锡林河流域径流量变化对气候变化与人类活动的响应

选取锡林河集水区域为研究区,基于1968-2015年水文和气象数据序列,采用Mann-Kendall趋势检验进行趋势分析,采用Mann-Kendall突变检验和双累积曲线法进行突变分析,继而利用双累积曲线法、累积量斜率变化率比较法及弹性分析法定量研究气候变化和人类活动对径流量影响的贡献率。研究表明:1968-2015年,锡林河流域年径流量呈显著下降趋势,且在1984年和2000年发生突变。基于此,将1968-1984年作为基准期、1985-2000年和2001-2015年则作为突变期;双累积曲线法得出的人类活动对径流影响贡献率介于86%~88%,与其他方法所得结果相差较大,而累积量变化率比较法则同时考虑降雨和蒸发对径流的影响,与弹性系数法得出的结果基本一致,贡献率分别介于52.44%~69.02%(1985-2000年)和42.39%~43.64%(2001-2015年)。综合而言,不同定量方法具有不同的基础和结构,使用包含多方法集成的弹性系数法相对于经验性统计法而言更可靠,且更适于锡林河流域径流量的定量响应研究。     

内蒙古积雪面积时空变化及其对气候响应

区域尺度积雪信息的时空监测,对确定雪灾的影响范围及灾情等级划分具有重要意义。利用2002-2012年10个积雪季节的Terra Aqua/MODIS积雪产品(MOD10A2),按月最大面积合成,分析了内蒙古积雪覆盖面积的时空变化特征及气候响应。结果表明:时间上,近10年内蒙古积雪面积年内变化整体上呈现双峰和单峰的波动特点,最大积雪面积发生在12月和1月份,最小积雪面积发生在10月份。近10年内蒙古积雪面积年际变化呈现波动的特点,整体上积雪面积有减少的趋势。空间上大兴安岭西麓、呼伦贝尔高原以及乌珠穆沁盆地是积雪长时间覆盖区,锡林郭勒草原和乌兰察布草原的积雪面积变化主导着内蒙古的总体积雪面积波动,1月份之前是积雪面积增加的阶段,之后是积雪消融阶段。内蒙古的积雪面积变化与当地的气候条件变化趋势相关,气温的明显上升引起暖冬化,可能导致积雪面积的减少,说明内蒙古积雪面积的变化主要受气温的影响。     

近50a锡林河流域极端天气事件及其与气候变化的联系

利用锡林河流域气象站1964-2013年逐日最高气温、最低气温、日平均气温以及日降水量资料,运用线性倾向估计法、Danile检验法、Mann-Kendall突变检验法对选定的8种极端天气指数进行分析与研究,并分析了极端天气事件与气候变化的相关关系。结果表明:近50a锡林河流域TXID、TNID都呈上升趋势,分别达到0.70℃/10a和-0.78℃/10a。其他极端气温指标(ID、FD、SU)和极端降水指标(R95P、RXID、R95T)为下降趋势。极端气温指数变化趋势比较明显,而极端降水指数下降趋势并不显著。从时间转折上看,极端天气的各项指标均有突变发生,且突变年主要发生在20世纪80年代中后期。极端天气事件的出现频率与锡林河流域区域气候变暖之间具有很高的相关性。     

近50 a来青海干旱变化及其对气候变暖的响应

选取青海高原有连续观测资料的27个站月降水量,利用SPI干旱指数方法计算1961-2010年每月的干旱指数。得到发生干旱的年代及各年代的站数,对其空间分布、基本气候特征及干旱对气候变化的响应关系进行统计分析。结果表明：青海各地都有干旱发生,3-5月干旱多发地分布在东-南部,向西北部减少;6-8月在东部的局部地区及玉树东部地区;9-11月在东部和南部地区。近50 a来,干旱范围和干旱强度呈逐年下降趋势,两者有着显著的正相关关系,且春季下降较为明显。青海一般发生的大旱年主要是春旱及春夏连旱。大范围的干旱大多发生在夏季;在没有发生干旱的年份,局地旱情不可避免;气候变暖对青海干旱影响不突出,而降水的增多是青海干旱减少、强度减弱的主要原因。     

近35 a临泽县绿洲-荒漠土地变化及其景观响应

以黑河中游临泽县为例,基于5期多源Landsat影像数据,开展近35 a来乡镇尺度上绿洲和荒漠土地时空格局变化及景观格局响应研究.结果表明:临泽县绿洲与荒漠土地变化及景观呈现时空分布上的聚集和分异性,县域北部与沙漠毗邻乡镇的绿洲-荒漠土地变化相对平稳且逐渐放缓,绿洲斑块的扩张规模也小于中部乡镇,且荒漠景观主体较为稳定;中部乡镇的绿洲-荒漠土地的数量变化、趋势状态以及绿洲斑块的扩张规模均大于其他乡镇,荒漠景观趋于破碎化和被分割;与祁连山脉相接的南部乡镇无荒漠土地分布,其绿洲的规模和变化速率都最小.研究表明基于乡镇尺度的绿洲-荒漠土地时空变化存在明显的内部分异,应因地制宜地制定绿洲发展和荒漠化防治措施.     

内蒙古锡林河流域栗钙土研究

中国科学院内蒙古草原生态系统定位站,从1979年起,对锡林河流域的栗钙土,进行了多学科的长期定位研究,研究结果揭示了栗钙土的分类与环境问的关系,以及在中纬度温带地区,以大针茅(StiPa grandis)草原为主要植被条件下,物质的积累、分解、淋溶、转移及淀积的一些特征,以及这些特征与栗钙土的发生及性状之间的密切关系,本文讨论了对于物质运动、植物生物量形成有重要作用的土壤水、营养元素的动态过程,同时探讨了生物因素(土壤、动物、微生物、土壤酶)的类型、数量、季节性的和垂直的分布规律,以及它们与各生态因子的关系,进而阐述了生物因素对物质转化及土壤肥力的影响。 在上述研究的基础上,本文对于保护及合理利用土壤资源,防止土壤侵蚀沙化,提出了相应的措施。     

近20a叶尔羌河流域生态服务价值对土地利用/覆被变化的响应

为探究综合治理项目实施前后叶尔羌河流域生态与环境变化,基于叶尔羌河流域1990、2000、2010年土地利用遥感解译数据,选取符合干旱区特点的Constanza价值系数,并根据研究区实际情况进行修正计算,对比分析了1990—2010年土地利用/覆盖及生态服务价值的动态变化特征。结果表明:1 1990—2010年,叶尔羌河流域土地利用/覆被变化总体速度为9.12%,变化较强烈;2000—2010年变化速度(6.69%)较1990—2000年(15.76%)缓慢。2 20 a内耕地、建设用地和水域面积分别增加了35.58%、28.21%和10.39%,林地和草地分别减少了11.36%和9.91%,未利用土地面积变化不明显。综合治理项目实施后,研究区植被退化、土地沙化、盐渍化等生态问题仍然存在且有发展。3 1990、2000年和2010年研究区生态服务价值分为330.32×108元、323.62×108元和309.41×108元,生态服务价值总量呈减少趋势,且减少的速率加快。林地和草地面积的减少是生态服务价值总量减少的主要原因。经敏感性分析验证,估算结果对生态服务价值系数的变化缺乏弹性,因此结果是可信的,修正后的价值系数适用于研究区。     

近30 a来开都河上游径流量变化的气候响应

利用巴音布鲁克水文站1980-2010年逐日径流量观测资料,采用线性趋势分析、多元回归分析等方法,研究了近30 a来开都河上游4-9月径流量的变化特征。同时,基于同期巴音布鲁克气象站气温、降水资料,探讨开都河上游气温与降水变化对春季径流量的影响。结果显示：开都河上游年径流量在过去30 a呈明显增加趋势。其中4-6月月平均径流量没有明显变化趋势,7-9月径流量增加明显。虽然年径流量主要分布在夏季,但年最大日径流量大多发生在春季4、5月份。进一步分析表明,前期冬季降水量与当年春季增温均对春季径流量有极显著的影响。     

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。     

锡林河流域气候变化特征诊断分析

以锡林河流域为研究对象,利用研究区内锡林浩特站及周边阿巴嘎旗站和林西站3个国家气象站1960-2010年的逐日气象数据,通过对气温、降雨进行滑动分析、线性倾向分析、R/S分析、Mann-Kendall、Pettitt突变分析、Morlet小波变换周期分析,探讨了近51年来锡林河流域气温、降雨的年、季趋势变化、突变情形、周期变化和未来变化趋势。结果表明,锡林河流域年平均气温呈上升趋势,且上升趋势显著,四季变化中,冬季气温升高对全年增温贡献较大。年平均气温以1987年为突变年,突变前后上升了1.36℃。在20-32a的时间尺度上出现了冷-暖交替的准两次震荡。年平均降雨呈下降趋势,下降趋势不显著,夏季降雨的减小对全年降雨贡献极大。冬季降雨在1987发生了突变,突变前后降雨增加了1.64mm,在20-32a时间尺度上出现了湿-干交替的准两次震荡。整个流域环境呈现出"冷湿-暖干-冷湿-暖干"的变化规律。     

锡林河流域地下水位管理阈值研究

地下水资源是维系锡林河流域社会经济发展和生态环境稳定的关键因子。立足于地下水位这一关键性指标,采用地下水可持续性评价和数值模拟模型相结合的方法,探讨地下水安全利用方式。结果表明:现状年河谷平原的地下水可持续性较强,而开采集中的城市规划区及毛登牧场可持续性一般或较差;丰沛的降水及富水性较强的含水层增强了地下水资源可持续性,但农牧业快速发展和农灌集中开采,破坏了城市规划区周边及毛登牧场的地下水均衡关系,通过设置和对比不同开采方案,限制灌溉规模成为未来解决这一危机的首要途径,即2020年应减少903.23×104m3开采量,其管理地下水位阈值为0.13~0.55 m。     

西藏一江两河流域作物气候生产力对气候变化的响应

根据1961~2005年年平均气温、降水量资料,采用Thornthwaite Memoriai模型计算了西藏一江两河流域作物气候生产力(Pv),分析了Pv的变化趋势,以及未来气候变化对Pv的影响。结果表明:近45年西藏一江两河地区Pv呈二次项曲线变化趋势,前22年(1961~1982)表现为不显著的减少趋势,减幅为376.0 kg/(hm2.10a),1983年以来呈显著的增加趋势,增幅为682.6 kg/(hm2.10a)。20世纪60年代流域气温偏低,降水偏多,Pv为正距平;80年代多干旱少雨年,Pv最低,为过去40年最低的10年;90年代雨水偏多,气温偏高,气候"暖湿",植物干物质积累多,Pv达到最高。"暖湿型"气候对作物生产最有利,平均增产11.62%,而"冷干型"气候对作物生产最不利,平均减产12.13%。未来"暖湿型"气候趋势,Pv将有不同程度提高,有利于生态环境改善。     

锡林河流域上游河谷湿地景观格局演变及其驱动力

为全面揭示锡林河流域上游河谷湿地格局变化过程及驱动因素,选取1989—2015年12景Landsat卫星影像为数据源,采用质心迁移模型和景观指数方法,研究了区域湿地景观的组成及演变趋势,并探讨了湿地景观变化的主要驱动因子。结果表明:①1989—2015年,锡林河上游湿地面积整体呈减小趋势,变化率为-1. 21 km~2·a~(-1);湿地面积占比在2. 55%～3. 75%。湿地质心整体向西北方向迁移,斑块面积在南北方向呈缩小趋势,而在东西方向呈延长趋势。②类型水平上,1995—2006年流域湿地斑块数量变化剧烈,1989—2000年斑块数量增加,表明景观破碎度增大,2011—2015年斑块数量呈下降趋势,景观斑块向规则化和集中化趋势发展;景观水平上,湿地最大斑块所占比例减少,斑块趋于复杂化,景观破碎度增大,香农多样性、香农均匀度指数整体呈减少趋势,湿地景观分布向均衡方向发展。③湿地面积对人口数量和牲畜量响应较为敏感,过度放牧是导致该区域湿地不断萎缩、景观多样性改变的关键驱动力。     

近20 a中国天山东段典型冰川变化及其气候响应

冰川作为重要的淡水资源的存储体,也是气候变化的敏感"指示器"。在干旱半干旱区,冰川变化对人们的生产、生活和生态产生重要的影响。本文基于1990—2015年Landsat TM及ETM+遥感影像数据,利用雪盖指数法(NDSI)和阈值法,分析博格达峰及喀尔力克山的冰川面积变化,结合长时间序列的气温、降水数据分析天山东段典型冰川的气候响应。结果表明:(1)博格达峰与喀尔力克山的冰川均呈现退缩趋势,与气温和降水的变化趋势一致。(2)博格达峰和喀尔力克山冰川面积变化在东南坡向有波动增加趋势,其他坡向则未出现该现象。(3)从两个冰川不同坡向的面积和面积重心分布变化分析,博格达峰冰川面积在东坡方向退缩速率最大,而喀尔力克山的冰川在东北坡方向退缩速率最大。(4)根据栅格气象资料分析,近四五十年博格达地区冰川面积退缩速率大于喀尔力克山地区,并且博格达峰降水量的增加对冰川的退缩起到的作用不大,喀尔力克山的降水量对冰川面积的退缩起到了一定的抑制作用。(5)通过对博格达峰地区和喀尔力克山地区不同坡向的冰川面积与年均气温、年均降水量进行Person相关性分析,博格达峰地区、喀尔力克山地区各个坡向的冰川面积变化与降水相关系数均很小。但博格达峰地区北、东北、东南坡向的冰川面积与区域气温变化相关系数较高,喀尔力克山地区东南、东北坡向的冰川面积与区域气温的相关系数高且显著性明显。分析其原因,在年内尺度上,博格达峰地区、喀尔力克山地区是湿季气温升高所致,干湿两季降水量的增多,并没有使得冰川整体的退缩有所减缓。     

近30 a青海省植被变化及其气候驱动因子分析

基于1982—2013年GIMMS NDVI 3g数据集及青海省50个国家气象观测站同期气象资料,利用趋势分析、相关分析方法,对青海省植被覆盖时空变化特征及其驱动因子进行分析。结果表明:(1)受气候及地形地貌影响,青海省植被覆盖空间差异明显,总体呈现从东南向西北递减趋势。(2)近30 a,青海省气温、降水呈上升趋势,气候由冷干向暖湿化转变。植被覆盖呈现整体升高,局部退化趋势。植被的年代际变化显示,青海省植被覆盖在近30 a呈现增加—减小—再增加的趋势。(3)青海省生长季(4—9月)植被受气温和降水共同影响,除个别站点外,全省NDVI与气温和降水均呈显著正相关关系,与降水相比,NDVI与气温的相关性更强,气温是影响青海省植被变化的主要气候因子。     

锡林河流域土壤持水特性的评价

本文通过干旱区的8个典型的土壤类型研究了土壤技术水性与土壤性状的关系,对锡林河流域主要土壤类型的持水力进行了综合评价。水分循环是陆地生态系统中物质流动的重要推动力。气候条件,尤其是降水及其分配情况,基本上决定了某一区域的水文特征。而地形对水分进行了重新再分配,形成了局部范围内的差异。土壤的水分状况正是上述两个因素共同作用的产物,也是评价土壤水分时不可忽视的一个方面。由于土壤是陆地生态系统能流物流的中枢。其自身的理化性状对水分进行了调整,可以增强或减弱水分的效益,这一点也是不容忽视的。影响水分的各种土壤性状中土壤持水特性占有重要位置。土壤持水力是各种基质作用于水分的结果,在干旱半干旱地区,土壤大多为非淋溶型,或季节淋溶型。土壤水分运动主要为基质吸力所控制,因此讨论土壤持水性质尤为重要。几年来我国土壤工作者在这方面作了不少的工作。目前的研究多是测定土壤吸力与含水量的关系,制成水分特征曲线,并对曲线进行数学处理,进而揭示各种内在关系。我们选择了锡林河流域内几种土类壤型,研究结果表明:不同吸力段所释放出的水分数量,是土壤水分有效性不同的重要原因,也对了解植物生态型的形成,群落结构与分布有所补益。