1999-2013年民勤绿洲地下水埋深年际变化动态及影响因素

为探究内陆河下游绿洲地下水动态变化规律,以民勤绿洲1999-2013年实测数据,在对绿洲地下水年际尺度埋深动态及潜在影响因素进行描述性统计分析的基础上,运用主成分分析法提取12个影响地下水埋深的主要因素,并采用灰色关联度方法分析了地下水埋深对各影响因子的敏感程度。结果表明：（1）绿洲地下水埋深总体呈逐年增加趋势,且不同区域、不同时期有明显差异;（2）民勤绿洲地下水埋深动态对12个因子的敏感程度依次为化肥使用量 >农膜覆盖面积 >年平均气温 >年末耕地总面积 >人口规模 >经济作物种植面积 >有效灌溉面积 >森林面积 >降水量 >蒸发量 >生产用电度数 >大牲畜年存栏量。     

荒漠绿洲交错区绿洲扩张与主要水文过程

干旱区绿洲扩张主要发生在荒漠绿洲交错区（边缘区），绿洲空间变化对地表主要水文过程有直接影响。为了更好地了解这一变化机制，以绿洲与沙漠、荒漠、石质裸山交错分布的张掖绿洲边缘区为对象，采用F显著性检查和Mann-Kandell趋势分析对1987年以来绿洲与不同生态系统之间转化特点与趋势进行了研究，同时分析了绿洲扩张与主要水文过程关系。结果表明：1987—2017年来荒漠绿洲交错区不同生态系统空间变化主要发生在绿洲与沙漠和荒漠3种生态系统之间。转化以绿洲扩张为主要特点，累积扩张了1 696.86 hm²，平均每年56.56 hm²。其中，沙漠和荒漠分别转化了31.73 hm²·a^-1和24.83 hm²·a^-1。黑河中游干流用水量在研究时段内无显著性突变，多年平均为7.68×10⁸ m³，对绿洲面积扩张无显著性影响。但是地下水埋深在1998年发生显著性突变，突变周期发生在1997—2000年。总体来看，绿洲面积每增加520 hm²，地下水埋深下降1 m。地下水位埋深对绿洲扩张有显著性影响，是绿洲扩张最敏感的水文过程要素。     

额济纳天然绿洲景观变化及其生态环境效应

基于研究区1987年LandsatTM和2001年LandsatETM+遥感影像资料,综合运用遥感与GIS技术手段,结合景观格局分析软件APACK,就近15年来额济纳天然绿洲景观格局变化进行了分析,并进一步探讨了由此所引起的生态环境效应。研究结果表明:1)天然绿洲面积与水域面积急剧缩减,绿洲荒漠化程度加剧;2)绿洲景观与荒漠景观过渡地带为各景观生态类型相互转化最为剧烈的区域;3)景观多样性与景观异质性程度减小,景观稳定性降低;4)景观变化所引起的生态环境效应包括地下水矿化度升高、水质下降,植被退化与物种多样性降低,沙尘暴危害加剧以及生态难民数量增加等。     

近10 a来民勤盆地地下水埋深的空间异质性分析

 在GIS环境下,采用地统计空间分析技术,利用民勤盆地1999-2008年10?a的地下水位观测资料,在插值获取逐年地下水埋深栅格数据的基础上,对民勤盆地地下水埋深的时空格局和空间异质性进行了分析。结果表明：（1）1999-2008年民勤盆地地下水埋深急剧增大,整体平均每年增加幅度为0.52?m,地下水降落漏斗区逐年扩大,并有与附近漏斗区融合的趋势;（2）1999-2008年10 a间的地下水埋深的空间相关性逐年增大,表明民勤盆地地下水埋深的空间结构性逐年增强,地下水储存的空间连通性增加,地下水位的可恢复性和持续可开采性更为脆弱,影响地下水埋深的随机性因素逐渐下降,而人类活动对地下水埋深的影响越来越强烈。     

克里雅绿洲地下水埋深与土壤盐分时空分异及耦合分析

在干旱区绿洲平原地带,地下水埋深与土壤盐分时空分异明显,且二者存在高度的交互耦合关系。为实现分时段、分区域对地下水进行综合利用及对土壤盐渍化进行有效治理,以克里雅绿洲为研究区,根据20个地下水样点及8个土壤样点的监测数据,采用经典统计学方法、地统计分析法及GIS技术对研究区地下水埋深与土壤盐分的时空分异进行了研究,并运用耦合系数模型计算了二者之间的耦合度。结果表明:地下水埋深夏秋季较深,冬春季较浅且研究区西北浅,东南深,由西北向东南递增;土壤盐分含量夏秋季快速下降,冬春季迅速上升且研究区西高东低,由西向东呈条带状递减分布;地下水埋深与土壤盐分含量之间存在交互耦合的关系。     

黑河中游张掖绿洲地下水时空变异性分析

在干旱、半干旱区,地下水在维护生态可持续发展方面起着重要作用。地统计作为一种决策和管理工具已被许多学者应用于地下水的时空变异性研究。以黑河中游的张掖绿洲为例,运用地统计与GIS相结合的方法研究了地下水埋深的空间变异特征,绘制了各期地下水空间分布图。结果表明,主要受不同尺度的结构性因素的影响,地下水埋深具有强烈的空间相关性,变异函数为各向异性结构。对Kriging插值结果表明,张掖绿洲地下水埋深整体上从西南到东北逐渐变浅,且呈普遍下降趋势。     

渭-库绿洲地下水对土壤盐渍化和其逆向演替过程的影响

基于遥感数据,结合地下水位观测资料,本文对渭-库绿洲土壤盐渍化与地下水的关系进行了定量研究,并探讨土壤盐渍化的逆向演替过程。研究表明:渭-库绿洲在地下水埋深2.3~2.7 m区间,盐渍地面积占的比例较高,在地下水埋深2.7~3.4 m区间,盐渍地面积占的比例相对较低;渭-库绿洲部分地方地下水位已低于影响地表盐渍化的水位临界值(4.66 m),地下水矿化度低于3 g/L,研究区整体处于有利于土壤盐渍化逆向演替的环境之中;土壤盐渍化的逆向演替过程具有时空特征,由绿洲上部向下部,内部向外部逐步发生逆向演替。     

基于遥感的民勤绿洲植被覆盖变化定量监测

基于混合像元条件下的TM影像植被覆盖度遥感反演,定量研究了甘肃省民勤绿洲1987年至2001年植被覆盖时空变化的规律与特点。结果表明,15年中,民勤绿洲的植被覆盖发生了很大的变化,农田植被(耕地)面积增加了53.11%,而中、高盖度植被的面积却减少了25.21%,这对民勤绿洲的长久生态安全构成了严重的威胁。民勤绿洲植被覆盖变化的空间转化过程复杂,但总体属于开垦—植被退化型。15年中因开垦和植被退化而损失的中、高盖度植被达42204.81hm2,占原面积的81.73%,而且损失的主要是绿洲边缘的防风固沙植被,其中因开垦损失的面积为18776.08hm2,占损失面积的44.5%。超采地下水引起的地下水位快速下降是导致绿洲边缘天然和人工灌丛植被退化的主要原因。控制开垦并培育相对稳定的灌丛型植被,应该是研究区生态环境建设的重点。     

1980-2010 年和田绿洲土地利用变化空间耦合及其环境效应

在气候变暖、西部大开发及2009 年以来实施的19 省市对口援疆建设背景下,和田绿洲面临着全方位经济发展所引发的水土资源需求的巨大挑战。为此,基于研究区3 期18 景TM/ETM+遥感影像目视解译,从空间耦合角度分析了和田绿洲1980-2010 年土地利用变化及其环境效应。研究表明:① 1980-2010 年,和田绿洲土地利用时空变化显著。耕地、城乡工矿居民地面积分别增加了32.32%、142.23%,灌丛与荒漠草地面积分别减少了23.12%、18.82%。新增耕地主要源于草地、未利用地开垦及毁林开荒。绿洲耕地向西北方向逆盛行风向扩张,其质心年平均偏移16.5 m。② 中游绿洲区与下游荒漠区的绿洲面积、土地利用程度综合指数、信息熵与均衡度等分别呈现上升与下降相反趋势。这种以耗水量为纽带的空间耦合源于中游耕地扩张导致的下游径流量逐年减少而造成的下游土地退化。③ 耕地扩张提高土地利用综合水平的同时,林地与草地遭受破坏,土地利用结构信息熵上升,过渡带植被受损严重,系统不稳定性增强,威胁到和田绿洲稳定,进而危及塔里木河下游生态安全。故建议进一步调整农业内部产业结构,缩减高耗水量作物种植面积,严禁以各种名义的开荒;制定塔里木河流域地表水分配法案,立法保障关于地表水分配、增加生态用水等规定严格实施,同时严禁地下水过量开采。     

石羊河下游民勤绿洲地下水矿化度的时空变异

结合地理信息系统,运用地统计学方法研究石羊河下游民勤绿洲近15年来的地下水矿化度的时空变异规律及其与土地利用变化的关系。结果表明:(1)在1987年和2001年的两个时期地下水矿化度的实验变异函数值与理论变异函数拟合较好,F检验达到极显著水平;(2)地下水矿化度在4km以下小尺度上的随机变异SHR特别小,而在4～40km的中尺度上的结构性变异SHA达99.9%,可以认为研究区域内地下水矿化度在整个尺度上具有恒定的变异;(3)Kriging插值及其与同期的绿洲景观类型图进行叠加运算表明,在变化趋势上,除坝区东南部略有下降外,整个绿洲地下水矿化度都增大,北部湖区最显著;在变化面积上,地下水矿化度在3.0g/L以下的面积从1987年的75.26%降到了2001年的58.54%;而其>4.5g/L的绿洲主要集中在湖区。地下水矿化度较低区域的耕地面积减少,而地下水矿化度3.0g/L以上的耕地面积从7.03%增加到了14.32%,特别是湖区,地下水的矿化已严重威胁到了耕地的存在。     

近50a来民勤沙尘暴的环境特征

根据民勤县气象局近50a来观测的1436次沙尘暴资料, 系统地分析了这一时段沙尘暴发生的时间特性。从沙尘暴发生的机制出发, 并结合当地的其他气象要素, 初步确定沙尘暴和与之对应的气象要素之间的关系, 为该地区治理沙害、恢复生态提供理论依据。     

河西走廊东部近50a沙尘暴成因、危害及防御对策

利用我国沙尘暴多发区,甘肃省河西走廊东部民勤、武威等四站建站以来近50a的气象资料,详细分析了河西走廓东部沙尘暴天气发生的时空特点、成因及造成的危害情况,指出河西走廊东部的沙尘暴天气主要是由大风天气过程与其特殊的地形地貌、干旱气候背景相互作用的结果,它造成河西走廊东部两亿多元的经济损失,使50多人丧生。为了有效地预防或减轻沙尘暴的危害和损失,最后提出沙尘暴天气的防御对策是:建立沙尘暴天气的监测和预报预警系统,早发现早预防;开发空中云水资源,实施人工增雨增雪作业;恢复生态植被,控制土壤沙化,减轻沙尘暴危害。     

宁夏春季典型沙尘暴年环流特征量分析

利用近1960-2000年宁夏春季沙尘暴发生次数及常规气象与环流特征量、海温等资料, 首先分析得出了宁夏近41a来沙尘暴发生频次的变化规律; 其次通过对宁夏典型沙尘暴多、少年气候特征对比分析, 发现沙尘暴多、少年前期气象要素及环流特征量存在明显差异: 沙尘暴少(多)发年前一年夏季及前一年夏季到当年春季累积降水量偏多(少); 冬春季冷空气活动次数偏少(多); 前期及同期北半球极涡面积偏小(大)、强度偏弱(强); 冬季东亚大槽位置偏东(西)、强度偏弱(强); 前一年春季北太平洋海温距平场表现为厄尔尼诺遥相关分布型(反厄尔尼诺遥相关分布型)。依据作用机理, 提出了在西北地区生态环境局部治理、整体恶化背景下, 宁夏春季沙尘暴发生频次减少, 主要是东亚环流调整、冬季风减弱所致, 同时还形成了宁夏春季沙尘暴短期气候趋势预测概念模型。     

1960-2012年河西走廊中部沙尘暴空间分布特征和变化规律

利用6个常规气象站1960—2012年的沙尘暴观测资料,分析了河西走廊中部近53年沙尘暴日数的年代际、年际、季节、各月变化和空间分布,并用Mann-Kendall检验法检验河西走廊中部沙尘暴序列是否存在突变现象;在分析沙尘暴变化规律的基础上,建立了河西走廊中部沙尘暴日数的均生函数预测模型。结果表明：该地区1960—2012年的沙尘暴日数以11.75 d/10a的倾向率递减;20世纪60年代至80年代中期为沙尘暴多发期,进入80年代末沙尘暴日数开始明显下降;20世纪70年代最多,60年代次之,80年代到90年代中期逐渐递减,从1997年开始到2004年又处于逐渐上升的趋势,突出年份是2001年,此年共21 d发生了沙尘暴天气;20世纪80年代河西走廊中部沙尘暴日数有一明显减少的突变,具体时间是1983年。与沙尘暴日数相关性最强的是年平均气温,呈显著负相关,其次是春季平均气温、冬季蒸发量和春季蒸发量,有5个站点的沙尘暴日数与春季平均气温呈显著负相关、与冬季蒸发量和春季蒸发量呈显著正相关,有3个站点的沙尘暴日数与冬季平均气温和冬季降水量呈显著负相关。据预测,2013-2032年河西走廊中部沙尘暴日数将呈继续减少趋势。     

沙尘暴危险度的定量评估研究

目前对于沙尘暴风险管理的系统性和实用性有待完善,在沙尘暴危险度研究中缺乏对于气象因子的实时定量评估方法,使得气象服务工作也只能为沙尘暴提供实时卫星监测结果,尚不能细致提供沙尘暴危险度的实时定量评估结果,不同程度地影响了沙尘暴防灾减灾工作的高效实施。系统化沙尘暴风险分类,将沙尘暴灾害应对分为防灾过程和减灾过程,明确了沙尘暴危险度在这两种过程中的主要构成,结合沙尘暴危害特点提出了实时数量化的沙尘暴危险度诊断表达式,对表达式各组成部分进行了初步讨论。使用层次分析法结合聚类分析,分析甘肃民勤地区2001年6月1日—2010年11月15日的地面气象观测资料,得出该地沙尘暴危险度具体表达形式并进行计算,给出了在此期间民勤地区沙尘暴危险度的定量评估结果。结果表明,在民勤地区该时间段内,沙尘暴危险度范围为0.45～4.49,平均危险度为1.99,超过平均危险度的沙尘暴时次有25次,其中最危险的沙尘暴发生于2010年4月24日,完全符合历史事实。由此说明,沙尘暴危险度表达式能够客观地给出沙尘暴危险度实时诊断结果,且其结构清楚,计算简单,便于气象服务业务工作的使用与推广。     

河西走廊东部沙尘天气与武威市大气污染的关系研究

利用河西走廊东部武威市1991-2003年春季污染浓度资料和1971-2003年气象要素资料, 分析污染物浓度与各种气象要素和非气象要素的关系, 找出造成河西走廊东部春季污染严重的气候成因, 并提出大气污染治理对策。结果表明, 春季3~5月沙尘暴发生日数和颗粒物污染资料两者有很好的正相关关系, 相关系数达0.8, 沙尘暴天气是造成河西走廊东部春季空气重度污染的主要原因。     

相似离度在甘肃省冬春季强沙尘暴天气入型判别和预报中的应用研究

利用探空、地面资料分析了1955—2002年甘肃省发生强沙尘暴天气的环流特征，揭示出甘肃沙尘暴天气的5种环流类型：冷锋后偏西型、强锋区下动量下传型、冷高压南部型、热低压前部型和河西小槽型的平均环流场特征。在此基础上，分析指出造成甘肃省冬、春季强沙尘暴天气的影响关键区和关键天气系统，并利用场相似预报方法建立了甘肃省冬、春季强沙尘暴预报业务系统，在实际业务中发挥了较好的效益。     

2004年春夏季两次沙尘暴期间地面气象要素变化特征对比分析

用沙尘暴自动观测系统记录的每分钟地面气象要素,分析了2004年3月28日和7月12日发生在甘肃酒泉的两次沙尘暴过境时地面微气象要素的变化特征。结果表明：①两次沙尘暴发生前地面湿度都较小,气压较低,但是在临近发生时地面气压会猛增,接着维持一段时间的相对稳定状态,但春季沙尘暴过程这个时间更长;沙尘暴即将结束时地面气压再次大幅增加。②沙尘暴发生前气温偏高,结束后较短时间气温会出现急剧下降;春季沙尘暴期间0 cm地温和气温的变化趋势比较一致,但是5 cm地温的变化趋势与气温变化差别较大;夏季沙尘暴过程中0 cm、5 cm地温的变化趋势与气温变化趋势都比较一致。③由于下垫面性质的差异,春季发生的这次沙尘暴地面水平风速明显比同年夏季发生的沙尘暴大,但水平能见度却比夏季发生的沙尘暴好。     

贺兰山地区沙尘暴发生次数的变化趋势

通过统计分析贺兰山东、西两侧各6个气象站的沙尘暴观测资料,结果表明,4月和5月分别是贺兰山东、西两侧沙尘暴的高发期,盐池和拐子湖是东、西两侧的高发中心。沙尘暴发生日数的总趋势是减小的,但仍有3个站沙尘暴发生日数有增加的趋势。     

基于3S技术的锡林郭勒盟风沙灾害综合评价

本文从孕灾环境、致灾因子和承载体3个方面建立风沙灾害综合评价体系,利用内蒙古自然地理环境要素基础图件、锡林郭勒盟以及周边地区29个气象观测站点的多年气象资料和内蒙古统计年鉴等数据,应用协调模型对锡林郭勒盟风沙灾害进行综合评价研究。结果表明:锡林郭勒盟风沙灾害系统的协调性总体上由东北向西南呈越来越差之势,说明风沙灾害综合风险程度由东北向西南越来越大;锡林郭勒盟风沙灾害系统中属协调型和较协调型地区面积占全研究区的55.5%;属不协调型和极不协调型地区占全研究区的44.5%。可见,锡林郭勒盟风沙灾害子系统关系中,不协调型近占一半,政府和有关部门应提高防范意识,采取防治措施。