全球变化背景下多尺度干旱过程及预测研究进展

干旱是一种周期性的气候异常,主要受气候自然变率驱动,具有发展缓慢、持续时间长、影响范围广等特征。然而,气候变化使得干旱不仅有增加趋势,其特征也在发生变化。例如,发展迅速的干旱,也称骤旱,近年来频繁发生。此外,人类活动通过改变陆地水循环,直接或间接地影响干旱过程。在全球变化背景下,干旱机制研究由海-陆-气相互作用影响气象干旱的气候动力学研究扩展到包含干旱传递过程机理认识、考虑区域尺度人类活动影响,面向农业、水利、生态等行业的农业干旱和水文干旱研究,为认识干旱可预报性、发展预测方法带来了新的挑战。本文将针对多尺度干旱过程及预测,讨论相关的研究进展及未来发展方向。     

水文学研究进展与展望

水文学是研究地球上水的起源、存在、分布、循环运动等变化规律,并运用这些规律为人类服务的知识体系。水文学研究经历了由经验到理论、由简单过程到复杂系统、由定性描述到定量模拟的发展历程,其学科体系演进与科学技术进步及社会发展需求紧密联系,并由此衍生出诸如生态水文学、气象水文学、冰冻圈水文学、遥感水文学、同位素水文学、城市水文学、社会水文学等多种交叉研究领域与分支学科。当今水文学研究在水文多尺度观测、陆面—水文—社会耦合模拟及多源观测—模型同化技术等领域取得显著进展,水文学研究的广度和深度不断拓展。未来水文学研究将面向陆地水文循环的变化规律及其效应,重点关注水文循环变化特征和机理、水文循环变化趋势预估及水文循环变化的自然和社会影响等前沿课题;从原有就水论水研究思路转向在自然地理综合分析框架下以水循环为纽带开展的多尺度、多过程集成研究。     

海马齿对锌的耐性与富集特征

为了了解盐生植物海马齿(Sesuvium portulacastrum)对Zn的耐性和富集特征,采用1/2 Hoagland营养液水培实验,进行不同质量浓度Zn处理(0 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、50 mg/L、90 mg/L和300 mg/L)30 d后,测定海马齿的株高、叶面积和生物量;并测定其根、茎和叶的Fe、Mg、Cu和Zn含量;计算耐性指数、富集系数、转运系数和移除率。结果表明,Zn质量浓度为0~50 mg/L时,海马齿能正常生长;当Zn质量浓度大于50 mg/L时,海马齿生长受到抑制;当Zn质量浓度大于90 mg/L时,海马齿出现死亡,完全致死的Zn质量浓度为300 mg/L。Zn处理显著抑制了根部对Fe的吸收,促进了叶对Mg的吸收。海马齿Zn含量最高的部位为根。海马齿的Zn富集系数远大于1,转运系数小于1。海马齿对Zn的移除作用主要体现在生物量大且富集能力强的地上部分。海马齿适用于修复Zn质量浓度小于90 mg/L水域的污染。     

2000—2018年内蒙古长爪沙鼠疫源地地表景观特征及变化

鼠疫疫源地的环境变化对鼠疫的传播扩散具有重要影响。本文基于2000年、2005年、2010年、2015年及2018年五期土地利用和年最大化合成NDVI数据,选取斑块面积占比、景观形状指数、最大斑块比例和斑块破碎度、周长面积分维数、蔓延度指数、多样性指数、均匀指数及聚集指数,定量分析了内蒙古长爪沙鼠疫源地土地利用格局和植被格局的结构特征及演变规律。结果表明：① 2000—2015年,内蒙古长爪沙鼠疫源地内土地利用整体稳定,变化较小,2015年后变化较大,主要表现为不同草地之间的转换。② 2000年、2005年、2010年、2015年NDVI介于（0.056,0.37]的草地在疫源地内占据主体地位,面积占比分别为77.45%、83.61%、83.03%和82.47%。到2018年,该类草地面积显著减少,面积占比下降到48.44%。与之对应,2000—2015年,NDVI介于（0.37,0.83]的草地面积占比为22.54%、16.39%、16.96%和17.4%,而2018年,该类草地的面积显著增加到51.34%。③ 2000—2015年,各草地类别表现出类内高聚集分布,类间分界明显的特征。到2018年,各类别草地向多个方向扩散,并在整个疫源地内趋于均衡分布,植被类内连通性增加,类间分界逐渐平滑。该变化使得内蒙古鼠疫流行风险呈增加态势。本研究对厘清长爪沙鼠疫源地地表景观和生态环境的变化、预测鼠疫潜在风险、预防人间鼠疫暴发具有科学参考价值。     

为国土扶贫人歌唱

正~~     

传递函数-自回归模型在地下水埋深估计中的应用

本文利用回归分析方法标定传递函数模型的参数,并利用自回归模型将残差转化为白噪声,建立降水估计地下水埋深的传递函数一自回归模型,将其应用于资料缺乏地区浅层地下水埋深的估计。结果表明利用上述方法进行参数标定所得模拟具有较高的精度,对于改进资料缺乏地区地下水埋深的估计具有重要意义。该模型为利用降水估计地下水埋深提供了一种简洁实用的方法。     

海水利用及其影响因素分析

介绍了国内外海水淡化及海水直接用作工业冷却水、城市生活用水、工农业生产用水及其它用水的概况,分析了影响我国海水利用的主要因素。分析表明,海水淡化、海水直接利用是缓解我国沿海地区淡水危机的重要途径。     

一种改进的时间序列重建方法及其在地下水埋深估计中的应用

带噪声传递函数(TFN)模型可通过相关性分析在输入输出序列时间上同步的情况下估计输出序列。基于TFN模型、Kalman滤波和复合型混合演化(SCE-UA)算法,发展一种新的时间序列重建方法,并将其用于地下水埋深估计。该方法将高阶TFN模型表述成状态空间,并用Kalman滤波进行状态估计,基于SCE-UA方法优化TFN模型参数,能够在输入输出序列异步的情况下率定TFN模型并用于时间序列重建。最后,利用已有降水和地下水观测资料验证该方法,并重建了中国东北部分地区40年地下水埋深序列,结果表明该方法有较好精度且能反映埋深变化对降水的响应,在各类时间序列重建中具有一定推广性。     

基于多种机器学习模型的西北地区蒸散发模拟与趋势分析

基于机器学习方法和多源数据构建高精度蒸散发（Evapotranspiration,ET）产品对研究气候变化背景下干旱、半干旱地区陆地水循环变化具有重要意义。本文利用西北地区12个草地通量站点与卫星遥感产品,基于随机森林、极端梯度提升、支持向量回归和人工神经网络4种机器学习方法构建ET估算模型,制作5 km分辨率ET产品,并分析ET的长期变化趋势。交叉验证结果表明,4种模型的均方根误差都低于0.57 mm·d^-1,R²高达0.73～0.88。SHAP （SHapley Additive exPlanation）可解释性分析表明,4种模型均将净辐射、植被和土壤湿度作为ET估算的重要因子,也能刻画出土壤偏干时土壤水分对ET的限制作用,有较好的物理解释性。多模型集合的ET结果相比单一机器学习模型以及现有遥感产品误差分别降低7％～20％和45％～70％。趋势分析结果显示,西北地区非裸地下垫面在2001—2018年间整体呈现ET增加趋势,平均速率为19 mm/（10 a）。在河套平原和内蒙古中部和东北部地区,ET的增长速率超过降水,这可能会进一步加剧这些地区的干旱化。