基于GIS的黄土高原气象要素空间插值方法

在地统计学和地理信息系统支持下,采用多种插值方法对黄土高原降雨量和年均温等气象要素进行空间插值研究。结果表明,对于降水量和年均温来说,地统计学方法优于传统的反距离加权插值、多项式插值和径向基函数插值方法;降水量插值以普通克里金方法最优,对于年均温来说,考虑高程影响的简单协克里金方法优于一般的克里金方法和普通协克里金方法。通过空间插值分别得到黄土高原降水量和年均温分布图,黄土高原年均温和降水量均总体分布呈现西北低、东南高的态势,界限明显;降水量117～721mm,年均温7.0～14.0℃,黄土高原气候以半湿润-半干旱气候为主,适宜农牧业发展。     

我国茶树栽培界限的气候划分

分析了气候因子与我国茶树栽培界限的关系,发现冬季低温条件是茶树栽培北界和垂直高度界限的决定因子。将年极端最低气温≤-15℃和≤-5℃低温出现频率10%分别作为划分灌木中小叶型茶树和乔木大叶型茶树栽培北界的气候指标,划分出茶树的栽培北界。灌木中小叶型茶树栽培北界位于射阳、蚌埠、信阳、商县、武都、泸定、德钦、林芝到错那一线;乔木大叶型茶树栽培北界位于温州、龙岩、韶关、榕江、广南、昆明到六库一线。用年极端最低气温多年平均值-10℃和-3℃作为2种生态类型茶树栽培垂直高度界限指标,推算出茶树栽培垂直高度界限在440～2130m之间。     

我国茶树栽培界限的气候划分

分析了气候因子与我国茶树栽培界限的关系，发现冬季低温条件是茶树栽培北界和垂直高度界限的决定因子。将年极端最低气温≤－１５℃和≤－５℃低温出现频率１０％分别作为划分灌木中直型茶树和乔木大叶型茶树栽培北界的气候指标，划分出茶树的栽培北界。灌木中小叶型茶树栽培北界位于射阳、蚌埠、信阳、商县、武都、泸定、德钦、林芝到错那一线；乔木大叶型茶树栽培北界位于温州、龙岩、韶关、榕江、广南、昆明到六库一线。用年级端     

近30年来黑龙江省气候变化特征分析

基于黑龙江省30个气象观测站的农业气象观测资料,利用气候倾向率和累积距平法,分析了1980-2009年黑龙江省年均温和年降水量的时空变化特征,以期揭示黑龙江省近30a来的气候变化规律。结果表明:(1)黑龙江省年平均气温呈上升趋势,气候倾向率为0.55℃/10a,从季节来看,以冬季升温最快,其中又以1月份升温最快(0.86℃/10a);(2)年降水量表现为明显的减少趋势,其中夏、秋2个季节降水减少显著;(3)年均温增温幅度在空间上总体表现为南高北低的趋势;年降水量减少幅度大的区域主要分布在松嫩平原南部和三江平原北部的大部分地区。     

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。     

银叶椴在我国北方适宜引种区域的探讨

 为使银叶椴引种驯化成功,对我国北方30个样点及美国18个银叶椴分布区的10项气候要素进行主成分分析和模糊聚类,划分我国北方地区银叶椴适宜引种的区域,分析影响我国引种银叶椴的主要气候因素。结果表明:温度、热量、降水及其雨型是决定银叶椴引种栽培的主要气候因素。适于银叶椴生长的气候因子指标为:年平均气温（3～18℃）、≥10℃积温（2300～6000℃）、最冷月均温（-14～-6℃）、温暖指数（51～152）、寒冷指数（<-68）、生长期降水量（200～850mm）、生长期干燥度指数（1.5～7.4）、年日照时间（2 300～3700h）。与美国银叶椴分布区相比,冬季低温、生长季节降水不足、雨型不同是我国北方引种银叶椴所面临的普遍问题。适宜银叶椴在我国生长的气候类型为暖温带半湿润气候区;较适宜生长的气候类型区有温带半湿润半干旱气候区和温带湿润半湿润气候区2类。     

广西南亚热带气候资源及合理利用途径

广西南亚热带气候区的北界应以荔枝、龙眼、香蕉、菠萝等多种热带果树盛产区分布最北界限为主要依据。相当于≥10℃平均积温7000℃、最冷月平均气温12℃、极端低温多年平均值1.0℃和年平均气温21℃等气候要素的等值线。即从梧州→平南→桂平→宾阳→上林→都安→百色一线以南至北部湾沿海,都属于南亚热带季风气候。农业生产潜力大,农业结构应农林牧业结合。     

乌冈栎地理分布与水热环境因子的关系

在广泛收集乌冈栎地理分布资料的基础上,利用目前常用的植被与气候相互关系的研究方法,结合温暖指数(WI)、寒冷指数(CI)、干燥度指数(K)、水热综合指数(S)、年均生物温度(BT)、可蒸散量(PET)和年均可能蒸发量率(PER),以及单一的气象因子一月均温(TM-Jan)、七月均温(TM-Jul)、最高温(TMax)、最低温(TMin)、年均温(TM-A)、年均降水量(PM)等,对乌冈栎在东亚地区的地理分布及其与气候的关系进行了研究。结果表明:乌冈栎在中国地理分布在23°-34°N、100°-120°E,日本分布在26°-37°N、128°-140°E,均属于亚热带分布。气候环境指数研究的结果表明乌冈栎各项指数平均值均较低,与亚热带分布的青冈的指数接近,因此其性质为亚热带耐寒树种。通过热量曲线的比较,反映了中日两国乌冈栎分布范围的差异。结合主成分分析可知,影响乌冈栎分布的最主要因素是温度,并将其分布区划分为5类,包括:日本区(A)、中国华东区(B)中国西南部区(C)、中国西北部区(D)和中国南部区(E)。最后建立了乌冈栎生物地理模型,对预测该物种的分布提供了科学参考依据。     

气候条件对黄土高原水土保持植被结构的影响及其在植被建设中的意义

以黄河流域的资料为基础,运用数理统计的方法将描述水土保持植被结构的指标与气候指标相联系,揭示了气候条件对黄土高原水土保持植被结构的影响,在此基础上提出对乔木面积与乔灌草总面积的比率是否合理进行评价的方法。研究表明,年降水量是影响水土保持植被结构的最重要气候因素,乔木、灌木和草地与乔灌草总面积的比率与年降水量的相关系数的显著性水平均大大优于0.01。乔木、灌木和草地与乔灌草总面积的比率与年降水量的相关系数分别为0.72,-0.48,-0.47,逐渐减小,说明乔木、灌木和草类对降水的依赖程度逐渐减小。气温对水土保持植被的结构也有很大的影响,乔木、灌木和草地与乔灌草总面积的比率与年均温和≥10℃活动积温的相关系数显著性水平均大大优于0.01。同时,建立了乔木面积与乔灌草总面积的比率Rt与年降水量Pm、年均气温Ta、年最大雨量与年雨量之比Pmax/Pm、年均大风日数Dw之间的多元回归方程,该方程表明:年降水量越多,年均温越高,大风日数越少,年最大雨量与年雨量之比越低,则乔木面积与乔灌草总面积的比率越高。回归方程还表明,降水对乔木面积与乔灌草总面积的比率贡献最大,年均温的贡献次之,大风日数的贡献率居第3,年最大雨量与年雨量之比的贡献率居第4。基于这一回归方程,提出了对于不同地区水     

川西平原土壤微生物生物量碳氮磷含量特征及其影响因素分析

本文通过区域调查采样和统计分析,探讨了川西平原土壤微生物生物量碳（MBC）、土壤微生物生物量氮（MBN）和土壤微生物生物量磷（MBP）含量特征及其对气候、海拔、母质和土地利用等因素的响应,揭示了其关键影响因素,以期为川西平原地区土壤质量管理提供参考。结果表明,不同土壤类型的MBC、MBN和MBP含量表现为冲积土显著高于水稻土、潮土和黄壤（P<0.05）,潮土MBC/MBN显著高于水稻土。气候和海拔的影响为：MBC、MBN和MBP含量随着≥ 0℃积温、≥ 10℃积温、年均温和年均降水量的增加呈指数减少,而随干燥度和海拔增加呈线性增加。不同成土母质中,MBC、MBN和MBP含量均为灰色冲积物显著高于老冲积物。不同土地利用方式下,三者含量为草地显著高于水田和旱地,水田、旱地和林地差异不显著。皮尔森相关分析和冗余分析表明,MBC和MBN均与≥ 0℃积温、年均温呈极显著负相关（P<0.01）,与海拔呈极显著正相关关系,MBP与母质呈现极显著负相关关系。逐步回归分析表明,MBC主要受年均温、干燥度、年均降水量和母质的影响;MBN主要受海拔、干燥度和年均降水量的综合影响;MBP主要受母质、年均温、≥ 10℃积温和年均降水量的调控。因此,川西平原土壤MBC、MBN、MBP能灵敏地反映不同采样点气候的变化,可为该区气候变化下土壤碳、氮、磷的响应预测提供参考。     

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。     

新疆乌昌地区热量资源精细化时空变化分析

利用新疆乌鲁木齐市和昌吉回族自治州16个气象站1961-2009年的逐日平均气温和最低气温资料,使用线性趋势分析、Mann-Kendall检测以及基于ArcGIS的三维二次趋势面宏观地理因子模拟与反距离加权残差订正相结合的方法对农业气候热量要素的变化趋势、突变特性、各热量要素多年平均值及其突变前后变化量的精细化空间分布进行研究。结果表明：乌昌地区热量资源具有显著的区域性差异,年平均气温、7月平均气温、无霜冻期、≥0℃和≥10℃活动积温在空间分布上均表现为＂平原高于山区、北部高于南部＂的格局。受冬季逆温的影响,在山前倾斜平原至中山带,1月平均气温较北部平原和高山带高,而冬季负积温较北部平原和高山带少。在全球变暖背景下,近49a,乌昌地区年平均气温、1月和7月平均气温、≥0℃和≥10℃活动积温以及无霜冻期均有不同程度的升高或增多趋势,并于1973-2004年间先后发生了突变性的升高或增多,冬季负积温呈显著的减少趋势,并于1988年发生了突变性的减少,热量资源总体呈较明显的增多趋势。但各地热量资源的变化具有显著的区域性差异,突变后较突变前各热量要素增加量的空间分布总体表现为＂平原多于山区,城市密集区多于周边地区＂的分布格局。     

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。     

3种阔叶树种对持续干旱的生理响应及抗旱性评价

采用盆栽的试验方法,测定持续干旱条件下2年生五角枫、臭椿、黄连木幼苗的丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、细胞膜透性、叶片相对含水量、叶绿素、脯氨酸、光合生理参数,研究其对干旱胁迫的生理响应,并用隶属函数法进行抗旱性评价。结果表明:随干旱程度的加剧,3树种的MDA、细胞膜透性、脯氨酸都呈上升趋势,叶片相对含水量、净光合速率呈降低趋势;五角枫与臭椿叶片的SOD活性呈先升后降的变化趋势,黄连木叶片的SOD活性呈先升后降再升的变化趋势;五角枫与臭椿叶片叶绿素含量先升高后降低,黄连木叶片的叶绿素含量试验前后的变化不大;臭椿与黄连木叶片的水分利用效率呈先降后升再降的变化趋势,五角枫叶片的水分利用效率呈先升后降的变化趋势。经隶属函数法分析得出3树种的抗旱性大小表现为臭椿>黄连木>五角枫。通过灰色关联分析得出脯氨酸、SOD、叶片相对含水量与3树种的抗旱性关系最密切。     

基于GIS的陕南柑桔气候生态适宜性区划

陕南秦巴山区地处北亚热带气候区,是柑桔种植北缘地带。为了科学、合理地利用当地农业气候资源,进一步优化产业结构,达到趋利避害、防灾减灾的目的,本文根据陕南秦巴山区近30a的气候资料,采用极端最低气温多年平均值、1月平均气温、年平均气温及年降水量4个因子作为陕南柑桔气候适宜性区划指标;利用GIS空间分析及制图功能,在实现区划指标空间化基础上,采用模糊综合评判方法,对陕南秦巴山区柑桔气候适宜性进行区划,并对各适宜区柑桔生长气候条件优劣进行评述。结果表明,陕南柑桔气候适宜区主要分布于秦巴山区海拔700m以下的浅山丘陵区,在适宜区内,应根据地形特征,选择冷空气不易堆积的＂难进易出型＂丘陵坡地栽培,以减少冻害。     

SRES A1B情景下未来宁夏玉米生育期气候资源变化分析

玉米是宁夏的三大粮食作物之一,其种植分布广泛,中部干旱带和南部山区基本属于雨养玉米区,气候条件对当地的玉米生产影响很大。观测到的气候变化已经对当地农业造成不利影响,未来SRES A2和B2情景下宁夏地区的气候变化研究也有一定成果。由于气候变化引发宁夏的气温和降水出现异常,为分析未来中等排放情景下气候变化可能对当地玉米生产造成的影响,本文利用订正后的英国Hadley气候中心区域气候模式PRECIS模拟的情景数据,分析了SRES A1B情景下宁夏未来2020s、2050s和2080s时段相对于气候基准时段(1961—1990年)的玉米生育期(4—9月)平均气温、最高气温、最低气温、≥10℃有效积温和降水的变化,具体方法为先分析气候基准时段宁夏的气候要素分布并与实际状况进行比较,再将未来3个时段的气象要素与气候基准时段求差值(其中降水用距平百分率表示),分析未来玉米生育期的气候变化。结果表明:平均、最高和最低气温以及≥10℃有效积温的模拟值普遍低于实际值,且具有相似的北高南低的空间分布状态,而降水的模拟值在大范围区域内高于实测值,亦呈现出相似的南高北低分布状态,总体来讲模拟值可以较合理地反映出宁夏的实际状况。相对于气候基准时段,未来各气象要素总体表现为增加,且增幅随时间推移而加大;未来最高气温在宁夏南部增加剧烈,平均气温、最低气温和≥10℃有效积温在宁夏北部增加较多,降水则呈现北增南减的分布。在未来3个时段,最高气温和降水分别为增量最大和波动最大的气象要素,出现极端高温天气和发生干旱或洪涝等异常气候事件的可能性增大。总体上看,未来气温升高对宁夏北部灌区的玉米生产有一定促进作用,尤其是≥10℃有效积温的增加可以提供更充足的热量;而南部山区气温增加虽然对玉米生产有利,但是未来降水的减少将会给雨养玉米造成不利影响,应当采取合理的应对措施。     

黔东南地区近49年的气候变化特征

利用黔东南地区16个气象观测站1961-2009年的逐日气象观测资料,采用常规统计方法和墨西哥帽小波变换方法,分析了黔东南地区近49a气温、降水、相对湿度和日照的地理分布及气候特征、年际变化趋势等。结果表明：黔东南地区近49a来年平均气温、平均最高气温的变化趋势不显著,而平均最低气温呈显著的上升趋势,其上升速率为0.146℃.10a-1;且具有3a、17a和36a的振荡周期特征,同时年平均气温具有从东南向西北递减、东部的等值线呈经向分布的特征。年平均降水量的线性变化趋势不显著但暴雨日数有显著增加趋势;年降水量具有3a和18a的准周期变化特征,同时呈由东向南、由西向北递减的趋势。年平均相对湿度的线性变化趋势也不显著,但具有3a、8a和11a的振荡周期变化特征。年平均日照时数呈显著的下降趋势,其下降速率为25.835h.10a^-1,且具有4a、10a和20a的振荡周期变化特征。黔东南地区近49a来总体上气候向暧干方向发展,同时还具有气温偏高时,降水量就偏少;气温偏低时,降水量就偏多的气候特征。     

海南岛农业气候资源的时空变化特征

基于海南岛18个气象站1961-2010年的气温、降水量、日照时数等观测资料,分Ⅰ（1961-1980）、Ⅱ（1981-2010）两个时段计算与农业生产密切相关的年平均气温、1月平均气温、不同界限温度的积温、全年及≥15℃和≥20℃界限温度生长期间的日照时数、湿润度等光热水指标的年平均值和各指标1961-2010年的气候倾向率,同时结合海南岛主要种植作物类型,分析各指标的时空变化特征。结果表明：1961-2010年,海南岛各站年平均气温、1月均温和≥10℃、≥15℃、≥20℃的积温均呈增加趋势,平均增速分别为0.26、0.36℃·10a-1和94.4、130.1、147.4℃·d·10a-1,且大部站点增加显著（P＜0.05）。与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ适宜热带作物种植的区域面积扩大、不适宜面积缩小。18个站全年、≥15℃和≥20℃界限温度生长期间日照时数的气候倾向率均值分别为-52、-37和-19h·10a-1,大部站点呈减少趋势,其中,全年和≥15℃界限温度生长期间日照时数下降显著的站点所占比例分别为72%和56%,主要分布在北部、东部和南部沿海地区,≥20℃界限温度生长期间对应的比例为33%,主要位于北部。与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ日照时数低值区明显扩大,高值区缩小。18个站点全年、≥15℃和≥20℃界限温度生长期间降水量的气候倾向率均值分别为40、41和47mm·10a-1,绝大多数站点变化趋势不显著,仅文昌市和三亚市增加显著,与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ高值区明显扩大,低值区略缩小。湿润指数分布状况及变化趋势与降水量相似。     

华北平原近45年农业气候资源变化特征分析

利用华北平原53个气象站1961—2005年逐日气温、降水资料,运用最小二乘法进行线性倾向估计,分析华北平原主要农业气候资源时间、空间变化趋势及其差异。结果表明：华北平原年≥0℃活动积温、5-10月≥10℃活动积温以及〈0℃负积温绝对值的变化与年平均气温的变化密切相关,20世纪60年代-70年代中期是热量贫乏阶段,70年代中期-90年代末是热量增加阶段,90年代末-2005年热量最丰富,但趋势表现为减少;华北北部和东部沿海热量增加趋势明显,中南部≥10℃活动积温呈减少趋势;华北平原全年、夏季降水量减少趋势不显著,但年际间变化增大,多年来降水偏少,2003—2005年的降水量增加;华北平原降水量分配在南北之间、沿海与内陆之间趋于平均,夏季表现尤为明显。