河西内陆高山降水多时间尺度分析

高山降水是内陆河流域水资源的主要来源,但现有认识普遍因实测数据匮乏而受到严重制约。基于2009~2014年间疏勒河上游(3400~4200m)的野外观测资料,文中以变差系数(Cv)、降水集中度(PCD)与集中期(PCP)为主要方法,初步分析了高山降水在不同时间尺度上的分布特征及其空间差异。结果显示:年降水量Cv为0.09~0.17,月降水量与其Cv之间呈幂函数关系(P<0.01);91.4%以上的降水分布在5~9月,PCD高达0.70~0.84,PCP为7月;降水日变化的峰值主要出现在15~01时,但主导因素随海拔升高由降水强度转变为降水次数。研究表明,疏勒河上游的高山降水以年际分布稳定、年内分配集中和夜雨偏多为主要特征,并且可能因海拔高度的不同而呈现明显差异。     

短命植物层群落年内变化与水热条件的关系

在新疆北部准噶尔荒漠的莫索湾地区,通过样方调查记录了2008年早春季节短命植物萌发到消失的群落特征变化,并结合同时段冬春季节的气温、降水等资料,分析了短命植物层群落年内变化与水热条件之间的密切关系。结果表明:早春季节首次降水的时间和降水量是决定短命植物萌动生长的主要因素,而出苗后的降水状况将显著影响当年的群落外貌特征,干旱高温季节到来的时间将决定短命植物最终的生活周期。此外,短命植物生长发育对偶然阵性降水具有极高的敏感性和适应性。     

内蒙古西部地区气候变化特征及影响因子分析

利用内蒙古西部地区8个台站的逐月气温、降水资料,采用线性趋势和Mann-Kendall突变检验等方法,结合大气环流指数、涛动和季风等影响因子,研究了内蒙古西部地区1961-2009年温度和降水的变化特征,探讨了区域气候变化与影响因子的关系。研究表明:1961年以来,内蒙古西部地区气温呈显著增加趋势,增加趋势为0.42℃/10a,冬季对气候变暖的贡献最大;21世纪以来增加最显著,在1990年发生突变。降水量也呈现出明显的增加趋势,冬季的增加趋势最显著,但没有表现出明显的突变特征。内蒙古西部地区气温变化与青藏高原指数、北极涛动指数和西风环流指数有明显的正相关关系,而东亚夏季风的进退以及所携带的水汽是影响该区域降水量变化的主要因素之一。     

河西走廊中段荒漠植被组成及土壤养分空间分布特征

荒漠植被是河西走廊绿洲生态安全防护的重要屏障,研究荒漠植被组成及土壤养分分布特征对于荒漠—绿洲过渡带荒漠植被建设及管理有重要意义。本研究基于大量野外调查,并使用传统统计学与地统计学方法,研究了河西走廊中段及巴丹吉林沙漠南缘荒漠植被组成及土壤养分特征,并解析了其与环境因子的相关关系。结果表明：河西走廊中段及巴丹吉林沙漠西南缘荒漠区植物组成单一,多样性较低,且植物种类集中在少数科中,出现频度高的植物均为红砂(Reaumuria songarica)和白刺(Nitraria tangutorum)等典型荒漠植物。草本植物分布与年均降水量有较强相关性,研究区最南端的山丹县草本生物量达到108.01 g·m^-2,在一定年降水量区间,灌木生物量随降水增加而增加,最高值出现在靠近祁连山北坡的肃州区,为134.03 g·m^-2;降水量的增加,会显著促进草本植物的生长。研究区表层土壤有机碳、总氮、总磷含量最高,其平均值分别为2.12 g·kg^-1、0.25 g·kg^-1、0.41 g·kg^-1,...     

黄土高原农田土壤湿度演变及其与气候变化的响应关系

利用黄土高原及其周边区域91个气象站1961—2010年间年、月气象数据和4个农业气象观测站19 a(1981—1999年)的土壤湿度和20 a(1992—2011年)的土壤相对湿度资料,分析了该地区代表站点农田土壤湿度和主要气象要素的年、月变化以及土壤湿度对气候变化的响应。研究主要利用了线性趋势和相关分析等方法。结果表明:(1)黄土高原近50 a来的降水呈减少趋势,气温呈上升趋势。多年平均年降水量(气温)的地理分布特点是南多(高)北少(低),东多(高)西少(低),由东南向西北递减,受到海拔高度和地形的影响,半干旱区和半湿润区有整体南移的趋势。(2)不同年份气候、环境等条件变化使得西峰、长治、延安、绥德4个站点10~50 cm土壤湿度存在年际间差异。(3)土壤湿度与气温之间存在负反馈关系,与降水之间存在正反馈关系。温度和降水条件的变化是导致黄土高原土壤湿度变化的主要原因。(4)以西峰为例,分析了黄土高原地区水热变化对土壤湿度的影响。就表层土壤而言,各季土壤湿度与本季和前一季度乃至前一年气温均为负相关关系,与降水量呈正相关。就较深层土壤而言,土壤湿度与降水和气温的相关关系因季节而异。从月尺度上看,土壤湿度与气温普遍存在负相关关系,而与降水之间总体响应不明显,但在某些月份两者存在显著相关性。     

新疆叶尔羌河源流区气候暖湿化与径流的响应研究

应用卡群水文站和塔什库尔干气象站1961-2006年的观测资料,分析了叶尔羌河流域源区气温和降水的变化特征以及径流对气候变化的响应。结果表明:近46 a来叶尔羌河源区气温总体呈上升趋势,而降水量呈增加的趋势;对气温与降水序列进行统计检验,得出该地区气温增加的趋势显著,降水增加的趋势不显著,气温的增加趋势大于降水。气温是叶尔羌河源区径流量变化的主要影响因素,夏季平均气温与年径流量的相关系数最大,为0.81。与新疆地区其他河流不同的是,7-8月降水量与年径流量呈负相关的关系,相关系数为-0.57;在降水量不变的情况下,径流量随气温升高而增加;在气温不变的情况下,径流量随降水量的增加而减少。     

替代稳态下阜康北部荒漠生态弹性的时空格局

替代稳态下的荒漠生态系统生态弹性反映了系统承受环境干扰后的恢复能力，这对认识荒漠生态系统过程具有重要的理论意义。当前研究主要集中在湖泊和森林生态系统，而有关荒漠生态系统弹性的研究普遍未考虑替代稳态，也鲜有考虑弹性的时间变化。本研究以阜康北部的古尔班通古特沙漠南缘至沙漠腹地样带为例，运用2001年1月至2020年12月的MODIS全球植被指数遥感数据，采用BFAST(Breaks for Additive Season and Trend)和状态空间建模对数据进行处理和提取，通过不同状态的退出时间量化得出不同时段替代稳态条件下的生态弹性，同时根据计算结果分析了该地区生态弹性时空演变特征及其影响机制。研究结果表明：（1）研究区弹性+和弹性-整体呈现先下降后上升的趋势，但沙漠边缘至腹地空间差异显著。（2）生态弹性对降水变化存在滞后响应。（3）降水季节变化的差异会降低降水量与生态弹性之间的相关性。综上所述，生态弹性的空间分布总体受降水格局控制，但立地条件导致的植被空间异质性增加了生态弹性空间分布的复杂性，而生态弹性与降水变化的关系取决于植被群落构成、植物对降水变化响应、降水量变化趋势和季节分布...     

黄河上游植被覆盖度空间分布特征及其影响因素

采用2000—2015年MODIS1M NDVI数据计算黄河上游年最大植被覆盖度 (FVC),了解空间分布状况及变化特征;同时,采用了一种基于统计学原理的地理探测器模型,考虑非气候类环境因素、气候类环境因素和人类活动因素,使用相应的代理变量对黄河上游FVC空间分布的影响因素做定量研究。研究表明：① 黄河上游FVC总体上以改善为主,空间分布特征变化不大;② 单因子方面,降水量(q值0.669)是该地区FVC空间分布的主要影响因素,其他因子的影响作用存在区域差异;③ 降水分别和土壤类型、土地利用方式的交互作用(q值0.777、0.775)对研究区FVC空间分布起主导作用,土壤类型和土地利用的影响作用在一定高程、降水条件下才得以体现;④ 总体上,气候类环境因素>非气候类环境因素>人类活动因素,人类活动在与降水等环境因子的共同作用能够更充分地解释FVC空间分布;⑤ 对研究区的生态恢复应重点放在降水的充分利用和土地利用方式改进等方面。     

黑河流域近期气候变化对水资源的影响分析

利用典型气象站近50a的气温、降水资料,分析了黑河流域的气候变化特征。在近50a当中,黑河流域的气候发生了显著的变化:主要表现在气温的升高和降雨量的增加。升温率远远大于同期北半球的平均升温率,尤其是近几年来增温幅度之大是几十年来所罕见的;降水量的增加虽然没有气温增加那么明显,但总的趋势是增加的。在此基础上,进一步分析了黑河流域气候变化对区域水文水资源的影响,并根据气候变化的特点对气候要素与径流量变化进行了相关性分析,得出降水与径流的相关系数为0.393,气温与径流的相关系数为0.146,所以降水和气温与径流都呈现出正相关关系。最后得出结论:在过去50a里径流的总体趋势在波动中缓慢增大,未来10a径流仍将继续缓慢增大。     

陇中黄土高原半干旱区对流降水的边界层特征

采用2006—2011年的降水、探空和陆面资料,分析了对流降水时的边界层和陆面过程特征,发现在对流降水前3 d至后1 d的最大混合层厚度逐日变化中,在降水之前基本呈现出逐渐增厚并在降水前日达到最大,说明边界层热力对流环境很可能是对流性天气发展的重要能量基础。基于此,又重点分析了陆面通量的角色和作用,发现对流降水发生时段不同,陆面热通量也存在明显差异,傍晚对流降水的感热通量累积值是最大的,而午后对流降水的潜热通量最小;按降水量分类对比,感热通量与降水量存在较明显的正相关关系,而潜热通量则与降水量的关系复杂;当前1 d最大混合层厚度超过3 000 m或当日的感热通量累计值超过2 000 W·m~(-2)时,则在当日发生降水量超过17 mm的对流性降水的概率较大。综合分析表明,陆面热力作用对对流天气形成,尤其是对傍晚时段的对流降水具有重要作用,而局地蒸发对局地水循环的形成还不足以对对流降水产生实质性的贡献。     

秃尾河流域径流对降水变化的响应特征

利用双累积曲线法、相关分析法分别对年和季降水径流关系进行了分析,探讨了径流与不同时段降水的响应关系,并通过多元线性回归法定量分析了径流对降水变化的响应程度。结果表明:(1)秃尾河流域年径流呈显著减少,年降水呈先减少后增加的趋势。(2)秃尾河流域四季径流均显著减少,夏季径流变化与年径流变化趋势一致;降水量则春季增加,夏季减少,而秋季和冬季降水先减少后增加,年降水变化主要受夏季和秋季降水变化的影响。(3)秃尾河流域夏季径流对同期降水的相关程度最强,冬季最弱;年径流与最大一个月降水的相关程度最高,其次为夏季。(4)相比于基准期,水土保持效应时期(1978—1998年),径流对降水变化的响应比重为27.4%,人类活动等其他因素的比重为72.6%,其中取用水比重为13.9%;资源开发期(1999—2000年),年径流对降水的响应比重为21.4%,人类活动等其他因素比重78.6%,其中取用水活动比重为17.4%。自人类大规模活动以来,人类活动始终是径流减少的主要影响因素,其中取用水比重有所增加;降水因素对径流减少的作用减小。     

开都河源区径流变化的气候响应

气候变化下的山区径流时空变异特征是干旱区水文水资源研究的热点之一。本研究选择天山南坡开都河流域源区为典型研究区,基于1958-2017年大山口水文站和巴音布鲁克水文站径流数据,及巴音布鲁克气象观测数据,采用TFPW-MK趋势检验、小波分析与小波相干等方法分析径流序列的趋势、突变和周期特征及其对气候变化的响应。结果表明:近60 a来,开都河源区径流、降水、气温呈显著增加趋势,并且径流量、降水量与最高气温的增率在加快,而平均气温与最低气温的增率减缓;径流量、降水与平均气温的突变年份集中在20世纪90年代,并且均存在28 a的周期;夏季径流量增加主要受夏季升温的影响,而早春径流量增加主要与冬季降水增加、早春升温有关;在年尺度上,降水是影响开都河径流变化的主要因素,气温主要以积温形式影响着径流的变化;在月尺度上,积温与降水均与径流呈显著正相关关系,且源区上游径流较下游径流对气温变化更为敏感。     

民勤荒漠植被的形成与演替过程及其发展趋势

甘肃省民勤县是我国的典型荒漠化地区,自西汉以来生态环境逐渐退化,植被经历了一个从沼泽植被到盐生草甸植被再到荒漠植被的退化过程。水资源的变化是决定当地植被退化的主导因子,在大面积湖泊、河流背景上是沼泽植被,在干涸湖泊、河床背景上的是盐生草甸植被,在沙质荒漠背景上的是荒漠植被。目前,荒漠植被正处于进一步退化过程中。退化演替的同一阶段存在多种演替过程,现阶段存在着荒漠植被退化演替和盐生草甸植被向荒漠植被演替2种退化过程。20世纪中叶,在当地是从盐生草甸植被向荒漠植被演替的过渡时期,20世纪50年代以来,荒漠植被逐渐占据了优势。目前的天然种子植物共有22个科,72个属,127个种,其中以典型荒漠为主,共有3个植被型,7个群系组,17个群系。植物种类少,群落结构简单,群落随生境的分异性较大。目前的植被正处在进一步退化过程中,植物种类和面积减少,大面积枯梢、死亡,优势种的优势度增大。现阶段决定荒漠植被生长状况的主要是大气降水,植被盖度和密度随年际降水量变化较大,尤其是一年生草本植物。目前影响植被退化的人为因素主要是上游来水量减少,地下水严重超采、草场严重超载和造林密度过大等。在干旱内陆盆地,一旦水资源供给减少,湖盆、河道干涸,泥沙出露,形成沙漠和沙漠化则是必然结果。     

塔克拉玛干沙漠周围主要河流水文序列特性分析

本文在利用数理统计方法分析塔克拉玛干沙漠周围主要河流水文特征基础上，重点利用时间序列分析方法，从时间域和频率域上分别分析了这些河流序列内部结构特征，通过分析初步认为本区河流水量是基本稳定的，各河流的年径流序列基本呈独立随机序列。在此基础上建立了随机模拟模型，从而为模拟本区河流径流变化规律，以及本区水资源合理开发利用提供了决策分析基础。     

塔克拉玛干沙漠降水入渗和径流补给试验观测

塔克拉玛干沙漠降水不仅直接补给地下水,在粘土平地每年都要产生一定数量的地表径流通过集水网补给地下水,试验观测这两种形式的补给来源,将进一步加深对沙漠腹地下水蓄量分布情况的认识。     

内蒙古黄土高原区降水规律与集雨利用潜力分析

在黄土高原干旱少雨,地下水埋深较深的地区,通过建立水窖集雨供人畜饮用和作物补充灌溉具有重要意义。本研究利用沙圪堵镇的准格尔旗气象站1959—2000年气象资料,进行降水规律分析。结果表明,位于内蒙古黄土高原区的准格尔旗年均降水量为392.1mm,最大年降水量为635.5mm,最小降水量仅为142.5mm。年降水量在500mm以上的保证率为19%,接近五年一遇,年降水量400mm以上的保证率为44%,可基本上满足短季耐旱作物的生长之需;降水量在300mm之下的频率为21%,不能满足作物生长对水分的需求。有1/3的年份年降水量300—400mm之间,作物生长所需水分亏缺的部分,需要适当补灌。由于4—5月作物播种和苗期降水量少,存在生长障碍,如能在前一年集雨次年春天补充灌溉将有利于全苗和增产。对于10mm以上的降水,保证率80%以上的降水量仅为135mm,保证率60%的降水量为200mm。中雨雨量为达到300mm的保证率只有30%。对于大雨过程,总降水量200mm只有15%的可能性,100mm以上的保证率为60%。如果降水10mm以上才能集到雨水,100m2的集雨面,只有60%的年份产水量大于20方。不同集雨面的集流效益不同,在建立集雨水窖时,要根据水窖体积和集雨面材料的集流效率,合理确定集雨面,保证80%以上的年份达到满意的集雨效果。另外,根据降水规律可利用自然地面进行田间集雨,利用土壤库容保存降水供作物生产之用。     

玉龙喀什河和喀拉喀什河出山径流变化及其影响因素分析

塔克拉玛干沙漠周边地区近40 a来年气温和年降水有明显的上升趋势,位于沙漠南端以西昆仑山冰雪融水和山区降水为补给的玉龙喀什河和喀拉喀什河出山径流理应上升,利用研究资料分析表明这两条河的出山径流存在下降的相反趋势,夏季温度是玉龙喀什河与喀拉喀什河径流量维持稳定的主导因子,而山区夏季降水量的减少则导致玉龙喀什河与喀拉喀什河年径流量呈现减少趋势。     

Spatial-temporal dynamics of desert vegetation and its responses to climatic variations over the last three decades:a case study of Hexi region in Northwest China

Analysis of spatial-temporal variations of desert vegetation under the background of climate changes can provide references for ecological restoration in arid and semi-arid areas.In this study,we used the Global Inventory Modeling and Mapping Studies(GIMMS)NDVI data from 1982 to 2006 and Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)NDVI data from 2000 to 2013 to reveal the dynamics of desert vegetation in Hexi region of Northwest China over the past three decades.We also used the annual temperature and precipitation data acquired from the Chinese meteorological stations to analyze the response of desert vegetation to climatic variations.The average value of NDVImax(the maximum NDVI during the growing season)for desert vegetation in Hexi region increased at the rate of 0.65×10–3/a(P0.05)from 1982 to 2013,and the significant increases of NDVImax mainly appeared in the typical desert vegetation areas.Vegetation was significantly improved in the lower reaches of Shule and Shiyang river basins,and the weighted mean center of desert vegetation mainly shifted toward the lower reaches of the two basins.Almost 95.32% of the total desert vegetation area showed positive correlation between NDVImax and annual precipitation,indicating that precipitation is the key factor for desert vegetation growth in the entire study area.Moreover,the areas with non-significant positive correlation between NDVImax and annual precipitation mainly located in the lower reaches of Shiyang and Shule river basins,this may be due to human activities.Only 7.64% of the desert vegetation showed significant positive correlation between NDVImax and annual precipitation in the Shule River Basin(an extremely arid area),indicating that precipitation is not the most important factor for vegetation growth in this basin,and further studies are needed to investigate the mechanism for this phenomenon.     

晋西黄土区不同土地利用类型降雨-径流关系的研究

本文以北京林业大学山西吉县科研试验场蔡家川流域为研究对象,采用对比分析法,对降雨—径流关系进行了研究。分析得出在蔡家川流域雨强是影响地表径流的主要因素;由于整地等人工措施的影响,人工林水土保持效果好;对于农地、半牧半农等人为活动频繁的小流域,弱雨强时径流系数极小,大雨强时径流系数相对较大,尤其是半农半牧流域,水土流失严重;当雨量>20mm时,无林流域初损历时小于森林流域,小尺度流域的初损历时小于大尺度流域。     

新疆车尔臣河绿色走廊河湖湿地变化及原因分析

沙漠中的湖泊湿地是环境变化的敏感区域。利用2000-2010年北京一号小卫星、环境星、中巴资源卫星和Landsat TM数据,车尔臣河绿色走廊河湖湿地进行了连续的动态监测。结果表明：从2000年以来,车尔臣河绿色走廊河湖湿地面积呈现出先增加后减少再增加的特点,其中2005年和2010年为峰值年份,河湖湿地面积分别为141 km²和393 km²;空间上呈现出不规则的区域变化特点。结合气象、水文和经济统计等数据,定性和定量分析了影响河湖湿地变化的主要原因,其中气温、降水量是导致河湖湿地增加的最主要的原因,而耕地扩张、经济的发展等人类活动起到消极的作用,但从整体趋势看影响较小。