沙漠增温效应特征及绿洲农业热量资源分异规律的研究

为了进一步认识绿洲高效农业特殊的热量资源，通过研究沙漠增温效应特征表明：沙漠增温效应强弱随距离沙漠远近而不同，100km范围内沙漠对绿洲的平均增温为1．76℃；另外增温效应导致绿洲日、年温差大、干热风及冷害等气候特征；由于沙漠的面积、地貌特点等的差异，使增温效应产生原因及作用程度不尽相同，表现出绿洲农业资源分异规律，并将西北干旱区绿洲分为5个类型区。     

古尔班通古特沙漠的辐射热量交换分析

位于新疆准噶尔盆地的古尔班通古特沙漠是我国第二大沙漠。根据古尔班通古特沙漠的自然条件,对不同下垫面区域的太阳短波辐射和大气长波辐射热量进行了测量。结果表明:在晴天状况下,流动沙丘和固定沙丘的热量交换差异主要是由地表状况、沙层性质和气温等因素决定的。流动沙丘区反射率与长波辐射大于固定沙丘区,并且日、季变化明显。长波最大辐射值出现在午后,近似于太阳总辐射,最小值出现在日出前;沙层热通量随着深度的增加而增大,而辐射热量传输则随其深度的增加而减小,无论是流动沙层还是固定沙层,其热通量的零界面深度却基本一致(9月份),均在30~35cm之间。根据上述结果,本文还讨论了沙漠区在热量交换过程中,辐射热量差异引起的沙漠小气候效应和沙漠对区域气候的反馈作用。     

绿洲和沙漠下垫面状态对大气边界层特征影响的数值模拟

采用两维高分辩率边界层数值模式,并与一个包括植被和土壤层的生物一大气能量传输模式(BATS)耦合,模拟研究绿洲和沙漠下垫面状态对大气边界层特征的影响。结果表明,沙漠中的绿洲对大气产生"冷湿效应",使之上空形成冷湿气柱;绿洲之间的沙漠对大气呈"暖干效应",使上空形成热干气柱。在水平平流的作用下,在绿洲下游的沙漠边缘形成降水峰值,有利于降水,但沙漠区下游的绿洲则相对于整个绿洲区降水偏少,不利于形成降水。     

历史时期乌兰布和沙漠北部的环境变迁

乌兰布和沙漠北部在先秦时期即已形成沙漠,由于黄河及屠申泽等水分条件的影响,当时尚存在着几处绿洲,西汉临戎等3座县城就建立在这些绿洲上。其后,由于黄河干流改道,屠申泽干涸,导致了绿洲的沙漠化。     

山地绿洲边界层特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V35非静力平衡模式, 采用三重嵌套的降尺度方法, 通过设计理想的地形和山地绿洲, 模拟研究了山地绿洲环流及边界层特征。山地绿洲的地面感热通量和潜热通量与周围沙漠差异较大, 对形成沙漠绿洲环流有明显贡献。在无山地绿洲的情况下, 地形仅对感热通量有影响, 对潜热通量影响不大。山地绿洲可以使绿洲上空的干冷气流通过下沉气流向下层输送, 在山地绿洲上空形成下沉干冷气流的边界层特征, 它可以抑制由地形形成的向上输送的暖湿气流, 改变地形形成的边界层特征。地形引起的环流是低层复合, 高空辐散。绿洲引起的环流是低空辐散, 高空复合。两种环流呈完全相反的情况。山地绿洲的气候效应可以抑制山地地形的气候效应。     

古尔班通古特沙漠与石河子绿洲膜下滴灌棉田能量输送特征的研究

不同生态环境下垫面条件下的能量输送特征有着很大差异,是陆地-大气间相互作用过程研究的重要组成部分。为了探寻近地面层湍流运动规律,定量分析沙漠和绿洲膜下滴灌棉田下垫面物质与能量输送,利用常规气象梯度法观测的数据,根据Monin-Obukhov相似性理论,运用空气动力学方法和能量平衡法,对古尔班通古特沙漠南部流动沙区及其以南100 km的石河子绿洲膜下滴灌棉田的能量输送模式及其日变化进程进行了分析研究。结果表明:在沙漠生态条件下,大部分净辐射用于感热通量的散失,另一部分用于向地下传输,少部分则用于潜热输送;在膜下滴灌棉田生态条件下的绿洲能量输送的基本模式为:农田蒸散的潜热能量占绝大部分,少部分用于感热通量和土壤热通量的消耗,同时存在一定的地表能量平衡差额。这些结论为合理配置自然资源、分析和评估绿洲生产潜力提供科学依据。     

中国新疆玛纳斯河流域水土资源开发与人工绿洲生态系统的建设

本文分析了新疆天山北坡玛纳斯河流域治理沙漠、防治沙漠化的开发过程。总结了该地区根根流域生态系统特点,充分发挥流域内水土资源潜力,以水资源限度及其利用水平作好流域规划。并从建设完整的水资源系统、联合运用地表和地下水、掌握灌溉技术三方面充分发挥水资源的生态效益出发,同时注重建设沙漠地区绿洲防护体系,改良土壤提高土地生产力和调整农林牧结构的经验。因而,石河子垦区已建立成为一个典型的人工灌溉绿洲生态系统。     

新疆准噶尔盆地典型荒漠区不同景观植被对土壤养分的影响

在群落演替的不同阶段,土壤与植被之间存在不同的互动关系。在新疆准噶尔盆地南缘,选择荒漠-绿洲交错区、沙漠边缘、沙漠腹地典型景观类型取样,监测不同景观条件下土壤水分、土壤有机质、全氮、全磷和植被盖度。结果表明,不同景观植被盖度、土壤水分、土壤养分含量存在显著的差异性(P0.5)。土壤水分含量、植被盖度、土壤养分含量表现为荒漠-绿洲交错区沙漠边缘沙漠腹地的变化趋势;土壤含水量由荒漠-绿洲交错带10.4%递减到沙漠边缘5.8%、沙漠腹地3.5%;植被盖度、土壤养分含量随土壤类型由荒漠灰钙土向风沙土过渡,呈现显著的下降趋势。在相同土壤属性情况下,植被盖度与土壤有机质、土壤全氮之间存在显著的线性正相关关系,表明不同区域内植被在一定程度上影响土壤养分的积累。     

典型天气背景下沙漠绿洲过渡带近地表风动力空间变化特征

以地处鸣沙山边缘的敦煌绿洲为例,沿沙漠至绿洲方向设置监测断面,利用沙漠、绿洲和过渡带三点定位气象数据,结合移动式多路梯度风况资料,选取晴天、浮尘、扬沙和沙尘暴4个典型天气环境,分析探讨了不同天气背景下,沙漠绿洲过渡带局地风况、近地表风速廓线、摩阻速度和输沙势等风动力环境的空间变化特征。由于受沙漠绿洲过渡带的影响,沿沙漠至绿洲方向,平均风速、起沙风频次和输沙势均逐渐减小,主导风向也发生偏转。其中沙尘天气环境下,沙漠、过渡带和绿洲起沙风频次分别为96,48和7,过渡带和绿洲边缘平均风速较沙漠区减小约22.2%和50.2%。研究结果有助于解决绿洲风沙危害,确保沙漠绿洲的生态安全,更能为干旱区绿洲风沙防护体系建设提供理论依据。     

民勤地区近地面沙尘监测系统的建立及其运行的初步评价

介绍了建于民勤地区的我国第一套近地面沙尘监测系统的组成、结构和功能。经1 a多运行,该系统取得了良好的沙尘监测效果。初步结果表明：2006年民勤19次沙尘暴平均气溶胶浓度的空间分布遵循幂函数关系,在沙漠和绿洲边缘区气溶胶浓度随着高度的增加显著下降,而在绿洲内部,则随高度增加而上升;在不同下垫面条件下,水平沙尘通量随高度变化也遵从幂函数关系,但在沙漠和绿洲边缘呈显著降低趋势,在绿洲呈平缓上升趋势。从沙漠区至绿洲内部,沙尘通量空间分布的规律一般是：沙漠>绿洲边缘>绿洲。2006年在民勤地区,绿洲边缘的沙尘通量比沙漠区减少了42.0%,至绿洲内部则减少74.42%,表明防风固沙林和农田防护林网对沙尘具有较强的防护功能和减灾作用。     

Warming effect of desert and its impact on oasis heat resources and agricultural productivity in arid land, China

This paper provides a positive view of the desert, in terms of the warming effect of deserts on oases and the impact of heat resources and agricultural production. We use data from experimental sites in the Manas River Basin in China to characterize these relationships. We note that the warming effect of the desert was found to be significant but gradually reduced with increased distance of the oasis from the desert. The range of warming effect is about 100 km, and the improvement in temperature is about 1.8 °C. Due to this warming effect, the desert serves as the second heat source for the oasis, which represents one important aspect of the ecologic value of the desert. Our results also show the warming effect has a strong spatial impact on agricultural productivity. Crop productivity fell by about 49 kg/ha with every 10 km increase in distance away from the desert. Our results imply that crop suitability must correspond to the warming effect of the desert. More efficient use of heat resources can contribute towards achieving potential productivity.     

灌溉在现代绿洲维持与发展中的重要作用

灌溉是荒漠绿洲农业发展的根本,没有灌溉就没有干旱区农业。本文运用美国NCAR的非静力平衡中尺度模式MM5V3,模拟了1991年8月1日到11日张掖绿洲地表感热、潜热通量和波文比,模拟结果表明此模式可以较好地反映张掖绿洲地表能量及水汽交换状况。同时模拟了当水源被截断后,地表感热、潜热通量及波文比随时间的变化:潜热迅速下降,感热迅速上升,波文比绝对值也迅速增大。如不及时补充水,绿洲将最终退化为沙漠。模拟结果证明了:①在我国西北干旱区有水才有绿洲,无水便成沙漠,水是绿洲的生命线,灌溉是现代绿洲维持与发展的基础;②绿洲一旦因缺水而退化为沙漠,就很难恢复。     

荒漠区粗糙度长度的确定及在模式中的应用

利用2005年进行的“绿洲系统能量与水分循环补充观测试验”第3阶段的观测资料计算了金塔试验区内戈壁和沙漠的动力学和热力学粗糙度长度,沙漠和戈壁的动力粗糙度长度分别为1.81×10-3m和1.64×10-3 m,与黑河试验结果基本一致,均为沙漠的动力粗糙度大于戈壁。试验区内沙漠和戈壁的热力粗糙度长度分别是0.28×10-3 m和0.62×10-3 m。将计算得到的粗糙度长度代入Noah陆面模式,模拟的戈壁、沙漠上的地表温度和感热通量同观测值较为一致,优于原粗糙度长度的模拟结果,大大提高了该模式在沙漠、戈壁特殊区域的模拟能力,有利于将耦合了Noah模式的中尺度模式更好地应用到绿洲系统的研究中。     

金塔绿洲风场与温湿场特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3.6非静力平衡模式,采用三重嵌套的降尺度方法,模拟研究了甘肃河西走廊金塔绿洲风场与温湿场特征。结果表明:由于绿洲的存在,绿洲沙漠系统产生的次级环流对局地环流有一定影响;平流作用将沙漠中的干热空气送向绿洲,绿洲近地层会出现逆温,感热向地表输送;沙漠上由于临近绿洲的水汽平流作用,上层大气湿度比低层更大,这就是逆湿现象。     

基于通径分析的酒金盆地绿洲化时空变化及影响因子研究

基于Landsat遥感影像和社会经济数据等,重建1963~2009年间西北干旱区酒泉金塔盆地(酒金盆地)绿洲空间分布图,采用转移矩阵、绿洲动态度和通径分析法等开展酒金盆地绿洲时空变化过程的区域差异和影响因子差异研究。结果表明：近50 a来,酒金盆地绿洲面积呈现增加趋势,表现为酒泉绿洲连续增长和金塔绿洲的波动式增长。酒泉绿洲扩张主要表现为绿洲边缘区的外延扩张,金塔绿洲主要表现为绿洲边缘区和季节性河道两侧绿洲波动变化。酒泉绿洲稳定性较金塔绿洲的高,水资源的持续供给与否决定着绿洲边缘稳定的关键,尤其在金塔绿洲。人类活动的区域差异和政策响应程度及经济水平的差异是造成2个绿洲时空变化差异的内在影响因子。     

沙漠绿洲不同下垫面夏季能量收支对比分析

利用"绿洲系统能量与水分循环过程观测试验"2005年在甘肃金塔不同下垫面的观测资料,对绿洲、戈壁和沙漠不同下垫面夏季辐射和地表能量收支及闭合特征进行了全面的时空对比分析,结果表明:(1)不同下垫面太阳向下短波辐射没有明显差距,地面短波向上辐射差别较大,大气长波向下辐射变化较小,地表长波辐射差异显著.另外,地表吸收辐射戈壁沙漠日变化较绿洲显著.(2)沙漠与戈壁各通量特征相似,而与绿洲上的有很大差异.(3)能量通量测量存在明显的不确定性:影响能量通量不闭合的原因,主要是超声和土壤热通量的测量误差.     

河西走廊:绿洲支撑着城市化!——与仲伟志先生商榷

针对仲伟志先生在《经济观察报》(2002年10月14日)撰写的《河西走廊:城市化覆盖绿洲?》一文的若干观点,提出了自己近年来研究河西走廊得出的基本看法。作者认为,在河西走廊,有绿洲就有城市,有城市就有城市化;城市化不会覆盖绿洲,城市化会推动绿洲更加走向繁荣;水源绝不是城市化的最大瓶颈,城市化更不会制造沙漠;在保护绿洲生态环境的同时,加快走廊城市化发展进程,这是河西走廊生态环境改善和人民生活水平提高的有效途径。绿洲支撑着城市化,合力共筑着河西走廊作为中国西部生态经济走廊的开发与发展。     

中亚干旱区马雷绿洲和于田绿洲LUCC演变对比研究

当前新疆与中亚国家的经济形势进入平稳发展的新时期,新疆在经济合作中的地位逐渐明晰,产业结构、资源条件等是开展合作的直接影响主因。利用遥感技术开展LUCC研究,可直观探讨自然和非自然因素对LUCC影响,为区域可持续发展提供决策依据。以土库曼斯坦马雷绿洲1976年、2001年、2010年和中国新疆于田绿洲1977年、2000年和2011年共6期TM和MSS影像为数据源,对中亚地区两个生态环境皆较脆弱的绿洲进行土地利用/覆被变化（LUCC）分析,对比研究干旱区绿洲LUCC,并分析其自然和非自然因素。在研究期间,马雷绿洲中轻度盐渍地变化最多,相对变化达到2.21,净变化速度为3.49%,面积下降最多的是沙漠类型,相对变化为-0.59,净变化速度为-2.60%;于田绿洲水体面积变化最多,相对变化为5.54,净变化速度达5.51%,沙漠面积也下降最多,相对变化为-0.97,净变化速度为-9.31%。结果表明：（1）马雷绿洲和于田绿洲具有相似的地类变化趋势：耕地、中轻度盐渍地、其它地类面积有所增加,而林地、重度盐渍地、沙漠面积减少;（2）LUCC是由自然因素和非自然因素共同作用引起的。     

再议绿洲－沙漠过渡带——以策勒绿洲－沙漠过渡带为例

 被长期质疑的绿洲－荒漠过渡带在不断观测和丰富积累的基础上让我们有了一个完整的认识。以策勒绿洲为例对其进行剖析,作为绿洲－荒漠过渡带的一种典型类型,绿洲－沙漠过渡带可以界定为自绿洲边缘（人工防护体系或天然稀疏灌木林边界）到植被盖度为20%～25%的固定－半固定沙地为外缘边界（绿洲与流动沙漠之间）的荒漠地带。过渡带的内缘边界为绿洲外缘的人工防护体系,包括防风阻沙林带或天然稀疏灌木林。过渡带形成是因为从绿洲到外部荒漠存在水热环境因子的梯度变化,导致植被、土壤、地貌等综合景观展现出过渡特征,其组成与结构模式为：由绿洲向沙漠方向,稀疏灌木林（或边缘防护林体系）地－缓起伏灌草沉沙地－起伏灌丛沙堆和高起伏灌丛沙堆地。过渡带是乡土动植物重要的保留与保护地,是绿洲与沙漠间能流物流输送交换的缓冲带、绿洲的天然生态屏障,对地貌、土壤以及植被具有保护功能,且具有重要的固碳作用。