部植被覆盖度低的地区生态脆弱等级较高,中部高海拔林草丰富地区生态脆弱性等级相对较低;2000—2018年新疆生态脆弱性综合指数呈现先增长后降低趋势。(3)生态脆弱性主要驱动力方面,人为活动因子的农业依赖度、人口密度、土地垦殖率,自然环境因子的生境质量指数、景观破碎度、景观恢复力指数和年均降水量7个指标是新疆2000—2018年生态脆弱性变化的主要单因子;生境质量指数、景观恢复力指数、景观破碎度指数、植被覆盖率的变化与区域人类活动的相互作用是促使新疆生态脆弱性的主要驱动力。     

陕西省气温与降水变化时空分布研究

根据1981年-2010年陕西及周边的42个气象站点的气温和降水数据,采用经验正交函数分解法(empirical orthogonal function,EOF),结合GIS空间分析方法,计算和分析了陕西省29年气温和降水的时空分布特征以及年内、年际的时间变化特征。结果表明:1)陕西省年气温大致存在三种主要的类型:南北差异型、地形影响型、正负相间型。南北差异型为最主要的空间分布型,表现为温度受纬度变化的影响南部气温较高北部气温较低。2)陕西省年降水大致存在四种主要类型:南北递减型、延河南北反向型、东南-西北分布型、相间分布型。南北差异型为最主要的空间分布型,表现为陕西北部降水较少,南部降水较多。3)陕西省气温空间场对应的时间序列具有明显的年内变化和年际变化;降水空间场对应的时间序列具有较明显的年际变化,而年内的波动性较强。     

基于熵权集对分析的西北地区耕地生态安全水平差异比较

耕地生态安全是关系到粮食安全和人类生存发展的重要问题。构建基于PSR模型的耕地生态安全评价指标体系,运用熵权集对分析方法和障碍度模型对西北地区耕地生态安全水平与障碍因子进行差异比较分析。结果表明:(1)2002—2016年西北地区耕地生态安全总体水平不断提高,但安全等级在地区内部差异明显,2002—2008年,新疆、甘肃、宁夏维持"临界安全"等级不变,青海、陕西联系数主值分别为0.2334、0.2019,安全等级上升为"较安全"。2008—2016年,新疆联系数主值由0.0499提升为0.2692,安全等级上升为"较安全";甘肃、宁夏维持"临界安全"等级;青海、陕西维持"较安全"等级;(2)西北地区压力和响应障碍度均值由2002年的52.434、26.270下降为2016年的38.479、17.353,状态障碍度均值则由21.296上升为44.168。要素层2002年和2016年障碍度均值分别为45.457、32.732、21.811,影响西北耕地生态安全水平障碍因子排序依次为压力、状态、响应。2002年西北地区耕地生态安全水平与压力、状态、响应障碍度的相关系数分别为-0.226、0.120、0.055;2016年分别为-0.830、0.851、-0.661。新疆、青海和陕西出现的耕地生态安全等级提升与状态障碍度大幅度增加有关;(3)新疆和青海耕地生态安全值上升源于人均水资源量的增加;陕西耕地生态安全值上升得益于耕地生产率的提高和耕地环境的改善,但城市建成区的扩张和水资源的短缺制约了生态安全等级提升;甘肃、宁夏耕地生态安全维持等级不变,主要受制于耕地数量的减少和耕地质量的下降等因素。针对西北各地区耕地生态安全提出升级建议。     

甘肃省陇东地区夏季极端降水及典型年环流特征分析

本文采用陇东地区13个气象站的逐日降水和同期NCEP/NCAR再分析资料,基于5个极端降水指数,应用经验正交函数(EOF)、合成分析等方法,研究该地区1967—2015年夏季极端降水的时空特征及极端降水典型年的环流特征。结果表明:(1)夏季极端降水指数在陇东地区西北部较低,南部和东北部较高,整体呈上升趋势。(2)EOF分析第一特征向量均为正值,第二特征向量则表现为南正北负的反相位分布,在时间系数的极大(小)值年,研究区夏季极端降水在南北方向呈南强(弱)北弱(强)的分布特征最明显。(3)在强(弱)夏季极端降水典型年,有(无)冷暖空气交汇;上升(下沉)运动增强,向外长波辐射为负(正)异常,对流强(弱),对应着较多(较少)的降水;水汽通量散度为负(正)异常,有利于(不利于)极端降水发生。     

潜在外来入侵甜菜孢囊线虫在中国的适生性风险分析

本文应用MAXENT与GARP两种生态位模型对甜菜孢囊线虫在中国的适生性进行了风险分析和预测。结果表明甜菜孢囊线虫可在中国17个省市生存,适生范围为26°N～48°N,77.6°E～136°E。甜菜孢囊线虫入侵的高风险区:内蒙古南部、新疆西部、河北中南部、山西东北部、宁夏、甘肃北部;中风险区:北京、天津、陕西、山西大部、内蒙古西部和东南部、吉林西部、新疆北部;低风险区:河南、陕西南部、山东、内蒙古中东部、新疆中部、辽宁、吉林大部、黑龙江南部、江苏、安徽、湖北、湖南、江西、浙江北部;而青海、新疆南部、西藏、四川、重庆、云南、贵州、广西、广东、福建、海南、内蒙古少数地区和黑龙江部分地区属于基本不发生区。我国内蒙古、新疆、辽宁等省市甜菜种植区均适合甜菜孢囊线虫发生,对上述地区的进出口岸应加强甜菜孢囊线虫的检疫工作。