黄土高原陆面过程试验研究(LOPEX)有关科学问题

主要讨论了黄土高原陆面过程野外科学试验研究项目的有关科学技术问题。首先从科学和现实角度说明了开展黄土高原陆面过程试验研究（LOPEX）的意义,并从黄土高原陆面过程野外观测和特征分析、黄土高原陆面水分过程特征及其对生态生理过程的影响、黄土高原陆面过程参数化研究等3个方面介绍了该科学试验研究项目的主要研究内容和重点要解决的科学问题,而且还初步探讨了黄土高原陆面过程试验研究的技术难点以及解决这些技术难点的主要科学技术思路。     

西北干旱区陆-气相互作用试验(NWC-ALIEX)及其研究进展

简要阐述了国家重点基础研究发展规划项目“我国重大气候和天气灾害形成机理和预测理论的研究”支持的“我国西北干旱区陆—气相互作用野外试验（NWC ALIEX）”的科学意义、试验方案和科学目标,总结了该试验在最近几年取得的部分研究进展和研究成果,概括叙述了该项目在地表辐射平衡和热量平衡、总体输送系数、陆面过程参数、湍流通量参数化和地表水分循环以及陆面过程模式的改进和陆面过程的模拟等许多方面的重要发现和一些新的认识。最后,提出并讨论了在干旱区陆面过程方面需要进一步研究和思考的一些重要科学问题。     

陆面蒸散量观测方法比较分析及其影响因素研究

陆面蒸散是陆面水分平衡的主要分量,也是地球系统水分消耗的主要途径,但陆面蒸散量测量技术一直没有得到很好地解决.利用LOPEX试验区内陇中黄土高原定西陆面过程综合观测站的历史观测资料,在参考对照蒸发皿观测的水面蒸发量的基础上,对蒸渗计法、涡动相关法、彭曼方法等3种方法观测的陆面蒸散量的年变化特征进行了比较分析,发现各观测...     

黄河源区陆面过程观测和模拟研究进展

陆面过程对黄河源区水资源变化有重要的影响,探索黄河源区陆面过程和水分循环特征的关联机理有十分重要的意义.首先简述了黄河源区气候变化背景和陆面过程的基本特征,并详细介绍了近年来在黄河源区开展的一系列陆面过程野外观测试验及相关研究主题和研究进展;进一步给出了在野外试验观测资料分析、卫星遥感、数据同化应用和数值模拟等方面取得...     

土壤冻融条件下的陆面过程研究综述

冻土是全球中高纬地区和高山地带普遍存在的自然现象,它对全球以及区域性气候、水循环、水平衡等都有着巨大的影响,土壤冻融条件下的陆面过程正是这种影响的重要环节,介绍了土壤冻融条件下陆面过程的研究现状,特别是在大气环流模型(GCM)中引入水文陆面模型以来陆面过程研究的迅猛发展,对现在国际上正在进行的考虑冻土的陆面过程研究项目,如陆面过程参数化比较计划的第二阶段第五期PILPS(2E)以及美国NASA的寒区陆面过程实地试验计划也进行了介绍,并在此基础上对土壤冻融条件下陆面过程的发展趋势进行了分析.     

遥感技术在陆面过程研究中的应用进展

探讨了当前陆面过程 (LSP)研究的特点 ,指出遥感在陆面过程研究中的应用以及陆面过程国际合作实验是突出的特点 ,进而对遥感技术的陆面参数获取、地表能量通量的计算以及与 LSP模式的结合研究及进展进行了综述。根据不同特征的地表参数选择光学遥感或微波遥感已成共识 ,而综合利用不同遥感数据获取同一种地表参数也已成为研究热点 ,当前及今后发射的携载多种遥感仪器的众多遥感卫星为此项研究提供了条件 ;遥感与 LSP模式的结合研究是遥感在陆面过程研究中深入应用的一个方面 ,国际陆面过程合作实验是这项研究的重要保证。     

陆面过程与天气研究

陆面作为大气运动的下边界,通过动量、热量及物质交换与大气发生复杂的相互作用。陆面过程被认为是影响天气气候的关键过程之一。关于陆面过程对气候的影响已经开展了大量较为深入的研究,相比之下,针对陆面过程对天气的影响研究并没有受到足够的重视。近年来,陆面过程与天气研究也开始受到了越来越多的关注。本文从陆面基本要素、下垫面构成、陆面诱发的局地环流3个方面,回顾了土壤湿度、地形、土地利用、山谷-平原环流等要素和过程对强对流、暴雨、台风、高温热浪等天气事件影响研究的相关进展,以期为今后的研究提供参考。需要指出,尽管此方面的研究已取得了一定进展,但关于陆面过程对天气,尤其是极端(高影响)天气的影响及机制还有待深入研究,进而从陆面过程的角度来理解重要天气形成、发生和发展的机理,从而为数值模式发展和天气预报业务提供更有力的科学支撑。     

黄土高原西部土壤水分时空变化模拟研究——以安家坡流域为例

土壤水作为陆地水循环和水量平衡的一个重要组成部分,在土壤-植被-大气连续体物质与能量转化中起着重要的作用,成为陆面过程研究中的重要参量.选择黄土高原西部的安家坡流域,采用多点长序列观测方法,对该区域土壤水分的时空变化规律进行研究.结果表明:坡向和土地利用类型是小流域土壤水分变异的重要影响因素,得出了不同立地条件下土壤水分的剖面变化与时间的动态规律.在此基础上,利用土壤湿度指数结合主要影响因素预测土壤水分的时空变化,旨在为黄土高原大中尺度的土壤水分模拟提供思路.     

水文模型与陆面模式耦合研究进展

水文模型与陆面模式耦合是目前全球变化研究中的热点问题,如何实现分布式水文模型与陆面过程模式的双向耦合,并将其有机嵌入大气模式中,是未来大气环流模式(GCM)和区域气候模式(RCM)发展和完善的重要目标之一.在简单介绍陆面过程模式和水文模型发展历程的基础上,对水文模型和陆面过程耦合研究的国内外进展进行了综述,指出了模式耦合中存在的共同问题和未来工作的研究要点.最后,探讨了分布式水文模型与陆面模式耦合在全球变化研究框架中的地位与意义,并展望了陆面水文过程发展的主流趋势和研究方向.     

干旱区陆面过程和大气边界层研究进展

干旱区陆面过程和大气边界层不仅与气候、生态、水资源密切相关,而且影响我国气候格局和东亚大气环流,是一个十分重要的研究领域,近20多年已取得了比较系统的研究进展.从干旱区陆面热力和水分过程特征、干旱区大气边界层结构特征、干旱区陆面过程参数及其参数化公式、非均匀下垫面大气边界层理论、干旱城市大气边界层特征与污染机理等方面归纳总结了干旱区陆面过程和大气边界层领域取得的部分研究进展.并且,认为科学试验的代表性、复杂下垫面的影响、尺度转化、地表能量不平衡、极端天气过程的相互作用、水分过程的复杂性等问题是干旱区陆面过程和大气边界层研究领域的突出问题和未来研究重点.     

风尘堆积常见的同沉积和沉积后改造特征及其环境意义

黄土堆积作为气下沉积,任何一个深度都曾经暴露于地表,因而必然受到相关地表过程的作用.由于这些过程均发生于特定的环境条件下,形成的特征多数具有明确的环境意义;而黄土在沉积后也可能受到各种地质过程的改造,从而对研究中常用的气候代用指标有一定影响.文章基于野外、微形态等分析,结合前人成果,对我国北方新近纪风尘堆积中常见的同沉积和沉积后改造特征、形成过程及环境意义进行研究.由于一些特征在黄土堆积中具有普遍性,可作为识别风成堆积的标志和环境事件研究的指标,并有助于全面理解常用的替代指标的环境意义.     

中国黄土的物质来源及其粉尘的产生机制与搬运过程

长期以来,黄土高原的物质来源被笼统认为来自包括西北三大内陆盆地(准噶尔、塔里木、柴达木)在内的广阔的沙漠、戈壁地区,而且中国黄土被看作“沙漠”黄土的典型代表。但我们最新的研究揭示出,源自准噶尔和柴达木盆地的粉尘主要由低空气流搬运,受下风方向的山脉阻挡,就近堆积成山麓黄土。源自塔里木盆地的粉尘如果被近地面风搬运,则不可能移出盆地,而是堆积在昆仑山北麓,但如果被飙升到高空,则被西风急流携带,移出盆地而降落在北太平洋地区,无论哪种情况,该盆地的粉尘都不可能对黄土高原有重要贡献。因此,西北三大内陆盆地并非黄土高原的重要物源,而蒙古国南部及与之相邻的包括巴旦吉林、腾格里、乌兰布和、库布其、毛乌素等在内的戈壁、沙漠地区才是黄土高原的主要物质来源区,且主要由近地面风(基本在3000m以下)从上述戈壁、沙漠地区搬运而来。中国黄土并不能简单看作“沙漠”黄土,包括冰川研磨作用、山体剥蚀作用、山前冲洪积作用等在内的“高山过程”,才是产生大量粉土级物质的原因,戈壁、沙漠、黄土的带状分布,只不过是近地面风对山前冲、洪积物质的风力分异而已。     

西宁黄土石英颗粒表面结构与黄土物质来源探讨

利用电子扫描电镜分析了西宁黄土地层中的石英颗粒表面形态和机械结构特征,发现近1.2Ma以来西宁黄土石英颗粒形态以尖棱角-棱角为主,颗粒表面具有典型的剪切断口或大贝壳状断口或平行擦痕,且比例较高;有些颗粒表面还具有V形坑、水下磨光面,这类颗粒以次圆状为主,这些信息指示出,西宁黄土物质不是主要来源于沙漠环境,而是来源于青藏高原第四纪冰川和冰缘作用区.     

Environmental geology in loess areas of China

There are several unfavorable geological hazards in the loess area of China. The major purposes of environmental geology studies in this region are to expound the causes of these hazards and to determine treatments. Geological hazards include endemic diseases, depletion of groundwater, land subsidence, ground fissures, soil erosion, and collapsibility of loess. This article is a summary of studies regarding these hazards. Keshan disease and Kaschin-Beck disease, for example, can be prevented and cured by adding selenates to table salt. Ponds can be constructed on the loess plateau and dikes around farmlands to collect rainfall to recharge groundwater resources. Excess extraction of groundwater is the major cause of land subsidence. Ground fissures in Xi'an are primarily caused by tectonics, but over-extraction of ground-water strengthens its activity. Observation stations should be established in order to forecast and prevent landslides. Planting trees in a regional shelterbelt is the primary measure necessary to prevent soil erosion. As a result of these geological studies, valuable experience in preventing collapse of loess in China has been gained.     

青藏高原复杂地表能量通量研究

“全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验研究”（GAME/Tibet）和“全球协调加强观测计划（CEOP）亚澳季风之青藏高原试验研究”（CAMP/Tibet）的加强期观测和长期观测已经进行了9年多,并且已取得了大量的珍贵资料。首先介绍了GAME/Tibet 和CAMP/Tibet 试验的情况,并利用观测资料给出了局地能量分布（日变化和月际变化）特征。复杂地表区域能量通量研究是青藏高原地气相互作用研究中的重中之重。卫星遥感的应用成为解决这一问题，即实现GAME/Tibet和CAMP/Tibet试验主要初衷的必不可少的手段。利用卫星遥感观测（Landsat 7 ETM）资料结合地面观测的方法,计算得到了相关地区非均匀地表区域上的地表温度、地表反射率、标准化差值植被指数(NDVI)、校准的调整土壤植被指数（MSAVI）、植被覆盖度和叶面指数(LAI)及能量平衡各分量（净辐射通量、土壤热通量、感热和潜热通量）的分布图像，所得结果基本可信。为了得到整个青藏高原复杂地表的热通量分布，中国科学院青藏高原研究所正在与其他研究单位一起建立青藏高原地表和大气过程监测系统（MORP）。最后介绍了该监测计划和已建立的3个综合观测研究站及如何利用建立的台站把站点观测的热通量推广到整个青藏高原的途径。     

毛乌素沙地沉积物粒度特征与土地沙漠化

为了研究毛乌素沙地沉积物的粒度特征与土地沙漠化的地质成因类型,通过系统研究沙地及相邻地区晚更新世以来在沙地内部、覆沙黄土区、黄土高原和河流谷地与湖泊等不同地质构造地貌条件下所形成的沉积物粒度特征,指出不同地质成因类型的沉积物是这些地区土地沙漠化的物质基础,区分不同类型的沉积物也是构成不同地质成因类型土地沙漠化分类的理论基础,探讨了不同地质作用对土地沙漠化的贡献及其对土地沙漠化防治方面的意义。研究表明,研究区的土地沙漠化是以各种类型的就地起沙为主要特征,地表径流的水力搬运是沙漠化物质搬运的重要途径。现代毛乌素沙地及其邻区的土地沙漠化是对地质历史时期形成的各种沉积物的进一步搬运、分选和再沉积过程,具有相对复杂的粒度特征。     

陇西黄土高原马兰黄土划分与末次冰期气候快速变化研究

陇西黄土高原马兰黄土内存在９个弱成壤组（层），记录末次冰期内多达２２个间冰段气候的环境状况。马兰黄土中部古土壤是末次冰期大间冰段的记录，共有上、中、下３层古土壤，含１１个亚层，尤以下层古土壤发育最好，表明当时气候较温暖湿润。     

A preliminary study on the magnetic signatures of modern soil in Central Asia

In this study, magnetic techniques were used to characterize the surface soil from different geomorphologies (i.e., sand desert, oasis, Gobi, and dry lake) in Central Asia. Results demonstrate that the main magnetic minerals in the surface soil are magnetite, maghaemite and haematite with some paramagnetic materials. Cross plots of M _rs/M _s versus B _cr/B _c and χ_fd% versus χ_arm/saturation isothermal remanent magnetization (SIRM) indicate that the main magnetic grain sizes in surface soil are pseudo single domain (PSD) and multidomain (MD). The samples from West China (i.e., Tarim basin and Junggar basin) are dominated by magnetic minerals with larger grain size, while those from North China (i.e., Alxa plateau, Erdos plateau, and Mongolia plateau) are dominated by fine magnetic minerals. The similarity in magnetic mineral constitutions between the Chinese loess and the surface soils from Central Asia implies that the loess originated from a vast area of arid, semi-arid regions of Central Asia. The low value of concentration-dependent magnetic parameters indicates that the low concentration of magnetic minerals in the surface soils from Central Asia and the magnetic enhancement from the pedogenic take place in both the loess and the paleosols, although the progress is stronger in the latter. Translated from Quaternary Sciences, 2006, 26(6): 937–946 [译自: 第四纪研究]     

渭河流域全新世以来野火历史与人类土地利用的炭屑记录

全新世黄土沉积中的炭屑通常用来重建野火历史及其演变的过程。通过野外考察和对炭屑以及磁化率等指标的分析,获得全新世野火景观演变过程的地球生物沉积证据。参照OSL/TL、¹⁴C测年和考古学断代数据,重建渭河流域黄土高原全新世以来野火历史以及景观演变过程。结果表明：末次冰期到全新世中期阶段(12 000~3 100 a B.P.),渭河流域黄土高原地区野火事件变化主要与区域季节性气候差异密切相关,其中千年-百年尺度有效湿度和燃料供给区域变化是野火发生的主控因素;全新世晚期,随着气候进一步干旱,加之人类耕作活动加剧,人类土地利用强度与时空分布已成为影响生物量燃烧规模的重要驱动力。距今3 100 a以来,渭河流域南部地区农田景观已初具规模;而距今约2 170 a,大规模土地开垦已扩展到渭河北部黄土台塬地区;直到距今1 500 a,渭河北部黄土高阶台塬地区旱作农业景观已基本形成。利用多项古生态记录和区域角度综合分析,有助于深入理解该区域野火历史和人类土地利用变化以及社会结构演变过程。