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中国西南超级干旱的变化特征和多尺度异常叠加效应分析

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中国科学：地球科学 2024年第7期54卷 2114-2132页

作者：王林陈文黄刚王婷王秋琳宿小蕴任子璇 Chakrit CHOTAMONSAK Atsamon LIMSAKUL Kritanai TORSRI 中国科学院大气物理研究所东亚区域气候与环境重点实验室北京100029 高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室成都610072 云南大学地球科学学院大气科学系昆明650500 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国科学院大气物理研究所碳中和研究中心北京100029 杭州市气象局杭州310051 中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心北京100029 Department of Geography Faculty of Social SciencesChiang Mai UniversityChiang Mai 50200Thailand Environmental Science Research Center Faculty of ScienceChiang Mai UniversityChiang Mai 50200Thailand Climate Change and Environmental Research Center TechnopolisKlong 5Klong LuangPathumthani 12120Thailand Hydro-Informatics Innovation Division Hydro-Informatics InstituteMinistry of Higher EducationScienceResearch and InnovationBangkok 10900Thailand

最近十几年来,中国西南地区超级干旱频发,导致了严重的经济损失和生态环境破坏.本文分析了1961~2022年中国西南超级干旱的变化特征,揭示了多尺度干旱的叠加效应,并探讨了驱动多尺度干旱异常的大气环流机制.超级干旱的本质是由多时间尺... 详细信息

最近十几年来,中国西南地区超级干旱频发,导致了严重的经济损失和生态环境破坏.本文分析了1961~2022年中国西南超级干旱的变化特征,揭示了多尺度干旱的叠加效应,并探讨了驱动多尺度干旱异常的大气环流机制.超级干旱的本质是由多时间尺度极端干旱事件叠加引起的复合型干旱,通过对比2006年和2022年典型干旱个例,证实了多尺度干旱叠加的决定性作用.基于多尺度综合指数(CMI)识别, 2006~2014年间中国西南集中出现多次超级干旱事件.其中,长时间尺度的蒸发增强和降水亏缺的年代际背景是必要条件,决定了超级干旱的整体格局;短时间尺度的降水异常和蒸发异常激发了超级干旱的爆发,决定了超级干旱的确切发生时间,包括2006年8~9月、2009年11月至2010年5月、2011年7~10月、2012年4~5月以及2013年1~4月等.统计分析表明,降水异常叠加对超级干旱的贡献是蒸发作用的2.4倍.在影响多尺度降水的环流机制上,短期和长期尺度的异常空间模态相似,均为南海地区的气旋式环流和西南地区的东北风异常,以及西南地区的下沉异常中心. 2006~2014年期间,西南地区跨季节持续性降水减少的可能原因是北太平洋PDO极端负位相和西太平洋暖池异常增温.具体的动力过程为:PDO负位相在北太平洋激发反气旋式环流异常,西南侧的东北风延伸至亚洲东南部,不利于水汽输送;暖池增温在西北侧激发出气旋式环流异常,也在西南地区上空形成东北风异常,同时暖池地区的上升运动在高层辐散至西南地区上空辐合形成补偿下沉运动.上述两种遥强迫的共同作用,在长时间尺度上形成了气候背景状态中不利于西南地区降水的关键因素,为短时间尺度降水异常叠加形成超级干旱提供了重要的先决条件.

关键词：超级干旱多尺度叠加效应机理分析中国西南地区

辽西地区大豆生长发育和产量对气候变化的响应

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江西农业学报 2024年第2期36卷 7-12页

作者：赵凌尘李忠娴王鹏孙艳云牛丹关雨姗杨光韩莹朱明宇刘振宏辽宁省气象装备保障中心辽宁沈阳110166 辽宁省气象局财务核算中心辽宁沈阳110166 辽宁省气象信息中心辽宁沈阳110166

基于多年的大豆物候期监测和分期播种试验数据,研究了辽宁西部地区大豆生长发育和产量对气候变化的响应。结果表明:大豆播种的下限温度为8.0℃,适宜温度为15.0~20.0℃,适宜土壤湿度为18%~22%,适宜播种期在5月上中旬。大豆的营养生长期... 详细信息

基于多年的大豆物候期监测和分期播种试验数据,研究了辽宁西部地区大豆生长发育和产量对气候变化的响应。结果表明:大豆播种的下限温度为8.0℃,适宜温度为15.0~20.0℃,适宜土壤湿度为18%~22%,适宜播种期在5月上中旬。大豆的营养生长期、生殖生长期、全生育期分别需要≥10℃的积温1200、1250、2600℃·d以上;有效积温与产量呈抛物线函数关系,≥10℃积温2800~3060℃·d有利于大豆产量的提高;大豆存在3个温度关键期,分别在大豆分枝期(6月上中旬)、开花结荚期(7月中下旬)和鼓粒期(8月中下旬);营养生长期干旱会使大豆的百粒重降低6.0%~18.0%;开花结荚、鼓粒成熟期干旱会使大豆的百粒重降低8.0%~25.0%;大豆产量受降水的影响呈抛物线变化,需水关键期在6月上旬至8月中旬;光照对辽西大豆产量的影响不显著。

关键词：辽宁西部大豆生长发育产量气候变化响应

2016年冬季四川盆地一次重度灰霾事件形成机制研究

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高原气象 2024年第3期43卷 775-789页

作者：任鑫冰杨显玉文军王式功成都信息工程大学大气科学学院/高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225 成都平原城市气象与环境四川省野外科学观测研究站四川成都610225 中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

深入理解重度灰霾污染事件的形成和演化机制对于区域尺度空气质量的管控以及霾污染防治政策的制定具有重要的意义。本文应用中尺度气象模式WRF和区域空气质量模型CMAQ,结合实际观测数据,研究了2016年12月23日至2017年1月7日发生在四川... 详细信息

深入理解重度灰霾污染事件的形成和演化机制对于区域尺度空气质量的管控以及霾污染防治政策的制定具有重要的意义。本文应用中尺度气象模式WRF和区域空气质量模型CMAQ,结合实际观测数据,研究了2016年12月23日至2017年1月7日发生在四川盆地成都地区的一次重度灰霾事件。主要分析了在此污染期间气象要素场的时间变化,PM_(2.5)浓度和通风系数的时空变化,量化了各个物理化学过程对PM_(2.5)的相对贡献以及污染源区的分布,以研究此次重污染霾事件的形成和演化机制。研究表明:(1)霾事件期间低温和低风速的环境条件为污染物的积累创造了有利条件。(2)盆地北侧的偏北气流和南侧的偏西南气流以及较低的通风系数(大气的湍流扩散能力弱)是污染物积累的主要原因,成都地区PM_(2.5)浓度在东北气流的作用下达到峰值。污染物的消散主要是因为偏北气流的加强和较高的通风系数(大气的湍流扩散能力强)。(3)此次霾事件中气溶胶过程和排放源的正贡献加强,PM_(2.5)的增加主要在夜间(平流过程和扩散过程的负贡献减弱)且增加幅度更大,使得PM_(2.5)总体上逐渐增加。(4)PSCF和CWT分析表明,在此次霾事件期间,致使成都地区PM_(2.5)浓度升高的主要气流为其东北方向和西南方向的气流,潜在的污染源区在总体上呈东北-西南向的分布状态。

关键词：霾事件 CMAQ PM_(2.5) 成都四川盆地

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自然状态下栓皮栎林空气负离子与PM_(2.5)的关系

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应用生态学报 2024年第2期35卷 347-353页

作者：蔡露露孙守家施光耀杜灵通倪细炉张劲松孟平宁夏大学生态环境学院/西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地银川750021 宁夏平罗县乡村振兴服务中心宁夏石嘴山753400 中国林业科学研究院林业研究所北京100091 河南小浪底森林生态系统国家野外科学观测研究站河南济源454650

近年来,PM_(2.5)污染成为大气污染的主要来源,长期暴露在高浓度PM_(2.5)的环境中会对人体造成严重损害。空气负离子(NAI)作为改善空气质量的“维生素”,是衡量一个地区空气清洁程度的重要指标。然而,气象条件和植被类型的复杂多变,导致P... 详细信息

近年来,PM_(2.5)污染成为大气污染的主要来源,长期暴露在高浓度PM_(2.5)的环境中会对人体造成严重损害。空气负离子(NAI)作为改善空气质量的“维生素”,是衡量一个地区空气清洁程度的重要指标。然而,气象条件和植被类型的复杂多变,导致PM_(2.5)与NAI的关系存在诸多不确定性。本研究以暖温带典型造林树种栓皮栎为研究对象,基于2019和2020年6—9月森林植被叶面积相对稳定条件下定位观测获取的NAI、PM_(2.5)和气象数据,研究气象条件相对稳定状态下PM_(2.5)和NAI的时空变化特征,确定PM_(2.5)与NAI的关系,阐明自然状态下PM_(2.5)对NAI的影响机制。结果表明:NAI随PM_(2.5)的升高呈指数下降趋势,二者呈显著负相关关系,回归方程为y=1148.79x-0.123。在PM_(2.5)浓度为0~20、20~40、40~80、80~100和100~120μg·m^(-3)范围内,NAI的下降率分别为40.1%、36.2%、9.4%、2.4%、5.1%和6.8%。应用敏感性分析发现,PM_(2.5)浓度0~40μg·m^(-3)范围是影响NAI的敏感区间。研究结果可为深入了解NAI对环境因素的响应机制提供科学依据。

关键词：森林生态系统空气负离子 PM_(2.5) 影响机制环境污染

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基于积分回归法的寒地玉米产量动态评估

东北农业科学 2022年第5期47卷 102-106页

作者：宫丽娟王萍李秀芬姜蓝齐姜丽霞黑龙江省气象科学研究所/中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室哈尔滨150030

利用黑龙江省1981~2014年80个站点气象资料、44个县市的玉米产量资料和31个农业气象站玉米生育期资料,通过气象要素膨化处理,应用积分回归建立5~7月以旬为时间尺度的玉米产量动态评估模型。根据业务需求将全省划分为4个区域,用1981~201... 详细信息

利用黑龙江省1981~2014年80个站点气象资料、44个县市的玉米产量资料和31个农业气象站玉米生育期资料,通过气象要素膨化处理,应用积分回归建立5~7月以旬为时间尺度的玉米产量动态评估模型。根据业务需求将全省划分为4个区域,用1981~2010年资料进行模型准确率回代检验,并用2011~2014年资料进行预估。结果表明,全省平均回代准确率为87.4%,Ⅱ区最高为89.9%,Ⅰ区和Ⅳ区次之,分别为89.5%和87.8%,Ⅲ区最低为82.5%;预估平均准确率也达到87.4%,Ⅰ区和Ⅱ区模型评估准确率分别为91.5%和92.0%,均好于Ⅲ区和Ⅳ区。

关键词：玉米影响效应积分回归动态评估

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高寒区大豆苗期低温多雨对产量的影响

生态学杂志 2023年

作者：曲辉辉李秀芬朱海霞王晾晾曲秉阳王秋京吕佳佳纪仰慧姜丽霞黑龙江省气象科学研究所中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室黑龙江省气象数据中心

探究大豆苗期低温多雨对产量的影响，为大豆防灾减灾提供依据。基于黑龙江省大豆生长发育观测资料及已有研究成果，对WOFOST模型进行本地化与适应性检验；利用研究区内15个代表站点1971—2020年逐日气象资料、分区作物参数与土壤参数，... 详细信息

探究大豆苗期低温多雨对产量的影响，为大豆防灾减灾提供依据。基于黑龙江省大豆生长发育观测资料及已有研究成果，对WOFOST模型进行本地化与适应性检验；利用研究区内15个代表站点1971—2020年逐日气象资料、分区作物参数与土壤参数，模拟不同低温多雨情景下大豆产量，定量评价苗期低温多雨对大豆产量的影响。结果表明：WOFOST模型在黑龙江省本地化应用效果较好，可用于该地区大豆产量的模拟；在本文设定情景中，低温、多雨及二者叠加效应均会造成大豆减产，减产率存在极显著差异，叠加效应持续天数是影响产量降低的最主要因素；t-3.5情景持续6 d未对大豆产量造成显著影响，部分t-3.5处理持续12 d与大部分持续18 d情景则会造成大豆产量显著或极显著下降；在灾害持续时间和发生程度相同的前提下，低温与多雨叠加发生比二者单独发生对大豆产量影响更大。

关键词：大豆低温多雨叠加效应 WOFOST模型产量苗期

三江平原白浆土白浆层埋深与厚度空间分布格局及其驱动因素

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土壤学报 2024年

作者：董芳瑾张中彬蒋发辉王健豪王秋菊李禄军彭新华中国科学院东北地理与农业生态研究所中国科学院大学中国科学院南京土壤研究所江西农业大学国土资源与环境学院桂林理工大学广西岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心黑龙江省农业科学院

白浆层是白浆土土体内的主要障碍层次，其埋深与厚度显著影响作物生长。本文通过野外调查并结合文献检索获取不同区域白浆层的埋深与厚度数据，基于经典统计学与地统计学方法，研究了三江平原东南部（鸡东县、密山市、虎林市、宝清县）... 详细信息

白浆层是白浆土土体内的主要障碍层次，其埋深与厚度显著影响作物生长。本文通过野外调查并结合文献检索获取不同区域白浆层的埋深与厚度数据，基于经典统计学与地统计学方法，研究了三江平原东南部（鸡东县、密山市、虎林市、宝清县）白浆层埋深与厚度的空间分布及驱动因素（气候因子、地形因子、土壤矿物和人为因素等）。结果表明：（1）白浆层埋深平均为23.7 cm，自西南向东北呈现逐渐变深的趋势（13～37 cm）；厚度平均为18.5 cm，自西南向东北逐渐增加（8～35 cm），局部区域埋深与厚度呈相反规律。（2）白浆层埋深主要受到人为耕作方式的影响，翻耕相较于旋耕显著增加了白浆层埋深。（3）白浆层厚度与海拔（r=-0.355，P气象、地形和土壤矿物等因素的共同作用，形成了“西南部浅而薄，东北部深而厚”的空间分布格局。

关键词：白浆土白浆层埋深厚度空间变异

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黑龙江省土壤冻融期气象要素变化特征

冰川冻土 2021年第6期43卷 1764-1772页

作者：王萍赵慧颖闫平朱海霞翟墨李秀芬黑龙江省气象科学研究所黑龙江哈尔滨150030 中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室黑龙江哈尔滨150030

黑龙江省春季土壤冻融剧烈,土壤湿度和温度受土壤冻融影响较大,利用黑龙江省64个气象观测站1961—2018年的逐日最高气温、最低气温、平均气温、降水量、地温资料及34个农气观测站人工观测的1981—2018年的土壤湿度资料,分析土壤冻结期... 详细信息

黑龙江省春季土壤冻融剧烈,土壤湿度和温度受土壤冻融影响较大,利用黑龙江省64个气象观测站1961—2018年的逐日最高气温、最低气温、平均气温、降水量、地温资料及34个农气观测站人工观测的1981—2018年的土壤湿度资料,分析土壤冻结期间的气象要素变化,研究春季土壤冻融过程中湿度和温度的变化。结果表明:土壤冻结期从北向南缩短,且逐年缩短,冻结期平均气温从北向南升高,逐年上升,降水量西部少、东部和北部多,逐年增加;春季冻融次数平原少、山区多,逐年减少。春季融雪开始日期由北向南提前,并且呈现逐年提前的趋势,融雪期升温速率北部、东部低,中部、南部高;在春季冻融过程中,土壤湿度随着土壤深度的增加而增多,东部土壤湿度受土壤融冻影响最大;在整个冬季土壤冻结期间,北部、中部及东部土壤湿度是增加的,且随着土壤深度的增加,土壤湿度增加的越多,而西部土壤湿度是减少的,且随着土壤深度的增加,土壤湿度减少的越少;春季土壤冻融期间,0cm平均地温全省平均在-17.3~22.1℃之间,南部与全省变化趋势基本一致,升温趋势明显,而北部升温速度明显慢于南部。

关键词：冻融降水气温土壤湿度黑龙江省

基于SWAT模型的西辽河流域自然湿地演变过程及驱动力分析

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农业工程学报 2020年第22期36卷 286-297页

作者：于成龙王志春刘丹赵慧颖宫丽娟田宝星黑龙江省气象科学研究所哈尔滨150030 中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室哈尔滨150030 内蒙古自治区赤峰市气象局赤峰024000

该研究基于SWAT模型模拟、景观转换分析、地理探测器计算等方法,使用气象观测、数字高程模型、土地利用遥感监测、植被指数等数据,以西辽河流域为研究对象,划定流域边界,分析1980—2015年西辽河流域的面积变化和景观动态变化特征,研究... 详细信息

该研究基于SWAT模型模拟、景观转换分析、地理探测器计算等方法,使用气象观测、数字高程模型、土地利用遥感监测、植被指数等数据,以西辽河流域为研究对象,划定流域边界,分析1980—2015年西辽河流域的面积变化和景观动态变化特征,研究自然和人为因素对湿地变化的驱动效应。结果表明:1980—2015年西辽河流域湖泊和沼泽面积均呈下降趋势,多数土地利用类型侵占过沼泽和湖泊,其中耕地侵占的面积最大;1980年以来西辽河流域经历了干-湿-干的变化过程,大部分时间为干生生境;2000—2015年西辽河流域沼泽湿地生长季NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)平均为0.30,年GPP(Gross Primary Productivity)平均为257.73 g/(m^2·a),均呈极显著上升趋势;湖泊面积、沼泽湿地面积和径流深度的变化与降水量和蒸散量的相关关系极显著,NDVI和GPP与生长季积温的相关关系极显著;自然因素对湿地变化的影响要大于人为因素,降水量是西辽河流域湿地变化的主要控制因子,降水量和蒸散量的协同作用对湖泊、沼泽和径流深度变化的驱动能力q>0.70。该研究可为湿地农业综合开发和可持续发展提供科学参考。

关键词：土地利用模型 NDVI 湿地气候变化 SWAT 西辽河