1951-2008年中国西北干旱区降水时空变化及其趋势

在全球气候变化背景下,地处生态脆弱区的中国西北干旱区降水响应特征及其未来变化趋势的量化研究极为重要,依据中国西北干旱区95个站点1951-2008年月降水资料,运用自然正交分解法(EOF)、Morlet小波分析、轮次分析、游程理论、极差分析、季节性指数分析、Mann-Kendall检验及气候趋势系数分析等方法分析了西北干旱区降水时空变化特征及其未来趋势。结果表明:西北干旱区降水场前4个特征向量累计方差贡献率达81.61%,第一特征向量最高为48.53%,属"相间复杂"型,依据其荷载空间分布特征将研究区划分为北疆子区、南疆子区、河西子区、青海子区及内蒙古子区;西北干旱区及各子区降水存在9年及12年主周期;各地的极大丰水历时均小于极限枯水历时,单独丰水年的概率高于单独枯水年,连枯年的概率高于连丰年,干旱主要发生在新疆和河西地区;降水序列具有长期相关性,Hurst系数在0.629～0.845间波动;西北干旱区40.0%的地区降水具有明显的季节性分布;61%地区重现性指数大于0.7,降水年内分配的年际差异较小;86.3%地区降水量呈增加趋势,其中20.0%通过信度0.01的显著性检验,48.4%通过了0.05显著性检验,增幅16.6～0.1 mm/10a;11.6%地区呈减少趋势,减幅为5.2～0.3 mm/10a。     

CMIP5模式对中国西北干旱区模拟能力评价

气候模式是研究气候系统和气候变化的重要工具,气候模式结果是进行气候预测和气候变化风险评估的重要依据。基于中国西北干旱区78个气象站点1960-2005年的观测数据,对最新公布的CMIP5的39个模式在中国西北干旱区1960-2005年平均气温、降水的模拟能力进行评估。结果表明:多个模式模拟年平均气温与观测值的相关系数达到0.39,夏、秋季节的相关系数好于春、冬季,年平均气温模拟大多偏低2℃以上,其中MIROC4h、CCSM4和CMCC-CM对年平均气温的模拟绝对误差较小。模拟的年、季降水量与观测值的相关系数很差,均不到0.1。年降水量模拟普遍偏高100 mm以上,其中CMCC-CM、CNRM-CM5和MRI-CGCM3对年降水量模拟绝对误差较小。年际变化趋势上,模拟的平均气温升高趋势和降水量增加趋势均比观测趋势要低,模拟的冬季平均气温升高趋势偏低最明显,达-0.21℃/10 a,模拟夏季的降水量增加趋势偏低最明显,相对误差达-99%。CMIP5模式对中国西北干旱区的模拟效果整体上偏差较大,未来无论从物理过程还是模式算法都需要进一步研究和改进。     

中国内陆区湖泊沉积所反映的全新世干湿变化

湖泊沉积记录的环境演变是全球变化的重要研究领域之一,通过对中国内陆区中30 个湖泊研究成果的总结和梳理,探讨了全新世以来该地区干湿变化的规律和区域分异。通过降水量结合传统分区方法将中国内陆区分为西北干旱区、东亚季风边缘区和青藏高原区。对每个湖泊样点以500 年为时间间隔,以孢粉为主要干湿指标,综合氧同位素、有机质及碳酸盐等,将湖泊干湿状况划分3 个干湿等级（干旱,半湿润,湿润）,建立区域干湿指数。结果表明,中国内陆不同区域全新世可能经历了不同的干湿变化过程：①西北干旱区基本上是早中全新世干旱,中晚全新世相对湿润,但区域差异明显;②东亚季风边缘区早全新世早期干旱,早全新世晚期和中全新世相对湿润,晚全新世干旱;③青藏高原区的湿润时期主要发生在早中全新世,但是不同地区有所不同。对比分析显示：西北干旱区的干湿变化可能受西风环流控制,但在时间和强度上区域内部差异较明显;东亚季风边缘区可能主要受东亚季风控制;青藏高原地区早中全新世的湿润可能与印度季风的增强相关。     

中全新世仰韶文化扩张的环境背景

黄河流域新石器文化在仰韶时期迅速扩张,由先前的以渭河流域为中心扩张到西至青海东部,东达黄河下游地区,北抵内蒙古长城一线,南至汉水流域的广大地区。全新世大暖期暖湿的气候条件与仰韶文化的迅速扩张关系密切。仰韶时期,黄土高原年均气温较现代高约2℃,年降水高出现代约100 mm,季风强劲,降水增加,400 mm等降水量线较现代向西北内陆推进200 km左右,黍粟作种植的范围扩大,仰韶文化相应扩张。400 mm等降水量线成为仰韶文化扩张的西界,也是全新世大暖期仰韶黍粟作种植区和北方细石器狩猎—采集区分界线。     

不同降雨量下人工重建林土壤性状及微生物特性比较

分析和比较了甘肃省中部典型黄土丘陵区不同降雨量下人工重建林土壤性状及微生物特性.结果表明:随降水量的增加,土壤含水量升高,pH值变化不明显;土壤有机碳、全氮、微生物量碳、微生物量氮含量均表现为以400 mm降水量为分界线,降水量≥400 mm样地的含量显著高于降水量<400 mm样地(p<0.05);降水量为500 mm样地的全磷、速效磷、速效钾含量及土壤微生物呼吸最高,但土壤微生物呼吸熵为200 mm降水量样地最高;微生物熵变化不显著.相关性分析表明,不同降水量梯度下,土壤理化性质与微生物特性之间存在不同程度的相关性.     

中国日降水量小于不同阈值日数时空分布特征

利用中国672 个站点1951-2010 年的逐日降水资料,系统分析了全国各地日降水量小于0.1 mm、1 mm、5 mm和10 mm不同阈值的日数、平均持续日数、最长持续日数和持续10 天以上过程出现频次等要素的时空分布特征,并分别选择齐齐哈尔、乌鲁木齐、北京、昆明、常德、南京、汕头和海口8 个代表站点,分析了各变量的历史演变趋势。结果表明,全国日降水量小于0.1 mm、1 mm、5 mm和10 mm日数、平均持续日数、平均最长持续日数、极端最长持续日数以及日降水量小于0.1 m持续10 天以上过程发生频次的时空分布特征基本相似,空间上自西北向东南方向递减,时间上冬、秋季多,春、夏季少,这与我国气候干旱的时空分布特点基本一致;而全国日降水量小于1 mm、5 mm和10 mm持续10 天以上过程出现频次的时空分布特征,与我国实际干旱灾害的发生规律基本一致,高值中心出现在华北、黄淮、江淮、江南等地,发生时间集中在春、夏季。全国主要区域代表站点日降水量小于0.1 mm日数、平均持续日数、最长持续日数基本都呈增加趋势,且南方强于北方;日降水量小于1mm、5 mm和10 mm日数、平均持续日数和最长持续日数在西部地区,特别是西北地区表现出较为明显的减少趋势,其中乌鲁木齐日降水量小于5 mm和10 mm平均持续日数线性减少趋势分别达2.0 d/10a 和7.5 d/10a,最长持续日数线性减少趋势分别达9.3 d/10a 和11.8 d/10a,呈现出明显的湿润化趋势。     

基于情景的1951-2011年中国极端降水风险评估

随着全球气候变暖,极端降水的风险评估研究成为学界和各国政府广泛关注的热点问题,开展中国极端降水的风险评估研究可以为中国防灾减灾提供参考依据。本文从灾害风险评估视角,依据国际减灾战略（ISDR）的灾害风险评估模型,开展了中国极端降水的风险评估研究。首先,利用1951-2011年全国各站点逐日降水数据,采用Pearson-III方法,模拟不同重现期情景下极端降水量和频次分布,评估中国不同重现期下的极端降水危险性及空间分布;其次,基于人口和GDP指标,分析极端降水脆弱性及空间分布特征;在此基础上,评估了5年、10年、50年、100年一遇情景下中国极端降水风险及其空间分布特征。结果表明：① 中国极端降水危险性等级从东南沿海向西北内陆递减,5年一遇情景下,极端降水高危险区和低危险区的分界线大致与400 mm等降水线相同。② 中国极端降水脆弱性高的地区主要分布在人口稠密且经济发达的东部沿海大城市地区,特别是经济发达的长三角、珠三角和京津冀等城市群地区,以及中部地区的一些大城市。③ 不同情景下,中国极端降水风险等级均呈现由东南向西北方向降低。风险等级高和较高的地区主要位于黑河—腾冲线以东,中和低风险区位于该线以西,这与中国人口密度分布的胡焕庸线大体一致。     

中国典型等降水量线年代际空间演变

基于1960-2013年中国573个气象站的月降水量数据,选用普通克里金插值法生成典型等降水量线(200、400,800 mm),从等降水量线移动距离和移动趋势的角度分析了中国近54年典型等降水量线的时空演变特征。结果表明:(1) 200、400,800 mm等降水量线近54年的空间分布大致呈东北-西南走向,且从西北到东南有序排列。(2) 200 mm等降水量线在宁夏平原和西藏中西部波动强烈,且均有向东和向南偏移趋势。200 mm等降水量线在宁夏平原20世纪70、80年代、21世纪初东移,20世纪90年代、21世纪10年代初西移。西藏中西部自20世纪80年代起200 mm等降水量线有西移和北移态势,新疆北部200 mm等降水量线范围不断扩大。(3) 400 mm等降水量线在华北中东部波动强烈,20世纪70年代、21世纪00年代东移,20世纪80、90年代和21世纪10年代初西移,且整体有向东和向南的偏移趋势,但年代际波动大。(4) 800 mm等降水量线在秦岭-淮河一线波动强烈,20世纪80年代、21世纪00年代北移,20世纪70、90年代、21世纪10年代初南移,且纬度降低趋势较明显。     

陕西省生态农业干旱区划研究

选取主要气候变量、地质土壤类型、水文、径流特征、地表植被类型及分布等10个影响陕西省生态农业干旱因子,利用K-Means Clustel‘Analysis(快速聚类法)和Hierarchical Cluster Analy-sis(分层聚类法)相结合的方法,对陕西省生态农业干旱区划进行研究,将陕西地区划分为8个生态农业干旱相似区,并对区划合理性进行了检验.分析表明:采用生态因子和干旱因子相结合的聚类分析方法能够较好地反映陕西省生态农业干旱实际情况,充分地体现"陕西省生态农业干旱"的空间分布特征,具有较强的科学性.     

乌鲁木齐地区近50a降水特征分析

根据乌鲁木齐地区分布在不同垂直高度上的4个气象站近50 a的实测降水资料,运用回归分析、趋势分析、Mann-Kendall检验、小波周期分析及变异分析等方法,分析了乌鲁木齐地区近50 a来降水变化特征。结果表明:(1)乌鲁木齐地区降水量时空分布极不均匀,空间分布上中山带的年平均降水量最大,为551.4 mm,其次是高山带,为458.4 mm,乌鲁木齐市区263.2 mm,达坂城最小,仅为71.8 mm;从时间分布来看,表现为较明显的季节分布差异,各地降水量主要集中在夏季,春季大于秋季,冬季最少。(2)近50 a来乌鲁木齐各地区的降水都呈明显增加的趋势,其中山前平原乌鲁木齐市区增加的幅度最大,降水趋势倾向率为26.02 mm/10 a,其次是高山带,倾向率为21.84 mm/10 a,中山带和达坂城倾向率分别为10.23 mm/10 a和8.55 mm/10 a。各地在年代际变化趋势上变现的不完全一致。(3)降水突变的时间各地不完全相同,山前平原区乌鲁木齐气象站降水发生突变时间出现在1982年,达坂城出现在1991年,高山带出现在1994年,而中山带没有明显的突变。(4)乌鲁木齐地区各地的降水量均存在准6 a的周期,6 a的周期可能是影响乌鲁木齐地区降水量的主导周期;山前平原区达坂城和乌鲁木齐降水波动较大,中山带和高山带表现相对稳定。     

自然与人文交互作用下的干旱区典型绿洲耕地动态变化驱动力分析——以新疆于田绿洲为例

 绿洲是干旱区独特的自然景观,是人们生产生活的载体。如何在保持经济发展、提高人民生活水平的基础上保护有限的耕地资源,是关系到干旱区绿洲和谐以及可持续发展的重要问题。选取干旱区典型绿洲——于田县1949\_2004年的自然与人文统计资料,首先分析了五十余年来该县耕地变化的情况。然后从自然与人文两个角度对影响耕地面积变化的因子进行分析,结果表明,自然因素往往构成一定区域绿洲发展的基本限制,人为因素在短时期内,对耕地的变化起着决定性作用,这种作用如果顺应自然因素的限制,则对绿洲发展有利,绿洲稳定性增强;反之,绿洲稳定性减弱,由于新疆绿洲外围多为戈壁及沙漠,因此,对绿洲的利用要遵循自然规律,以保护绿洲为前提,合理利用水等自然资源,否则绿洲的面积随时都有可能缩小。     

土地资源结构及其功能的研究：以宁夏,甘肃干旱区为例

本文以土地资源结构类型研究为基础,探讨了不同结构类型的功能,并以宁夏、甘肃干旱区为例说明之。     

干旱区土地利用/土地覆盖变化与全球环境变化

土地利用与土地覆盖是人类活动在地球表面是宏观的表现，为分析全球环境变化中人类活动的作用提供了切入点，土地利用/土地覆盖变化（LUCC）既是全球环境变化的原因，也是全球环境变化的结果，而占全球陆地表面40%以上的干旱区，由于其具有成因复杂，类型多样，对环境变化敏感，变化过程快，幅度大，景观差异明显等特点，是全球变化特别是LUCC研究的重要场所，文章在介绍LUCC概念的基础上，综述了全球环境变化与LUCC的关系，依据干旱区的自然和生态环境，分析了干旱区LUCC的特点，阐述了干旱区土地利用/覆盖变化研究对全球环境变化研究的重要性，概括了干旱区LUCC研究的方法。     

Combating desertification in the Negev: dryland agriculture vs. dryland urbanization

The Negev region occupies nearly two-third of Israel's land area (21,671 km²) but hosts less than 9% of its 6.5 million strong population. Until recently, the process of desertification did not affect the Negev profoundly. This was mainly due to large-scale afforestation programs, restrictions imposed on grazing, and large water subsidies from the less arid part of the country to its more arid part. However, there are some indications that the process of desertification in the Negev has already started and may accelerate in the future. In light of this trend, the efficient long-term strategy for the Negev's development is essential. The present study compares two alternative strategies of the Negev's future development: agricultural expansion vs. urbanization path. Two basic criteria—the minimization of adverse environmental impacts and economic feasibility—are used for the evaluation. The urbanization path is found to be preferable. Since agriculture and livestock grazing are the major contributors to desertification, replacing them with urban development may lessen the risk of desertification in the future. In contrast, urban development, if properly planned and regulated, may reduce the spatial extent of the area affected by agricultural development, and thus minimize the anthropogenic impact on the desert environment. Economic reason is also important: While even in the future, agricultural production in the Negev may remain limited due to economic considerations, urban development may justify the often-large investment required for the provision of fresh water.     

鄂尔多斯地区土地荒漠化防治对策

鄂尔多斯地区是中国荒漠化严重的地区之一。它的形成,除了自然因素之外,主要是开垦、过牧超载、滥采等因素造成。防治的对策,主要是以防为主,防治并举,防、治、用结合。大力调整人-地关系,解决好"三农"(农业、农村、农民或牧业、牧区、牧民)问题,协调好"三牧"(禁牧、休牧、轮牧)关系,作好"三定"(以草定畜、以水定树、以自然环境条件确定人口居住数量)工作。     

中国干旱区土地沙砾化过程的空气流压场分析

在野外调查和资料分析的基础上,应用空气流压场原理,矢量分析法,分析了我国干旱地区不同地貌类型分区的土地沙砾化过程,及其所导致的风蚀,风积地形的分布规律,高山地区,风蚀风积地形从山顶到山木麓呈带状分布,在平坦地区,随气流强弱,扰动,就地就近起沙,形成了低缓沙丘,河湖淤泥平原,土地干裂迭加风力,形成了残丘雅丹地形,在丘陵地区的迎风坡为土地砾化,背风坡为沙化。     

干旱区可持续土地利用模式——以天山北坡为例

Sustainable land use patterns are ecological and economic prerequisites of regional sustainable development. This is especially true for arid lands, where the environment is wholly fragile thanks to extremely limited precipitation, and where human activities have greatly transformed natural desert system by clearing natural vegetation, expanding oases and even building dams on inland rivers. However, the current studies on land use patterns are still characterized by field investigations and case studies, with almost no solid scientific basis. This paper holds that land types and their combination patterns are the principal basis for designing sustainable land use patterns, and that GIS and RS-based large-scale land type mapping and the study of their spatial combination structures should be coordinated with the demand of social development. The existing environmental problems induced by irrational land use mostly result from their deviation from the natural properties of land types. Taking the northern slope of the Tianshan Mountains (NSTM) as an example and considering land type patterns as the basis of land use patterns, this paper improves the vertical oasis- and-mid-mountain two-belts development model and the sustainable mountain land use model for arid lands put forward in recent years; and in terms of oases patterns, it outlines oasis development models, including intensive land use pattern in alluvial-diluvial fans, moderate agricultural development pattern in alluvial plains, and ecological land use pattern in river-end oases.     

甘肃省沙漠化土地封禁保护区建设研究

荒漠化是全球严重的环境问题之一,沙漠化是干旱、半干旱及部分半湿润地区由于人地关系不协调所造成的以风沙活动为主要标志的土地退化。甘肃省地处大陆腹地,沙漠化危害严重。通过建立沙漠化土地封禁保护区,能够促进保护区植被的恢复和生态重建,增加生物多样性,遏制沙漠化土地扩展。根据《中华人民共和国防沙治沙法》要求,全省共建成七大省级沙漠化土地封禁保护区,按照一定的原则,目标和步骤逐步实施。由于各地自然条件的差异性与复杂性,防沙治沙的措施与手段各有特点,在具体的防沙治沙措施中,不能局限于一种措施、一种模式,需要综合考虑,运用最适合当地的思路、方式和方法来治理沙害。     

基于改进三维足迹模型的关中地区土地自然资本利用状况分析

三维生态足迹是可持续发展定量化评价的重要方法,陕西关中地区作为丝绸之路经济带的重要承载地,研究其土地自然资本利用状况对可持续发展具有重要意义。论文采用改进三维足迹模型,并利用足迹广度基尼系数等指标,对关中地区1995—2015年自然资本利用状况从“产品—地类—区域”3个尺度进行了分析。结果表明： ① 1995—2015年,关中地区土地足迹呈现先增后减的变化趋势,土地承载力逐年下降,生态赤字逐年增大,不利于可持续发展;② 关中地区5个市均处于生态赤字状态,足迹深度均超过原长1,消耗存量资本来弥补流量资本的不足已成关中地区社会发展的常态;③ 耕地和建设用地为流量资本占用主要地类,草地、耕地和建设用地为存量资本消耗主要地类;④ 区域内部流量占用不公平程度逐渐增加,若仍不采取合理措施,2025年将呈现较不均衡状态,2030年则为高度不均衡。论文聚焦“实态足迹”,揭示了关中地区土地利用效益,为其可持续发展提供科学参考。     

Sustainable land-use patterns for arid lands:A case study in the northern slope areas of the Tianshan Mountains

Sustainable land use patterns are ecological and economic prerequisites of regional sustainable development. This is especially true for arid lands, where the environment is wholly fragile thanks to extremely limited precipitation, and where human activities have greatly transformed natural desert system by clearing natural vegetation, expanding oases and even building dams on inland rivers. However, the current studies on land use patterns are still characterized by field investigations and case studies, with almost no solid scientific basis. This paper holds that land types and their combination patterns are the principal basis for designing sustainable land use patterns, and that GIS and RS-based large-scale land type mapping and the study of their spatial combination structures should be coordinated with the demand of social development. The existing environmental problems induced by irrational land use mostly result from their deviation from the natural properties of land types. Taking the northern slope of the Tianshan Mountains (NSTM) as an example and considering land type patterns as the basis of land use patterns, this paper improves the vertical oasis- and-mid-mountain two-belts development model and the sustainable mountain land use model for arid lands put forward in recent years; and in terms of oases patterns, it outlines oasis development models, including intensive land use pattern in alluvial-diluvial fans, moderate agricultural development pattern in alluvial plains, and ecological land use pattern in river-end oases.