庐山日本柳杉水分利用效率对气候变化的响应

【目的】分析气候变化背景下庐山日本柳杉水分利用效率(WUE)的变化特征以及WUE与主要气候因子之间的关系,为科学评估庐山日本柳杉的碳水耦合关系提供理论支持。【方法】本研究采用树木年轮稳定碳同位素方法计算日本柳杉WUE,并选择平均气温(T)、降水量(W)、平均风速(Ws)、太阳辐射(Rs)、干旱指数(SPEI、SPI、WI)等气候变化相关指标,分析气候变化背景下庐山日本柳杉水分利用效率及其对气候变化的响应。【结果】(1)1969-2018年,庐山日本柳杉树轮δ₁₃C值序列呈现下降趋势,变化区间为-23.09‰～-25.67‰,年平均-24.55‰;庐山日本柳杉WUE的年际值呈现上升趋势,变化区间为91.06～118.89μmol/mol,年平均102.37μmol/mol;(2)相关性分析表明：庐山日本柳杉WUE与上一年的7月、9-11月和当年的2-6月、9-11月的气温呈显著正相关系,与上年7-12月以及当年的1-12月风速均呈极显著负相关关系;而庐山日本柳杉WUE与各月太阳辐射、降水、SPEI、WI以及SPI未产生显著关系;(3)多元回归模型分析表明：庐山日本柳...     

气候变化对大兴安岭地区不同海拔落叶松径向生长的影响

为研究气候因子对不同海拔地区兴安落叶松(Larix gmelinii)径向生长的影响,根据大兴安岭地区平均海拔高度(573 m)和天然林线分布状况,依据树木年代学原理选取高海拔(850 m)、中海拔(485 m)、低海拔(290 m)3个海拔地区的树芯,建立落叶松树轮宽度标准化年表,使用Mann-Kendall检验和小波分析方法将树轮宽度指数(RWI)与气候因子进行相关分析、冗余分析、多元逐步回归分析。结果表明：兴安落叶松径向生长在3个海拔地区显示出不同的周期性变化,气候对不同海拔梯度落叶松径向生长的影响存在显著差异。其中,低海拔梯度落叶松径向生长与当年10月份月最高气温呈显著负相关,与上一年9月份降水量及标准化降水蒸散指数、当年10月份标准化降水蒸散指数呈显著正相关;中海拔梯度落叶松径向生长与上一年9月份月平均气温及月最高气温、当年6、7、9月份月最高气温呈显著负相关,与上一年8月份及9月份标准化降水蒸散指数、当年6月份降水量及标准化降水蒸散指数呈显著正相关;高海拔梯度落叶松径向生长与上一年8月份及当年5月份月平均气温、月最高气温呈显著正相关,与上一年6、8月份及当年5、6、8月份月...     

基于CanESM2的渭河流域干旱演变特征研究

【目的】解析气候变化下渭河流域干旱事件发生频率与强度以及时空演变趋势,预估未来区域干旱发生发展情势,为渭河流域未来旱灾防控和水安全保障提供参考依据。【方法】基于CMIP5统计降尺度数据集NEX GDDP中的CanESM2全球气候模式数据,采用象限转换校正方法实施校准,并利用游程分析等方法,从干旱指标标准化降水蒸散发指数（SPEI）与干旱事件特征的角度,分析渭河流域历史基准期（1966-2005年）与未来期（2021-2060年）2种排放情景（RCP4.5与RCP8.5）下的干旱时空演变特征,研究渭河流域干旱事件频率的空间特征与持续性变化。【结果】历史基准期与未来期SPEI在年际尺度下均呈下降趋势,其中RCP8.5情景下渭河流域春旱会显著加剧;未来干旱事件发生频率将呈现“两头减少,中间增多”的态势,即轻旱与特旱高频区域减少,中旱与重旱高频区域增多;流域尺度上,未来发生短历时干旱事件的频率有所减小,中长历时干旱事件频率增加,其中流域北部与渭河源头区的长持续性干旱事件发生频率会显著减小;未来不同间隔干旱事件的发生频率变化不大,依旧以1～6个月间隔的干旱事件为主,局地会有一定差异性。【结论】春季与冬季将是渭河流域未来干旱风险防范的重点季节,流域西部是冬旱防范的重点区域;未来轻旱与中旱仍是渭河流域最主要的干旱类型,但要警惕发生频率持续走高的中旱与重旱灾害所带来的风险;未来期流域中长历时干旱事件会有所增加,应采取应对措施减轻长持续性干旱事件给流域工农业生产带来的不利影响。     

基于SPEI的新疆干旱变化特征分析

以新疆55个国家气象站1961—2015年逐日气温和降水数据,采用季尺度下的标准化降水蒸散指数(SPEI),以国家划分的气象干旱等级为判别标准,分析新疆干旱过程。结果表明,近55年新疆轻旱次数呈西北多东南少的趋势分布;中旱次数呈西北和东北多、南部偏少的趋势;重旱次数呈准噶尔盆地、吐鲁番盆地和塔里木盆地东部干旱次数偏高,其余地区较低的分布趋势;特旱次数呈南多北少的分布趋势。近55年新疆干旱影响范围及干旱强度极差较大,且两者呈正相关。农作物平均受灾率与影响范围年际变化具有较高的一致性。通过REOF时空分布将新疆分成3个模态：第一模态呈北疆与南疆相反格局的特征;第二模态高值区位于北疆北部,负值区位于新疆西南部;第三模态表现为新疆东西部呈相反格局的状态。各模态干旱强度随时间变化趋势也不同。     

基于SPEI的滇中季节性干旱时空特征分析

【目的】干旱缺水是制约滇中发展的重要因素之一,评价滇中干旱变化规律对制定区域抗旱对策、应对干旱缺水问题十分必要。【方法】以近40年来滇中45个气象站的月降水、气温资料作为基础数据,采用降水蒸发差值(P-PET)初步衡量滇中地区水分盈亏状况,然后以标准化降水蒸发指数(SPEI)作为干旱指标计算了滇中旱季SPEI的总体变化趋势、周期特征,分析滇中地区干旱的时空变化特征。【结果】过去40年,滇中地区冬春两季、干季水分亏缺较为严重,除春季SPEI呈微弱上升趋势外,冬季、干季均以下降趋势变化;干季周期变化为11、18、29年,春季周期变化为6、12、24年,冬季为8、12、18年。滇中各季SPEI空间上具有较好的一致性,表现为总体一致型。【结论】该研究结果可为滇中地区制定抗旱策略、科学合理配置水资源提供参考依据。     

基于SPEI的陕北黄土丘陵区干旱特征及影响因素分析

为探讨陕北黄土丘陵区干旱特征及其影响因素,借助绥德2000-2014年逐日的气象数据,基于Hargreaves、Thornthwaite和Penman-Monteith蒸散模型及同一套降水资料计算,获得不同时间尺度(月、半年和年)3种标准化降水蒸散指数(SPEI),对比分析上述3种SPEI的差异并选取适宜于陕北黄土丘陵区的SPEI,而后采用SPEI分析干旱特征,并利用通径法分析气象因子对SPEI敏感性。结果表明:1)基于Penman-Monteith蒸散模型的SPEI(SPEI-PM)能够准确反映陕北黄土丘陵区干旱事件,与SPEI-PM相比,基于Hargreaves和Thornthwaite的SPEI值偏低,计算误差为0.26～0.38;2)干旱变化呈现减弱趋势,短时间尺度上(1和6个月)SPEI-PM值变化频繁,长时间尺度上(12、18和24个月)SPEI-PM值变化幅度小且变化周期长;3)在月、半年和年尺度上对SPEI-PM影响程度最大的气象因素分别为气温和相对湿度。     

川西南柳杉年轮宽度指数与气候变化的关系

【目的】树木年轮作为一种代用的气候资料有着重要的科学意义,探讨了柳杉年轮宽度指数与气候要素之间的关系,为气候变化是如何影响树木的生长过程研究提供一定的依据。【方法】以川西南40a柳杉为研究对象,采用ARIMA模型拟合柳杉(Cryptomeria fortune)的径向生长,同时建立川西南地区柳杉年轮宽度指数年表,利用多重对应分析(MCA)柳杉径向生长与气候要素之间的关系。【结果】柳杉年轮宽度指数的变化趋势与温度的变化趋势呈现"分离现象",与降水量的变化趋势一致;柳杉年轮宽度指数与当年生长季4、8月份温度呈显著相关关系(P<0.05),柳杉年轮宽度指数与上个生长季的降水量呈正相关关系,与当年生长季7月份降水量呈显著正相关(P<0.05),与上个生长季10月份及当年生长季6月份累计日照时间呈显著负相关关系(P<0.05);当年生长季6-8月份适宜的温度有利于年轮宽度的增加,当年生长季5-9月份的温度和降水量达到一定的指标时不利于年轮宽度的增加。【结论】温度、降水总量与柳杉年轮宽度指数总体关系密切,生长季6-8月份的温度、5-9月的降水总量对柳杉径向生长影响明显。     

河北沙河地区农作物生长季降水变化与旱涝分析

【目的】探明沙河地区农作物生长季降水量的变化及其满足度与干旱风险度,为沙河地区农业产业结构调整提供参考。【方法】利用降水和气温数据,采用气候诊断分析方法,运用水平衡及旱涝指数方法,研究农作物生长季需水与降水的平衡关系,以及农作物生长季旱、涝特征。【结果】沙河地区农作物生长季降水量呈弱增加趋势,倾向率为4.972 mm/10 a;水平衡呈增加趋势;旱涝指数呈增大趋势,气候湿润程度朝着湿润方向发展。播种期—苗期中旱、大旱出现频率达40.0%,成熟期中旱、重旱出现频率达62.0%;旺长期以涝为主,中涝、重涝出现频率达30.0%;农作物生长季中涝、重涝出现频率为10.0%,中旱、重旱概率为14.0%。【结论】沙河地区旱、涝灾害同时存在,旱灾存在减弱的趋势,但干旱对农业生产仍然影响较大,应加强完善灾害预警平台建设。     

福州高盖山马尾松树轮宽度对气候变化的响应

【目的/意义】气候变化对农业生态系统有着重要的影响。通过研究福州高盖山马尾松树轮宽度对气候变化的响应,建立农业生态系统与气候变化研究模型,为研究气候变化对农业经济与农业生态系统提供科学经验。【方法/过程】以福州高盖山马尾松的树轮样本为研究对象,建立了马尾松树轮宽度年表,并分析了马尾松径向生长与气候因子的响应关系。【结果/结论】不同季节限制马尾松生长的气候因子不同,上年1-3月份的降水成为影响马尾松径向生长的主要因子,树轮宽度与上年1-3月降水量呈显著负相关(r=-0.347);当年7-9月份温度成为影响马尾松径向生长的主要因子,树轮宽度指数与当年7-9月温度呈显著正相关(r=0.379)。研究表明,一年中不同时期限制马尾松径向生长的气候因子不同,说明亚热带湿润地区的树木径向生长也对气候的变化有一定的响应作用。     

基于标准化降水蒸散指数研究干旱对北京地区作物产量的影响

利用华北平原冬小麦-夏玉米一年两熟种植典型区域北京地区1962—2011年逐月降水、温度资料计算多尺度标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散指数(SPEI),分析干旱对作物产量的影响。结果显示:1)在过去50年内,SPI与SPEI所评判的干旱演变有巨大的不同,SPEI对气候变暖的响应是造成上述现象的主要原因。2)1990—2011年干旱指数与作物产量的关系显著(P<0.05),短时间尺度的SPI₃-8和SPEI₃-8与玉米气候产量呈曲线关系,所建立的回归方程可以解释60.0%和60.1%的玉米产量变异,适宜的干湿状态在-0.8到3.2(SPI)和-0.9到2.1(SPEI)之间。3)长时间尺度的SPI₂₄-5和SPEI₂₄-5与冬小麦气候产量呈线性相关,可以解释其51.8%和51.2%的产量变异。研究结果符合北京地区玉米以雨养为主、冬小麦以地下水补灌为主的实际情况。4)利用12或24个月尺度的干旱指数判断区域水分状况,可以帮助决断冬小麦返青后的灌水次数和灌水量,在防范产量风险的同时,提高水资源的利用效率。本研究表明,选择适合的时间尺度和月份的SPI和SPEI可以用来评价华北平原旱涝状况对农业生产的影响。降水量缺乏仍然是导致北京地区作物减产的主要因素。但华北平原由于气温升高导致干旱化的趋势明显,未来研究华北平原干旱对作物产量的影响,需更加注重运用综合了降水和蒸散因素的干旱指数,以提高评价干旱对产量影响的准确性。     

内蒙古中部区干旱指数演变及其对马铃薯产量的影响

为了解内蒙古中部马铃薯主产区干旱发生程度对马铃薯产量的影响，选用内蒙古中部马铃薯主产区23个气象站1961—2017年逐日降水量数据，统计分析了近50年的降水集中度（PCD）、降水集中期（PCP）、标准化降水指数（SPI）和标准化降水蒸散指数（SPEI）的时空特征及其与马铃薯产量变化的响应关系。结果表明，从年际变化来看，PCD呈下降趋势，突变年份为1998年，表明研究区区域降水量年度内的分配更趋近于均匀；PCP、SPI和SPEI无明显趋势变化。从区域变化来看，PCD与马铃薯生长季的降水量呈负相关关系，即降水越少的地区降水越集中；东部的PCP要早于西部，平均值出现在6月25—30日之间；SPI和SPEI低值区主要位于中部。SPI和SPEI气候倾向率的空间分布表征西北部地区干旱程度有所缓解，东南部地区有所增强。PCD>0.37、PCP>39 候、SPI<0.13或SPEI指<0.34的年景马铃薯产量可能因干旱出现减产；PCD>0.48、PCP>41 候、SPI<-0.54或SPEI<-0.29的年份可能因干旱成灾。研究结果为内蒙古马铃薯干旱的防灾减灾提供了科学的决策依据。     

基于SPEI的东北地区农作物生长季干旱特征分析

利用1968—2017年东北地区89个站点的月值数据,采用Penman-Monteith模型计算了潜在蒸散,进而计算出标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI).分析多尺度SPEI与作物因旱受灾面积的相关关系,结果表明,8月份的4个月尺度SPEI与受旱面积的关系最为密切,故以此代表东北地区农作物生长季干旱.对东北地区生长季SPEI进行突变和趋势分析,发现以1983年为突变点由干转湿,且总体上呈现出湿润化的趋势.月时间尺度的SPEI表明,除9月份出现干旱化趋势且不显著外,其他月份均呈现变湿趋势,其中4和10月份湿润化显著.空间上,大部分区域表现为SPEI增加的趋势,其中SPEI显著增加区域主要分布在东北中西部地区,SPEI减小的站点主要分布在南部区域,但均未通过0.05的显著性检验.生长季不同月份干旱的高发区各不相同.     

基于标准化降水蒸散指数的干旱敏感性分析——以呼伦贝尔市为例

为研究气象因子变化对标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)的影响,利用呼伦贝尔市5个气象站点1960~2015年逐日气象数据,通过FAO Penman-Monteith公式计算标准化降水蒸散指数,在分析月尺度干旱特征基础上,利用Sobol′全局敏感性方法分析SPEI对平均温度、温差、相对湿度、风速、冠层表面净辐射量和降水的敏感性。结果表明:呼伦贝尔市近56a来平均干旱强度为-1.19,且平均干旱强度以-0.03·10a-1速率不显著递减。极限干旱强度累计值多年波动范围为-7.33~-0.80,且每10a递减速率为-0.12。多年干旱频率波动范围为8%~58%,平均干旱频率为33%。尽管呼伦贝尔市整体上呈现不显著的干旱化趋势,但进入21世纪后,极端干旱事件发生频率增加较为明显。Sobol′全局敏感分析表明,除降水最敏感外,SPEI在春季、夏季、秋季、冬季次敏感因子分别为:平均温度、相对湿度、风速、平均温度。年际SPEI对降水、平均温度、相对湿度、风速、温差、冠层表面净辐射量的总敏感性分别为:0.71,0.13,0.12,0.11,0.03,0.01。年际SPEI与温差、相对湿度、降水的相关系数分别为-0.671(p0.01),0.551(p0.01),0.872(p0.01),相关性强;平均温度、冠层表面净辐射量、风速与SPEI的相关系数分别为-0.151,0.086,-0.150,呈弱相关。通过SPEI与气象因子的敏感性及相关性分析可知,呼伦贝尔市年际SPEI受降水、相对湿度的影响较大,受冠层表面净辐射影响较小。     

湖南省最适干旱指数研究及近50年干旱演变分析

作为干旱的评价标准,干旱指数在旱情监测、预警中发挥着基础性作用,但至今尚没有适用于大尺度范围的干旱指数,因此在特定区域内研究最适干旱指数有重要的科学意义。基于长期观测资料、土壤数据库及历史干旱记载,对比分析标准化降水指数(SPI)、标准化降水及蒸散指数(SPEI)、Palmer干旱指数(PDSI)、自矫正Palmer干旱指数(scPDSI)在湖南省的适用性。结果表明,scPDSI对于干旱事实描述准确率最高,这一指数在较长时间尺度上表现稳定,响应敏感,但在旱度标准的适配性上仍有提升空间。基于该指数分析湖南省1960—2011年干旱演变趋势后发现,湖南省内大部分地区处于干旱缓解趋势,湘西中部、湘南永州地区及湘东北地区处于变干趋势,尤以长沙地区较为严重,应加强旱情监测和预警,应对未来可能出现的严重旱灾。     

基于SPI指数的满洲里市气象干旱特征分析及农牧业影响

本文利用1957-2020年共64年满洲里市气象局逐月降水资料。基于标准化降水指数(SPI),采用线性趋势分析、滑动平均等分析方法对满洲里市气象干旱进行特征分析。分析了满洲里市64年中干旱出现频率为29.69%,轻旱出现频率10.94%,中旱出现频率14.06%,重旱出现频率4.69%;干旱强度在-2.11至2.76之间,SPI值呈减小趋势,干旱强度呈增加趋势,变化率在-0.15/10年。通过春夏秋冬四个季节时间段的标准化降水指数分析显示春季和夏季出现干旱概率最高均为31.25%,特旱在春季出现频率最高为4.69%,重旱在冬季出现频率最高为7.81%,中旱在春季出现频率最高为21.88%。最终分析干旱对满洲里市农业和畜牧业的不利影响。     

气候因子与大气CO_2浓度变化对德令哈祁连圆柏生长与水分利用效率的贡献

【目的】探讨大气二氧化碳(CO_2)浓度升高与气候变化对森林生态系统的影响.【方法】以德令哈地区祁连圆柏树轮宽度和稳定碳同位素年表数据为基础,分别计算了其断面积指数(BAI)和水分利用效率(iWUE)变化历史,之后利用共性分析方法进一步探讨了大气CO_2与气候因子对祁连圆柏径向生长和iWUE的影响.【结果】相对于1890～1915年,祁连圆柏水分利用效率增长了30%,大气CO_2对iWUE的单独贡献率为16%.降水和干旱指数对祁连圆柏径向生长(BAI)的贡献为15%,1951～2010年,BAI与干旱指数的相关性为0.61(P0.05),长期变化显示外界环境相对湿润时祁连圆柏表现出高生长量,干旱时则表现出低生长量.【结论】德令哈地区影响祁连圆柏iWUE和BAI变化的因子差异较大,其中大气CO_2浓度的升高显著提升了iWUE,但并未对树木径向生长产生明显影响,干旱胁迫则是限制该地区祁连圆柏径向生长的主要因子.     

1961—2020年广西甘蔗干旱的时空变化特征分析

【目的】分析近60年广西甘蔗不同生育期的干旱时空特征,为广西甘蔗防旱避灾生产提供科学依据。【方法】利用广西甘蔗发育期、土壤资料和气象数据,在重点考虑降水有效性和作物系数动态变化特征的基础上,基于作物水分亏缺指数,采用线性和周期的时序分析法及空间站点技术进行甘蔗生育期内干旱的时空变化特征分析。【结果】年际干旱发生率在甘蔗工艺成熟期最高,茎伸长期次之,苗期和分蘖期较低,其中,苗期、分蘖期和茎伸长期的干旱以轻旱和中旱为主,工艺成熟期以重旱和特旱为主,研究时段内各等级年际干旱发生率无明显的线性变化趋势,但有2～5年尺度的周期变化,发生年份以20世纪70年代和80年代为主。在空间分布上,苗期的轻旱和中旱主要分布在桂西和桂南,轻旱发生频率在40%以下,中旱发生频率在30%以下,重旱发生频率低于10%且分布范围较小;分蘖期的轻旱在全区各地均有发生,其中,桂西南发生频率最高,普遍在21%～40%,中旱主要分布在桂西南,发生频率低于10%,重旱发生频率低于10%且范围较小;茎伸长期的轻旱在全区均有分布,发生频率在11%～70%,其中,中旱主要分布在桂东北,发生频率在21%～60%,重旱主要分布在桂东北,...     

基于水分利用效率的生态干旱敏感性评估

【目的】准确量化生态系统的干旱敏感性程度,为生态干旱早期预警和减少生态损失提供参考。【方法】以中国西北地区为例,基于生态缺水量构建标准化生态干旱指数（standardized ecological water deficit index,SEWDI）,结合植被水分利用效率（water use efficiency,WUE）定义生态干旱敏感性;采用Copula方法探讨生态干旱加剧条件下WUE升高的概率,以此分析生态干旱的敏感性。【结果】塔里木盆地、昆仑山脉、吐鲁番盆地以及柴达木盆地、河西走廊等地植被生态缺水量较高,逐月均值最高达75 mm。在研究区大部分区域SEWDI与WUE相关性较强,其中显著正相关区域占全区的24.2%,主要分布于新疆大部、青海西部、陕西南部等地;显著负相关区域占全区的36.8%,主要分布于黄土高原等地;随着生态干旱的加剧,WUE对生态干旱的敏感性在不同地区并非单调增加。植被生长期内生态干旱的敏感性随着干旱胁迫程度加剧而升高,且草地的生态干旱敏感性高于林地和耕地。5-6月WUE升高概率上升的速率最快,轻旱-中旱、中旱-重旱、重旱-特旱3个干旱变化情况下,WUE升高概率的月平均速率分别为0.09,0.07和0.06。【结论】水分利用效率（WUE）可以很好地反映植被在生长期遭受干旱胁迫时的生态干旱敏感性,可用作表征生态干旱敏感性的因子。     

沙颍河流域季节性干旱的时空分布特征

干旱是沙颍河流域最严重的自然灾害之一。选取该流域1961—2010年的月降水和月平均气温资料,计算3个月尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI),采用Mann-Kendall法和Morlet小波分析探讨其季节干旱特征。结果表明,近50 a来沙颍河流域春秋季干旱发生频率较高,干旱有加强趋势,且秋季干旱变化趋势显著,夏冬季干旱发生频率较低,干旱有减弱趋势。流域季节性干旱的空间分布差异较大。四季SPEI序列分别存在8、8、17、20 a的第一主周期特征。研究结果可为沙颍河流域防灾减灾提供参考依据。     

基于SPEI和MI分析陕西省干旱特征及趋势变化

【目的】目前干旱研究多为基于历史干旱事件分析成因与变化趋势,而结合过去与未来长时间序列数据更能揭示干旱变化特点。寻找在基于CMIP5模型输出未来气象数据时模拟干旱指数方法并探究陕西省过去与未来干旱变化特点,为陕西省未来农业水资源管理提供依据。【方法】根据陕西省18个气象站历史数据以及CMIP5模式输出未来气象数据,比较了3种模型模拟参考作物蒸发蒸腾量（ET₀）,并基于参考作物蒸发蒸腾量（ET₀）和降水数据计算标准降水蒸发指数（SPEI）和相对湿润指数（MI）反映干旱程度,比较过去（1958—2018年）与未来（2019—2100年）干旱的时空变化特点。【结果】多元线性回归模型（Multiple Linear Regression, MLR）能较准确的模拟参考作物蒸发蒸腾量（ET₀）（RMSE=0.457 mm·d ^-1）;在RCP2.6和RCP8.5情景下未来干旱指数呈现上升趋势,在RCP8.5情景下,21世纪40年代存在干旱指数的突变年份;陕西省未来干旱程度降低,年内干旱分布更加不均匀;未来时期夏玉米生长季干旱程度减小,冬小麦生长季干旱程度增加。【结论】在不同RCP情景下,未来干旱变化特征存在差异,相同RCP情景下,SPEI和MI反映的干旱特征变化基本一致,但部分时段存在变化差异。为有效应对气候变化对旱作作物产量造成的负面影响,应当增强土壤蓄水保墒能力,尤其加强冬小麦生长季的抗旱工作。