毛乌素沙地1960—2018年气候变化特征及影响因子分析

为了解毛乌素沙地近年气候变化特征,以期为区域沙漠化防治和灾害预警提供参考,基于毛乌素沙地及其周围邻近地区10个气象站点1960—2018年的逐月气温和降水资料,采用线性倾向估计、Anusplin空间插值、Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析、R/S分析和Pearson相关分析等方法对毛乌素沙地近59 a的气候变化特征、未来气候变化趋势和主要影响因素进行了探究。结果表明:(1)毛乌素沙地近59 a的年平均气温呈显著上升趋势,增温速率达到0.35℃/10 a。其约在1996年发生突变,主要存在4 a左右的短变化周期,且增温速率随地区海拔的升高而加快。(2)毛乌素沙地近59 a的年降水变化速率为2.88 mm/10 a,夏季降水增速较快,但变化趋势均不显著且无明显的降水突变时间点和显著的振荡周期。(3)未来毛乌素沙地的年、季节平均气温和秋季降水均呈现持续性较强的上升趋势。总体而言,毛乌素沙地的气候呈现暖湿化趋向,厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)事件对其冬季气温影响较大,北极涛动(AO)和北大西洋涛动(NAO)对其冬夏季节降水影响较显著。     

沙漠化逆转过程中毛乌素沙地土壤风蚀可蚀性影响因子的变化特征

[目的]揭示毛乌素沙地沙漠化逆转过程对土壤风蚀可蚀性的影响,为该区风蚀防治和生态重建提供科学参考。[方法]选取1986—2021年共8期遥感影像,以ENVI 5.3和ArcGIS 10.7为平台对毛乌素沙地不同时期土地沙漠化进行反演,同时构建研究区2021年沙漠化差值指数(DDI),并按照自然断裂法将毛乌素沙地土地分为非、轻度、中度、重度和极重度5种沙漠化类型代表沙漠化逆转的不同阶段。根据反演结果,应用空间代替时间的方法,对不同沙漠化类型土壤进行样品采集,并对土壤机械组成、土壤有机质含量、土壤结皮、植被因子等土壤风蚀可蚀性影响因子进行测试分析。[结果]毛乌素沙地1986—2021年沙漠化整体呈逆转趋势,沙漠化土地面积由1986年的47 877.81 km²缩减至2021年的45 914.06 km²,以56.11 km²/a的速率逆转。该区土地沙漠化可分为3个时期：1986—2001年为沙漠化发展期,土壤黏粒、粉粒百分含量、有机质含量呈降低趋势,土壤砂粒百分含量、结皮因子和植被因子值呈增加趋势;2001—2011年为沙漠...     

毛乌素沙地暖湿化特征分析及其对植被变化的影响

气候暖湿化对植被生长及覆盖率乃至土地合理开发利用、生态环境保护均有重要的现实意义。以毛乌素沙地为研究区,基于1959—2019年的气象数据(气温、降水量及蒸发量),运用气候趋势变化、M-K突变和小波周期分析特征变化,并结合生长季归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)值探究其与研究区气象因子间的响应关系。结果表明:(1)研究区内毛乌素沙地年平均气温、年平均降水量、年平均蒸发量分别升高1.7 ℃、11.19 mm和33.82 mm,并呈显著上升趋势。(2)70年代是气象因子突变始发时间,且在70—90年代间进行了气温由冷变暖、降水由少变多、气候由干变湿的突变。(3)沙地年平均气温、降水及蒸发在时间序列上以20~30年的周期振荡最明显,且在28年处达峰,为毛乌素沙地气象因子变化的第1主周期。(4)1998—2019年NDVI总体呈现波动增加趋势,与蒸发和降水呈正相关的响应关系,蒸发显著性大于降水。研究结果可为当前气候变化下有效保护和管理生态系统提供科学依据。     

毛乌素沙地治理新思路

毛乌素沙地形成的时间已有几十万年,年降水量350～500 mm,是以森林草原和草原为主的地带.根据毛乌素沙地形成的特殊成囡分析,提出了治理毛乌素沙地的新思路,即除植树种草之外,更要注意利用该区以南丰富的黄土物质改良沙地.这能够阻止大气降水通过沙层向深部的快速渗透,能有效增加土壤的持水性,改善土壤水分条件,有利于植物生长和植物固沙,能够加速植被的恢复,而且还能够在平坦的地区发展良田,能从根本上治理和利用这一沙地.由于该区紧邻黄土高原,土壤物质丰富,采取以土盖沙的改良方式对解决该区沙漠化问题应当是现实而有效的.     

基于SWAT模型的南渡江流域土地利用/覆被变化的径流响应

为了探究热带岛屿性流域土地利用/覆被变化(Land Use/Cover Change,LUCC)的水文效应,以海南岛典型热带岛屿性流域南渡江流域为研究区,构建本地化SWAT模型,模拟流域水文过程及其对LUCC的响应,揭示流域径流的变化规律,对比不同土地利用类型的水文过程及调蓄能力,探讨了典型热带岛屿性流域LUCC的径流效应。结果表明:SWAT模型在南渡江流域的适用性良好,径流模拟对植被蒸散发、产生径流的坡面状况、土壤状况和地下水过程较敏感。不同土地利用类型对流域的产流贡献顺序为耕地>其他林地>橡胶林地; 耕地产流能力最强,其他林地和橡胶林地具有一定的截流蓄水作用。综上所述,与1990年相比,2015年南渡江流域河流径流量减少,流域LUCC导致的地表径流减少是河流径流量减少的直接原因,而蒸散发加剧是地表径流减少的主要原因。     

基于Budyko假设的沂河流域径流变化归因识别

气候变化和人类活动是导致径流变化的主要原因,因此计算气候变化和人类活动对沂河流域径流变化的贡献率可为缓解沂河流域水资源紧张提供一定的参考依据。以山东省沂河流域为研究对象,基于1960—2016年的气温、风速、降水和流量等水文气象数据,首先采用Mann-Kendall、有序聚类分析法和累积平距法分析降水量及径流量的变化趋势及突变点,最后采用Budyko水热耦合平衡方程,定量计算了气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明：1960—2016年沂河流域年径流深呈现显著减小趋势,且在1975年和2003年发生突变,因此将径流序列分为1960—1975年(基准期),1976—2003年(变化期Ⅰ)和2004—2016年(变化期Ⅱ)3个阶段。基于Budyko水热耦合平衡方程计算变化期Ⅰ和变化期Ⅱ中降水、潜在蒸散发和下垫面对径流变化的贡献率,发现导致沂河流域变化期Ⅰ径流减少的主要原因是下垫面条件和降水的改变,贡献率分别为51.42%,49.43%,潜在蒸散发的减少导致径流增加,贡献率为-0.85%;导致变化期Ⅱ径流减少的最主要原因是下垫面条件的改变,占73.11%,其次是降水,贡献率为42.5...     

2001-2016年毛乌素沙地植被的生长状况

[目的]对2001-2016年毛乌素沙地植被生长状况进行研究,为该区域生态系统的可持续发展提供理论支持。[方法]基于MODIS EVI植被指数分析2001-2016年毛乌素沙地生长季和非生长季的植被生长状况,并讨论植被生长与气候变化、人类活动的关系。[结果]①毛乌素沙地植被覆盖度偏低,南部植被覆盖度明显高于北部区域。②毛乌素沙地2001-2016年植被覆盖度好转趋势明显。③生长季,毛乌素沙地南部和东部地区植被覆盖度变化速率大于中部和北部地区;且南部和东部的植被覆盖度部分呈显著增加,部分呈显著减小趋势。非生长季,南部地区植被覆盖度以显著增加为主。④毛乌素沙地EVI年最大值与降水呈正相关,与气温呈弱负相关;EVI年最小值与降水呈强正相关,与气温呈弱正相关。⑤农作物种植面积的增加、大规模人工造林以及大牲畜规模的控制等人类活动有助于植被覆盖度的提高。[结论]受气候因素和人类活动影响,21世纪以来毛乌素沙地植被生长状况好转。     

长城沿线毛乌素沙地形成、扩展及其荒漠化效应

地质历史时期“河套古湖”退缩残留的湖滨沙堤受风力作用“就地起沙”,是毛乌素沙地形成的物质基础。受自然环境动态变化与人类不合理活动的影响,历时时期毛乌素沙地的土地利用和经济方式发生过“游牧为主-亦牧亦农-农耕为主”的反复变化。唐代以至明清时期,长城沿线毛乌素沙地土地沙化有愈演愈烈之势,并在不同地段,分别以片沙蔓延、沙舌扩展、河谷沙化及宽带沙舌等形式向东南方向扩展。此种现象不仅造成本地区土地类型改变、植被摧毁和土壤侵蚀加重等,也引起毗邻地区沙尘暴频率和影响范围增大、加重黄土区土壤侵蚀及河流粗沙输沙率等荒漠化效应。     

气候和土地利用变化对潮河流域产流产沙的影响

为探究气候变异和土地利用变化对流域产流产沙的影响,选择位于北京密云水库上游的潮河流域,对该流域1961-2009年的年径流、年降水、年潜在蒸散发和年输沙量分别进行了非参数检验和突变点分析,结合该流域不同时期的土地利用变化情况,采用水量平衡原理,定量评价该流域土地利用和气候变异对年径流量和年输沙量变化的贡献。结果表明:该流域年径流量在1961-2009年间呈显著减少趋势,并在1999年发生突变,但年降水和潜在蒸散发没有显著变化。该流域年输沙量显著减少,且于2004年发生突变。分析表明该流域气候变异和土地利用变化对年径流量减少的贡献率分别为43.9%和56.1%,而对年输沙量减少的贡献率分别为1.95%和98.05%。土地利用变化是导致该流域年径流量减少,特别是年产沙量减少的重要原因。在全球气候变化的大背景下,通过调整流域土地利用结构、优化土地利用方式,开展以植被恢复为主体的水土流失综合治理,是实现适应性流域管理目标的根本途径。     

人工毛竹林生态水文过程对气候变化的响应

为揭示生态水文过程与气候变化的关系,以广西猫儿山典型流域人工毛竹林为研究对象,利用Hydrus-1D模型模拟了毛竹林土壤水分及其他水文要素,在此基础上,针对设定的不同气候变化情景,分析了人工毛竹林对气候变化的响应。结果表明:Hydrus-1D模型可满足人工毛竹林生态水文分析,人工毛竹林蒸散发量占总降水量的28.40%,径流以基流为主。在不同气候变化情景下,气温升幅控制蒸发和蒸腾的增幅,且冬季增幅大于夏季增幅。径流对降水变化更敏感,降水变化会更多地影响夏季径流,而气温则更易影响冬季径流。降水对夏季土壤储水量影响大于冬季,气温则更多地影响冬季土壤储水量。气温降水耦合情况下,土壤储水量对降水减少气温升高时敏感性最明显,总体表现为冬季土壤储水量更易受影响。研究结果可为区域生态规划、水资源开发利用等提供参考依据。     

Evolution of the southern Mu US desert in north China over the past 50 years: an analysis using proxies of human activity and climate parameters

Many previous studies have attributed the degradation in the Mu Us Desert in China to many centuries of human activity. The present study includes analysis of proxies of human activity such as arable land area, population and livestock number, and variations of precipitation, evaporation, temperature, sand‐driving wind and dust events, covering the period since 1950. It is demonstrated that desertification and vegetation rehabilitation during this period were principally related to the climatic variation, especially correlated to sand‐driving winds. It also suggests that the desert evolution in the past 2000 years was controlled by climate change rather than human activity. Although human activity was significant in the desert evolution processes over the past 50 years, the impacts seems to be overestimated in previous studies. Desertification and desert evolution in the Mu Us Desert are mainly in response to climatic trends and fluctuations. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

近年来毛乌素沙地土地覆被变化特征

利用2000年和2006年两期中巴卫星数据,建立了区域尺度沙漠化评价模型,分析了毛乌素沙地土地类型变化趋势及以县域为单位的沙漠化评价。（1）仅从土地类型面积变化来看,研究区沙漠化发展呈现总体稳定,局部恶化趋势;（2）在半固定、半流动和非沙漠化三种类型间沙漠化发展变化剧烈;（3）2006年与2000年的16个县域评价结果显示,极重度沙漠化的县域明显减少,转化为重度和中度,毛乌素沙地总体上呈现出良性发展态势。     

从百年时间跨度照片对比分析毛乌素沙地生态变化

[目的]分析毛乌素沙地百年时间跨度的景观变化,为该区生态治理研究提供依据。[方法]通过卫星影像判读、实地考察和照片复摄等方法,历时4个多月,找到了1908年罗伯特·斯特林·克拉克考察队在毛乌素沙地考察时拍摄的4张照片的原始拍摄地,于2019年完成了百年老照片的复摄工作,并对新老照片中生态因素的变化进行了对比分析。[结果]一百多年前的毛乌素沙地,植被稀少,风沙肆虐。新中国成立后,当地政府组织群众开展沙地整治,经过几十年治理,流动沙丘得到固定,区域植被得到有效恢复,水土流失得到有效控制。[结论]由于毛乌素沙地生态十分脆弱,已得到治理的沙地仍存在沙化的风险,需要把毛乌素沙地治理纳入黄河流域生态保护和高质量发展总体规划,统筹协调,综合治理。     

区域荒漠化评价中植被的指示性及盖度分级标准研究--以毛乌素沙区为例

在分析国内外有关荒漠化评价指标体系研究现状和存在问题的基础上，提出了以植被作为主要评价因子的观点；以我国10大沙区之一的毛乌素沙区为对象，通过研究沙地、梁地、滩地和河谷地等不同地貌类型的荒漠化发生发展过程，得到主要植物指示群落的相应演替、变化规律；通过地表风沙运动与风沙流的实地观测，考查了植被对地表的保护性，并确定出风蚀荒漠化的植被盖度分级标准。     

LAND USE AND CLIMATE CHANGES AND THEIR IMPACTS ON RUNOFF IN THE YARLUNG ZANGBO RIVER BASIN,CHINA

Impacts of land use and climate change on runoff were investigated by studying the runoff in the Yarlung Zangbo River basin, China. Trends in precipitation, mean air temperature, and runoff were analysed by non‐parametric Mann‐Kendall tests. Land‐use changes were examined with land‐use transition matrix and geographic information system tools. Land‐use and climate changes showed several characteristics, including increased reforestation, decreased grassland, retreat of glaciers and increased desertification. Human activity caused great impact, especially within densely populated regions and cities. Reforestation and degradation of grasslands were more frequent than deforestation and cultivation of grasslands. Annual mean air temperature, precipitation and runoff showed increasing trends between 1974 and 2000. The impacts of land use and climate change on runoff had different effects depending on region and season. In the season of freezing, climate change clearly affected runoff within regions that experienced precipitation. Altered evapotranspiration accounted for about 80 per cent of runoff changes, whereas land‐use changes appear to have had greatest impact on runoff changes within regions that have inconsistent relationships between runoff and climate change. It was demonstrated that afforestation leads to increased runoff in dry seasons. It was estimated that glacier snow melt has caused annual runoff to increase at least 6·0 mm/10yr, 2·1 mm/10yr and 1·7 mm/10yr in Regions 1, 3 and 4, respectively, whereas evapotranspiration caused annual runoff to decrease at least 7·4 mm/10yr in Region 2. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

2000—2020年鄂尔多斯市植被NDVI变化格局及归因分析

处于农牧交错区的鄂尔多斯市生态系统较为敏感,为探究全球气候变化以及人类活动对鄂尔多斯市生态系统的影响,利用MOD13Q1 NDVI数据以及同期气象数据,分析了鄂尔多斯市2000—2020年植被NDVI变化特征,并利用偏相关分析法以及残差驱动力分析法对引起植被NDVI变化的气候和人为因素进行了分析。结果表明:(1)21年来鄂尔多斯市植被NDVI总体呈现上升趋势,植被改善明显,全市68.66%的区域植被NDVI得到改善,西南部改善幅度小于东北部;(2)鄂尔多斯市植被NDVI与气候因子偏相关性存在明显的地区差异,植被NDVI与降水的偏相关性较高,降水与温度共同影响的区域约占总面积的2.27%;(3)鄂尔多斯市植被受到人类活动与气候的共同影响,21年来人类活动对鄂尔多斯市植被NDVI变化起到主导作用,其平均贡献率为82.67%,气候变化对植被NDVI生长的影响主要体现在降水因素上。人类对鄂尔多斯市的植被影响具有两面性,城市建设对植被的生长起到制约作用,生态工程的实施则有利于植被的生长;(4)2000—2020年鄂尔多斯市以NDVI表征的植被覆盖度的增加与人类活动密不可分,但是同时鄂尔多斯地区气候条件对植被生长有很大的限制作用,实施生态工程中要切实注意到气候变化所带来的影响,切不可盲目扩大生态工程,对于毛乌素沙地等地区植被需要实行人工保护,使其形成稳定生态系统。     

21世纪初科尔沁沙地沙漠化对区域气候变化的响应

利用2000—2013年生长季MODIS-NDVI时间序列遥感数据和降水、气温、蒸发和风速等气象数据,研究21世纪初科尔沁沙地沙漠化动态变化及其对区域气候变化的响应关系。结果表明:21世纪初,科尔沁沙地沙漠化经历了逆转-发展-逆转的过程,轻度和中度沙漠化土地面积呈显著下降趋势,重度和极重度沙漠化土地面积呈下降趋势但不显著。未沙漠化土地主要分布在研究区西北部,轻度和中度沙漠化土地广泛分布在研究区南部、东部和北部,重度和极重度沙漠化土地主要分布在西南部。2000—2013年,科尔沁沙地降水量呈上升趋势,气温、蒸发量和起沙风日数呈下降趋势,斜率分别为8.34 mm/a、-0.04℃/a、-23.56 mm/a和-1.7 d/a,其中蒸发量和起沙风日数下降趋势较为显著;近14 a来,科尔沁沙地沙漠化主要受水热条件的影响,尤其是在2000—2005年、2009—2013年2个时期,降水增多、蒸发减少,区域气候较湿润,研究区沙漠化2次逆转;此外,沙漠化受气候影响具有地域差异性,受气候影响较大的地区主要集中在研究区东部和东南部地区。研究可为科尔沁沙地沙漠形成机理分析及沙漠化防治工作提供理论依据。     

毛乌素沙地南缘生态过渡带植被和土壤的特性

对毛乌素沙地南缘生态过渡带流动半流动沙丘、固定半固定沙地、盐化丘间低地和缓坡丘陵梁地4种不同生境植被和土壤特性进行了研究,以探讨毛乌素沙地南缘沙漠化现状。结果表明,从缓坡丘陵梁地,经盐化丘间低地、固定半固定沙地到流动半流动沙丘,植被总盖度、草本植物盖度、物种丰富度均呈下降趋势;植被组成中多年生草本植物逐渐减少,一年生草本植物及沙生灌木、半灌木逐渐增加。土壤含水量为流动半流动沙丘〈固定半固定沙地〈缓坡丘陵梁地〈盐化丘间低地。土壤黏、粉粒及有机质、全氮等养分含量总体为由缓坡丘陵梁地到流动半流动沙丘逐渐降低,砂粒含量逐渐增加。pH和可溶性盐含量无明显变化规律。总体上看,该地区植物群落多以耐瘠薄性强的植物组成,一年生植物比例较高,植被不稳定,土壤组成主要以砂粒为主。土壤含水量低,养分贫瘠,环境脆弱,易产生风蚀、沙化。