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西北干旱区气候变化对灌溉春玉米生产的影响

中国农业气象 2024年第7期45卷 745-755页

作者：褚超雷俊阳仁贵齐月李强杨庆怡姚玉璧施磊张掖市气象局张掖734000 兰州资源环境职业技术大学/黄河流域生态环境产教融合研究院/甘肃省气候资源利用与防灾减灾重点实验室兰州730021 定西市气象局定西743000 中国气象局兰州干旱气象研究所兰州730020

基于河西走廊中部1984-2022年灌溉春玉米定位观测试验,结合同期气象资料,采用线性回归、相关分析和M-K突变检验等方法,分析气候变化对西北干旱区灌溉春玉米生育期和产量的影响。结果表明:春玉米全生育期平均气温以0.76℃·10a^(-1)的速... 详细信息

基于河西走廊中部1984-2022年灌溉春玉米定位观测试验,结合同期气象资料,采用线性回归、相关分析和M-K突变检验等方法,分析气候变化对西北干旱区灌溉春玉米生育期和产量的影响。结果表明:春玉米全生育期平均气温以0.76℃·10a^(-1)的速率呈极显著上升趋势(P<0.01)。≥10℃活动积温呈显著增加趋势,平均每10a增加135.80℃·d。全生育期降水量增加趋势不显著,但乳熟-成熟期以4.50mm·10a^(-1)的速率显著增加(P<0.05)。1984-2004年日照时数以126.88h·10a^(-1)的速率显著增多,近19a以109.38h·10a^(-1)的速率显著减少。1984-2004年春玉米生长期长度以9.86d·10a^(-1)的速率显著延长,近19a以7.39d·10a^(-1)的速率显著缩短。播种-出苗期和七叶-拔节期长度与气温呈显著负相关;播种-出苗期、三叶-七叶期和吐丝-乳熟期长度与降水量呈显著正相关;各生育期长度均与日照时数呈显著正相关。研究期内春玉米产量呈波动变化,气候产量与全生育期内降水量呈显著负相关。综上所述,西北干旱区气候变化对当前灌溉方式下的春玉米生产不利。

关键词：气候变化灌溉春玉米生育期产量西北干旱区

干旱形成机制与预测理论方法及其灾害风险特征研究进展与展望

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气象学报 2024年第1期82卷 1-21页

作者：张强李栋梁姚玉璧王芝兰王莺王静王劲松王素萍岳平王慧韩兰英司东李清泉曾刚王欢中国气象局兰州干旱气象研究所/甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室/中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室兰州730020 甘肃省气象局兰州730020 南京信息工程大学大气科学学院南京210044 兰州资源环境职业技术大学气象学院兰州730021 兰州区域气候中心兰州730020 中国科学院大气物理研究所北京100029 国家气候中心北京100081 四川师范大学地理与资源科学学院成都610066

在全球变暖背景下,干旱事件发生的频率和强度不断增大、影响不断加重,干旱发生规律的异常性和机制的复杂性也更为突出,对干旱形成机制、预测理论方法及灾害风险变化规律等方面都提出了新的挑战,也制约了当前干旱预测、预警及其灾害防控... 详细信息

在全球变暖背景下,干旱事件发生的频率和强度不断增大、影响不断加重,干旱发生规律的异常性和机制的复杂性也更为突出,对干旱形成机制、预测理论方法及灾害风险变化规律等方面都提出了新的挑战,也制约了当前干旱预测、预警及其灾害防控能力的提高。近年来,在国家重点基础研究发展计划(973计划)课题等多个国家级项目支持下,已在干旱灾害形成机制与预测理论方法及其风险特征方面取得了一系列新成果。通过动力诊断、数值模拟和田间试验等方法,开展了干旱形成的多因子协同作用和多尺度叠加机制、干旱致灾过程的逐阶递进特征,以及干旱灾害风险分布演化的主控因素等方面的研究。对如下几方面的新进展进行了系统总结归纳:(1)厘清了全球变暖背景下青藏高原热力、海温、夏季风、遥相关等多因子对干旱形成的作用机制。(2)发现了降水亏缺时间尺度和农作物不同生长阶段的干旱敏感性规律。(3)揭示了变暖背景下典型区域干旱灾害风险分布及其变异的新特征;构建了干旱灾害风险新概念模型。(4)研发了东亚季风区的季节和次季节干旱集成预测系统。在总结归纳已取得研究成果的基础上,对未来干旱形成机制及其灾害风险科学研究进行了展望,提出了5个重点研究方向:(1)多因子联动及其多尺度叠加效应对干旱形成的影响;(2)系统整合人类活动和决策以及相关反馈的气候模式研究;(3)揭示陆-气耦合和大气环流协同作用对干旱的影响;(4)认识干旱灾害对粮食安全和生态安全影响的关键过程;(5)提高不同气候情景下干旱预估的准确度。

关键词：干旱灾害形成机制预测理论风险特征协同作用

中国太阳能资源评估及其利用效率研究进展与展望

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太阳能学报 2022年第10期43卷 524-535页

作者：姚玉璧郑绍忠杨扬张民赵继锋李强兰州资源环境职业技术大学/甘肃省气候资源利用与防灾减灾重点实验室兰州730021 中国气象局兰州干旱气象研究所兰州730020

围绕太阳能资源分布特征、资源潜力评估和太阳能利用效率的研究,从中国太阳能资源估算及其分布特征、中国太阳能资源潜力评估、太阳能利用方式及其太阳能利用效率研究、光伏发电效率评估、气候变化因子对光伏发电效率的影响等方面,归纳... 详细信息

围绕太阳能资源分布特征、资源潜力评估和太阳能利用效率的研究,从中国太阳能资源估算及其分布特征、中国太阳能资源潜力评估、太阳能利用方式及其太阳能利用效率研究、光伏发电效率评估、气候变化因子对光伏发电效率的影响等方面,归纳凝练了太阳能资源评估及其利用效率研究的主要成果。结合相关研究的国际前沿、热点问题和社会经济发展需求,剖析了研究中存在的不足和问题;提出加强气候变化背景下太阳能高辐射区光能资源变化新特征研究、深化太阳能高辐射区太阳能发电效率评估研究、深入开展气候变化因子对光伏发电效率的影响及其机制的研究、细化光能开发潜力评估、进一步完善光伏发电效率预测系统、推动绿色低碳社会经济发展等中国未来太阳能资源评估及利用研究需要重点关注的方向。

关键词：太阳能能源利用效率进展与展望中国

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中国西北地区太阳辐射时空分异特征

干旱区研究 2023年第6期40卷 863-873页

作者：姚玉璧郑绍忠董宏昌石界张民夏权兰州资源环境职业技术大学黄河流域生态环境产教融合研究院甘肃省气候资源利用与防灾减灾重点实验室甘肃兰州730021 中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃兰州730020 甘肃省定西市气象局甘肃定西743000

应用近60 a中国西北169个国家基本气象站气象观测资料,对中国西北总辐射的时域变化、空间分布和次区域时空演变特征进行了研究。结果表明:(1)青海西北部的柴达木盆地和甘肃西部为太阳能资源最丰富区,陕西南部和甘肃东南部的较小区域为... 详细信息

应用近60 a中国西北169个国家基本气象站气象观测资料,对中国西北总辐射的时域变化、空间分布和次区域时空演变特征进行了研究。结果表明:(1)青海西北部的柴达木盆地和甘肃西部为太阳能资源最丰富区,陕西南部和甘肃东南部的较小区域为资源丰富区,其余大面积区域均为资源很丰富区。(2)1961—2020年除新疆西南部、甘肃和新疆接壤区、甘肃北部和陕西北部的小范围区域总辐射呈上升趋势外,西北大部分区域总辐射呈下降趋势。(3)EOF第一模态特征向量场表明,总辐射振荡强度由西向东加强,各分量高载荷区主要集中于中东部,该区域是总辐射易出现异常、振荡强且敏感的地区。(4)EOF第二模态特征向量场自西向东呈双偶极子型;青海全境和甘肃大部为正值区域,也是总辐射异常振荡最强的区域。(5)依据REOF特征向量不同模态空间分异结构类型,可将研究区域划分为主要受东亚季风影响的“西北东部异常型”、主要受东亚季风影响边缘区的“西北中部异常型”和主要受西风带影响的“西北西部异常型”等3个次区域。3个次区域总辐射减少的突变点分别出现在1973年、2017年和2008年。

关键词：总辐射空间异常分型次区域变化中国西北

1961—2017年黄河源区日照时数变化趋势及影响因子分析

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太阳能学报 2022年第11期43卷 125-131页

作者：汪治桂王兴丽王建兵姚玉璧吉哲君赵慧珍甘南州气象局合作747000 兰州资源环境职业技术大学兰州730020

利用黄河源区7个气象站1961—2017年的日照时数、平均总云量、降水日数、相对湿度等地面气象观测资料,对近57年黄河源区日照时数的变化趋势及影响因子进行分析。发现黄河源区年日照时数的空间分布呈北多南少的特点,位于北部的玛多、兴... 详细信息

利用黄河源区7个气象站1961—2017年的日照时数、平均总云量、降水日数、相对湿度等地面气象观测资料,对近57年黄河源区日照时数的变化趋势及影响因子进行分析。发现黄河源区年日照时数的空间分布呈北多南少的特点,位于北部的玛多、兴海日照时数最多,而位于南部的久治、红原最少;各季节日照时数的空间分布特征与年日照时数相似。黄河源区日照时数的年际变化表现为兴海、红原的年日照时数呈下降趋势,下降趋势分别为-28.6 h/10 a、-18.4 h/10 a,其余各地均呈上升的趋势,玛多上升趋势最明显,为22.4 h/10 a。黄河源区日照时数的月际变化表现为明显的三峰二谷的特征,4、8、11月份为3个高值时段,6、9月份为2个低值时段,其中9月份日照时数为全年最低。周期分析结果表明:黄河源区日照时数的周期变化主要以2 a、4~6 a、10~13 a和22~30 a周期为主。源区日照时数和平均总云量、降水日数、相对湿度呈明显的负相关;空间分布上随总云量、降水日数、相对湿度自南向北的减少日照时数明显增多;日照时数与总云量的相关性最好,尤其季节总云量的变化对年日照时数的变化影响最敏感。源区总云量与日照时数在空间分布上恰好相反。降水日数、相对湿度的减少也是源区日照时数增加的一个重要原因。黄河源区太阳能资源丰富,且黄河源头—吉迈区间日照时数呈持续增加的趋势,有利于太阳能资源的开发和利用。

关键词：太阳能资源黄河源区日照时数空间分布变化趋势影响因子

敦煌太阳总辐射多时间尺度变化特征及影响因素

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干旱区研究 2023年第12期40卷 1885-1897页

作者：王云鹏李红英姚玉璧李栋梁范琦玮刘香萍酒泉市气象局甘肃酒泉735000 兰州资源环境职业技术大学甘肃兰州730021 南京信息工程大学江苏南京210044 敦煌市气象局甘肃敦煌736200

采用集合经验模态分解(EEMD)以及M-K突变检验方法,基于敦煌市1971—2020年太阳总辐射、相对湿度、总云量和沙尘日数等气象资料,分析了敦煌市太阳总辐射演变的多时间尺度特征,探讨了影响敦煌市太阳辐射的关键气象因素。结果表明:(1)1971... 详细信息

采用集合经验模态分解(EEMD)以及M-K突变检验方法,基于敦煌市1971—2020年太阳总辐射、相对湿度、总云量和沙尘日数等气象资料,分析了敦煌市太阳总辐射演变的多时间尺度特征,探讨了影响敦煌市太阳辐射的关键气象因素。结果表明:(1)1971—2020年敦煌市年太阳总辐射上升趋势显著,线性气候倾向率为49.6 MJ·m^(-2)·(10a)^(-1),多年平均年辐射量为6354.0 MJ·m^(-2),属于太阳能资源最丰富区。年辐射在1970年代最少,2010年代最大。敦煌市太阳辐射四季分明,辐射量夏季>春季>秋季>冬季,分别以32.5、13.4、2.9 MJ·m^(-2)·(10a)^(-1)和1.1 MJ·m^(-2)∙(10a)^(-1)的速率增加。近50 a敦煌市太阳总辐射以2.9 a和7.1 a的年际变化和16.7 a的年代际变化占主导地位。(2)月太阳辐射变化呈“单峰型”,从3月开始急剧增加,5月达峰值,6月开始逐渐下降,12月达全年最低值。太阳总辐射小时分布呈单峰型,一天中最大值出现在12:00—13:00。(3)年、春季和夏季太阳辐射变化的突变时间为1997年、2000年和1982年。(4)影响敦煌太阳辐射的气象要素可归结为三个因子:大气透明度因子、光照因子和湿度因子,不同季节各气象因子与太阳辐射的相关性有所差异。

关键词：太阳辐射变化特征集合经验模态方法突变检验气象要素敦煌

气候变化对亚高山草甸类草地牧草生长发育的影响

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资源科学 2008年第12期30卷 1839-1845页

作者：姚玉璧张秀云段永良中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室兰州730020 中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室兰州730020 中国气象局成都高原气象研究所成都610071 甘肃省定西市气象局定西743000 甘肃省天水市气象局天水741000

利用亚高山草甸类草地牧草生长发育定位观测资料和对应气象观测资料，分析气候变化对牧草生长发育的影响。结果表明，研究区域降水量年际变化呈下降趋势，降水量变化曲线线性拟合倾向率玛曲为-9．90mm／10年，降水量存在3年的年际周期... 详细信息

利用亚高山草甸类草地牧草生长发育定位观测资料和对应气象观测资料，分析气候变化对牧草生长发育的影响。结果表明，研究区域降水量年际变化呈下降趋势，降水量变化曲线线性拟合倾向率玛曲为-9．90mm／10年，降水量存在3年的年际周期变化。气温年际变化趋势呈上升趋势，气温变化曲线线性拟合倾向为0．341℃／10年。草地年干燥指数呈显著上升趋势，干燥指数变化曲线线性拟合倾向率为0．036／10年，20世纪90年代初至2005年明显趋于干旱化。主要禾本科牧草返青到籽实成熟约需140～150天，需≥0℃积温1000～1200℃，需降水量400～450mm，需日照时数1000～1100h。牧草在返青后64天开始，由缓慢生长转为迅速生长阶段，在返青后的第88天，生长速度最大，返青后112天开始，其生长从迅速生长又转为缓慢生长。对牧草生长发育全生育期而言，受气候变暖，气温增高的影响，近20年牧草开花期提前10～14天，成熟期提前20～24天。从返青到抽穗期，气温对牧草产量形成为正效应，拔节到抽穗期牧草产量形成对气温变化十分敏感，开花到籽实成熟期，热量对牧草的影响由正效应转向负效应，在籽实成熟期牧草产量形成对气温变化进入第二个敏感期。除籽实成熟期降水量对牧草产量形成为负效应外，其余时段降水量对牧草产量形成均为正效应，在禾本科牧草分蘖拔节期牧草产量形成对降水量变化十分敏感，旬降水量每增加1mm，牧草产量可增加（150～200）kg／hm2，籽实成熟期降水量的影响由正效应转向负效应。从返青到分蘖期，日照时数对牧草产量形成为正效应；拔节到开花期日照时数对牧草产量形成为负效应；抽穗期牧草产量形成对日照时数变化十分敏感，籽实成熟期到黄枯期日照时数的影响为正效应。研究区域气候变异系数增大，降水量和气温共同影响，导致该区域牧草产量呈波动变化，牧草产量的变幅明显加大，产量的不稳定性增加。

关键词：气候变化牧草生育产量亚高山草甸类草地玛曲县

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青藏高原地区气象干旱研究进展与展望

地球科学进展 2022年第5期37卷 441-461页

作者：王劲松姚玉璧王莺王素萍刘晓云周悦杜昊霖张宇任余龙中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省(中国气象局)干旱气候变化与减灾重点实验室甘肃兰州730020 兰州资源环境职业技术大学甘肃兰州730021 中国气象局武汉暴雨研究所暴雨监测预警湖北省重点实验室湖北武汉430205

青藏高原是承受自然灾害脆弱性较高的地区。该区域经常遭受雪灾、干旱、大风、雷电、冰雹和洪涝等气象灾害的危害,其中,干旱是该区域除雪灾外影响最为严重的气象灾害。随着气候变化和人类活动的加剧,青藏高原由气象灾害造成的损失不断... 详细信息

青藏高原是承受自然灾害脆弱性较高的地区。该区域经常遭受雪灾、干旱、大风、雷电、冰雹和洪涝等气象灾害的危害,其中,干旱是该区域除雪灾外影响最为严重的气象灾害。随着气候变化和人类活动的加剧,青藏高原由气象灾害造成的损失不断加剧。为此,着眼于青藏高原的区域特点,对其气象干旱研究现状进行了梳理与分析,系统总结了青藏高原气象干旱的主要研究成果,揭示了青藏高原气象干旱时空分布的基本特征:干旱的高发区在高原的北部、东北部、西南部和东南部,高发时段为1980年代和2000年代;归纳了青藏高原气象干旱监测和预测的主要技术方法:基于干旱指数开展的干旱监测评估和基于干旱影响因子利用气候模式进行的干旱预测;给出了青藏高原干旱灾害风险的发生规律:青藏高原东北部偏南地区是农牧业干旱灾害的高风险区,东北部、西南部和东南部是较高风险区;高寒草原比高寒草甸面临的干旱灾害风险高。基于数值模式和未来情景,预估21世纪青藏高原气温升高、降水增加;但由于降水增加表现出明显的时空分布不均匀性,未来发生季节性和区域性气象干旱的可能性仍然很大;同时,提出了青藏高原气象干旱研究在资料、技术方法和模式应用等方面存在的问题,并结合国际前沿,展望了青藏高原气象干旱未来研究需关注的关键科学问题和技术领域。

关键词：青藏高原干旱时空分布干旱监测预测干旱灾害及其风险干旱预估

黄土高原半干旱区气候变化及其对马铃薯生长发育的影响

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应用生态学报 2010年第2期21卷 379-385页

作者：姚玉璧王润元邓振镛韩树林邢托勤中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室兰州730020 中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室兰州730020 甘肃省定西市气象局甘肃定西743000 通渭县气象局甘肃通渭743300 通渭县李店中学甘肃通渭743313

基于黄土高原半干旱区1988—2008年马铃薯生长发育定位观测资料、2007—2008年加密观测和1957—2008年地面气象观测资料,研究了气候变化对马铃薯生长发育的影响.结果表明:1957—2008年,研究区年降水量呈下降趋势,降水量变化曲线线性拟... 详细信息

基于黄土高原半干旱区1988—2008年马铃薯生长发育定位观测资料、2007—2008年加密观测和1957—2008年地面气象观测资料,研究了气候变化对马铃薯生长发育的影响.结果表明:1957—2008年,研究区年降水量呈下降趋势,降水量变化曲线线性拟合倾向率为-13.359mm.(10a)-1;年均气温呈上升趋势,年均气温变化曲线线性拟合倾向率为0.239℃.(10a)-1;作物生长季干燥指数呈显著上升趋势,干燥指数变化曲线线性拟合倾向率为0.102.(10a)-1.从播种后第96天开始,马铃薯块茎由缓慢生长转为迅速生长,在播种后第110天,马铃薯块茎的生长速度达最大;从播种后第124天开始,马铃薯块茎从迅速生长又转为缓慢生长.从播种至出苗期的间隔日数为每10年缩短1～2d,花序形成至采收期和全生育期的间隔日数均为每10年延长9～10d.气候变暖导致马铃薯生育前期的营养生长阶段缩短以及生殖生长阶段和全生育期延长.

关键词：黄土高原气候变化马铃薯生育块茎形成