基于SPEI的新疆干旱时空变化特征

基于新疆地区54个气象站1963—2012年的逐月气象资料,计算得到近50 a来新疆12个月时间尺度的标准化降雨蒸散指数(SPEI)序列,并利用线性趋势、经验模态分解(EMD)及经验正交函数(EOF)等方法,对新疆近50 a干旱时间和空间变化特征进行了分析。结果表明:新疆地区以1987年为界,由普遍干旱期转型为相对湿润期,但近10 a又出现显著的变干趋势,预示着新疆有可能会重新进入干旱期。新疆干旱变化存在2、6、24 a左右的主要振荡周期以及3~4 a的次振荡周期,其中6 a振荡周期最为突出。EOF展开的第一模态反应的是西风系统控制下,新疆全区干旱变化的平均状态。EOF展开的第二模态则反映出由于天山山脉阻隔及地形差异,导致的南北疆干旱呈现反相位变化的空间分布特征。新疆近50 a干旱时空变化整体上存在一致性,局域上又具有异质性。     

古尔班通古特沙漠NDVI时空变化特征

利用NOAA/AVHRR NDVI时间序列数据,分析1981-2003年古尔班通古特沙漠不同分区NDVI时空变化的特征。结果表明:23年来,古尔班通古特沙漠NDVI整体上呈波动上升趋势。NDVI增加区域略大于减小区域,且20世纪90年代NDVI增加幅度小于80年代。沙漠不同的植被、沙地类型可能造成了NDVI年内变化特征的空间差异性。沙漠中部和西部年内NDVI最高,呈单峰型;东南部最低,呈低值型;北部植物生长季期间NDVI变化非常平缓,为平稳型。从年内尺度看,水分和热量条件对沙漠植被生长的年内变化起着重要作用。从年际尺度看,降水对NDVI年际变化影响较大,降水丰沛的年份植被茂盛,反之植被稀少、生长缓慢;气温对植被生长的影响不明显。在空间分布上NDVI具有明显的纬向水平地带性分布规律:44.7°~45.6°N NDVI较高,在0.15以上,45.6°N以北和44.7°N以南的地区NDVI较低,其值小于0.15。     

1982-2006年华北植被指数时空变化特征

利用1982-2006年GIMMS/NDVI数据,研究华北近25 a来植被指数在时间和空间上的变化。结果表明:①植被指数的年内变化呈单峰型,最大值出现在夏季,其中北京市NDVI最大,森林NDVI比农田和草地NDVI大;②华北年平均NDVI呈增加趋势,河北省植被指数增加最快,北京市次之,不同土地覆盖类型中,农田NDVI增加最快,草地次之,森林最小;③空间趋势分析结果显示,华北植被指数改善的面积占整个地区面积的15.96%,退化面积占11.86%,其中,河北省改善面积最大,内蒙古退化较明显,不同土地覆盖类型中,农田植被改善最明显;④基于华北近年暖干化发展趋势下,人类活动对该区域NDVI变化起到了重要作用。     

1967-2018年托木尔峰国家级自然保护区降水时空变化特征

本文选取1967—2018年托木尔峰国家级自然保护区周围6个气象站点的降水数据,对其降水量、降水日数、降水强度进行线性回归分析以及可信度检验。采用Mann-Kendall突变检验法对其降水量进行突变分析,检测降水发生变化的年份。结果显示:①托木尔峰国家级自然保护区多年的降水量、降水日数、降水强度均呈波动增长的趋势。年降水量、降水日数与降水强度均通过显著性水平(α=0. 05)检验。②托木尔峰国家级自然保护区的降水季节性差异明显,降水主要集中在夏季,增湿主要集中在夏季与秋季。各季节降水量均呈波动增长趋势,通过对各个季节降水量与降水强度增加趋势的可信度检验,发现在0. 05水平下春、夏、秋季降水量增加趋势明显,冬季降水强度增加趋势明显。③通过对年降水量的突变分析发现突变年份为1997年,并通过显著性水平(α=0. 05)检验。     

汾河流域降水及旱涝时空结构特征

利用汾河流域39个测站1956-2000年各月降水资料,采用经验正交函数(EOF)分解技术分析年降水的空间结构特征与变化.结果表明:汾河流域年降水主要有3种典型分布类型,即"全体一致型"、"南北反相型"、"上下游与中游反相型".其中,第1种分布型占主导作用,其相应的时间序列和年均降水序列形状基本相似,趋势皆减少.此外,采用Z指数旱涝指标划分了汛期旱涝状况和等级,结果显示,汛期异常旱涝主要发生在8月和6月.     

1960-2018年黄土高原地区蒸发皿蒸发时空变化特征及影响因素

蒸发是水循环的重要过程,研究黄土高原地区的蒸发皿蒸发对区域水资源利用与保护意义重大.通过收集黄土高原地区61个气象站点的蒸发皿蒸发、气温、风速、降水、相对湿度、水汽压等数据,使用Mann-Kendall检验、累积距平、线性趋势法分析了1960-2018年黄土高原地区蒸发皿蒸发的时空变化特征,运用多元回归分析法探究了影响...     

基于CMIP5的中国区域气溶胶变化及其对降水的影响

基于第5次国际耦合模式比较计划(CMIP5)提供的气溶胶光学厚度(AOD)数据和气溶胶单因子历史试验降水数据,采用线性趋势分析、相关分析、经验正交分解(EOF)方法,从时间和空间维度上分析了自工业革命以来中国AOD的变化及其对降水的影响。1860-2000年,中国区域的AOD整体呈显著增加的趋势(P<0.001),AOD的增加趋势以胡焕庸线为界呈现出"东高西低"的空间分布格局,并在1945年以后AOD的增加趋势〔0.3807·(100a)^-1〕显著大于1945年以前的趋势〔0.0290·(100a)^-1〕。在气溶胶单因子驱动试验中,中国有89.1%区域的降水呈显著减少的趋势(P<0.001),其中东南部、四川盆地以及青藏高原东南部是降水减少最明显的区域,西北地区降水减少趋势较弱,并在1962年以后降水的减少趋势〔118.04mm·(100a)^-1〕显著大于1962年以前的趋势〔26.67mm·(100a)^-1〕。气溶胶主要通过抑制弱降水显著降低了降水事件发生的频率与降水强度,降低速率分别为3.160d·(100a)^-1、0.1624mm·d^-1·(100a)^-1。研究工业革命以来气溶胶对降水的气候效应,为更好的应对区域气候变化问题提供科学依据。     

基于CWSI的汾河流域干旱时空变化特征

基于MOD16数据,计算作物缺水指数(Crop Water Stress Index, CWSI),结合汾河流域气象站点数据、植被指数数据和土地利用数据,采用差值法、线性趋势法和相关分析法,分析汾河流域2000—2021年干旱时空变化特征。结果表明：（1）CWSI能有效监测汾河流域旱情,其与10 cm土壤相对湿度呈显著负相关。（2）汾河流域CWSI空间分布差异明显,呈现出南湿北旱的特点。（3）汾河流域CWSI年际变化较为平稳,而月变化波动较大,5月CWSI达到年内峰值。（4）汾河流域不同生长期内干旱情况差异显著,生长季前期（4—5月）特旱区占汾河流域总面积的48.55%;生长季中期（6—8月)基本全域无旱;生长季后期（9—10月）,仅11.17%的地区发生干旱。（5）不同土地利用类型干旱程度不同,CWSI从小到大依次为：林地（0.686）<草地（0.749）<耕地（0.751）<未利用地（0.758）<城镇（0.765）。本研究结果可为汾河流域旱情监测和抗旱决策的制定提供科学数据支撑。     

近52 a山西气温变化特征

依据山西省1961-2012年17个气象站的逐日气温数据,运用Mann Kendall突变检验法、EOF、线性趋势分析法,对52 a来山西气温异常的时空变化特征进行了分析。结果显示：① 研究时段内山西气温呈波动上升趋势,在1994年发生暖性气温突变;② 山西省气温变化分布场具有明显的空间分异特征,主要表现为全区升温趋势整体一致。受地形影响,气温变化各自形成中心,呈地形影响型以及因受季风、纬度等不同因素影响的南北分布型;③ 山西省极端最低气温与极端最高气温均呈上升趋势,极端最低气温的上升速率高于极端最高气温,说明山西省极端最低气温的上升在全区的气温上升趋势中起主要作用。     

人为影响下古尔班通古特沙漠小尺度生态环境变化

随着沙漠中油气资源勘探开发、公路建设和重大工程相继实施 ,对生态环境的人为影响日益加深。本文以重大工程实验点为例 ,通过研究对比工程影响区内人工沙垄和自然沙垄的砂质新成土理化性状和植被群落特征 ,指出了沙漠生态环境在人为干扰下发生的一系列变化 ,以及受损生态环境在人们采取积极补救措施的情况下所具有的自然修复能力     

工程行为对古尔班通古特沙漠植被的破损及恢复

随着准噶尔盆地石油开发力度不断加大和工程建设相继上马 ,古尔班通古特沙漠环境脆弱的生态平衡受人为活动影响日益严重。突出表现在工程行为造成沙漠植被的破损 ,如碾压、铲除、压埋、油污 ,以及对植物生长环境地表的扰动等。通过观察试验发现 ,当工程行为方式及强度对生态环境的干扰未使生态稳定性瓦解时 ,则沙漠植被具有自然恢复能力 ,但恢复过程需要较长的时间才能完成。若要加速和强化恢复过程 ,就要在工程中采取及时固沙、适时补播灌草植物的有效人工辅助措施     

古尔班通古特沙漠南缘优势物种的种间关联特征

基于古尔班通古特沙漠南缘植物多样性的调查,对22个优势物种间的关联性进行了分析。结果表明:231个种对中,正关联种对数(141对)多于负关联种对(90对),且前者达到显著关联的种对数(89对)也多于后者(27对)。乔灌木对草本植物分布具有显著影响,形成种对中正关联种对数(44对)多于负关联种对(28对),且前者达到显著关联的种对数(22对)也多于后者(10对)。其中白梭梭、白茎绢蒿和淡枝沙拐枣分别与18个优势草本中的11个、13个和13个呈正关联,且多为显著关联;但梭梭与这些草本均不存在显著正关联,表现出明显的生境趋异性。绝大部分(211对)种对的OI<0.6,处于中等偏弱联结强度,表明干旱环境胁迫使部分物种在资源利用趋同同时,而不同物种集团之间发生了空间分布的分离。DCA排序图的种间距离和分布位置在一定程度上印证了上述结果。研究认为本沙漠白梭梭、白茎绢蒿和淡枝沙拐枣等灌木不仅具有防风固沙效应,而且对草本具有重要的看护效应,需要重点保护。在人工植被恢复过程中,应重视不同乔灌木与草本植物间的合理搭配,以构成灌木-草本群落,形成立体防风固沙体系,更好地发挥生态效应。     

古尔班通古特沙漠的积雪及雪融水储存特征

通过在中国科学院阜康荒漠生态站北沙窝试验区布置野外定位试验,对古尔班通古特沙漠地区积雪物理特征变化、沙垄坡地以及稀疏梭梭林地的积雪分布、融雪水分在土壤中的转化储存效率及其成因进行研究.结果表明:古尔班通古特沙漠地区的积雪属低密度的"干寒型"雪,平均雪密度在0.14～0.27g/cm<'3>之间,积雪分布存在较大的空间分异特性;融雪水文过程以垂直入渗储存为主,没有明显的洼地积水和地表汇流过程;雪融水转化为土壤水分的比例高达78.8%～92%,为春季荒漠植被的生长提供了很好的水分条件.除了起伏的沙垄地形、冬季的低气温、多雾天气外,有限的积雪量、积雪融化前极低的土壤含水量以及高渗透率的沙地是古尔班通古特沙漠雪融水以垂直人渗为主并具有高的转化储存效率的主要原因.     

古尔班通古特沙漠地衣结皮对放牧踩踏干扰的小尺度响应

古尔班通古特沙漠地衣结皮对放牧踩踏干扰及其所引起的生境异质性具有重要的指示作用。研究表明：① 放牧踩踏干扰主要集中于结皮层（0~5 cm）,随机调查的样方中,90%的样方干扰率均低于30%,生物土壤结皮(BSCs)破损尚处于较安全的范围;② 放牧踩踏干扰降低了BSCs总盖度,不同类型的结皮对践踏干扰的反应具差异性,其中,真菌-藻类共生形成的地衣结皮与干扰率呈极显著负相关（P<0.01）,干扰率>30%的样方中,抗风蚀能力较强的苔藓结皮、地衣结皮盖度均显著低于未受干扰样方,地衣共生体的破坏导致真菌数量显著增加（P<0.05）;③ 有机质、土壤容重等土壤理化指标均与干扰率呈负相关,干扰率>30%的样方中各指标均低于未受干扰样方。其中,土壤容重是对放牧干扰比较敏感的指标,与地衣结皮盖度亦呈极显著正相关（P<0.01）,与流沙盖度呈显著负相关（P<0.05）。     

古尔班通古特沙漠不同类型生物结皮对草本植物多样性影响

选择古尔班通古特沙漠的北部(一号点)、中部(二号点)、南部(三号点)3个不同样点的裸沙和藻结皮、地衣结皮与苔藓结皮3种生物结皮类型,对比研究了草本植物多样性的差异性及其主要环境影响因素.结果表明:(1)不同生物结皮类型的土壤理化性质有明显差异,土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量以及黏粒、粉粒和细沙的含量随生物结皮演替显著...     

Dynamics of arbuscular mycorrhizal fungi associated with desert ephemeral plants in Gurbantunggut Desert

Previous studies documented that most desert plants can be colonized by arbuscular mycorrhizal (AM) fungi,however,little is known about how the dynamics of AM fungi are related to ephemerals in desert ecosystems.The dynamics of AM fungi with desert ephemerals were examined to determine the effects of host plant life stages on the development of AM fungi.Mean colonization of ephemeral annual plants was 45% lower than that of ephemeral perennial plants.The colonizations were much higher in the early part of the growing season than in later parts,peaking at flowering times.The phenology of AM fungi in root systems varied among different ephemerals.The density of AM fungal spores increased with the development of ephemeral annual plants,reached its maximum at flowering times,and then plateaued about 20 days after the aboveground senescence.A significant positive correlation was found between AM fungi spore density and biomass of ephemeral annual plants.The life cycles of AM fungi associated with desert ephemerals were very short,being about 60-70 days.Soil temperature and water content had no direct influence on the development of AM fungal spores.We concluded that the development of AM fungi was in response to desert ephemeral phenology and life history strategy.     

50a来别珍套山冰湖的时空变化及其对气候的响应

应用1964—2014年的12期多源遥感数据,对天山西部的别珍套山冰湖进行面积变化制图,从数量和面积分析了冰湖的时间变化过程,从规模、海拔、坡向、类型等方面分析了冰湖变化的空间特征,并结合气象资料与冰川动态探讨湖泊变化的驱动因素。结果表明:多时期的遥感数据能更好地描述冰湖由数量减少、面积萎缩到数量增加、面积扩展的趋势,其时间段分别为1965—1978年和1978—2014年。冰湖在规模上普遍偏小;在海拔上,3 300~3 500 m处冰湖分布最多,也是冰湖变化最为显著的区段;在坡向上,冰湖数量及面积变化显著的区域为北坡,这与冰川的分布一致;在类型上主要以冰碛湖为主。冰湖的时间变化过程很好地响应了区域降水和气温的变化,而冰湖在空间上的变化差异与冰川直接相关。     

寡营养细菌对古尔班通古特沙漠土壤环境的影响

利用从古尔班通古特沙漠生物结皮中分离的1株寡营养细菌制成的菌剂,喷洒在流沙表面,分析寡营养细菌对沙漠土壤微生物、酶活性、土壤养分及生物结皮形成的影响。结果表明：①喷洒寡营养细菌菌剂,提高各层土壤主要微生物数量,其中显著（P〈0.05）提高了0～2 cm土层的细菌和放线菌数量及2～5 cm层的寡营养细菌数量;②对不同土壤...