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.     

亚洲中部干旱区植被与土壤碳密度分析

碳密度作为估算陆地生态系统吸收和排放含碳气体数量的关键要素—碳存储能力的重要指标之一,对判定碳源汇、制定缓解全球变化的合理政策措施具有重要意义。干旱半干旱区相关研究的薄弱性与其广大的陆地面积极不相称。通过搜集与中亚五国和新疆生物量或植被碳密度资料有关的文献,整理中亚五国和新疆的土壤剖面数据,对亚洲中部干旱区植被和土壤碳密度开展研究。结果表明:亚洲中部干旱区植被和土壤碳密度因区域和植被类型的不同而呈现一定差异。总体而言,林地的植被与土壤的碳密度最高;草地土壤碳密度高于耕地土壤碳密度,中亚五国草地植被碳密度高于该区农田植被碳密度,而低于新疆农田植被碳密度;裸地作为植被覆盖度最低的类型,植被与土壤的碳密度最低。     

中国北方干旱半干旱区植被-气候响应关系特征北大核心CSCD

气候变化背景下干旱区植被的时空分布及变化特征,是区域植被恢复和国家自然保护区建设等亟需研究的关键生态环境问题。在建立中国北方干旱半干旱区潜在植被分类及对Holdridge生命地带模型进行修正和拓展的基础上,结合中国气象模拟数据(1981—2020年),引入植被面积转移矩阵、Kappa系数和平均中心模型等方法,对中国北方干旱半干旱区气候要素进行分析并实现了潜在植被定量识别和空间分布格局模拟。结果显示:40年间年降水量、年平均生物温度和可能蒸散率总体均呈上升趋势,研究区存在暖干化现象;研究区共出现6种潜在植被类型,在不同年代际均呈地带性分布;温带荒漠植被、温带草本植被和温带森林植被是主要植被类型,共占总覆盖面积约71%;温带森林植被的面积总体增长最快,平均每10年增加1.1%,温带荒漠植被减少最快,平均每10年减少1.3%;相邻年代际间,各类潜在植被的面积转换关系较为稳定,差别在于转换程度;山地森林植被、温带荒漠植被和温带森林植被的平均中心总体偏移距离大于50 km,除温带荒漠植被,其他植被的平均中心总体均往西移。     

两种干湿气候类型评价方法在内蒙古地区应用比较

Holdridge可能蒸散率(PER)和徐文铎湿润指数(HI)在内蒙古地区的应用结果表明:两种干湿气候类型划分差异主要体现在半干旱和亚(半)湿润区,其余气候类型地域分布比较一致。其年代变化的共同点是半干旱区+干旱区+极干旱区面积逐年增加,亚(半)湿润区+湿润区面积逐年减少。PER分类与降水量分布规律明显,而HI分类更多体现了温度和降水的综合影响。在考虑下垫面特征的情况下,徐文铎湿润指数更符合内蒙古地区干湿气候带划分。30 a温度与降水相关分析表明:温度呈显著增加趋势,而降水的下降趋势属正常气候波动。     

中国荒漠化潜在发生范围的修订

为了客观反映中国荒漠化发生区域,按照联合国防治荒漠化《公约》的定义,利用1950-1990年间全国671个气象站的长时间序列气象数据,分别采用Thornthwaite和Penman计算可能蒸散量的方法计算了湿润指数的分布,然后根据中国气候区划和中国植被区划以及中国荒漠化发生的特点等对计算结果进行了调整,对中国荒漠化潜在发生范围进行了修订,明确了荒漠化各气候类型区的地理涵义。研究结果表明：①《公约》定义的荒漠化潜在发生范围及各气候类型区的划分标准不完全适用于中国。②中国的荒漠化发生在极干旱区、干旱区、半干旱区和亚湿润干旱区。极干旱区对应极旱荒漠,干旱区对应典型荒漠、草原化荒漠以及荒漠草原,半干旱区对应典型草原,亚湿润干旱区对应草甸草原中偏干旱的部分。③修订后中国荒漠化潜在发生范围总面积约4 524 089.1 km²,约占国土总面积的47.1％,其中亚湿润干旱区、半干旱区、干旱区和极干旱区分别占12.6％、28.8％、34.4％和24.2％。荒漠化潜在发生范围修订后比修订前增加1 207 056.9 km²,其中亚湿润干旱区面积减少,半干旱区、干旱区和极干旱区面积增加。     

中国戈壁综合自然区划研究

中国戈壁广泛分布于北方的干旱与极干旱区域,直至目前尚未系统地开展戈壁分区研究。本文在综合分析戈壁特征与形成发生机制关系后认为,我国戈壁的最主要特征是地表砾质覆盖;表层具孔状漆漠结皮,其下具棕红色紧实层及石膏层;植物覆盖度极低,生长旱生极旱生灌木—半灌木。戈壁形成发生的区域仅限于干燥度4以上的干旱、极干旱区域。根据戈壁特征及发生条件的区域分异,选取干温指标、区域地质地貌建造指标、地表物质成因形态指标,将中国戈壁分布区划分为温性干旱极干旱戈壁区、暖性干旱极干旱戈壁区和青藏高原北部亚寒干旱极干旱戈壁区3个一级区(区),其下按区域地质地貌建造特征划分出9个二级区(地区),再按戈壁地表物质成因与形态差异划分出19个三级区(亚地区)。还可根据土壤和植被的地域分异进一步划分出若干个四级区(小区)。     

干旱生态系统净初级生产力估算及变化探测

针对中国西部干旱区特有的气候-植被特征,利用卫星遥感混合像元分解技术对干旱区植被进行了光合作用植被和非光合作用植被区分和组分解析,尝试通过对干旱覆被植被灌层结构进行解析而解决因植被区系差异和环境背景干扰的问题,并参考国际上遥感-生态模型GLO-PEM和CASA,借助遥感生态反演的物理分析,初步构建起基于遥感与生态过程的干旱区适用的光能利用率模型NPP-PEM,并以中国西部干旱区喀什地区叶尔羌-喀什噶尔河流域山地-绿洲-荒漠生态系统为案例,利用AVHRR/NOAA气象卫星遥感数据和气候资料估算了1992年和1998年中国西部喀什地区叶尔羌-喀什噶尔河流域山地-绿洲-荒漠生态系统1 km分辨率年净第一性生产力,并进行了变化探测分析。模拟检验结果精度较好,生态系统碳吸收的空间异质性特征明显。结果表明,考虑了干旱植被生理特征和灌层结构的光能利用模型,模拟结果较为合理,也为引入其他生态模型应用到干旱区生态系统研究提供了借鉴,从而为干旱区陆地生态系统碳循环研究开辟了途径。     

干旱区土地退化与荒漠化对土壤碳循环的影响

荒漠化是干旱区的最为严重生态退化问题,它的发生和发展对干旱土壤碳循环有着重要的影响.土壤是全球陆地生态系统最大的碳库,土壤中碳的固存和向大气的释放直接关系到全球气候的变化.干旱土壤占全球陆地总面积的40%,因此,它在全球碳循环中占有重要的地位.干旱区土地退化和荒漠化对土壤碳循环的影响包括两个主要方面:①它促进了SOC和无机碳的矿化,使之向大气释放CO2,增加了温室效应;②由于荒漠化增加了大气尘埃含量,减少了辐射,在一定程度上间接地缓解了土壤碳的损失.文章综述了近年来相关研究的进展,评价了干旱区土壤碳的固存和在缓解温室效应方面的潜在能力.讨论了干旱荒漠化地区对全球碳平衡的贡献和在干旱区促进土壤碳固存的基本策略.     

气候性干湿指数在干旱区应用的局限性

气候性干湿指数综合了主要的气候因子,能够反映自然地带性,并且形式简单,计算方便,因而在自然地理、气候、土壤、植被以及农牧业生产等各种区划中得到广泛的应用。可是在干旱区的应用结果却不能令人完全满意。主要是不能反应绿洲和沙漠的区别,不能反映人类活动对自然环境演变的影响,也不能反映灌溉改善农区干旱程度的情况。     

干旱区土壤植被系统恢复的生态水文学研究进展

干旱区约占地球陆表面积的40%以上,所支撑的复杂多样的生态系统是全球陆地生态系统的重要组成,水是干旱区诸多生态系统过程的驱动力和关键的非生物限制因子。生态水文学作为新兴的交叉学科,为客观、全面地诠释干旱区植被与土壤系统相互作用与反馈机理提供了新的理念和途径,同时,也为干旱区以植被建设为主的生态恢复实践提供了理论基础。以沙坡头沙漠研究试验站在腾格里沙漠东南缘荒漠化草原和草原化荒漠过渡带的长期定位监测研究为例,分析、综述了我国在干旱区生态水文学研究领域所取得的主要成绩和相关进展,重点讨论了沙地植被从组成、结构和功能群演变等多层次上对土壤生态水文过程的响应,以及植被对土壤环境和水循环的长期反馈作用和调控机理;将生物土壤结皮首次作为影响植被-土壤系统水文过程的重要环节来考虑,对其发挥的生态水文功能的相关研究进行了总结;归纳了基于水量平衡的干旱区生态恢复理论模式及其在实践中的应用。     

巴基斯坦干旱特征及其风险评估

干旱深刻影响着巴基斯坦的水资源、粮食产量和社会经济格局,分析当地的干旱特征及其风险对其社会发展具有重要意义,但当前鲜有学者从长期视角分析整个巴基斯坦的干旱特征或评估该地区的干旱灾害风险。通过采用1982—2013年第三代归一化植被指数(Global inventory mod-elling and mapping studies normalized difference vegetation index,GIMMS NDVI3g)数据集构建植被状态指数(Vegetation condition index,VCI),分析了32 a巴基斯坦干旱范围和频率;采用由干旱频率、牲畜、土壤、作物、灌溉面积等资料表征的危险性、脆弱性、暴露度和防灾减灾能力对巴基斯坦干旱风险进行了评估。结果表明:(1)研究时段内,各月多年平均干旱范围存在差异,1月和9—12月干旱范围较大(面积比例大于40%);5—8月干旱范围较小(面积比例小于30%);5—6月受升温和降水减少影响,干旱面积有上升趋势。(2)研究区5—8月干旱频率较低,西部山区林地、草地9月干旱频率较高,东部平原1月和9—12月干旱频率较高。(3)巴基斯坦干旱风险空间格局主要由干旱频率、作物产量、大牲畜比例、土壤持水能力决定,其中干旱频率对区域干旱风险的影响最大。在牲畜比例和土壤持水性的分别作用下,巴基斯坦北部山区向平原过渡的地带和东南部自然植被覆盖地区干旱风险较高;受灌溉影响,地形平坦的河谷地区干旱风险较低;北部山区自然植被覆盖度高,干旱风险也较低。研究结果有益于巴基斯坦灾害风险管理。     

吐鲁番盆地的干热环境特征

吐鲁番盆地降水稀少,气候炎热,本文从其降水、气温、地表水与地下水、土壤、植被等自然条件分析了盆地的环境特征。采用代表环境热力状况的年积温与水量平衡方程的比值为干旱指标,将盆地划分为湿润、半湿润、半干旱和干旱4个环境类型,9个区。     

基于多重时空数据的新疆绿洲研究

绿洲是在特定的气候、地貌、水文、土壤、植被、动物等因素相互作用以及人类活动共同影响下而形成的自然综合体。即是在干旱区或荒漠背景下,由自然及人类共同作用,有利于人类及其他生物生存,且生产力明显高于周边的地域。利用近期新疆地区地形、降水、植被、草地、土壤等空间数据,以及2010年度新疆地区土地利用数据,应用GIS软件进行综合空间分析,获取了新疆地区干旱荒漠及绿洲区域的界线。2010年度新疆绿洲面积约占全疆总面积的9.54%,包括了天然绿洲与人工绿洲,两部分面积几乎各占一半。新疆地区绿洲的土地利用类型包括了各类林地、中高覆盖度草地、除冰川和永久积雪地的各类水域,沼泽地、城镇工矿居民点建设用地,以及各类灌溉耕地。     

中国干旱半干旱区气候异常影响机理研究进展

干旱半干旱区占中国陆地面积一半以上,生态环境脆弱,对全球气候变化和人类活动的响应敏感,极端气候事件呈多发、强发态势。该区域的气候异常不仅受到大气内部变率的调制,还受海温、海冰和积雪等下垫面影响,这些物理因子对干旱半干旱区气候异常起关键性作用。文章系统性地回顾和梳理了这些物理因子对中国干旱半干旱区气候异常影响的研究。研究表明：大气遥相关作为气候异常的内部影响因子,其位相转变造成的环流异常会通过调控急流位置、行星波活动、阻塞强度、槽脊位置等造成干旱半干旱区气候异常;而海温则通过影响季风强度、沃克（Walker）环流强度、西太平洋副热带高压位置及激发大气罗斯贝（Rossby）波响应等方式对干旱半干旱区气候异常产生影响;积雪通过反照率效应和水文效应,改变地表辐射、土壤温湿度等下垫面热力状况,进而通过非绝热加热或改变大气斜压性等方式对干旱半干旱区气温和降水产生显著作用。文章在总结已有研究进展的基础上,指出不同因子之间的协同作用机制以及各因子对中国干旱半干旱区气候异常的贡献仍有待进一步研究。     

干旱半干旱区农田土壤风蚀特征及参数化研究进展

干旱半干旱地区是中国的农业后备战略基地,然而近年来该地区农田土壤风蚀现象严重,沙/尘释放量显著增大,威胁农业的可持续发展和生态系统平衡。目前绝大部分的天气和气候模式仅考虑了沙漠地表起沙,忽视退化农田的土壤风蚀起沙,导致起沙通量模拟存在很大的不确定性。对20世纪50年代以来干旱半干旱区农田土壤风蚀起沙特征及参数化做了详细的分析总结,回顾并梳理了干旱半干旱区农田土壤风蚀观测和数值模拟的研究脉络以及存在的问题,为提高农田起沙的模拟精度提供了有效参考,对中国干旱半干旱区农田土壤风蚀防治、土地荒漠化治理以及理解未来土地利用改变对大气污染的影响具有重要意义。     

过去45年中国干湿气候区域变化特征

利用中国1960-2004年降水、平均气温、风速和相对湿度等资料,分别采用降水指数和干湿分类函数作为干湿区域的划分标准,将中国划分成三个干湿等级的区域:干旱区、半干旱区和湿润区。结果发现无论以哪种指数作为衡量干湿的标准,我国过去45年的干旱总面积,即干旱区面积和半干旱区面积之和,均为扩大趋势,湿润面积则为减小趋势,这种情况在近十年表现得尤为显著。而半干旱区面积在分析时段变化的幅度最大,是干湿变化的敏感区。但两种结果之间也存在不同:降水指数的结果表明干旱区和湿润区的面积减小,半干旱区的面积增大;而干湿分类函数得到的各个干湿区域的面积则表明干旱区的增大,半干旱区和湿润区的减小。从定量的角度讲,干湿分类函数估算的干旱区面积的45年平均值比降水指数估算的干旱区面积的45年平均值约大15%,其估算的半干旱面积的45年平均值比降水指数的结果约小9%,而两者湿润区面积的45年平均值相差约6%。最后给出了仅分析降水指数就能反映干湿状况的地区和必须分析干湿分类函数才能确定干湿状况的区域。     

岷江上游干旱河谷范围的界定及其变化分析北大核心CSCD

基于1961-2014年岷江上游及其周边地区20个气象站点的观测资料,运用Mann-Kendal非参数检验方法分析了研究区近50 a的气候突变,结合DEM、土壤、水系、土地利用等数据构建了干旱河谷典型特征的诊断指标体系,准确地界定了岷江上游干旱河谷的范围并分析了其气候突变前后的变化。结果表明:(1)研究区气候突变的时间节点为1981年,当前气候条件(1982-2014年)下,岷江上游干旱河谷总长度约为151.63 km,面积约705.62 km^2(占区域总面积的2.94%),主要分布于松潘镇江关以下,经茂县凤仪镇至汶川县绵褫间的岷江干流,以及黑水河谷和杂谷脑河谷等岷江支流的两侧。(2)当前气候条件下干旱河谷较气候突变前(1961-1980年)覆盖河道两岸更宽的范围且向北延伸,长度增加20.87 km,面积增加81.61 km^2;(3)气候变暖和土地利用方式的改变是引起岷江上游干旱河谷范围扩大的主要原因。     

基于遥感-生态过程的绿洲-荒漠生态系统净初级生产力估算

针对干旱区特有的气候-植被特征,利用卫星遥感混合像元分解技术对干旱区植被进行了光合作用植被和非光合作用植被区分和组分解析,尝试通过对于旱覆被植被灌层结构进行解析而解决因植被光能吸收的估算问题,并参考国际上遥感-生态模型GLO-PEM和CASA,借助遥感生态反演的物理分析,初步构建起基于遥感与生态过程的干旱区适用的光能利用率模型NPP-PEM,并以ERDAS IMAGINE为平台,实现了模型可视化模型界面,可用于中国西部干旱区山地-绿洲-荒漠生态系统年净第一性生产力的估算.由于考虑了干旱植被生理特征和灌层结构的光能利用模型,模拟结构与原理更加合理完善,为引入其他生态模型应用或移植到干旱区提供借鉴,从而为中国干旱区陆地生态系统碳循环研究开辟了途径.     

近50年来中国干湿气候界线的10年际波动

利用中国北方1951～1999年降水量和年蒸发量资料，计算了干燥度指数（D）。并据此将中国划分为干旱区（D（0.20）），半干旱区（0.20-0.50）和湿润区（D(0.50）），近50a中国干湿气候波动显著，区域差异大；50a波动幅度东北区为20～400km，华北区为40～400km，西北东部为30～350km，西南区为40～370km，以80年代为界，在20世纪80年代以前（包括80年代），西南区气候具有显著变湿趋势；西北东部稍变湿；华北区和东北区具有变干趋势，且华北区变干程度比东北区严重。进入90年代。西南区和西北东部气候有变干迹象。华北区西部气候的干旱程度有所增加，华北区东部有所减弱，东北区气候进一步变湿，半干旱区是湿润区与干旱区之间的过渡区，是中国季风的边缘地带，也是环境变化的敏感区，20世纪60～70年代中国（北方）干湿气候存在一次突变，由较湿润变为干旱。50年来干湿气候界线呈现出整体移动和东西、南北相异波动的特征，当干湿气候界线同时向西或向北移动时，中国北方气候就变得相对湿润；当同时向东或向南移动时，北方气候就变得相对干旱；当干湿气候界线东西、南北相异移动时，北方气候的干旱程度就介于二者之间。     

土壤植被大气模式中水分和能量传输研究进展

 在分析过去地-气间相互作用的物理过程、研究进展基础上,探讨了土壤-植被-大气系统中水分与能量的传输过程在模型中不同的计算方法。同时对不同计算方法进行对比,确定了分析土壤-植被-大气系统中水分和能量传输方法的优缺点,提出了解决我国干旱地区土壤-植被-大气系统中水分和能量传输的一些思路,强调加强干旱地区观测资料积累,采用实测资料不断对不同分析计算进行验证,找出适用于西北干旱区的参数化方法,建立干旱区土壤-植物-大气模型。