亚洲中部干旱区生态地理格局研究

亚洲中部干旱区是北半球陆地温带、暖温带面积最大的世界干旱区域。同时,它又是世界上生态与环境十分脆弱,自然资源和能源相对富集的区域。从发生学的观点,用系统论的方法研究亚洲中部干旱区生态地理环境的发生、发展和演变过程,以满足区域经济建设和生态建设的需求。研究认为：山地森林草原-盆地平原绿洲寓于荒漠,并与荒漠共存,是一种复杂、而又完整的内陆生态地域系统,是亚洲中部干旱区最显明,最基本的自然生态地理区域,具有最根本的生态地理格局特征。深刻认识、科学掌握和解读干旱区的地域规律性--生态地理格局。对建设美丽中国,特别是中国干旱区生态安全、环境保护,促进社会经济可持续发展具有重要的理论和实践意义。     

夏季北极涛动与亚洲中部干湿状况关系研究

利用NCEP/NCAR全球再分析资料和NOAA北极涛动指数资料,采用相关分析、谱分析、小波分析等,对北极涛动(AO)与亚洲中部干旱区(ACA)的干湿变化关系进行分析.研究认为:夏季北极涛动指数和ACA相对湿度场存在显著反相关,尤其表现在年代际尺度上;两者都于20世纪70年代初发生显著突变,2年准周期贯穿过去50年,但5年左右的周期在70年代中期以后表现显著.结果表明:AO突变前后,ACA海平面高度场、对流低层风场都具有显著变化,但ACA东半部和西半部受作用的亚系统并不一致,认为夏季ACA干湿状况突变及其周期特点转变的主要原因之一是AO突变引起环流场变化所致.     

亚洲中部干旱区降水异常的大气环流特征

亚洲中部干旱区(中亚五国和新疆)是地中海气候与东亚季风气候的过渡带,区域天气气候与欧洲和东亚季风区迥异,具有世界独特的干旱区生态气候模式,即山地森林草原—盆地平原绿洲寓于荒漠,并与荒漠共存的生态气候地理格局。天气气候受高、中、低纬环流的共同影响,区域内部差异很大,形成多背景、多因子、多尺度影响下的极具代表性的气象灾害孕育和成灾环境。亚洲中部干旱区光热资源丰富、蒸发量大、气温变化剧烈,而降水稀少,且分布极不均匀,天山山脉的中西段是降水高值区,近百年来整体表现为增暖、增湿趋势。高、中、低纬系统和中亚低值系统的活跃,共同造就了中亚东部(新疆)降水年代际和年际异常增多。西亚西风急流是联系高、中、低纬环流系统相互作用的纽带。目前,该区域气象综合观测网建设不能满足应对气候变化的需求,同时对区域特有的环流系统、灾害性天气气候发生规律和形成机理、高分辨率区域数值模式、地—气相互作用对区域天气气候的影响、气候变化预估等方面的研究也较薄弱,开展上述研究对"丝绸之路经济带"可持续发展具有重要科学意义和战略价值。     

近百年来人类活动对黑河流域水环境的影响

在总结前人研究成果的基础上 ,系统论述了黑河流域近百年来的水环境变化。流域水环境包括流域水系、水资源时空分布以及水资源质量等方面。近百年来 ,由于人类活动强度的增加 ,河流湖泊水系逐渐从自然水系、半自然水系演化为人工水系 ,地表径流基本上为人类所控制 ,使水资源利用主要集中在中游和下游上段地区 ,下游河道年平均断流天数从 5 0年代的 37.6d上升至 90年代的 89.9d,尾闾湖西居延海于 1 960年干涸 ,东居延海处于干涸和充水交替状态。水资源在年际和年内的分配都发生了极大变化。由于工农业发展、水资源利用方式、重复利用率提高以及人工合成物质的使用和排放等多种因素 ,流域水质持续恶化。由于人类活动的特点 ,在整个环境演变过程中定量分析人类活动的影响还没有适宜的理论和方法。     

亚洲中部干旱区绿洲水热匹配与生物、农业技术适应性分析

亚洲中部干旱区"中亚天山北坡-新疆天山北坡-甘肃祁连山北坡"山前平原,在古丝绸之路和现代丝绸之路经济带时期均为社会、经济、文化最繁荣的重要地区。而一个地区某生物的生长发育除与降水、气温有关外,还与当地的水热匹配特征密切相关。中亚天山北坡区段水热不同步-新疆天山北坡区段水热较同步-甘肃祁连山北坡河西走廊区段水热同步的生态环境,深刻地影响着当地的天然动植物种类及其生长发育,使某些生物在研究区内各区段间形成了发生中心区、扩散区及无发生区的规律性分布;不同区段多项绿洲农业技术的差异性也反映出其对当地水热匹配特征的适应性。     

亚洲中部高山降水稳定同位素空间分布特征

为了揭示中亚高山地区大气降水稳定同位素的时空分布特征,开展不同尺度下干旱区水文循环的研究,分析了亚洲中部天山、昆仑山、祁连山地区18个站点的降水氢氧稳定同位素资料。结果表明:天山、昆仑山和祁连山地区降水稳定同位素季节变化较为明显,表现出夏半年高、冬半年低的变化趋势。3个地区降水稳定同位素的空间分布也呈现出显著的季节差异。除昆仑山外,天山和祁连山大气降水线方程的斜率均低于全球大气降水线,说明这些地区的降水受到较强的蒸发影响。研究区各站点降水稳定同位素均呈显著的温度效应,区域内降水量效应不明显。春、夏季昆仑山地区3站点的降水δ^18O高程效应较明显,降水δ^18O随海拔上升而降低,其余地区没有明显的高程效应。除昆仑山地区西合休外,亚洲高山地区氘盈余(d值)总体表现出冬半年高,夏半年低的变化趋势。     

亚洲中部干旱区湖泊的地域分异性研究

湖泊是干旱区气候与环境变化的敏感指示器,了解干旱区湖泊的空间分布和变化特征,有利于正确分析和评估气候变化和人类活动对干旱区水资源的影响。采用2010年的Landsat 遥感数据资料,对新疆、中亚五国及其毗邻高山地区的湖泊制图,并分析该区域内湖泊的数量、面积的时空分布特征。研究表明：① 2010年研究区域内大于0.01 km²以上的湖泊总数为30 952个,总面积为496 674.35 km²,其中哈萨克斯坦北部、阿尔泰山地区和昆仑山南麓是湖泊富集的地区。② 湖泊数量与湖泊面积呈幂指数关系,湖泊面积每升高一个10的量级,该量级内的湖泊数量下降4~6倍,湖泊面积增加1~2倍,与全球的湖泊分布相比,属于湖泊分布相对稀少的地区。③ 湖泊数量在纬度带的空间分布相对均一,大型湖泊集中分布在41°~44°、46°和48°~50°的纬度带上;低海拔地区的湖泊数量多,面积大,高海拔地区湖泊数量多,面积小;山区、河谷湿地和哈萨克斯坦北部草原湖泊数量多;荒漠区湖泊分布稀少。④近20 a来,高山地区湖泊与平原地区湖泊呈相反的变化模式,高山地区湖泊处于稳定或快速扩张态势,而平原地区的湖泊剧烈萎缩。     

亚洲中部干旱区的湖泊

采用系统论的观点,对亚洲中部的干旱区湖泊（包括咸海、巴尔喀什湖、博斯腾湖、艾比湖、玛纳斯湖、艾丁湖与罗布泊等）的水分循环与其他物质循环进行综合研究,其结果不仅丰富了生态循环的理论,而且深刻地揭示了干旱区湖泊与湿润区湖泊截然不同的特征;表现出水分循环的独特性、形态测量学的复杂性、风生湖流的奇特性与泥沙运行的规律性以及内陆湖水化学特征和别具一格的水生态循环系统等。干旱区湖泊作为陆地水圈的组成部分,他是一个完整的生态系统。他由湖泊中的生物和水两大亚系统组成,相互作用而又相互联系。尽管大陆性气候严酷和强烈,风生湖流强劲（有时还多亏他的作用）,蒸发量大,但内陆湖能生存数千年,即在现代时间尺度上是无IL尽的。     

干旱区水环境质量评价的模糊数学法——以石羊河流域武威市为例

本文简要概述了进行水环境质量综合评价的必要性及评价原则 ,在分析总结目前常用的几种评价方法的基础上 ,提出模糊数学法的科学合理性。模糊数学法采用隶属函数来描述水质的分界 ,实行隶属度择近原则 ,体现了实际界限的模糊性 ,使评价结果更接近客观实际 ;权重的大小是根据实测值确定的 ,超标越多 ,权重越大 ;模型考虑了各项参数在总体污染中的作用差异 ,最终结果不仅能够反映出此水体的水质级别 ,还能反映出该水体对应于各级水质的隶属情况。因此 ,用模糊数学法来评价水质更能反映水体实际情况 ,是一种较好的水质评价方法。经用此方法对石羊河流域武威市水环境质量进行综合评价 ,结果得出石羊河干流校东桥、扎子沟及红崖山水库水中COD、BOD、NH3-N及粪大肠菌群等指标严重超标 ,都属于Ⅴ类水 ;上游黄羊水库、南营水库及西营水库水质整体较好 ,都属于Ⅰ类水 ,但BOD含量较高。     

气候变化和人类活动在塔里木河流域水文要素中的反映

塔里木河流域较明显的增湿出现在近20 a,流域平原地区近10 a略有暖干化的迹象;20世纪90年代是流域山区近40 a来最暖湿的阶段,在天山南麓中西部山区和帕米尔高原一带90年代增湿幅度大,西昆仑山北坡一带近20 a降水变化很小.塔里木河流域4条源流出山口多年平均径流量为227.0×108 m3,从年代际尺度看,50-80年代基本接近多年平均值,而90年代受山区增暖变湿影响,4条源流径流量达241.9×108 m3,增幅6.6%.由于源流区人类活动的影响和粗放型农业,近50 a来补给塔里木河干流的源流条数和水量不断减少,加之塔里木河干流上中游区间耗水量大,导致下游水量减少,生态急剧恶化.     

大气红外探测器（AIRS）资料揭示的中亚地区上对流层水汽时空变化特征

水资源纠纷已成为当前威胁中亚地区国家安全与稳定的主要因素,而上对流层水汽作为全球水循环的重要组成部分,其空间分布和变化过程对中亚地区水资源分配具有重要科学价值。利用最新的AIRS水汽质量混合比数据,分析了中亚地区2003-2011年上对流层水汽的时空变化及其异常特征,揭示了其与青藏高原、热带季风区等受亚洲夏季风影响区域的显著差异。研究表明：就整个亚洲中低纬地区而言,中亚地区全年上对流层水汽偏少,且年内变化相对稳定,逐月波动不大。与夏季青藏高原南部及热带季风区北部的水汽大值区相比,在黑海-里海以东至我国新疆西部之间的中亚地区上对流层为显著的水汽含量低值区。近9 a中亚地区上对流层水汽整体呈微弱的增加趋势,且具有较强的波动性：水汽最小、最大值分别出现在2009年、2010年,这一显著振荡对近9 a水汽的线性变化趋势影响较大。就季节变化而言,春、夏季分别呈微弱的下降、上升趋势,秋季上升趋势显著,冬季在2~3 a波动变化特征明显。     

从水土资源匹配关系看中亚地区水问题

中亚地区是世界上水土资源开发利用引起生态问题最突出的地区之一。运用基尼系数法和单位面积耕地所拥有的水资源量法,对中亚地区水土资源空间匹配关系进行定量分析。结果表明：中亚作为一个整体,水土资源匹配状况良好,通过调配可以达到水土资源均衡。但中亚五国间差异较大,表现为上游国家匹配状况优于下游国家。此外,通过对水土资源匹配状况的定量分析,得出中亚水问题不仅仅是量的问题,核心所在是国家间、尤其是上下游国家间对跨界河流水资源的利用与分配问题。     

Monitoring fire regimes and assessing their driving factors in Central Asia

Relatively little is known about fire regimes in grassland and cropland in Central Asia. In this study, eleven variables of fire regimes were measured from 2001 to 2019 by utilizing the burned area and active fire product, which was obtained and processed from the GEE(Google Earth Engine) platform, to describe the incidence, inter-annual variability, peak month and size of fire in four land cover types(forest, grassland, cropland and bare land). Then all variables were clustered to define clusters of fire regimes with unique fire attributes using the K-means algorithm. Results showed that Kazakhstan(KAZ) was the most affected by fire in Central Asia. Fire regimes in cropland in KAZ had the frequent, large and intense characters, which covered large burned areas and had a long duration. Fires in grassland mainly occurred in central KAZ and had the small scale and high-intensity characters with different quarterly frequencies. Fires in forest were mainly distributed in northern KAZ and eastern KAZ. Although fires in grassland underwent a shift from more to less frequent from 2001 to 2019 in Central Asia, vigilance is needed because most fires in grassland occur suddenly and cause harm to humans and livestock.     

Spatio-temporal pattern and changes of evapotranspiration in arid Central Asia and Xinjiang of China

Accurate inversion of land surface evapotranspiration (ET) in arid areas is of great significance for understanding global eco-hydrological process and exploring the spatio-temporal variation and ecological response of water resources.It is also important in the functional evaluation of regional water cycle and water balance,as well as the rational allocation and management of water resources.This study,based on model validation analysis at varied scales in five Central Asian countries and China's Xinjiang,developed an appropriate approach for ET inversion in arid lands.The actual ET during growing seasons of the study area was defined,and the changes in water participating in evaporation in regional water cycle were then educed.The results show the simulation error of SEBS (Surface Energy Balance System) model under cloud amount consideration was 1.34% at 30-m spatial scale,2.75% at 1-km spatial scale and 6.37% at 4-km spatial scale.ET inversion for 1980-2007 applying SEBS model in the study area indicates:(1) the evaporation depth (May-September) by land types descends in the order of waters (660.24 mm) > cultivated land (464.66 mm) > woodland (388.44 mm) > urbanized land (168.16 mm) > grassland (160.48 mm) > unused land (83.08 mm);and (2) ET during the 2005 growing season in Xinjiang and Central Asia was 2,168.68×10 8 m 3 (with an evaporation/precipitation ratio of 1.05) and 9,741.03×10 8 m 3 (with an evaporation/precipitation ratio of 1.4),respectively.The results unveiled the spatio-temporal variation rules of ET process in arid areas,providing a reference for further research on the water cycle and water balance in similar arid regions.     

基于GIMMS NDVI的中亚干旱区植被覆盖时空变化

选用1982—2013年GIMMS NDVI数据,运用变异系数法、Theil-Sen median趋势分析耦合Mann-Kendall检验以及Hurst指数法,研究了中亚干旱区植被覆盖的空间格局、不同维度的空间变异性、时间变化特征和未来趋势预测。同时,结合CRU降水、气温资料和MODIS土地覆盖数据,对植被覆盖时空格局及其变化的驱动因素进行分析。结果表明:1 1982—2013年中亚干旱区植被覆盖有较强的空间异质性,有植被覆盖的区域占总面积的85.32%,无植被覆盖的区域占14.68%。受降水量控制,植被覆盖呈山区高平原低、西部高东部低、北部高南部低的特点;受河流和人工灌溉的影响,绿洲区的植被覆盖高于荒漠区。2近32 a全区植被覆盖的波动变化较明显,各变异程度的面积比例:中等波动变化相对较高的波动变化高波动变化相对较低的波动变化低波动变化。受降水变率和人工种植的影响,植被覆盖的高波动变化主要在荒漠区和诸流域绿洲区;低波动变化主要在植被生长良好的区域。3 32 a间全区NDVI呈增长趋势,NDVI距平的变化率为0.01·(10a)~(-1)。基于像元尺度的分析也表明,全区植被覆盖变化趋势以增加为主,各类变化趋势的面积比例:轻微增加显著增加轻微减小显著减小无法确定。植被改善是区域气候增湿增暖和绿洲土地覆盖变迁所致。4全区NDVI的Hurst指数均值为0.63,Hurst指数大于0.5的范围所占比例为75.17%,即未来全区植被覆盖的变化趋势以持续性增加为主,其中25.23%的区域未来变化趋势无法确定。     

基于CRU资料的中亚地区气候特征

基于中亚地区1971-2000年的CRU资料,利用一元线性回归法,分析中亚地区30 a的气候变化特征。结果表明：土库曼斯坦和乌兹别克斯坦的沙漠地区是中亚最为干旱的地区,也是气温最高的地区。塔吉克斯坦和吉尔吉斯斯坦冬季和春季降水多,夏季和秋季降水少,气温变化幅度相对较小。哈萨克斯坦的降水呈现西多东少,且主要集中在夏季,气温变化幅度较大,且西暖东冷。中亚地区气温年较差较小。新疆与中亚五国的气候有明显差异,新疆降水主要集中在夏季的天山山区,气温增暖明显,最高和最低气温与中亚西部的变化趋势相反。