京津风沙源区植被的时空变化及其对气候因子的响应

利用2000—2008年的MODIS-NDVI遥感数据和34个站的气象数据,分析了京津风沙源区植被变化的空间分布范围及其与气候因子的关系。即利用坡度分析定量地估算了京津风沙源区植被覆盖的时空变化;分别计算降雨、温度及相对湿度与植被变化的相关系数,并进行显著性检验。结果表明:2000—2008年京津风沙源区植被覆盖整体呈上升趋势,其中上升区域占74%,显著上升区域占9.83%;气候整体上变化规律不强,降雨和气温都存在一定的增加趋势,但各年波动性较大;气候因子中降雨与生长季NDVI最大值相关性最强,两者整体变化趋势一致,80.11%的区域为正相关,3.17%的区域为显著正相关;降雨和NDVI相关的显著性不强及不完全同步性,可能是源于工程和非工程等人为因素的干扰。     

京津风沙源区1959-2011年潜在蒸散气候敏感性的时空变异

基于Penman-Monteith公式和京津风沙源区及周边46个气象站1959-2011年逐日气象数据,分析了潜在蒸散对气温、风速、日照时数和相对湿度的敏感性及其时空变化规律。结果表明:(1)年尺度潜在蒸散对最高气温最为敏感,其次是相对湿度,对风速最不敏感;季节尺度最高气温和日照时数敏感系数的高值发生在夏季,最低气温、风速和相对湿度敏感系数的高值发生在冬季。(2)空间尺度潜在蒸散对最高气温、最低气温和相对湿度的敏感性表现为从东北向西南减少,而对日照时数表现为增加。(3)京津风沙源区1959-2011年潜在蒸散对气温的敏感性呈下降趋势,而对风速、日照时数和相对湿度的敏感性呈增加趋势。(4)气温的敏感性随温度升高而下降,而日照时数和相对湿度的敏感性随光照和湿度下降而升高。     

京津风沙源浑善达克沙地治理区退耕还林地的植被变化

本文选择京津风沙源区浑善达克沙地治理区大兴安岭南部亚区2004年退耕的榆树-小叶锦鸡儿林及山杏林和浑善达克沙地亚区2002年退耕的榆树-小叶锦鸡儿、小叶锦鸡儿退耕林及榆树疏林沙地设置监测样地,对植被盖度、生物量、物种多样性等进行了连续4年的监测调查,结果表明:在大兴安岭南部亚区,退耕后4~7年,榆树-小叶锦鸡儿林总盖度和总生物量均极显著高于对照的蒿类草地(p<0.01),且呈逐年上升趋势;山杏人工林总盖度在前期低于天然胡枝子灌丛,但后期优于对照;山杏人工林总生物量逐年增加,并在2010年和2011年显著大于胡枝子灌丛(p<0.05)。榆树-小叶锦鸡儿和山杏人工林及其对照样地的Shannon-Wiener指数均呈波状变化,差异不显著。在浑善达克沙地亚区,退耕后6~9年,榆树-小叶锦鸡儿林地的总盖度显著高于小叶锦鸡儿和榆树疏林沙地(p<0.05),但榆树疏林沙地在年际间的变化更稳定,榆树疏林沙地总生物量在2008-2010年间均高于榆树-小叶锦鸡儿和小叶锦鸡儿人工林,但人工林逐年增加的趋势更明显。小叶锦鸡儿人工林和榆树疏林沙地的Shannon-Wiener指数明显高于榆树-小叶锦鸡儿林地,并且都呈波状增加趋势,而榆树-小叶锦鸡儿林地的Shannon-Wiener指数表现出与降雨变化同样的趋势。     

兰州市沙尘天气污染特征及潜在源区

为了解兰州市沙尘天气期间大气污染特征,选取2016—2017年兰州市国家大气环境监测网络系统21个监测站点逐小时数据,对沙尘天气过程中的污染物特征进行分析。在此基础上,结合地面气象参数,运用HYSPLIT模型聚类计算和激光雷达观测等手段,对颗粒物来源和传输过程进行潜在源区贡献因子（PSCF）和浓度权重轨迹（CWT）分析。结果表明：兰州沙尘天气主要受西北方向、东偏北短距离传输、北部内蒙古路径3类气团影响,其中西北方向气团影响沙尘天气持续时间较长,沙尘过程中消光系数最高,环境空气质量转差显著,其他两类气团影响沙尘天气持续时间较短,有利于污染扩散;沙尘天气发生前期PM₁₀与气态污染物呈现正相关,沙尘天气过程中为负相关,沙尘天气后则再次转为正相关,沙尘天气对气态污染物浓度有降低效果;春季兰州地区颗粒物潜在区分布相对集中,主要来自于兰州西北部河西走廊,PSCF值大于0.7;冬季颗粒物潜在源区分布范围较广,PSCF值集中在0.7~0.9,其中对PM₁₀较大贡献区集中在新疆东南部,贡献值240~320 μg·m^-3。     

东亚沙尘区域时空变化特征分析

沙尘天气是东亚地区常见的灾害性天气之一,强沙尘天气的发生不仅导致建筑物倒塌、人畜伤亡、植被破坏,还会导致火灾、空气污染等环境问题,对人体健康、社会经济活动及其全球沙尘循环产生重要影响。然而从东亚地区沙尘天气在长时间序列区域特征角度上系统分析的研究较少。基于此,本文利用1981—2019年东亚地区697个地面气象站点沙尘数据,分析了其区域时空分布特征。结果表明:空间上,东亚沙尘天气集中在位于内陆干旱区的蒙古国和中国西北地区,其中弱沙尘天气集中在中国北方地区,而强沙尘天气则集中在蒙古国。月变化上,东亚沙尘天气集中在春季(3—5月份),在相对低纬度的中国青藏高原北麓沙尘天气3月份最多,位于中纬度的中国北方大部分地区4月份最多,而较高纬度的哈萨克斯坦东部和蒙古国5月份最多。年际变化上,40a间东亚沙尘呈减少趋势,尤其是在2000年之后多项生态工程的有效实施下中国北方大部分区域沙尘天气显著减少,但近几年内蒙古中西部地区强沙尘天气呈增长趋势;在生态环境较脆弱的蒙古国和塔克拉玛干沙漠等区域弱沙尘天气和强沙尘天气均呈增长趋势。本研究对准确地掌握东亚沙尘分布特征和防范沙尘灾害具有重要意义。     

沙尘源区与沉降区粒子的理化特征

在沙尘源区,大气气溶胶粒子主要是地面沙尘来源,沙尘暴发生时气溶胶粒子的浓度大增,浓度峰值向粗粒径范围移动;在沙尘沉降区日本,当浮尘期时气溶胶粒子有地面沙尘和工业排放物两个来源,形成双峰型分布,当非浮尘期时气溶胶粒子主要以工业排放来源为主,在＜2.1 um细粒径范围形成一个峰值.水溶性成分也不相同,沙尘源区粒子以Ca2+、SO42-、Na+、Cl-等沙尘来源离子为主,在3.3～4.7 um形成浓度峰值;沙尘沉降区以NH4+、SO42-、NO3-等工业来源离子为主,在0.65～1.01 um形成峰值.在日本即使是当浮尘时期,大气中的气溶胶粒子浓度也远远比不上沙尘源区沙尘暴发生时的大气气溶胶浓度.这说明能够到达日本沉降区的气溶胶粒子只是沙尘源区大气气溶胶中的很少一部分.     

沙尘天气中气溶胶光学特性的时空分布特征

选取内蒙古境内额济纳旗、乌拉特中旗、东胜、朱日和、锡林浩特5个站的几次沙尘天气过程和晴朗天气下CE-318太阳光度计资料,计算出大气气溶胶光学厚度,结合气象资料分析在沙尘天气发生过程中气溶胶光学厚度的时空分布特征。分析结果显示,在沙尘天气发生过程中,气溶胶光学厚度是一个相当敏感的变量,其随沙尘的发生、发展和消亡表现出明显不同的日变化特征,且光学厚度值随着沙尘天气的发生和发展,在其空间分布变化上与沙尘天气本身的空间分布变化具有很好的一致性,可以很好的反映沙尘输送过程。此外气溶胶光学厚度与大气稳定度也有一致的日变化趋势。因此,对于大气气溶胶光学厚度的监测可以为沙尘天气的预报提供较为准确的客观依据。     

青藏高原沙尘天气的遥感研究

由于分布在青藏高原上的气象观测站点稀少,难以对沙尘天气进行充分的地面观测。通过对近年来的5次沙尘天气进行遥感识别,分析了青藏高原沙尘天气过程、影响范围和沙尘来源。结果表明,青藏高原在冬春季存在明显沙尘天气,主要分布在藏北高原、藏南谷地和青海高原地区,这与高原大风对地面的风蚀有密切关系。卫星遥感作为一种重要的观测手段,提供了对高原沙尘天气的有效观测。     

清代西北地区的沙尘天气

通过对《清史稿》、《清实录》、西北各地清和民国时期所修的地方志及其他史籍较为系统全面的查阅,经过整理和分析,最后确定从历史文献中可识别出清代西北地区共有62次沙尘天气事件。根据这62次沙尘天气事件的分析发现:清代西北地区沙尘天气的发生在时间上呈明显的波状起伏,1650至1710年代和1810至1910年代西北地区沙尘天气出现较频繁,1710至1810年代西北地区沙尘天气发生较少;就季节而言,春季是清代西北地区沙尘天气发生的最集中季节;就空间分布而言,清代西北地区的沙尘天气大致有4个多发地带:即以西安、渭南为中心的关中平原地区,以镇原、庆阳为中心的陇东黄土高原地区,以中卫、古浪、永登、山丹为中心的河西走廊地区,以米脂、子长为中心的陕北黄土高原地区;清代西北地区沙尘天气的发生与气温变化关系紧密,但与降水变化的关系不明显。     

连续强沙尘天气的发展和时空演变机制的数值模拟

2002年4月6-8日由蒙古气旋和地面冷锋引发了一次连续沙尘暴天气,特别是内蒙古中东部、华北和东北大部分地区沙尘持续影响时间较长,强度大。利用与非静力平衡中尺度气象模式完全耦合的区域沙尘数值模式,模拟研究这次强沙尘天气过程中沙尘浓度的空间分布结构和时间演变趋势。模拟结果与地面天气观测、定点沙尘颗粒物浓度观测资料进行对比和检验。结果表明:沙尘数值模式较逼真地刻画出这次连续强沙尘天气的形成、发展、移动、减弱的全过程;客观地揭示了强沙尘天气过程的垂直分布结构和沙尘浓度的时空演变机制;模拟的强沙尘以及输送至下游的浮尘天气范围、强度和出现时间与实况基本一致,特别是对我国华北和东北沙尘的模拟相当成功。高时空分辨率的数值模式对研究沙尘的发生、发展机制和预报预警有重要意义。     

北京郊区不同土地利用类型起沙起尘的特征研究

沙尘天气分沙尘暴、扬沙、浮尘三种,北京扬沙天气的沙尘源以就地起沙为主。为有效地进行北京地区的防沙治沙,在2003和2004年连续两年的春季里,对北京郊区不同土地利用类型进行了起沙起尘的实地观测,同时对各土地类型进行了土壤采样,分析了土壤的粒度特征。得到的初步结论为：京郊地区裸露地表的起沙风速为6m／s左右,不同土地利用类型起沙起尘特性有很大不同,在同等风速条件下,可起沙性从大到小分别为翻耕地、留茬地、经济林地、荒地、防护林地和草地。不同土地利用类型起沙特性不同表明,调整土地利用结构是北京防沙治沙的重要途径。     

21世纪初中国北方沙尘天气特征及其与地面风速和植被的关系研究

利用2002-2010年气象站点观测资料,结合同期归一化植被指数(NDVI)资料,分析了中国北方地区2002-2010年的沙尘天气特征,以及沙尘天气与地面风速和NDVI的关系。结果表明,2002年和2006年是21世纪初的沙尘天气强年,中国北方的沙尘天气总站日数明显偏多;中国北方的沙尘天气与NDVI的0.2等值线位置的变化有关,当其向东进时,沙尘天气也频发,向西退时,沙尘天气也减弱;在植被很少,靠近沙漠的地区,沙尘天气日数和强风日数有很好的正相关性,在沙漠与草原的过渡地带,沙尘天气日数与NDVI有很好的负相关性;当植被指数减小,地表面植被覆盖减少,强风也增强,中国北方的沙尘天气就很可能增强。     

京、津、冀区域群发性强沙尘暴分析

利用1954—2002年82个站的气象观测资料，探讨京、津、冀区域群发性强沙尘暴的认定标准，构建较完整的群发性强沙尘暴序列，并分析该地区群发性强沙尘暴的时空分布特征和气候变化趋势。近50a京、津、冀区域共出现了39例群发性强沙尘暴，河北省的冀西北高原区和石家庄、保定、衡水、沧州四市交接处饶阳一带是京、津、冀区域强沙尘暴天气的多发区。多发季节为3—5月，占全年总数的76．9％，其中4月份最多，占全年总数的51．3％。群发性强沙尘暴年代际变化呈现总体减少趋势，其发生次数、覆盖面积均是以20世纪90年代为最低值．     

论京津空间相互作用

在对京津空间相互作用的历史、现状及趋势分析的基础上，着重剖析了距离、规模、互补性及介入机会等空间相互作用的影响因素在京津空间相互作用中的影响，并将具有中国特色的制度因素对京津关系的影响引入空间相互作用理论，以期为京津联合发展提供决策参考。     

一次沙尘过程对天津气溶胶浓度分布的影响

利用气溶胶质量浓度和数浓度监测资料以及不同高度的常规气象资料,结合后向轨迹模式,分析2011年4月30日至5月1日一次沙尘天气过程对天津城区气溶胶浓度的影响。结果表明：沙尘过程前的轻雾天气下PM1贡献了气溶胶质量浓度的96%和数浓度的99.9%以上;本次沙尘天气存在两个不同的浮尘过程,主要区别体现在细粒子浓度差异上,第一次浮尘过程PM1~2.5、PM2.5~10和PM10~100分别占气溶胶数浓度的6.5%、2.5%和0.1%,第二次浮尘过程占比则依次为11.3%、2.6%和0.01%;两次浮尘过程气溶胶粒子性质有明显差异,第一次浮尘过程中粗粒子浓度占PM10的80%以上,第二次浮尘过程风向转变为偏北风,细粒子浓度增高至40%,气溶胶由单纯的沙尘气溶胶转变为沙尘-污染气溶胶。     

武威市降水pH值和电导率对沙尘天气的指示意义

对武威市2013年7月至2014年6月收集的降水样品pH值、电导率和主要阴阳离子浓度进行测定和分析。结果表明：（1）降水样品的pH值6.69～8.84,平均值7.52。降水样品电导率33.9～766 μS·cm^-1,平均182.07 μS·cm^-1。（2）电导率冬季 >春季 >夏季 >秋季,pH值春季 >夏季 >秋季 >冬季。pH值与电导率呈显著的负相关,与风速呈正相关;电导率与降水量呈显著的负相关,与风速呈显著的负相关。（3）pH值和电导率都会随着沙尘事件的发生表现出增加的趋势。当沙尘事件发生的情况下,Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、SO₄^2-、Cl^-和NO₃⁺的离子浓度都呈现增加的趋势,但从各离子浓度变化幅度对沙尘事件的响应来看,Na⁺、K⁺和NO₃^-对沙尘天气比较敏感,反应强烈。     

内蒙古半干旱区沙尘天气特征及其与地表特征的关系

利用2002-2010年朱日和气象站观测资料,结合同期归一化植被指数(NDVI),叶面积指数(LAI),植被净初级生产力(NPP)资料,分析了内蒙古半干旱区朱日和地区2002-2010年的沙尘天气特征。结果表明：朱日和地区临界起沙风速为9.4 m·s-1,2002-2010年沙尘天气频率和大于临界起沙风速频率呈波动变化,沙尘天气频率和大于临界起沙风速频率有很好相关性,超过18 m·s-1的强风极易导致沙尘天气的发生;定义标准化的沙尘天气频率（NfDO）为沙尘天气频率与大于临界起沙风速频率之比,当夏季降水量大于100 mm,夏季最大NDVI、最大LAI和最大NPP分别大于0.24、0.3 g·m-2·d-1和0.6 g·m-2·d-1（以碳计算）时,次年春季NfDO较低,沙尘天气不易发生;反之沙尘天气较易发生。对沙尘天气发生机制的分析发现,夏季有效的降水促进了植物生长,夏季降水量、最大NDVI、最大LAI和最大NPP增大,来年春天土壤不容易侵蚀,沙尘天气不易发生。     

京津地区近50年来水稻播种面积变化及其对降水变化的响应研究

基于滑动－ｔ突变检验结果,对京津两地近５０年来水稻种植面积的变化进行了阶段划分,并分别讨论了各阶段的变化特点。两地水稻种植面积的阶段性均受自然、技术和政策等多方面因素的综合影响。事件相关分析发现,作为人类对隆水变化响应的裟种植面积的变化较降水变化滞后一年,使得年雨量变化与当年水稻种植面积变化之间存在在明显的负相关。     

Analysis on the Spatio-temporal Patterns of Water Conservation Services in Beijing

The shortage of water resources is a key factor limiting the sustainable development of the economy and society in Beijing. This study analysed the spatiotemporal patterns of Beijing’s water conservation services (WCS) based on the water balance equation at multiple scales, including city, main functional areas and key districts and counties, determined the differences in the water conservation amount among different land cover types and investigated the reasons for the spatiotemporal differences in the water conservation amount. The results indicated that: (1) compared to 2005, water conservation amount increased substantially in 2010. However, the overall water conservation capacity was low. (2) Among the various land cover types in Beijing, the average water conservation capacity decreased in the following order: wetland, forest, grassland, cropland, bare land and artificial surface. (3) The average water conservation amount in the main functional areas of Beijing varied substantially and was positive only in the ecological conservation area (ECA). (4) The water conservation capacity of each district and county varied substantially within ECA, among which the contribution of the forest in Miyun District, Huairou District and Pinggu District was the highest. The changes in the spatiotemporal patterns of Beijing’s WCS were the synthetic effects of changes in the land covers and meteorological conditions. This study is helpful in achieving the sustainable utilization of water resources in Beijing.     

京津冀接壤区土壤表土层中碳酸钙的分布规律

通过对京津冀接壤区表层土壤进行网格化调查与采样,采用气量法测定样品碳酸钙含量,运用GIS软件进行Kriging插值,分析区域表土层中碳酸钙含量的空间分布特征,在与区域地貌类型、年均降水量、土壤类型进行空间叠加分析的基础上,揭示碳酸钙含量的分布规律及其成因.结果表明:研究区绝大部分表土层中碳酸钙含量在10～110 g/kg,其与气候相似的北美中东部区域土壤中碳酸钙含量相比明显偏高,将对土壤重金属产生一定的抑制作用;部分山地棕壤及淋溶褐土表土层中由于大气干沉降也存有极少量的碳酸钙.碳酸钙分布规律为:东南角子牙新河冲积平原上发育的滨海盐土、西北部怀来盆地及其山麓的石灰岩或风积黄土母质上发育的碳酸盐褐土和潮褐土中碳酸钙含量最多,北部燕山南麓区普通褐土和淋溶褐土、东南部永定河冲积平原上发育的潮土中碳酸钙含量次之,中部潮白河沉积平原上发育的潮土、西部太行山和东北部燕山中上部发育的山地棕壤和山地草甸土中碳酸钙含量最少.在3个相关因素中,地貌是控制表土层碳酸钙含量的主要因素.