基于MOD16的关中地区实际蒸散发时空特征分析

基于新型MOD16遥感数据集,在产品数据精度验证的基础上,利用GIS与RS技术统计分析关中地区2000—2012年间实际蒸散发(ET)时空演变特征及不同土地利用类型蒸散差异。结果表明:(1)MOD16-ET在关中地区数据精度良好,验证相对误差和相关系数分别为10.38%和0.69;(2)关中地区多年ET均值为520.05 mm·a-1,空间分布大致呈西南-东北递减的三级阶梯格局,四季ET空间分布与多年平均情况基本一致。(3)ET空间分布受地表覆盖类型影响显著,各地类蒸散强度排序依次为林地(623.67 mm·a-1)草地(504.51 mm·a-1)园地(460.86 mm·a-1)农田(448.89 mm·a-1)裸地(408.77 mm·a-1);(4)关中地区ET年际变化趋势以0.87 mm·a-1的速率增加,空间分布呈东部减小西部增加的趋势,其中春、夏季变化区域面积比例较大且以增加趋势为主,秋、冬季节绝大部分地区ET年际变化不甚明显。关中地区年内各月ET大致呈先升后降的变化趋势,且蒸散量主要集中于夏季。     

两种遥感蒸散产品在干旱半干旱地区的应用对比

为探讨MOD16和BESS两种蒸散产品在干旱半干旱地区的适用性,从区域尺度、逐像元尺度和不同植被类型等层面对两种蒸散进行了对比。结果表明,MOD16估算的宁夏近15a平均蒸散为264. 23mm,略高于BESS估算的259. 39mm,二者均略低于该地区的年平均降水量;空间上,MOD16在中部干旱带低估了蒸散,而在南部丘陵山区高估了蒸散;两种蒸散在像元尺度达到了极显著正相关,相关系数在0. 87-0. 95之间(P <0. 01);两种模型对不同植被类型地表蒸散的估算一致,均为林地蒸散最高,农田蒸散次之,草地蒸散最低;两种蒸散在年尺度上和年降水量序列具有较为一致的波动特征;总体来看,两种遥感蒸散产品在干旱半干旱地区的适用性较一致,均能反映出不同植被类型和地理单元的蒸散差异特征,但因模型机理不同又表现出各自的特点。     

基于MOD16数据的焉耆盆地蒸散量变化研究

蒸散量是水资源转化中非常关键的变量,特别是对当前变化环境下干旱区作物耗水量的时空变化与预测具有重要的作用。基于2001—2019年MOD16数据产品,通过遥感反演蒸散量数据,对焉耆盆地实际蒸散量(AET)和潜在蒸散量(PET)的时空变化进行分析,结果表明:(1)MOD16蒸散产品和小型蒸发皿实测数据较为一致(R2=0.94),其精度可以用于分析和探究焉耆盆地蒸散量的时空分布特征。(2)多年平均AET与PET分别为128.7 mm和1381.5 mm,年际变化尺度上AET呈上升趋势,PET呈下降趋势。(3)多年平均AET与PET在空间分布上呈现出明显的差异特征且表现出相反的趋势,年际AET与PET线性倾斜率处于基本不变趋势。(4)AET与PET的变化趋势与焉耆盆地膜下滴灌技术的普及与气象要素(蒸发量、相对湿度、平均气温)的改变具有内在的联系。     

青海湖沙柳河流域蒸散发时空变化特征

蒸散发(Evapotranspiration,ET)是植被和地面整体向大气输送的水汽总通量，其作为能量平衡及水循环的重要组成部分，不仅影响植物的生长发育，还可通过影响大气环流从而调节气候。本研究基于MODIS影像数据，结合数字高程模型(DEM)数据和气象数据，采用ArcGIS空间分析和数理统计方法对2000—2019年青海湖沙柳河流域近20 a的蒸散发时空特征进行了研究，并探究了流域蒸散发和气象因子的相关关系及其地形和海拔效应。结果表明：(1)青海湖沙柳河流域年均蒸散量在379.7～575.4 mm，平均蒸散量为501.9 mm，年均蒸散量呈显著的增加趋势(P<0.01)，线性斜率为5.98 mm·a^-1。(2)青海湖沙柳河流域多年平均蒸散量空间差异显著，其值表现为“中间高，两端低”的分布格局，即河源地区和下游河口三角洲地区低于中游地区。从不同植被类型带的多年平均蒸散量来看，高山草甸带>高山寒漠带>高山草原带。蒸散量较显著增加的区域主要分布在流域下游河口三角洲地区，占流域面积的9.7%，较轻微增加的区域占据流域主体，占流域81.2%。(3)年均蒸...     

陇东地表湿润指数的年际变化特征

利用能够代表陇东气候类型的三个代表站1971~2005年月平均气温和降水资料,分析该地地表湿润指数的时空变化特征。结果表明:地表湿润指数变化多年平均,东南部的正宁最大,中部的西峰次之,北部的环县最小,呈现由东南向中部和北部逐渐干旱的空间变化特征;东南部的正宁和中部的西峰地表湿润指数以0.0028/a和0.0034/a的速率减小,地表趋于干旱化,北部的环县以0.005/a的速率增加,地表湿润程度有所增加;地表湿润指数的季节分布以春季最小,秋季次之,夏季最大,且春季和秋季有逐年减小的趋势,干旱化程度逐年加重,夏季呈增加趋势,地表湿润状况有所改善;地表湿润指数变化主要依靠降水的影响,但同时也受温度变化的影响,温度高,地表水分蒸发蒸散量大,地表易于变干,温度低,水分蒸发蒸散量小,地表不易变干。     

基于混合型线性双源遥感蒸散模型的南疆绿洲地区干旱研究

利用MOD16蒸散产品数据以及2001—2014年新疆气象站点数据,基于混合型线性双源遥感蒸散模型估算南疆绿洲地区地表蒸散,并对比验证MOD16蒸散产品、反演蒸散量与研究区气象站蒸发皿实测蒸发量之间的关系。定义了蒸散干旱指数EDI,计算EDI距平,分析绿洲地区干旱分布特点,同时对比降水距平来检验干旱监测的准确程度。结果表明:MOD16蒸散产品蒸散量、模型估算蒸散量与蒸发皿实测蒸发量数据的相关性较好,说明利用MOD16蒸散产品数据估算蒸散量可行,也说明估算的蒸散量可信度高;由于绿洲地区北部水分供应更充足,EDI值空间上由南至北呈减小趋势,EDI值年际变化明显且均大于0.6;EDI距平与EDI同向变化,与降水距平反向变化;南疆绿洲地区在2001、2007、2008、2009、2014年的EDI值大于0.66。因此,EDI距平定义了干旱轻重程度界限:EDI临界值为0.66;EDI值越大,EDI距平越大,降水距平越小,干旱程度越严重。     

双层模型下艾比湖湿地植物群落蒸散计算

基于双层模型原理,结合生长季的实测数据验证,计算新疆艾比湖湿地植物群落生长季节蒸散量的时空变化,选择胡杨(Populus euphratica)、柽柳(Tamarix ramosissima)、梭梭(Haloxylon ammodendron)3 种不同植物群落的蒸散量进行比较.结果表明:艾比湖湿地生长季植物群落平均蒸散量约为 10 mm/d,最大值在 20 mm/d 以上,出现在 58 月,总体表现出随季节变化先增长后降低的特点;3 种典型植物群落蒸散强度依次为:胡杨群落>柽柳群落>梭梭群落.构建基于能量平衡的干旱区自然系统蒸散量模型时,应考虑地表植被类型和干旱区特性.研究结果对干旱区水量平衡计算、不同植物群落的蒸腾耗水量以及艾比湖湿地自然保护区生态建设规划具有一定的参考意义.     

毛乌素沙地的气候对全球气候变化的响应研究

本文利用毛乌素沙地 8个气象站近 30年的气候资料 ,运用Excel分析了该区在全球气候变化背景下的气候变化特点及其时空分布特征。近 30年来毛乌素沙地气候呈现暖干化趋势 ,气温升高且其波动性增大 ,降水量减少且其稳定性增强。该区的气候变化与全球气候变化趋势基本一致 ,增温更显著 ,干旱化趋势不太明显 ,且其气温和降水量的变化存在明显的区内差异。     

新疆地区遥感、融合和陆面模式模拟的蒸散产品的不确定性分析

蒸散是干旱区水资源消耗的主要方式,由于该地区地表植被覆盖稀疏且空间异质性较大,目前国际常用的众多蒸散产品的结果存在较大差异。故选取中分辨率成像光谱仪(MOD16)蒸散产品、全球陆地蒸散阿姆斯特丹模型(global land evapotranspiration amsterdam model,GLEAM)和通用陆面模式(common land model,Co LM)的蒸散产品为代表,利用三角帽(three cornered hat,TCH)方法定量评价3种蒸散产品在新疆干旱区模拟结果的空间不确定性。结果表明:GLEAM和MOD16蒸散产品的空间分布规律相似,山区蒸散值均显著高于平原区;Co LM在阿尔泰山、天山蒸散值显著高于平原区。此外,全疆多年平均蒸散值分别为:GLEAM[(142.36±11.11)mm·a~(-1)]、Co LM[(126.66±19.12)mm·a~(-1)]、MOD16[(78.64±4.61)mm·a~(-1)]。基于TCH方法的全疆蒸散模拟的不确定性结果大小依次为:Co LM(24.18 mm·a~(-1)),GLEAM蒸散产品(21.58 mm·a~(-1)),MOD16蒸散产品(17.66 mm·a~(-1))。在灌丛,山地半干旱区和山地半湿润区,3种蒸散产品的不确定性显著不同,其中Co LM不确定性最大(33.47 mm·a~(-1)、30.46 mm·a~(-1)、32.11 mm·a~(-1)),MOD16不确定性最小(9.50 mm·a~(-1)、14.80 mm·a~(-1)、14.34 mm·a~(-1))。量化新疆地区蒸散的不确定性为更加准确估算该地区的蒸散有着重要的科学意义。     

沙地樟子松人工林土壤酶活性研究

为揭示毛乌素、科尔沁沙地樟子松人工林的土壤酶活性特征,测定两地各林龄(26a、33a、43a)樟子松人工林地的土壤酶活性、土壤理化指标,分析其相互关系及影响因子。结果表明:1)两地沙地樟子松林各林龄的土壤物理指标几乎无显著性差异(P>0.05),而有机质、全磷、硝氮含量均表现为33a>26a>43a,速效磷、速效钾含量均表现为43a>33a>26a。2)毛乌素沙地各林龄内HPA、IA均无显著性差异(P>0.05),43 a林内的UA显著高于26a、33a林地,科尔沁沙地43a、33a林内的HPA、IA、UA活性均显著高于CK水平(P<0.05),两地林内的NPA则无显著性差异(P>0.05)。土壤剖面来看,土壤酶与养分含量均随深度呈增加趋势。3)土壤养分相关分析表明,HPA与有机质、氨氮呈极显著正相关(P<0.01),NPA、IA均与全磷呈极显著正相关(P<0.01),而UA则与所测指标均无显著性相关(P>0.05)。4)科尔沁沙地26a、33a、43a樟子松林的土壤酶指数均显著高于裸沙地(P>0.05),且同龄水平分别高出毛乌素沙地15.79%、78.13%、16.28%。综上分析,同龄水平科尔沁沙地樟子松人工林的区域土壤酶活性均高于毛乌素沙地,这说明亚湿润干旱区的自然条件可能更有利于土壤酶系统衍生。     

Soft rock for improving crop yield in sandy soil in the Mu Us desert,China

Soft rock efficiently retains water because it is hard when dry but expands rapidly when wet, thus it can be used as a natural water retention agent. Therefore, soft rock can be blended with sandy soil to enhance the water-holding capacity of sandy land. Understanding how soft rock content in sandy soil affects corn growth (Zea mays L.) is essential for enhancing local agricultural production in the Mu Us Desert. The Root Zone Water Quality Model 2 was calibrated and validated based on 2-years of experimental data for composite soils prepared at three ratios of soft rock to sand (1:1, 1:2, and 1:5 v/v), and then used to estimate the water non-limiting potential yield (Yp) and the potential yield of a rainfed crop [Yp(r)], along with yield gap [YG(r)] of corn using the weather data from 1990 to 2013 in the Mu Us Desert. The mean simulated Yp(r) of corn in the compound soil at a ratio of 1:2 was significantly higher than that of the compound soil at 1:1 and 1:5 ratios, respectively. The mean simulated Yp(r)s of corn were 2.551, 3.527, and 2.924?Mg ha^?1 and the YG(r)s were 6.071, 5.096, and 5.698?Mg ha^?1 for 1:1, 1:2, and 1:5 ratios, respectively. The crop yield depends on the amount of soft rock added to the sandy soils.     

毛乌素沙地飞播区植被动态变化研究

对毛乌素沙地不同飞播年限的4个播区进行调查研究,通过对盖度、重要值以及生活型的研究和分析,说明飞播对沙地退化植被有明显的改善作用。分析表明:飞播后飞播植被盖度随时间逐年增加,由14%增加到33%,说明飞播后植被得到良好的恢复;飞播后在不同的沙丘部位植被盖度各不相同,但是随着飞播年限的增加沙丘各部位的盖度相差不大;各飞播植物种的盖度和重要值随飞播年限的增加而变化,在飞播后的24年中呈现出不同的消长动态。飞播改良了沙地土壤的性质,使多年生和一年生的草本植物在群落中得以生长,随着飞播年限的增长,飞播群落的结构逐渐复杂,群落更趋于稳定。     

石羊河流域参考作物蒸散发时空变化及其对气候变化的响应

基于石羊河流域8个气象站点1984—2019年逐日气象资料,分析参考作物蒸散量(ET0)时空变化规律,多种定性与定量分析方法结合,揭示ET0变化与气象因素间的相关关系,确定主导气象要素,探明ET0变化对主导因子敏感程度及贡献.结果表明:石羊河流域ET0上升趋势显著,流域大部分区域达到0.05显著性水平;空间上呈现由南向...     

黄土地与沙地生物结皮的发育特征及其生态功能异同

基于课题组已有研究成果,选取陕北水蚀风蚀交错区内气候条件相同但土壤质地迥异的试验区,探讨黄土地和沙地生物结皮发育特征及其生态效应的异同。结果表明:(1)苔藓结皮是2种土地生物结皮的重要类型,其中,黄土地的优势藓种为尖叶对齿藓[Didymodon constrictus(Mitt.)Saito.]、真藓(Bryum argenteum Hedw.)、狭网真藓(B.algovicum Sendt.);沙地的优势藓种为黄色真藓(B.pallescens Scheich.)、弯叶真藓(B.recurvulum Mitt.)、银叶真藓(B.argenteum Hedw.)。沙地乔灌植物下生物结皮盖度(77.5%)、厚度(11.8 mm)及容重(1.9 g·cm~(-3))均高于黄土地生物结皮,而黄土地多年生草本植物下生物结皮抗剪强度(26.5 k Pa)高于沙地生物结皮,总体上,沙地生物结皮发育的更好。(2)黄土地的入渗增幅和0~200 cm剖面的平均土壤含水率增幅均显著高于沙地(P0.05),且在旱季和雨季其0~200 cm剖面的平均土壤含水率增幅分别比沙地高1.4%和1.9%。(3)两地生物结皮均表现出了较好的减蚀作用,其减蚀效率分别为81.0%和90.6%。     

毛乌素沙地沙柳与柠条根系分布特征对比

采用土柱法对毛乌素沙地沙柳与柠条的根系进行了研究。研究表明:沙柳与柠条均为主根型植物,沙柳的水平根更为发达。三年生沙柳根系水平分布在距树基160cm范围内的土层中,距树基0～40cm范围内根系分布最多,占总根量的78.73%;柠条根系水平分布在距树基60cm范围内的土层中,占总根量的78.58%。沙柳根系垂直分布在60cm土层以上,而柠条根系垂直分布在30cm至90cm土层之间。     

滴灌高频施肥条件下玉米适宜灌水量的试验研究

通过大田试验,在高频施肥条件下设置了低水(H1,0.56K_cET_0),中水(H2,0.8K_cET_0),高水(H3,1.04 K_cET_0)3个不同灌水量,研究风沙土滴灌灌水量对玉米生长、干物质积累和产量的影响。结果表明:H1处理土壤含水率长期低于60%的田间持水率,H2和H3处理土壤水分能长期保持在田间持水率的60%以上;灌水量对玉米生长有显著影响,表现为H2处理玉米株高在灌浆期和完熟期显著高于H1和H3处理,其中灌浆期比H1和H3处理分别高13.8%和10.8%,完熟期分别高12.9%和10.7%;H3处理的茎粗在拔节期～完熟期显著高于H1处理,拔节期H3处理的茎粗最大,为28.9 mm,比H1处理粗8.5%;H2处理的叶面积指数(LAI)分别比H1和H3处理高22.6%和16.7%;H2处理的叶绿素含量(SPAD值)在穗期和灌浆期显著高于H1和H3处理,其中穗期分别高13.8%和10.8%,灌浆期分别高12.9%和10.7%;地上部干物质量H2处理最大,达303.5 g,比H1和H3处理分别增加了15.4%和3.3%;灌水量对各单项产量构成性状的影响不显著,但H2处理穗重最重,达382.9 g,比H1和H3处理分别重30.8%和4.2%,产量和水分利用效率(WUE)从大到小依次为H2、H3、H1,H2处理的产量和WUE分别为12.3 t·hm~(-2)和2.16 kg·m~(-3)。在风沙土地区,低水处理会使玉米前期缺水,中、高水处理能为玉米提供适宜的水分条件,但高水处理降低了肥效。综上,风沙土地区玉米滴灌高频施肥条件下推荐灌溉水量为0.8K_cET_0。     

Effects of aeolian processes on nutrient loss from surface soils and their significance for sandy desertification in Mu Us Desert,China: a wind tunnel approach

Mu Us Desert, a region with high aeolian activity, is at extremely high risk of sandy desertification. Using surface soil samples collected from Mu Us Desert of northern China, we evaluated the effects of aeolian processes on nutrient loss from surface soils by employing wind tunnel experiments. The experiments were conducted using free-stream wind velocities of 14, 16, 18 and 22 m/s. Our results showed that the fine particles(50 μm in diameter; 12.28% of all transported materials) carrying large nutrient loadings were exported outside the study area by aeolian processes. After the erodible fine particles were transported away from the soil surfaces at low wind velocity(i.e. 14 m/s), the following relatively high wind velocity(i.e. 22 m/s) did not have any significant effect on nutrient export, because the coefficients of variation for soil organic matter, total phosphorus, total nitrogen and available potassium were usually 5%. Our experimental results confirmed that aeolian processes result in a large amount of nutrient export, and consequently increase the risk of sandy desertification in arid and semi-arid ecosystems.     

泾河上游典型站近45年参考作物蒸散量变化特征

为了更好地探讨泾河上游地区植被耗水的变化情况,利用泾河上游4个典型站点近45 a的逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式,计算了日参考作物蒸散量,并对ETo的日、月、年值的变化特征进行了分析,同时分析了影响ET0的主要气候因子.结果表明:泾河上游ET0的日均值和月均值与大气温度、日照时数等气象要素均达到极显著相关,与风速的相关程度最低,ET0日变化和月变化均呈现为相似的单峰型变化趋势,峰值出现在夏季7月份.近45年来,只有隆德ET0年值呈显著性增加,其他站ET0年值变化不明显.固原的夏季,隆德的冬、夏、秋季的ET0呈显著性变化,其他站各季节变化均不明显.     

明代边墙修筑时毛乌素沙地范围探讨

根据野外调查,并结合历史文献记载,对明代毛乌素沙地的范围进行了分析。结果表明:明代时毛乌素沙地边墙一带已经处于沙地之中,其环境为沙地、湖滩交错组成,沙漠早在边墙修筑之初就远在边墙的南面。边墙的修建虽说"草茂之地,筑之于内,使虏绝牧;沙碛之地,筑之于外",这只能代表一种景观的差异,与现今所定义的沙地概念不符,不能用来作为沙地与非沙地的分界线。但当时边墙附近植被盖度应好于现在,多为固定沙丘或者平沙地。