荒漠下垫面陆面过程和大气边界层相互作用敏感性实验

建立了一个研究荒漠下垫面陆面物理过程与大气边界层相互作用的模式. 模拟了荒漠下垫面的土壤环境物理、地面热量通量、蒸发、蒸散及大气边界层结构特征.并对主要的环境物理参数进行了敏感性实验.结果表明,本模式能合理地模拟荒漠下垫面地表热量平衡、土壤体积含水量、地表植被蒸发散阻抗、地表水汽通量日变化和湍流交换系数、湍流动能、位温和比湿廓线等.该模式还可进一步应用于研究区域陆面物理过程与大气边界层相互作用机制,及与中尺度大气模式耦合用于区域环境生态和气候的研究.     

土壤－植被－大气连续体中蒸散过程的数值模拟

本文利用一维土壤－植被－大气耦合数值模式，研究了我国西北（３７．５°Ｎ，１０５°Ｅ）干旱半干旱地区夏季不同植被覆盖度近地面层的水分蒸散过程。模式较好地再现了蒸散过程三阶段的变化趋势特征。模式还揭示了蒸散过程中，下垫面热量平衡分量间的相互转换过程。并由实测资料对模拟结果进行了检验。     

宁夏盐池沙尘暴特征分析

对盐池气象站1961-2000年逐月气象数据进行了较为详细地分析，结果表明，干旱多风的气候特征在时间搭配上的一致性，是沙尘暴发生的主要直接原因；沙尘暴频率与降水量和大风日数显著相关，降水量对沙尘暴的影响滞后1-3个月。从较长时间序列看，影响沙尘暴发生的自然因子（以降水和大风为代表）的作用在逐渐下降，而人为因素的权重在不断加强，反映出生态环境的不断恶化；沙尘暴逐年序列的2-8a周期，是受到厄尔尼诺影响的结果。     

不同下垫面湍流通量计算方法的比较研究

本文利用1990~1994年在中国内蒙古奈曼市半干旱地区沙丘和植被区下垫面观测的微气象数据,采用变分法、波文比能量平衡方法和空气动力学方法计算了7种下垫面（沙丘、草原、四种放牧强度的草地、玉米田）的湍流通量并进行了比较.结果表明：除沙丘和重度放牧草地外,三种方法计算的湍流通量在大多数时刻是比较一致的,相关性较高,能量闭合程度也较好.在用于计算植被相对茂盛下垫面的湍流通量时,变分法得到的结果更好一些.随着放牧强度的增大,地表生物量、覆盖率和植被高度相应减少,潜热和动量通量相应减小,而感热通量增大.草地等植被茂盛的下垫面能够增加垂直方向的动量输送,增加空气动力学粗糙度,减小风速,阻止地表沙粒的运动和沙丘的起伏,对防止沙漠化能起到较大作用.     

民勤荒漠绿洲过渡带白刺灌丛沙堆演化阶段及其空间格局

通过野外调查,分析了民勤荒漠绿洲过渡带不同地下水位埋深的3个白刺灌丛沙堆样方内灌丛沙堆水平投影面积与高度的关系、灌丛沙堆的空间分布及空间自相关关系,确定各个样方白刺灌丛沙堆的演化阶段,并分析了地下水位、沙源及植被生长对灌丛沙堆发展的影响。结果表明,白刺灌丛发育阶段灌丛沙堆的水平投影面积和高度之间为线性关系;稳定阶段白刺灌丛沙堆高度与水平投影面积为幂函数关系;退化阶段白刺灌丛沙堆高度和水平投影面积为二次函数关系。不同演化阶段白刺灌丛沙堆的空间自相关尺度为5 m,且3个样方之间自相关尺度没有显著差异。     

沙坡头植被固沙区生物结皮对土壤水文过程的调控作用

生物结皮的土壤水文过程一直是学术界比较关注的争议性问题。通过对生物结皮的生态调查和水文物理实验分析、野外人工模拟降雨条件下的土壤水动力学试验、以及天然降雨后土壤水分的动态监测,分析了生物结皮对降雨渗透、土壤水分再分配和土面蒸发等土壤水文过程的调控作用,认为:(1)生物结皮层不仅降低了水分渗透速度和深度,还引起了土壤水分渗透的不稳定性,即指状流的出现;(2)生物结皮的逐年发育使土壤水分的分配格局和分配过程发生了很大变化,土壤水分再分配过程有明显的浅层化趋势,即生物结皮的降雨拦截作用;(3)生物结皮通过降低反射率和提高毛管作用,大大提高了土面蒸发。生物结皮对土壤水文过程的调控作用正在深刻地改变着固沙区的土壤水环境。     

干旱沙漠地区小麦田土壤水分变化的数值模拟

利用SWAP模拟程序模拟沙漠地区小麦土壤水势变化、水分利用的结果,无论是灌淤土,还是流动沙丘沙土,即使是在最低灌溉标准(土壤水分含量保持田间持水量的40%),小麦作物仍不受干旱威胁。由于每次灌溉水量偏大,以及土壤的高渗水特性,流动沙丘风沙土深层渗漏损失率高达60%~90%,而灌淤土也达30%~70%,这种损失随灌溉量增加而增加,这表明在这一地区将灌溉量降到目前的最低标准(6 490 m³·hm^-2)以下是值得考虑的。实验区土壤养分含量较低,且施肥改良土壤水肥保持能力的效果不能立即表现,在目前的施肥标准下,施肥量对土壤水势、以及水分利用率没有显著影响。流动沙丘沙土的灌溉量远高于灌淤土,但根系区土壤水势平均值、最低值均相对较高,特别是最低值是灌淤土的2~3倍。相比两种土壤,除在表土层、根系层土壤水势有明显差异之外,临界层以下土层并无显著差异。     

一种适合干旱地区的陆面过程模式——LSPM的介绍

介绍了一种基于LPM的陆面过程模式(LSPM),重点描述了其参数化方案的一些改进。LSPM针对相对干燥土壤的参数化方案,表明其适用于干旱沙漠地区。     

人工固沙植被区土壤水分动态及空间分布

土壤水分是干旱区固沙植被生长发育最主要的限制因子,了解其动态变化特征对沙区人工植被建设具有重要意义。本研究利用EnviroSMART土壤水分监测系统,于2009-2013年对宁夏沙坡头地区人工固沙植被区的土壤水分动态进行连续监测。结果表明:(1)降水对土壤水分状况及动态变化有较大的影响。土壤水分总体处于过度消耗状态,在非生长季,土壤水分没有明显的回升现象。(2)生长季初期(4-5月)为土壤水分弱消耗阶段;生长旺盛期(6-8月)为土壤水分快速消耗阶段,水分变化波动较剧烈,空间异质性最强;生长季末期(9-10月)的土壤水分处于相对稳定状态。(3)土壤水分随深度增加呈“S”形变化趋势,浅层的土壤含水量明显高于其他深度,200 cm深度土壤含水量较低且年际间变化不大(1.53%~2.10%)。湿润年份土壤水分剧烈变化的土层深度为0～100 cm,而干旱年份为0～20 cm。(4)相对于干旱年份,湿润年份的土壤含水量不但较高,而且水分变化波动较为剧烈。当土壤水分较低时,其变异性会随着土壤水分含量的增加而增加。(5)试验区灌木盖度在5年间呈下降趋势,一年生草本受降水量影响年际变化较大。受降水时空分布影响的土壤水分是沙坡头人工植被演替的重要驱动力。     

中国干旱沙区的生态重建与恢复:沙坡头站60年重要研究进展综述

中国科学院沙坡头沙漠研究试验站建站60年来,服务于国家需求,推动了沙漠科学的发展。在沙害治理、沙漠生态重建与恢复、荒漠生态系统长期生态学、沙地生态水文学\,人工植被稳定性及干旱胁迫生理生态学方面取得了重要进展\.解决了在降水量小于200 mm的干旱沙漠地区植被建设的关键技术,证实了通过人为促进生态恢复是可行的,创造了人类活动(治理和利用)与沙漠自然和谐持续发展的模式;探讨了干旱沙区土壤水循环的植被调控机理,提出了生态恢复的关键技术及其应用模式;理论上探明了人工植被稳定性维持的生态学机理,提出了荒漠系统生态恢复的理论模型;揭示了荒漠生态系统碳、氮循环及其对环境因子的响应;引领了生物土壤结皮的生理生态功能及其水文学研究;拓展了干旱逆境生理生态学的研究。沙坡头站已成为国际沙漠科学与荒漠长期生态学研究的重要平台。