亚欧大陆中心区域水热资源配合状况与绿洲农业适应性研究

采用水热作图和干燥度计算比较分析的方法,对中亚和新疆水热资源配合进行研究,发现中亚和新疆在"山地-绿洲-荒漠系统"及特殊地理、气候条件下形成的水热配合,中亚属水热不同期配合、新疆属水热同期配合。人们在充分利用自然降水基础上实施灌溉,形成绿洲农业对水资源的适应性。随着科学技术和经济实力进步,膜下滴灌等现代农业技术的实施,促进光、热、水、土资源成为新型水热资源耦合,进一步发挥绿洲农业适应性优势,造就了绿洲特色农业,推进农业现代化建设。     

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。     

中国绿洲区农业生产的水热条件及可持续利用对策

中国绿洲区光热资源丰富,在灌溉条件下,农产品品质好、产量高,农业生产在全国具有重要的地位。2005年该区人均粮食为全国平均水平的1.36倍,小麦、玉米、棉花和葡萄产量分别占全国总量的5.1%,4.2%,30.0%和23.1%。在对该区农业生产地位、农业结构特点、光温生产潜力分析的同时,利用1951-2006年区内7个气象站的逐年降水与气温资料,分析了该区水热条件的变化趋势。结果表明:20世纪90年代中国绿洲区气温普遍趋增,且增温明显,到了21世纪,除河套绿洲气温趋减外,其他绿洲区呈持续增温态势;降水的变化90年代河套、河西走廊和准噶尔盆地绿洲呈明显增加趋势。根据上述分析与政府间气候变化委员会(IPCC)预测的未来气候的可能变化,建议该区应大力发展特色农业(优质棉花、高产粮食、优质红花、优质葡萄、优质枸杞),培育、推广优质品种,兴修水利以及发展节水灌溉等。     

中国干旱区绿洲稳定性研究

绿洲是干旱区特有的生态景观之一,也是干旱区人类生产和生活的主要空间。绿洲的稳定事关干旱区人类的生存、社会经济的发展。因此,绿洲稳定性成为近年干旱区研究的热点。从生态系统、景观、流域3个层次综述绿洲稳定性研究现状,提出在未来应建立高效节水绿洲的同时,还应加强田块、灌区和绿洲不同尺度水效益及其对绿洲水文循环影响的评价研究;加强以流域为单元,开展绿洲稳定性研究;加强人工绿洲建设与天然绿洲稳定的关系、流域内绿洲空间布局、结构与绿洲稳定性关系、绿洲生态用水和生产用水比例与绿洲稳定性的研究。     

中亚与新疆绿洲农业的比较

基于实地考查和调研,应用“水热做图分析及干燥度法（K、K′值）]综合研究体系”,对中亚与新疆绿洲农区的形成条件、水热配合、分布类型及其对绿洲农业的影响进行比较研究,初步将研究区分为2大类4小类,即山前冲-洪积扇及冲积平原绿洲农区和沙漠内河湖沿岸绿洲农区;4小类包括：① 中亚山前冲-洪积扇及冲积平原绿洲农区;② 新疆山前冲-洪积扇及冲积平原绿洲农区;③ 中亚沙漠内河湖沿岸绿洲农区;④ 新疆沙漠内河湖沿岸绿洲农区。不同类型绿洲农区的气候资源、土地资源以及环境和社会资源等的差异,给绿洲农业带来多方面的影响,突出表现在：① 灌溉模式。在加强水利建设、实施合理灌溉的基础上,中亚山前冲-洪积扇及冲积平原绿洲农区应充分利用雨季降水,实施节水灌溉;而新疆山前冲-洪积扇及冲积平原绿洲农区、中亚与新疆沙漠内河湖沿岸绿洲农区则更需强调节水灌溉。② 棉花生产。沙漠内河湖沿岸绿洲农区适合植棉;山前冲-洪积扇及冲积平原绿洲农区气温较高,也适合植棉,但需要配套的栽培技术,海拔较高、纬度偏北区域则不能植棉。     

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。     

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。     

人类活动对亚洲中部水环境安全的威胁

主要依赖河流出山口的径流量维系山地-绿洲-荒漠间脆弱生态平衡的亚洲中部干旱区,其水分循环过程完全不同于湿润区。平原区不产生径流,地表水和地下水同源于山区,一个流域就是一个以地表水和地下水相互依赖的生态功能单元,其中河流是纽带,连接山区径流形成区与平原径流散失区或消耗区,以水分循环为主体,并与生物、生态系统紧密相联系,构成一个独特而又完整的內陆水分循环体系。自然要素的变化,特别是人类的参与或介入,改变了水分循环的规律,对亚洲中部干旱区水和环境的形成具有很大的威胁。用多年的观测数据来讨论人类活动的影响,并提出维系和保持干旱区水环境的建议。     

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。     

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.     

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.