博斯腾湖环境变化及其与焉耆盆地绿洲开发关系研究

章从自然和人类活动两方面分析了自1958年以来博斯腾湖环境变化。认为：近40年来，自然因素对湖水位变化的影响要大于人为活动对湖水位变化的贡献，绿洲开发引起的入湖水量减少和大量的高矿化度农田排水排入湖区使得博斯腾湖区迅速演变为微咸湖，控制着博斯腾湖水化学类型的变化和形成。在此基础上，探讨了博斯腾湖环境变化与恶焉煮盆地绿洲开发和绿洲环境变化相互作用的机理，指出尽管近10几年来绿洲环境的发展是可持续的，但整个焉耆盆地环境持续发展关键在于控制绿洲开发利用规模。适宜的绿洲发展规模，可保证绿洲环境和博斯腾湖环境的可持续发展。     

新疆焉耆盆地和博斯腾湖盐量收支平衡的年变化

博斯腾湖曾是中国内陆区的最大淡水湖。近几十年来,由于水土开发活动及气候因素的影响,导致湖水咸化加剧,已演化成为微咸湖,水盐收支失衡是博斯腾湖咸化的原因。以矿化度观测资料为基础,分析了河、湖、渠和地下水的矿化度年变化;利用1976-1999年间的逐年的水量资料,分别对盆地及湖区的盐量收支进行了估算。结果表明,焉耆盆地及博斯腾湖的盐量主要收支均有较大的年变化。带入盆地的盐量95%来源于河流,平均值为99.6±21.0(104t/a),其年变化取决于气候因素导致的河流水量变化;湖区的盐量主要来源为开都河和农田排水,对应的年际变幅分别为17×104～80×104t/a、28×104～79×104t/a;盆地及湖区排出的盐量年变化较大,主要受人为调控的支配。     

新疆焉耆盆地绿洲景观的空间格局及其变化

通过GIS技术的叠加和提取功能建立了焉耆盆地两个时间段的景观类型转移矩阵。在此基础上,分析了焉耆盆地内部绿洲景观类型的动态演化过程和空间分布特征。结果表明:焉耆盆地经过近40年的土地开垦后,人工绿洲呈现出上升的趋势,农田向自然绿洲和荒漠的扩张在整个研究阶段均可见;农田开垦的对象表现为从草地(含部分沼泽地)→多汁木本盐柴类荒漠→超旱生灌木半灌木荒漠迁移,体现了农田绿洲开垦从易到难,自然绿洲不断缩小,人工绿洲不断扩大的过程;对土地和水资源的不合理利用,导致盆地内湖泊水体、湖泊周边及农田绿洲出现明显的生态退化。焉耆盆地今后的规划和发展必须高度重视人工绿洲生态系统和自然生态之间的平衡,盆地环境治理很大程度决定于水资源的合理利用和合理调节。     

焉耆盆地生态系统服务价值对土地利用/覆被变化的响应

运用土地利用/覆被类型动态度、土地利用/覆被程度模型和生态系统服务价值估算模型,分析了新疆焉耆盆地1990-2011年LUCC变化引起的生态系统服务价值的变化。结果表明：（1）在1990-2011年,焉耆盆地水域、湿地、沙地、耕地和建设用地均呈增加趋势,而盐碱地、草地和林地面积呈减少趋势,总体上研究区的土地利用程度为中下水平。（2）在1999-2011年,研究区的生态系统服务总价值总体上呈增加的趋势,其中水域和耕地对生态系统服务总价值贡献率较大,草地和林地对生态系统服务总价值有明显的负贡献。（3）在1990-2011年,研究区的各类生态系统的气候调节、水源涵养和废物处理功能的生态系统服务的总价值远远大于粮食生产和原材料供应功能的总价值。因而对区域的水土资源实行合理与有效的利用是实现焉耆盆地生态系统服务功能维持和可持续发展的关键。     

石羊河下游民勤绿洲变化的人文机制研究

本文根据社会调查资料分析了甘肃省河西地区石羊河下游民勤绿洲变化的趋势及其影响 ,进而从用水行为和水量均衡角度讨论了绿洲变化的人文作用机制 ,认为石羊河流域下游绿洲变化与传统农业外延式扩张机制密切相关 ,而传统农业扩张机制由于各种因素的制约在短时期内难以打破。而不打破导致绿洲环境恶化的人文机制 ,任何试图扭转此类地区绿洲环境恶化趋势的措施都可能是无效的。     

近2000年来甘肃民勤盆地绿洲的空间变化

在2000多年前的秦汉之际,民勤盆地是北方匈奴的游牧之地。自从西汉王朝驱逐匈奴以后,农耕文化传入本区,使本区由一个纯粹牧业区迅速演变为农业区。伴随着人类开发进程的加快和开发规模的扩大,加之自然环境的变化,民勤盆地从一个“土沃泽饶”、“可耕可渔”的湿生环境演变为“十地九沙,非灌不殖”的干旱荒漠环境。目前,民勤盆地成为干旱区生态环境恶化的典型,其发展的可持续性受到严峻挑战。作者在大量野外实地考察的基础上,综合运用历史文献、考古、遥感和地图资料,通过广泛搜集近2000年来民勤盆地绿洲演化的证据,对典型历史时期的绿洲分布范围进行了复原,并制作了相应的绿洲分布图。结果表明,民勤绿洲的开发始于汉代,繁荣于魏晋,萧条于南北朝至宋元,复兴于明清,鼎盛于现代。绿洲的发展在空间上总体表现为一个自西向东的迁移过程。     

近20年张掖盆地绿洲结构和规模变化及其影响因素

为明晰内陆河流域绿洲化特征及其驱动因素,以黑河流域张掖盆地绿洲为研究对象,根据土地利用和归一化植被指数(NDVI)数据反演得到2000—2020年张掖盆地绿洲规模连续数据,分析张掖盆地绿洲规模和内部结构演变规律,结合盆地近20年经济、人文、水文资源等数据厘清驱动绿洲演变的关键因素。结果表明：近20年张掖盆地绿洲规模扩张了485.78 km²,整体呈现出荒漠向绿洲转化的趋势;绿洲内部土地利用类型以耕地为主,近20年间耕地面积增加最多,相对于2000年增长了19.00%,而林地面积减少最多,相对于2000年减少了25.38%;绿洲规模和内部结构变化受自然因素和人类活动的共同作用,其中经济发展与人口增加对绿洲规模扩张和内部结构变化起直接作用,水资源对绿洲扩张起决定性作用。     

黑河下游干旱地区环境变化研究

额济纳旗绿洲是典型的干旱荒漠天然绿洲，是河西走廊及内陆地区的一道绿色屏障。通过对额济纳旗绿洲土地利用情况的遥感调查，证实了额济纳旗绿洲生态环境恶化的严重性。对处于干旱区的额济纳旗绿洲环境变化的研究，分析了干旱地区环境变化的因素，表明干旱区生态环境保护的必要性和迫切性。     

塔里木盆地南缘策勒绿洲近4000年来的环境变化

根据位于塔里木盆地南缘的策勒绿洲两个剖面的孢粉和化学元素的古气候意义的研究,恢复了近4.0 ka B.P.以来此地区环境变化的历史,揭示出了4个相对湿润期,分别发生于约4.0～2.0 ka B.P.、约2.0～1.0 ka B.P.、550～300 a B.P.、100 a B.P.前后.研究还揭示了1 500 a B.P.、1 000 aB.P.和200 a B.P.前后可能是此地区环境变化的重要时间界线.塔里木盆地古城废弃事件与环境变化记录之间的耦合表明,环境变化对此地区人地关系的内容及其演化具有重要的内在影响.     

基于Sentinel-2时序数据的新疆焉耆盆地农作物遥感识别与评估

为及时准确地获取干旱区农作物种植信息,研究借助PIE-Engine Studio平台,以新疆焉耆盆地为研究区,基于2022年Sentinel-2影像和1948个野外定位采样数据提取农作物生育期内14种植被指数,使用See5.0决策树、随机森林（Random forest,RF）和多元回归（Multiple regression,MR）模型优选特征参数,结合支持向量机（Support vector machine,SVM）算法构建5种分类模型和5种样方分割方案进行农作物种植信息提取,通过目视解译和混淆矩阵对比分析分类结果,确定最佳分类方案。结果表明：（1）所有分类模型的总体精度（OA）和Kappa系数均在92.20%和0.9037以上,说明在PIE平台中使用SVM算法提取农作物信息是可行的。（2）SVM-有红边的OA和Kappa系数均值为93.77%和0.9236,比SVM-无红边方法提高了0.96%和0.0120。（3）相比于SVM-有红边方法,植被指数的引入提高了SVM-RF、SVM-MR和SVM-See5.0的OA和Kappa系数。（4）5种分类模型的OA和Kappa系数均值的大小...     

博斯腾湖流域绿洲农田土壤重金属污染及潜在生态风险评价

新疆博斯腾湖流域绿洲采集195个农田土壤样品,测定其中As、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn等8种重金属元素的含量,基于地统计法分析农田土壤重金属空间分布规律,采用污染负荷指数（PLI）和潜在生态风险指数（RI）评价农田土壤重金属污染和潜在生态风险程度,并对重金属的来源进行讨论。结果表明：① 博斯腾湖流域农田土壤Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn含量平均值分别超出新疆土壤背景值的1.67倍、1.13倍、1.15倍、1.29倍、2.11倍和1.65倍。② 农田土壤中8种重金属元素空间分布基本呈现岛状分布格局,各金属元素在部分区域出现高值区,表明研究区人类活动对农田土壤环境具有负面效应。③ 农田土壤Pb呈现中度污染,Cd、Cr、Cu、Ni和Zn轻度污染,Mn轻微污染,As无污染。农田土壤重金属污染负荷指数的平均值为1.09,呈现轻度污染态势。④ 各重金属元素单项生态风险指数平均值从大到小依次为：Cd、Ni、As、Cu、Pb、Cr、Zn。综合生态风险指数平均值为18.63,处于轻微生态风险态势。从生态风险程度的区域差异来看,各县生态风险指数从大到小依次为：和硕县、博湖县、焉耆县、和静县。⑤ 农田土壤Cr、Cu、Mn、Ni与Zn主要受到土壤地球化学成因的控制,As、Cd和Pb主要受到人类活动的影响。Cd与Pb是研究区主要的污染因子,研究区农田土壤中Cd与Pb污染必须关注。     

博斯腾湖流域潜在蒸散发时空演变及归因分析

运用博斯腾湖流域1970—2014年的气象站点数据及Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发(ET0),对比分析了流域山区和平原区ET0的时空变化及对主要气象因子的不同影响。结果表明:(1)在年际尺度上,山区ET0在1970—2000年整体呈波动下降的趋势(P <0. 01),2000年开始,ET0呈现略微上升的趋势;平原区ET0在1970—1993年间以-77 mm·(10 a)-1的速率呈减小的趋势(P <0. 01),1993年之后逆转为以83. 8 mm·(10 a)-1的速率呈上升趋势(P <0. 01),平原区的变化明显强于山区。(2)季节上呈现夏季为流域ET0最高的季节,是年变化的主要贡献者;而变化趋势则表现为平原区春季和夏季ET0大于山区,秋季和冬季略小于山区。(3) ET0变化对净辐射和风速最为敏感,同时,山区净辐射和风速对ET0变化的贡献率最大,平原区影响ET0变化的主导因素是风速,风速对ET0的贡献率均超过50%。     

新疆博斯腾湖流域风沙环境特征

通过风资料的统计和计算,对博斯腾湖流域风沙活动强度环境特征进行了系统的研究。结果表明:博斯腾湖流域年平均风速较小,一般1.6～3.0 m·s^-1;有效起沙风作用时间存在明显的区域差异,其中巴音布鲁克起沙风天数占全年总天数的55.59%,焉耆、轮台、巴音郭楞及和静分别为18.75%、12.72%、11.48%、11.23%,其余各站均低于10%;随着风速等级的增加,起沙风出现的频率相应减少,基本上都集中在6.1～10.0 m·s^-1;研究区方向变率指数(合成输沙势/输沙势,RDP/DP)0.49~0.68,属于中比率,风况特征属于纯双峰风况或锐双峰风况。输沙势属于低风能环境,且存在较大的区域差异。     

气候变化背景下冰川积雪融水对博斯腾湖水位变化的影响

依据近50年来博斯腾湖流域开都河大山口水文站径流数据和8个气象台站的气温、降水、积雪融水资料,并借助相邻流域天山1号冰川物质平衡资料,对气候变化背景下冰川和积雪融水对开都河径流量及博湖水位的贡献率进行了诊断分析。通过多元线性拟合法和偏相关分析法研究表明,1号冰川物质平衡与大山口水文站年径流量具有显著反相关关系,相关系数-0.28,但开都河年径流量变化并不能完全由冰川融水解释,降水和积雪融水的影响也非常重要,它们与大山口年径流的偏相关系数分别为0.57和0.40,超过99.9%和99%置信度水平。气温、降水、积雪融水拟合年径流与观测年径流的相关系数达0.63,超过99.9%置信度水平。各季节分析表明,春、秋季的降水和气温对径流具有显著影响,偏相关系数分别为0.52和0.37;夏季主要是冰川和积雪融水对径流的影响,其中积雪融水与径流的偏相关系数达0.51。夏季是一年中径流最大的季节,其变化主导着年径流量的变化,因此冰雪融水作为博斯腾湖的入湖水源,对博斯腾湖水位变化的影响不容忽视。     

额济纳天然绿洲景观变化及其生态环境效应

基于研究区1987年LandsatTM和2001年LandsatETM+遥感影像资料,综合运用遥感与GIS技术手段,结合景观格局分析软件APACK,就近15年来额济纳天然绿洲景观格局变化进行了分析,并进一步探讨了由此所引起的生态环境效应。研究结果表明:1)天然绿洲面积与水域面积急剧缩减,绿洲荒漠化程度加剧;2)绿洲景观与荒漠景观过渡地带为各景观生态类型相互转化最为剧烈的区域;3)景观多样性与景观异质性程度减小,景观稳定性降低;4)景观变化所引起的生态环境效应包括地下水矿化度升高、水质下降,植被退化与物种多样性降低,沙尘暴危害加剧以及生态难民数量增加等。     

气候变化背景下玛纳斯河流域绿洲适宜规模研究

近年来干旱区人工绿洲规模不断扩大造成水资源日益紧张,其可持续利用面临新的挑战。为宏观调控水资源提供依据,本文基于水热平衡原理,以干旱区典型绿洲玛纳斯河流域为研究区,采用2000、2005、2010和2015年的水文气象资料和各年（6~8月）TM遥感影像数据,分析了玛纳斯河流域在温室气体中、高排放（RCP4.5和RCP8.5）两种气候情景下,以及理想绿洲结构（AbdEI-Ghani）、现有绿洲结构两种绿洲分布情景下的绿洲适宜规模。研究结果显示：玛纳斯河流域2005、2010、2015年实际绿洲面积分别为2000年实际绿洲面积的109%,114.91%,92.39%;2005、2010、2015年适宜绿洲面积分别为2000年适宜绿洲面积的111.39%,118.8%,115.39%。2020年和2030年的结果对比发现,相同气候情景下AbdEI-Ghani绿洲结构的适宜绿洲面积低于现状结构下的绿洲面积,表明如果按照现状趋势发展,绿洲表现出过度开发的趋势。     

基于统计降尺度模型的博斯腾湖流域未来最高和最低气温变化趋势分析

SDSM统计降尺度模型是解决空间尺度不匹配问题的有效工具,它使气候变化响应研究得以在区域尺度上展开。本文将SDSM模型应用于博斯腾湖流域分析它的适用性,并对流域未来最高和最低气温的变化趋势进行了预测。以日最高气温和最低气温为预报量,选取合适的NCEP大气环流因子为预报因子,建立预报量与预报因子间的回归关系。使用1961-1990、1991-2001年的实测数据和NCEP大气变量分别对SDSM模型进行率定和验证,效果较好。把HadCM3输出的A2、B2情景下的大气环流变量作为模型输入变量,模拟流域未来3个时期(21世纪20、50和90年代)的气温变化。结果显示,流域未来日最高气温和日最低气温都呈现明显上升趋势,升高幅度依次为:日最高气温日平均气温日最低气温,且A2情景下气温增幅略大于B2情景下的增幅;冬季气温增幅最小,夏季增幅最大。分析结果可为博斯腾湖流域开展气候变化的水文响应研究以及气候变化的适应性研究提供科学依据。     

黑河流域水资源动态变化与绿洲发育及发展演变的关系

通过探讨流域及绿洲发育及其发展演变的水资源动态变化的特征,阐明它们之间的独特关系,并以此来揭示绿洲系统发育的河流流域地带性问题及特征。研究表明,本区水资源动态变化主要在径流形成、利用和消失三个区域内具有依次性体现的特征。其中占总流域面积10%左右的河川径流形成区,对全流域的水资源动态变化具有先决性作用,并在各个区域水动态变化体现上又受到系统对水的吞吐、留存、蒸散和转化能力大小的影响。因此,河流流域是地域分异现象中通过水流作用所体现出的水平地带性与垂直地带性的一种交汇,同时也是地带性与非地带性系统分异的主要区域。作为河流流域地带发育的绿洲系统,其发展演变规律和特征是相当独特的,如开放性、动态性、脆弱性以及资源有限性等。其中有限的水土资源及其动态变化是制约区域内各层次流域发展及绿洲系统发育的关键,并在不同区段上存在着显著差异性,且彼此间常体现出互为依存、互为消长的依次性制约关系。如水资源量的多寡、质的优劣和时空动态变化及分布、以及人为作用等决定着绿洲类型体现和规模分布、发育层次及阶段或发展演变过程及趋势、和社会经济价值体现等。