基于长时序遥感监测的阿克苏河流域平原水库变化研究

通过水库调配、统筹兼顾生产用水和生态用水，对干旱区社会经济发展、区域环境改善及生态系统稳定意义重大。阿克苏河作为塔里木河中下游生态输水的最大补给源，其流域内的水库在维护塔里木河下游农业和生态安全稳定方面发挥着重要作用。基于EOS/MODIS卫星遥感数据，建立了长时序的水库面积遥感监测数据库，分析了2009—2020 年阿克苏河流域内的三个主要大型平原水库水域面积的动态变化，探究水库面积的年内和年际变化规律，结合人类活动和气象数据进行分析，结果表明:阿克苏河流域3 座平原水库年内面积总体呈现“前高-中低-后高”的走势，由减少趋势向增多趋势转变的时间“拐点”出现在8 月，主要与当地农业灌溉用水密切相关；同一水库月内面积变化较大，因用水需求较大，月最小面积在3—7 月变化剧烈；上游水库面积年际间逐年减少，胜利水库面积总体逐年增加；耕地面积的扩充尤其是水浇地的增加，增大了用水需求，生产用水与生态用水的竞争性用水需求加大；蒸发对平原水库有影响作用，使得水库周边局地湿度增加，局地生态改善。     

酒泉绿洲近45年日照时数的变化特征分析

采用气候倾向率、趋势系数、空间插值、小波分析,对酒泉绿洲6个测站1960—2004年逐月日照时数变化进行了趋势分析。结果表明:近45年酒泉绿洲年日照时数呈减少趋势,平均每10年减少11.48h。日照时数存在明显的季节差异,除春季日照时数表现为增加趋势外,其它季节均表现为不同程度的减少趋势,以秋季减幅最显著,其次为夏季和冬季。1960—1980年代日照时数表现为显著的减少趋势,平均每10年减少2.5h;1990年代以后,日照时数表现为显著的增加趋势。从酒泉绿洲日照时数小波分析中可以看出,日照时数存在5～7年的振荡周期(通过了90%的置信度)。     

伊洛河流域土地利用/覆被变化格局分析

科学认识流域土地利用变化及其特征可以为流域水文变化、水环境变化、气候变化等研究提供基础。以1970—2010年伊洛河流域5期遥感影像数据为基础,利用GIS信息技术与空间分析技术,得到不同时期伊洛河流域土地利用/覆被特征,选取土地利用变化率指数、土地利用综合指数和土地利用动态度模型3个指标,分析了近40a来研究区的土地利用/覆被变化特征。结果表明,伊洛河流域土地利用以耕地为主,其次为林地。研究区土地利用处于发展期且土地利用变化处于快速变化水平,随着城镇化面积的逐年增加,流域耕地面积从1990年以后逐年减少,城镇工矿居民用地不断增加,其他如林地、草地和未利用面积变化基本保持不变。从不同的发展阶段来看,1970—1990年间,土地利用/覆被变化不太显著;1990—2000年流域土地利用变化以城镇工矿居民用地增加为主要特征;2000—2005年流域土地利用变化以耕地减少为主要特征;2005—2010年土地利用变化程度较2000—2005年有减缓趋势,但仍然呈现耕地减少、城镇工矿居民用地增加的特征。从不同的高程带来看,洼地和丘陵地带土地变化较剧烈,变化的主要特征为耕地减少、城镇工矿居民用地增加,而中山和高山地带,因为人类活动影响较小,土地利用情况变化很小。     

新疆重点雹区防雹作业效果统计检验评估

本文利用新疆主要冰雹多发地区及全疆年雹灾面积资料,根据各地防雹业务发展节点确定各地科学开展人工防雹作业开始年,利用Welch检验、t-检验等统计学方法,对主要冰雹多发区和全疆科学开展人工防雹作业前后的年雹灾面积系统性差异进行分析,以评估新疆绿洲人工防雹作业效果。结果表明：阿克苏地区科学开展人工防雹作业减灾效果非常显著,显著性水平高达0.01。在统计显著性水平α=0.1下,平均年雹灾面积减少15062.9 hm_²,相对减少率为43.14%,平均年减少雹灾损失28109万元,占年平均农业产值的3.49%,平均年投入产出比为1:6；区域回归分析显示,阿克苏地区科学开展人工防雹作业后,平均年雹灾面积减少23802 hm_²,相对减少率为54.5%,平均年减少雹灾损失44417万元,占年平均农业产值的5.51%,平均年投入产出比为1:10,显著性水平高达0.01。奎玛流域和伊犁河谷地区科学开展人工防雹作业效果显著度为0.2,显著性一般。新疆整体科学开展人工防雹作业减灾效果显著性水平接近0.05,作业减灾效果显著；在统计显著性水平α=0.1下,全疆平均年雹灾面积减少3374.3 hm_²,相对减少率为4.1%,平均年减少雹灾损失6663.6万元,占年平均农业产值的0.09%。新疆兵团博乐垦区和五家渠垦区的人工防雹减灾效果经统计检验,显著度均为0.05,人工防雹减灾效果显著。说明,新疆兵团人工防雹作业效果好于地方；全疆整体防雹减灾效果显著；阿克苏地区人工防雹减灾效果显著性高；但其它地区人工防雹作业效果一般,这导致全疆的平均雹灾面积绝对减少值和减少率低。同时表明,新疆人工防雹减灾作业管理、作业方式方法有待改进,作业效果有进一步提升的空间。     

2000—2018年东居延海及额济纳绿洲生态环境遥感监测

文章利用2000、2006、2009、2013、2017年和2018年的6景Landsat数据,通过目视解译法提取东居延海的水体面积。用2000—2018年每年8月的日MODIS数据计算归一化植被指数后合成月最大值产品监测额济纳绿洲的植被情况。结果表明:2000年以来,东居延海水域面积从2000年的0km2逐渐增加到2018年的68.88km2;西居延海自从干涸后直到2017年一直处于无水状态,而在2018年首次出现水体,水域面积约3.5km2。2000年以来,额济纳绿洲的低覆盖度植被区面积呈现逐年减少趋势;中覆盖度植被区和高覆盖度植被区的面积呈现逐年增加的趋势。经过连续19a的调水,从2002开始额济纳绿洲生态得到了有效恢复。从研究结果可了解黑河干流分水对额济纳绿洲及东居延海的影响情况,为制定下一步的黑河分水计划提供科学依据。     

黑河下游分水对额济纳绿洲植被恢复效果的遥感监测

利用1996、2000、2002和2006年4个时期的TM数据,计算了额济纳旗绿洲的NDVI,根据NDVI大小划分裸露地、稀疏植被区、中等植被区和茂密植被区4个等级,对比分析黑河分水前后额济纳旗绿洲NDVI的面积变化,了解黑河分水对下游植被恢复的效果。结果表明：1996～2002年,额济纳旗绿洲植被一直处于退化阶段;2006年,经过黑河连续7a的分水,下游植被得到较好的恢复,黑河下游的生态环境退化问题得到了缓解和恢复。     

车尔臣河下游生态恢复的成因初步分析

利用且末1958--2005年的降水、气温、径流量、卫星遥感等资料,分析了车尔臣河下游生态环境变化的成因。指出全球气候变暖使得山区冰川融解加快,车尔臣河径流量增加有利于车尔臣河下游生态恢复;人类活动的增加如修防渗渠、人工造林、人工增雨、围湖育苇、人工输水等活动改变了小气候,改善了绿洲生态环境,是车尔臣河下游生态环境恢复的主要原因。     

青海省草地碳汇潜力研究

青海作为草地大省,草地碳汇潜力巨大。在全球气候暖干化的强(A2a)、弱(B2a)情景下,青海省气候呈现暖湿化趋势;青海省潜在草地的主体是冻原高山草地大类,占青海省潜在草地总面积的75.69%,其潜在碳汇占全省草地潜在碳汇的87.22%。与近50年(1950-2000)相比,未来(2001-2050)A2a、B2a情景下青海省将呈现草地面积减少,林地面积增加的态势,草地面积将分别减少30.71%和28.5%;草地潜在碳汇将分别降低25.55%和20.82%,气候暖湿化趋势有利于植被总碳汇的增加,主体上是以冻原高山草地大类碳汇大幅减少,温带森林(在青海具体为寒温性针叶林类)碳汇增加为特征。     

夏季绿洲气候效应的观测和数值模拟

利用“金塔绿洲能量水分循环观测试验”的资料和中尺度数值模式对绿洲小气候效应进行了17天较长序列的研究,在模拟过程中每天替换土壤湿度。研究结果表明：在分析时段内2004年7月6目前和9日后分别盛行西北风和东风两种背景风;白天,绿洲低层相对沙漠是一个冷源,随着高度的增加逐渐转为暖中心,温度场在600～700hPa之间转变。当背景风较大时,绿洲上空的温度中心会偏向绿洲中心下游。白天绿洲低层风场平均态为在东风背景场的基础上向南北两侧辐散,随着高度的增加风场逐渐由辐散转为向绿洲的辐合,转变高度在700hPa以下,且低于温度场的转变高度。白天绿洲上以下沉运动为主,绿洲风次级环流是绿洲上夏季晴天长期存在的平均态。当背景风较小时绿洲低层可形成向四周辐散的风场,当背景风场过大时,无绿洲环流生成。绿洲为高湿场,在绿洲边缘沙漠上存在的逆湿和高水汽柱,既阻止沙漠上干热气流侵入绿洲,又防止绿洲上水汽的流失。白天沙漠、绿洲的地表能量通量差异较大,绿洲上以潜热为主,沙漠上以感热为主,二者量级相当。绿洲上的边界层高度低于沙漠的,对绿洲生态系统起一定的保护作用。     

1971-2020年昌吉绿洲主汛期极端降水变化特征

选用昌吉州境内7个县、市气象观测站1971—2020年主汛期（6—8月）逐日降水量资料,将日雨量分为6个等级,运用线性回归、气候倾向率方法,分析各站雨日数、降水量及极端降水的变化规律。结果表明：（1）昌吉绿洲50 a主汛期雨日数最多的是木垒站,年平均24.26 d,玛纳斯次之,为20.64 d,雨日数最少的是呼图壁站,仅19.28 d。雨日数空间分布呈现出较为明显的北少南多、北部低海拔地区少于南部高海拔地区的特点,时间分布上呈单峰型,7月最多。（2）除吉木萨尔增加外,各站雨日数均呈现减少趋势;从各个量级雨日数所占比率来看,从小雨到大暴雨,随着降水量级别的增加,占比呈减少趋势;除木垒外,小雨对雨量影响最大,在6个降水量级中所占比率超过30%。（3）昌吉绿洲主汛期微雨及小雨次数贡献率为81.8%,降水量贡献率为33.9%,而大雨以上级别的降水次数贡献率仅为7.3%,降水量贡献率却达到40.4%,因此将极端降水事件的标准确定为1 d降水量≧12.1 mm。（4）昌吉绿洲50 a主汛期极端降水平均强度为20.1 mm,年平均频次为1.5次。降水频次呈增加趋势,20世纪90年代至今处于高发时段。极端降水和暴雨事件主要集中在7月中旬,其次为6月中旬,8月上旬发生次数最少。     

石河子绿洲空气湿度和降水的长期变化趋势分析

分析了石河子绿洲3个地面站(炮台、石河子和莫索湾)41a(1964～2004年)的温度、相对湿度和降水,发现随着石河子垦区绿洲面积的扩大以及新疆增温增湿的气候变化趋势,石河子绿洲也有其比较独特的区域气候特征。主要表现在:(1)41a来温度、降水量呈增加趋势,但空气湿度比较稳定,没有明显的变化;(2)石河子绿洲的温度、降水量以及空气湿度具有明显的季节变化特征。秋季的温度变幅最大,冬季最小。这与新疆大部分地区冬季增温幅度最大有所不同。空气相对湿度变化的季节差异不明显。(3)以莫索湾站代表绿洲边缘,石河子站代表绿洲区,其降水、温度和空气湿度变化有明显差异,显示了比较明显的绿洲“冷岛”和“湿岛”效应。     

和田市5O年来气候变化对绿洲生态环境建设的启示

总结和分析了和田市近50a来气候变化状况,发现和田市气候存在变暖、增湿、风速减少的趋势,认为绿洲生态环境与气候关系极为密切,并以其变化规律为依据,对和田市绿洲生态进一步建设问题,提出一些建议。     

On a simple dynamics model of interaction between oasis and climate

This paper constructs a coupled system of oasis and atmosphere based on an oasis evolvement model by adding atmospheric motion to discuss the problem of oasis evolvement and its effects on regional climate.The results indicate that the range and scope of the negative temperature anomalies become larger when the oasis cover fraction increases. Correspondingly, the positive temperature anomalies becomes smaller in the desert no matter in summer or spring. And the variability is more obvious in summer than in spring.So it may be concluded that the oasis not only maintains and develops itself but also develops partial air over the desert into an oasis climate.     

不均匀植被分布对地表面和大气边界层影响的数值试验

研究陆地与大气间相互作用的方法之一是建立联系地表面层与大气间各种过程的数值模式进行模拟。本文是建立一个陆面过程与二维大气边界层相耦合的模式,耦合模式中包含了发生在大气边界层、植被冠层和土壤表层各种动力、热力和水文过程。运用这一模式模拟了荒漠环境中一片绿洲的不均匀地表面形成的局地气候。由于绿洲植被与周围荒漠有着显著不同的水份与能量平衡关系,使绿洲表面与边界层较四周荒漠冷而湿,并形成了相应的局地环流,即所谓“绿洲效应”。试验结果表明,模拟的气候状况与观测现象是一致的。模式可以用于陆气相互作用的研究。     

绿洲内城镇气候效应的数值模拟

利用数值模式MM5探讨了绿洲内的城镇以及城镇进一步扩大后对绿洲小气候的影响,模拟结果显示：在边长约50 km的三角形绿洲内实际存在的远离绿洲中心的5 km×4 km的城镇,对绿洲小气候的影响较小;当城镇位于绿洲中心后,对绿洲小气候的影响将增强;城镇远离绿洲中心有利于绿洲的良性发展。当城镇范围扩大后,其对绿洲小气候的影响将变得明显,白天城镇上的辐合中心将减弱低层辐散的绿洲风强度,有利于绿洲周边荒漠暖干空气侵扰绿洲;向城镇辐合产生的上升运动,将使绿洲上的低层水汽向高空输送,加大水汽的损耗;绿洲内城镇的存在也升高了绿洲总体边界层高度,不利于水汽在低层的滞留;城镇的增大将不利于绿洲的良性发展。绿洲内的城镇增加相同的面积,横风向扩展城镇试验中城镇对绿洲冷岛效应的破坏强于城镇沿顺风向扩展。     

一个简单陆气耦合模式中的绿洲-荒漠化效应

发展了一个简单的地气相互作用模式 ,讨论了不同气候和植被条件对绿洲消长的影响。结果表明 ,能使绿洲扩大的主要条件是低纬度、小尺度 ,并具有低水汽、较高温度的环境以及较小气孔阻力的植被。这一简单的理论分析对发展复杂的数值模式和对观测的布局有参考意义 ,对治理荒漠也有一定的启示。     

绿洲边缘夏季小气候特征及地表辐射与能量平衡特征分析

利用“绿洲系统能量与水分循环过程观测试验”加强期(IOP)在甘肃省酒泉市金塔绿洲观测的资料,分析了夏季金塔绿洲边缘的小气候特征及地表辐射收支和地表能量平衡特征。作为绿洲沙漠相互作用的界面,在白天绿洲边缘的垂直运动仍然是以上升气流为主,并且其小气候主要受土壤湿度的影响。中午前后绿洲边缘的总辐射最大值在1000W.m-2左右,净辐射>700W.m-2;在白天,仅有个别天数的感热通量超过100W.m-2,最大值仅为150W.m-2左右。在整个观测期,有超过70%的天数出现负感热通量。而Bowen比在±10-1量级,地表能量不平衡的差额较大,约28%。     

河西走廊地区气候和绿洲生态研究的若干进展

河西走廊地区以其独特的生态环境和气候特征一直成为众多学者研究的焦点区域,文中从该区温度、降水特征及其背景下区内绿洲生态环境变化两方面,对国内在这些方面的研究成果作了初步的归纳整理和分析综述。     

Numerical simulation of the critical scale of oasis maintenance and development in the arid regions of Northwest China

Oasis is a special geographic landscape among the vast desert/Gobi in Northwest China (NWC). The surface sensitive heat flux and latent heat flux at Zhangye Oasis during 1 to 11 August 1991 are simulated using the NCAR nonhydrostatic mesoscale model MM5 Version 3. The horizontal grid resolution is set as 1km. By comparing the simulation results with HEIFE observations, it is proved that the model can be used to simulate the surface energy and water mass exchange of arid and semiarid regions in NWC.Based on the above results, the influence of different oasis scales on the local atmospheric field near the ground surface, and the critical scale of oasis maintenance, in NWC are studied dynamically. The following conclusion is obtained: the local thermal circulation between the oasis and the desert/Gobi is formed in the oasis downstream if the oasis scale is larger than 4 km. This local thermal circulation between the oasis and the desert adjacent to the oasis helps to conserve water vapor over the oasis. At the sametime, it transfers the abundant water vapor from the oasis into the desert/Gobi near to the oasis to supply relatively plentiful water vapor for desert crops to grow on the fringe of the oasis. So, it is advantageous for oasis extension. However, if the scale of the oasis is smaller than 4 km, it is not easy for the local thermal circulation between the oasis and the desert/Gobi to take shape. This study provides a new standpoint for oasis maintenance and development.     

对民勤绿洲生态退化问题的探讨

针对位于河西走廊东北部、石羊河流域最下游的民勤绿洲近40a生态环境逐渐退化的现象,从土地荒漠化、植被死亡等方面分析了民勤绿洲退化的特点;从气候变化和人类活动等方面分析了民勤绿洲退化的原因;最后针对保护石羊河流域生态环境提出几点建议。