全球变化下秦岭南北旱涝时空变化格局

依据1961年-2010年秦岭南北59个气象站逐月降水数据,采用标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI)和经验正交函数分解法(Empirical Orthogonal Function,EOF)对秦岭南北旱涝时空变化特征进行了分析.结果显示:①秦岭南北近50 a气候总体呈暖干化趋势,降水变化经历了四个时期:正常期-湿润期-干旱期-过渡期;②关中、陕南两地的旱涝等级变化,无论从步调上还是趋势上都基本一致.关中旱涝等级年代波动幅度小于陕南,暖干化程度大于陕南;③EOF分析得出近50a秦岭南北降水主要空间分布类型为:受大尺度气候变暖影响,降水量以秦岭为界,关中地区由北向南纬向递增,陕南呈现西南-东北向带状分布的全区一致型,这是最主要的分布特征.此外受纬度因素、季风气候、小尺度地貌单元等综合因素的影响,有西北(渭北旱塬)-东南(大巴山地区)向的降水分布相反型,以汉中盆地为正值中心的东北-西南向降水分布相反型,以汉江谷地中段为负值中心的东西向降水分布相反型.     

1960-2013 年中国东南沿海地区旱涝时空变化特征及其趋势分析

采用气候倾向率、标准化降水蒸散指数(SPEI)和Mann-Kendall趋势分析等气候诊断方法,分析了1960-2013年我国东南沿海地区旱涝灾害的时空变化特征。结果表明:1近54年东南沿海地区气候暖化趋势明显,增温速率从南向北逐渐增加,浙江增温明显高于广东,降水稳定波动,并未表现出明显的线性增长;2近54年东南沿海地区旱涝变化具有明显的阶段性,20世纪60年代以旱灾为主,70年代涝灾频率呈上升趋势,80年代旱涝频次大致相当,90年代旱灾减少,极端涝灾增多,2000-2013年正常年份逐渐减少,旱灾大幅增加;3在空间分布上,东南沿海旱涝频次具有明显的地域分异,旱灾呈现为“南少北多”的格局,广东西南沿海、福建北部以及浙江南部旱灾频次相对较高;涝灾表现出“南重北轻”的格局,雷州半岛,福建建瓯、德化、龙岩等地和浙江东部地区更易发生涝灾;4在空间变化趋势上,历史上旱灾频次较低、涝灾频次较高的华南地区趋于干旱,旱灾频次较高、涝灾频次较低的北部地区趋于湿润;不同地区旱涝变化的季节响应存在差异,粤北以春冬旱为主,闽南以春秋旱为主,浙江北部全年均呈现湿润趋势;5在区域尺度上,东南沿海地区旱涝灾害与气候暖化并不同步,广东气温增幅相对较小,降水变化平稳,区域旱灾频次明显上升;浙江增温幅度最为明显,但是并未呈现干旱化趋势,相反涝灾呈现增加趋势。     

1990-2010年湘江流域城镇化过程时空分异特征

快速城镇化发展阶段,中国正面临城市人口增长与土地扩张脱节、空城增多等诸多问题。准确识别这一过程中人口和土地城镇化的时空发展规律,对于合理规划、指导区域城镇化建设具有重要意义。以载负生态环境保护重任的湘江流域为对象,选用离差系数指标、借助GIS空间自相关模型动态评估了1990-2010年湘江流域各县级单元人口与土地城镇化水平的协调程度及时空集聚特征。结果表明,湘江流域人口和土地城镇化水平整体上均呈现上升趋势,但人口城镇化水平增速普遍较低、增长速率明显滞后于土地城镇化速率。相对于单中心的人口城镇化过程,湘江流域土地城镇化过程呈现出以长株潭城市群、娄底市、邵阳市、衡阳市为中心的多核组团圈层式发展结构。流域人口与土地城镇化过程呈现失调趋势,失调区域主要集中分布在湘江流域的“一核四轴”,呈显著空间聚集状态。     

海河流域不同等级降水时空变化特征及其影响

利用1961-2012年海河流域35个气象台站的逐日降水资料,采用连续复小波(Morlet)、正交函数分解法(EOF)、线性回归分析法、滑动t检验及空间差值法等,研究不同等级降水的时空变化特征及其影响。研究结果表明:(1)海河流域年降水量存在5a、15a、25a左右的周期变化;降水变化场表现出全区一致多雨或少雨、南-北向降水分布相反、东南-西北向降水分布相反的空间分布特征;(2)海河流域夏季对年降水量、年降水日数和年平均降水强度的贡献最大,各时间尺度降水日数均以小雨为主,各级别降水强度也均呈夏、秋、春、冬季依次递减。其中,年暴雨量和暴雨强度、夏季暴雨量和暴雨日数均呈明显减小趋势,夏季大雨量和大雨日数也有明显减少趋势;(3)永定河系对全流域降水量和降水强度的贡献最小,各子流域降水日数也均以小雨为主。其中,永定、子牙、大清河系的暴雨量和永定、大清、北三河系的暴雨强度均呈明显减少趋势,北三河系的大雨量和大雨日数减少趋势明显,子牙河系的中雨量、中雨日数和中雨强度均呈明显减少趋势;(4)海河流域降水的时空变化会引起地表径流减少和地下水位下降,导致海河流域水资源短缺现象恶化。     

泾河流域土地利用格局的时空变化分析

本文以泾河流域为例,应用遥感与GIS方法,对该流域1986年、1995年和20∞年3个时期的土地利用变化情况及其特点进行了分析.结果表明:①从1986年至2000年,泾河流域土地利用结构变化不大,均以草地和耕地为主,二者始终占流域总面积的85%以上;其次是林地,占流域总面积的10%左右,其他3种土地利用类型仅占流域总面积的5%左右;②土地利用变化总体来说,林地和草地呈现减少趋势,建设用地和耕地则呈增加趋势;未利用土地和水域面积变化不大;③从1986年至2000年这15年间不同土地利用类型间的相互转化比较复杂,主要发生在林地、草地和耕地三者之间,以草地一耕地转型为最大,达14.87×104hm2.值得注意的是,在草地的亚类间发生的变化,要远大于大类间的相互转化,转化面积均在53×104hm2以上,占草地总面积的1/6,这一变化过程虽然没影响到草地的面积,但却暗示了草地质量先退化后恢复的演变趋势;④政策、城镇扩张和人口增加是造成泾河流域土地利用变化的3个主要原因.     

淠河流域汛期旱涝变化的周期性与旱涝等级状态预测

淠河流域汛期旱涝灾害频发,严重影响当地的经济发展和居民生命财产安全。研究汛期旱涝灾害演变规律及趋势对指导区域内科学防灾、减灾、救灾具有重要的现实意义。本文将墨西哥帽小波和叠加马尔科夫链分析相结合探讨淠河流域汛期旱涝的演变规律,并对未来年份进行预测。结果表明,在不同时间尺度上流域汛期具有不同的旱涝演变情景,2003年以来在偏涝的背景下发生洪涝灾害的风险大。近50年来淠河流域汛期旱涝演变的第一主周期为2年,第二主周期为9年。叠加马氏链可以准确预测汛期旱涝等级状态,淠河流域汛期涝年各等级出现的概率均大于相应的旱年等级,重现期短于后者。小波分析为马尔科夫链方法提供趋势和背景,马氏链可以实现中短期汛期年景预测,两者互为补充,互为验证,可以提高预测精度和可靠性。     

1961-2013年东北三省极端气候事件时空格局及变化

东北三省是中国重要的商品粮基地。本文基于东北三省1961-2013年71个台站逐日气温、降水资料,选取了“欧洲地区极端事件统计和区域动力降尺度”（STARDEX）项目提出的57个极端指数中的8个核心指数,分析和揭示东北三省极端气候事件的空间格局及变化,研究结果可为降低东北三省自然灾害对农业生产的影响,以及制定应对气候风险的策略提供依据。研究结果表明：①年和四季的高温阈值、低温阈值与最长热浪天数均随时间呈现波动上升趋势,年和春、秋、冬季的霜冻日数随年际表现为下降趋势;②东北三省西南地区易发生极端高温事件,北部易发生极端低温事件。同时北部亦是年和春、秋霜冻日数的高值分布区,且高温热浪的天数相对较长（高温热浪的季节）;③年和秋季强降水阈值随时间呈现波动下降趋势,而春、夏和冬季强降水阈值呈现波动上升趋势;年和春、夏、冬季强降水比例和强降水日数亦随年际呈现波动上升趋势,秋季强降水比例和强降水日数则表现为下降趋势;年和春、秋、冬季的持续干期呈现下降趋势,夏季呈现上升趋势;④东南部是极端降水事件的高发区,夏季与春季、秋季为极端降水事件易发的季节,极端事件增多,且向西部蔓延。年与四季的持续干期的分布均呈现西长东短的特点。     

1961-2012年盛夏持续性旱涝异常分析及预测

利用国家气象信息中心提供的中国西北东部地区1961-2012年盛夏(7-8月)156个台站逐月降水量、国家气候中心提供的74个环流指数以及NCAR/NCEP月平均再分析资料,通过定义盛夏持续性旱涝指数,对中国西北东南部地区盛夏持续性旱涝异常的环流特征进行分析,并建立预测模型,结果表明:近半个世纪来西北东南部盛夏持续性干旱事件发生略多于持续性洪涝事件,但持续性洪涝事件的强度明显强于持续性干旱事件。在持续性涝年乌拉尔山脊明显偏强,西太平洋副热带高压偏西偏强,南亚高压偏东偏强,而且表现为双峰型,低层风场表现为辐合,高层表现为辐散,垂直场上表现为上升运动,且来自印度洋和太平洋的异常水汽能够输送到西北东南部,水汽散度场表现为辐合,因此降水偏多。而持续性旱年正好相反,因此降水偏少。利用前期大气环流指数对持续性旱涝指数建立的集合预报模型具有一定的预测能力,从而为西北东南部盛夏持续性旱涝现象的短期气候预测提供参考依据。     

1960-2008年淮河流域面雨量时空变化及径流响应

利用淮河流域1960-2008年141个气象站的日降水资料,以及王家坝和吴家渡水文站的日实测流量资料,分析研究时段内淮河流域面雨量时空变化特征及水文站实测径流量的响应,初步探讨实测径流量与降水的相关关系。结果表明,1960-2008年淮河流域面雨量呈增加趋势,但增加趋势不显著。淮河流域面雨量年内分配极不均匀,有显著的季节变化,且年际变幅大,区域差异明显。与面雨量相对应,淮河中上游主要水文站实测径流量存在明显年际震荡,这种年际差异在淮河中游更为显著,水资源更加不稳定。近50年来淮河中上游径流量变化趋势和其汇水区域面雨量变化趋势基本一致,两者呈显著的正相关,降水是影响该区域实测径流的一个重要因素,人类活动对实测径流的影响不明显。     

黄河流域电力产业时空发展格局及绿色化发展路径

黄河流域能源矿产资源丰富,风、光、水能富集,电力产业发展基础良好、历史悠久。能否充分发挥电力产业经济、社会积极效益,严控生态环境负面影响,对黄河流域生态保护和高质量发展意义重大,也关乎我国能源供应与安全保障的整体格局。文章通过对6 000千瓦及以上电厂微观数据的分析,从电厂建设、电力生产等方面刻画了2003—2017年黄河流域电力产业时空发展格局。当前,黄河流域电力产业时空发展格局的形成主要受到资源禀赋和用电需求的双重影响。黄河流域电力产业现存问题主要表现在水电增量空间较小、火电装机过剩且发电效率偏低、风电和光电消纳不足。为了实现电力产业绿色化发展,应推动火电去产能,实现火电清洁高效利用,通过电力改革和制度创新,推进资源型产业融合发展;通过"煤电灵活性改造""水光互补"等手段,解决风电和太阳能发电消纳问题,协调风电和光电发展过程中形成的矛盾问题;推动电力技术进步和体制机制创新带动区域发展。     

黄河流域科技创新的时空格局及其经济效应

基于2005-2018年专利授权数据,构建科技创新评价指标,使用空间分析方法和空间计量模型探讨黄河流域科技创新时空格局及其经济效应.研究发现:(1)黄河流域科技创新规模、质量、活力和综合水平呈不断提升趋势,不同城市间科技创新水平差异较大,全局Moran's Ⅰ呈现先增大够降低的倒"U"型特征;(2)科技创新综合水平呈现...     

1960年至2012年黄河流域极端降水时空变化

利用黄河流域1960-2012年76个气象台站53a的逐日降水资料,应用趋势分析法、小波分析法、Mann-Kendall 突变分析法、反距离加权法,研究极端降水时空变化。结果表明：①时间上,极端降水量、降水频数、降水强度倾向率分别为-0.64mm/10a、-0.0079d/10a和-0.078mm·d^-1/10a,仅有极端降水比率表现为增长趋势,倾向率为0.49%/10a。极端降水量、降水频数、降水比率的突变时间不明显,而极端降水强度在1967年存在明显突变。极端降水指数均存在有28a和17a两个主振荡周期。上、中和下游极端降水量趋势变化发生转折的时间分别为1982年、2000年和1974年,UF与UB曲线均存在有多个交点,但都不是突变时间点;②空间上,黄河流域极端降水量由西北至东南呈阶梯式增多趋势,极端降水频数由流域北部向南部逐渐增大,极端降水强度和降水比率呈由西向东逐渐递增的规律。53a来,黄河流域极端降水量在流域西部、北部和西安周边地区呈不断增加趋势,极端降水频数在流域西部和北部地区具有增加态势,极端降水强度增加的区域主要分布在西宁和兰州周边以及银川—西安一带,极端降水比率整体呈增加趋势。     

2000-2012年宁夏黄河流域生态安全综合评价

开展区域生态案例综合评价,可为地区生态案例建设以及生态可持续发展提供理论参考。本文以“3S”技术为支撑,结合宁夏黄河流域的实际情况,构建了生态安全评价体系,对流域2000年和2012年生态安全等级进行了评价;分析了流域2000年和2012年生态安全状况的时空演变情况,并对生态安全的主要影响因素进行了探讨。研究结果表明：①流域生态安全水平有所增强,但整体上仍处于欠安全级别;②空间上,流域中部的沙坡头、红寺堡和东部盐池县的生态安全有恶化趋势;流域北部的黄河灌区和流域南部山区生态安全状况有明显改善;③2000-2012年以来,植被覆盖度与地下水资源有所增加,使得流域生态安全水平总体上有所提高;但在沙坡头、中宁、盐池、红寺堡等部分区域,因地下水与地表径流减少导致局部生态安全水平有所降低。未来生态建设中,需因地制宜,通过保护与恢复地下水资源、保护地表径流、结合生物与工程措施,改善生态环境,提高地区生态安全综合水平。     

1961-2013年山西省极端气候事件时空演变特征

利用中国气象局整编的山西18个台站1961-2013年的逐日气温、降水数据,采用极端事件定义方法和Mann-kendall突变检验等方法,计算与植被生长的水热条件与寒旱灾害直接相关的极端气候事件指数,分析1961-2013年山西省极端温度和降水气候事件的时空演变特征。结果表明,研究区极端温度事件的发生频率与持续时间在前30年呈平稳态势,20世纪90年代后变化迅速。表征极端低温事件的霜日日数(FD0)、冷昼日数(TX10P)、冷夜日数(TN10P)、冷持续指数(CSDI) 等指数均呈现下降趋势,而表征极端高温事件的夏日指数(SU25)、作物生长期(GSL)、暖昼日数(TX90P)、暖夜日数(TN90P)、热持续指数(WSDI)则均呈上升趋势。极端降水指数除普通日降水强度(SDII)和持续干燥指数(CDD)外均呈下降趋势,表明该地降水总量略有减少,但降水强度和持续干燥指数却有所增加。与极端高温事件发生频率的加剧出现在90年代初不同,表征强降水事件发生频率和强度的极端降水指标的显著变化发生在70年代。在空间尺度上,与温度相关的极端气温指数呈现出由南向北递减的分布规律,冷、暖系列指数表明晋南地区最高,晋北地区最低。与降水量相关的极端降水指数也呈南高北低的规律,最近一个时段的强降水事件有所增加。     

1961-2012年云南省极端气温时空演变规律研究

利用云南省122个气象观测站1961-2012年逐月极值气温资料,采用线性趋势分析等方法分析1961-2012年云南省四季和年极端气温的变化趋势特征。结果表明:低纬高原地区年平均最高(最低)气温及四季最高(最低)气温的空间分布呈现北低南高的形式,整体上从滇西北向南随纬度的降低而增加,表现出明显的地区差异,最高(最低)气温的高值区域主要分布在河谷地区、云南南部地区,最高气温和最低气温的分布特征不仅受复杂地形的影响,而且还与观测站的海拔高度有关。最高(最低)气温低值区域主要分布在滇西北、滇东北;云南年平均最高气温与夏、秋、冬季最高气温的变化趋势基本相似,春季最高(最低)气温的变化具有明显的区域特征。除局部地区有降温外,升温趋势是最大的特点,升温最快的区域在滇西北。云南最高气温和最低气温的变化均呈明显的增温趋势,而最低气温的变化速度比最高气温的升温幅度快,说明云南的冷事件在减少,暖事件在增多。最高气温和最低气温的突变时间分别发生在2001年和1993年,最高气温的极大值出现在2010年,而最低气温的最大值也发生在2010年。不同气候类型代表站极端气温具有年代际和年际变化周期;极端气温发生的突变时间不同,而部分代表站的极端气温并未发生突变。     

1960-2010年巴尔喀什湖流域干湿特征分析

根据巴尔喀什湖流域24个气象站1960-2010年逐月降水资料,在采用Kriging插值分析流域多年平均降水量及降水增率空间分布的基础上,通过SPI、Z、PDECI 3种干湿指标对比印证,分析了巴尔喀什湖流域的年际干湿变化特征、干湿事件发生频次、持续时间以及典型年干湿空间分布特征。研究结果显示：①巴尔喀什湖流域年际干湿交替出现,3个月尺度下的偏旱事件多发生在2-4月,偏涝事件多发生在6-8月;②20世纪70年代以后,湿润事件持续时间逐步增长;进入21世纪,湿润事件发生频次显著增加;3种指标印证结果显示,流域正处在湿润周期内;③ 典型丰、平、枯水年条件下,流域依次呈现“东南干旱、西部湿润”、“东北干旱、东南湿润”、“南部干旱、西部湿润”的干湿空间分布特征。研究成果有助于揭示巴尔喀什湖地区气候环境变化,可为流域水陆生态环境保护提供一定的参考。     

黄河流域矿产资源开发的生态环境影响与空间管控路径

黄河流域作为中国的“能源流域”,合理有序开发矿产资源、统筹协调矿产资源开发与生态环境保护之间的关系,对于黄河流域能矿经济可持续发展和生态保护具有重要现实意义。本文以黄河流域为研究区,综合运用多指标综合评价法、胁迫耦合分析法和GIS空间分析等方法技术,从生态本底的脆弱程度、对重要生态功能区的空间胁迫性以及对重要生态环境因子的胁迫程度等多个层面,分析了区域矿产资源开发对生态环境的胁迫特征及空间分布,将黄河流域46个矿区城市划分为本底胁迫、生态功能胁迫、开发胁迫、本底+开发胁迫、开发+生态功能胁迫、本底+生态功能胁迫、全面胁迫和无胁迫8种不同类型区,并从生态环境保护的角度提出黄河流域矿产资源开发地区的管控路径：①空间管控：严格限制大规模高强度工业化城镇化开发,尤其是控制矿区的开发边界;②强度管控：针对于生态本底脆弱的地区,强度和总体开发规模的管控要兼而并举;③开发方式管控：注重能矿产业的结构调整与升级,在空间上要注重集中建设,宜矿则矿、宜工则工、宜聚则聚。