极端干旱区不同下垫面土壤凝结水试验研究

为了探讨极端干旱区植被生长季的土壤凝结水特征, 采用微渗计和中子仪, 于2010 年6-7 月对塔里木河下游地区胡杨林、柽柳丛和裸地3 种典型下垫面密封和不密封处理的土壤凝结水的变化特征、形成时间及其影响因素进行了研究。结果表明:微渗计和中子仪观测结果均显示观测期间裸地产生的土壤凝结水总量最大, 其次为柽柳丛, 而胡杨林形成的土壤凝结水总量最小。观测期间研究区凝结现象从21:00-22:00 左右开始, 02:00-03:00 左右达到第一个峰值前, 随着近地表气温和地温的降低, 土壤凝结水量呈增加的趋势。不密封处理产生的土壤凝结水量显著大于密封处理的(t<0.01)。柽柳丛土壤日均凝结水量最大, 其次为裸地, 胡杨林最小。方差分析显示, 不同下垫面类型土壤的日均凝结水量之间存在极显著差异(P<0.01)。3 种下垫面土壤凝结水量的变化趋势基本一致, 均呈双峰曲线。凝结过程一般从22:00 左右持续到次日09:00 左右。土壤凝结水量主要受气温、大气相对湿度、表层地温、风速以及下垫面等因素的影响。研究结果可以为生态退化区的植被恢复提供一定的理论依据。     

三江平原沼泽生态系统中露水凝结研究

通过对三江平原露日季节变化的分析及对毛果苔草沼泽群落中露水的实地观测，探讨了年露日的出现规律及露水凝结量的时空变化。结果表明：三江平原露水出现频率较高的季节是夏秋季(6～9月)，近12年来露日在66～108d／a，平均为95．42d／a；每年露水的凝结存在两个明显的峰值，分别是6月(或7月)、9月；露水量随高度的变化明显，植物冠层高度处的露水凝结量较多；由于沼泽植物茂密，叶面积较大，加之地面粗糙，单位土地面积上在植物及地面实际凝结的露水量远高于相同面积下较光滑的收集器测得的露水量。用杨木棒测得的毛果苔草地表面的露水量为2．83mm／a，折算成单位土地面积上地表面和植物叶片实际凝结的露水量为20．68mm／a，占同期降水量的5．05％。露水是影响水量平衡的重要因子。     

毛乌素沙地土壤凝结水来源分析

土壤凝结水是半干旱地区生态系统重要的水源,为阐明毛乌素沙地臭柏(Sabina vulgaris)冠层下土壤表层5 cm凝结水的水汽来源,应用自制凝结试筒于2008年9—10月在毛乌素沙地开发整治研究中心院内开展试验。结果表明,毛乌素沙地土壤表层凝结水由吸湿水、大气水汽凝结水和土壤水汽凝结水组成;大气中的水汽总是先于土壤中的水汽到达和离开表层5 cm土壤;大气中水汽对土壤表层5 cm凝结水的贡献率小于土壤水汽的贡献率,9月上旬至中旬大气中水汽和土壤水汽的贡献比为2∶5,9月下旬至10月中旬为3∶10;单日凝结量和蒸发量呈现显著的线性关系。     

沙坡头地区土壤水分吸湿凝结的动态观测与理论计算

采用实际观测与理论计算相结合方法研究了沙地表层土壤吸湿凝结水量及其变化过程。沙土水分吸湿凝结过程可分两个阶段：第一阶段是由沙土自身物理性质决定的分子凝结过程,所吸收水量主要受温度和湿度影响,最大不超过沙土最大吸湿水量;第二阶段是由近地面微气象条件决定的水分凝结过程,所吸收水量受空气水汽压、地面温度和地表可利用能量的影响。采用能量平衡和空气动力学综合方法计算沙地吸湿凝水量及其动态变化,与实测值相比结果合理,方法是可行的。     

祁连山青海云杉林截留对降水的分配效应

为了评估青海云杉林的水源涵养服务功能,选择祁连山西水林区排露沟流域青海云杉林,定位监测了在2006年中共83次降水事件的截留分配效应,观测期降水总量为394.2 mm,林冠截留、茎流和穿透水量分别是139.1、1.96和253.1 mm,林冠截留率、茎流率、穿透率分别为35.28%、0.50%和64.22%,当林外降水量>0.8 mm时才观测到林内穿透雨,而大于13.60 mm时,才观测到树干茎流。林冠对降水的截留分配与降水量、降水形态以及林分特征密切相关。冠层截留量、茎流量和穿透量与降水量均呈正相关,冠层截留率与降水量呈负相关,而茎流率和穿透率呈正相关;林冠对降雪的截留强于降雨,而降雨的穿透量强于降雪,同一降水事件下树干茎流量随着胸径的增大而增加。青海云杉林冠的几何形态结构(枝叶的分布与排列)不利于形成树干茎流。     

高寒沙区吸湿凝结水凝结过程与温湿度的关系

吸湿凝结水作为干旱半干旱地区除降雨外主要的水分来源,具有十分重要的生态水文学意义。以青海共和盆地高寒沙区1997年植被恢复区生物土壤结皮吸湿凝结水为研究对象,2018年5—9月采用自制微渗仪观测吸湿凝结水量,同时观测近地层空气温湿度和土壤温湿度。结果表明：观测期间,不同类型结皮吸湿凝结水量存在差异,表现为苔藓结皮>藻类结皮>物理结皮>流沙,且差异性与观测时间无关;吸湿凝结水量与近地层空气湿度正相关,与近地层空气温度、土壤温度湿度负相关,且相关性与地表类型无关;吸湿水凝结过程主要受近地层空气温湿度的影响,累积贡献率85.294%;生长季吸湿凝结水主要产生时间为19：00至次日07：00,期间凝结速率呈波动性变化;19：00—23：00吸湿凝结水凝结速率不断上升,且上升趋势与近地层空气温湿度无关;00：00—03：00吸湿凝结水凝结速率出现滞后效应,滞后于近地层空气温湿度变化1 h;04：00—07：00呈先升高后降低趋势,04：00出现该时间段凝结速率最低值,05：00出现该时间段凝结速率的最高值。     

干旱荒漠区绿洲边缘典型固沙灌木的降水截留特征

在民勤绿洲边缘,降水对维持固沙灌木持续稳定发挥固沙功能具有重要作用。本文选择民勤绿洲边缘3种主要固沙灌木为研究对象,观测了降雨条件下降水穿透量和冠层截留量,分析了降水穿透量和冠层截留量与降雨量之间的关系以及截留率与降水强度之间的关系,比较了不同灌木群落的降水截留特征。结果表明,不同灌木的降水截留存在明显差异,梭梭、柽柳、生长良好白刺、衰退白刺冠层最大截留量和截留容量分别为0.6 mm、0.6 mm、0.4 mm、0.3 mm和0.8 mm、0.8 mm、0.5 mm、0.2 mm;在两年总降水量255.3 mm条件下,梭梭、柽柳和生长良好白刺3种灌木群落冠层截留损失分别为44 mm、88 mm和32 mm,占降水总量的16.6%、33.1%和12.0%;当降雨强度<0.8 mm·h-1,梭梭和柽柳降水截留率随降水强度增加均呈递减趋势;当降水强度>0.8 mm·h-1时,梭梭冠层截留量与降水量的比率基本稳定在0.2～0.3之间,柽柳在0.3～0.4之间;当降水强度<0.5 mm·h-1,生长良好白刺灌丛的降水截留率随降水强度增加呈下降趋势;当降雨强度>0.5 mm·h-1,生长良好白刺灌丛截留率基本维持在0.1～0.2之间;降雨强度>0.4 mm·h-1时,衰退白刺截留率稳定在0.05～0.1之间。     

古尔班通古特沙漠表层土壤凝结水水汽来源特征分析

水分条件是决定干旱沙漠区生态环境的关键因素,凝结水是干旱区植物和低等生物的重要水分来源。利用自制蒸渗计在春、夏、秋3个季节对古尔班通古特沙漠苔藓、地衣、藻类及流沙4种地表类型表层原状土壤凝结水形成进行了观测研究。结果表明,在2 cm、5 cm、10 cm、20 cm 4种高度原状土中,用纱网封底土壤表层2 cm和5 cm土壤的凝结水测定结果能够真实的代表古尔班通古特沙漠不同类型地表土壤凝结水形成特征;凝结水主要集中产生在土壤表层2 cm范围内;凝结水的水汽来源于空气和土壤且以空气来源为主,春季由于表层土壤含水率较高,来自于土壤的水汽所占的比重较高,地衣0~2 cm表层凝结水来源于土壤水汽补充的比例春季为35.5%,夏季和秋季分别降到15.5%和11.3%;秋季55 d的观测结果表明,凝结水形成总量随流沙、藻类、地衣和苔藓依次增加,分别为3.46 mm、4.07 mm、4.89 mm和5.15 mm,说明在干旱的沙漠地带,凝结水是除降水以外补充表层土壤水分最重要的水分来源。     

可可西里土壤凝结水形成特征及其影响因素研究

青藏高原受气候变化影响,干湿过渡状况不断扩大,凝结水是旱区重要的水分补给来源,研究凝结水对青藏高原生态具有重要意义。为探究凝结水在青藏高原的形成特征以及影响凝结水形成因素,选取近年来受气候影响较大的可可西里盐湖地区作为研究区,使用微型蒸渗仪探究其0~10 cm土壤水分蒸发凝结特征,并利用相关回归分析、主成分分析探究影响凝结水形成因素。结果表明：（1） 在14:00—次日14:00期间,气温和土层温度均呈现出先减小后增大的变化趋势,0~10 cm土壤在00:00—10:00内有明显土壤凝结水形成,而在其余时间水量蒸发明显。大气水汽和土壤深层水汽组成土壤凝结水的比例约为1:3。当夜间近地空气相对湿度大于64%,近地气温小于3.8 ℃,5 cm土层温度低于4.1 ℃,有利于土壤凝结水的形成,平均水量可达0.2 mm·d^-1。（2） 相关分析表明土壤总凝结水量与5 cm土层温度和5~30 cm土层温度差呈显著负相关,而且凝结水量与相关因子的线性拟合效果较好;大气水汽凝结水量与气温呈现显著负相关,与相对湿度呈现显著正相关。主成分分析结果显示0~10 cm以上土层微气象因子对凝结水形成因素较大。     

藏北高原夏季降水的水汽来源分析

根据GAME-Tibet加强观测期间取得的降水量和δ18O资料,基于来自海洋性气团的水汽形成的降水中δ18O较低、来自局地蒸发形成的降水中δ18O较高这一认识,尝试性地给出了划分不同来源水汽的标准.基于此标准,对研究区域中局地来源水汽和海洋性气团水汽在总降水中所占的比率定量估计.就安多附近平均而言,1998年6～9月海洋气团的直接输送而形成的降水量至多占总降水量的32.06%,而局地蒸发的水汽所形成的降水量至少占总降水量的46.86%.其它至少有21.8%可能来源于季风环流对沿途蒸发水汽的输送.青藏高原中部(如安多等)的降水,可能是海洋性气团携带的水汽经过若干次凝结-降水(降落到地面)-蒸发-再凝结等过程,不断循环并依次将水分通过季风环流向高原中西部推进.     

古尔班通古特沙漠南缘丘间地梭梭群落蒸散特征

根据2016年古尔班通古特沙漠南缘丘间地梭梭生育期定点观测的土壤水分、气象要素等资料,基于水量平衡原理估算了梭梭生育期蒸散量,分析了蒸散变化规律。结果表明：（1）在梭梭生长季,降雨量为206.7 mm,降雨分布不均,梭梭萌发期,降雨量最多;梭梭生长旺盛期,月降雨量逐月减少;梭梭枯落期,降雨量最少。（2）在梭梭生长季,梭梭群落0~400 cm土壤贮水量变化整体呈下降趋势,梭梭萌发期是土壤贮水量盈余期,生长旺盛期和枯落期为土壤贮水量亏损期;梭梭群落发挥土壤水库效应,依靠生长季前土壤蓄水来弥补梭梭群落生长季需水缺额。（3）在梭梭生长季,蒸散量变化特征为多峰曲线,峰值主要出现在降雨集中期,最低值出现在土壤贮水量亏损期。（4）在梭梭生长季,梭梭群落累积蒸散量增幅始终高于累积降雨量增幅,累积蒸散量大于累积降雨量。     

降水量和短期极端干旱对典型草原植物群落及优势种羊草(Leymus chinensis)叶性状的影响

植物叶性状在植物响应环境变化中具有重要作用。在气候变化的背景下,典型草原植物叶性状如何响应降水格局与短期极端干旱还不十分清楚。利用野外控制试验,研究了降水量(323 mm和236 mm)和短期极端干旱(生长季减雨66%和生长季干旱60 d)对典型草原植物群落及优势植物羊草(Leymus chinensis)叶性状的影响。结果表明:降水格局显著影响着植物群落和羊草的叶性状(P0.05),短期极端干旱对典型草原群落和羊草叶面积具有显著影响(P0.05)。随着降水量的减少,群落和羊草的叶面积与叶干物质含量降低,而比叶面积与叶片氮含量增加。降水格局与短期极端干旱交互作用显著影响着群落的叶面积与叶片氮含量(P0.05),323 mm降水量下短期极端干旱显著降低了叶面积,266 mm降水量下生长季干旱60 d增加了叶片氮含量。降水格局与短期极端干旱交互作用也显著影响着羊草叶面积与比叶面积(P0.01),323 mm降水量下短期极端干旱降低了叶面积,266 mm降水量下生长季干旱60 d显著增加了比叶面积。回归分析表明,不同处理下羊草叶面积、叶干物质含量、叶片氮含量能较好地解释群落叶性状。典型草原植物群落通过优势植物的主要叶性状改变来适应降水格局变化,而通过叶面积改变来适应短期极端干旱。     

天山北坡低山丘陵干草原生长季蒸散特征

基于HL20波文比系统获得了天山北坡低山丘陵干草原2013-2015年的能量、气象观测数据,采用波文比-能量平衡法对其生长季（4～10月）蒸散特征进行了分析。结果表明：（1）生长季蒸散日内变化总体呈现中午最高、早晚变小和夜间蒸散微弱的特征,阴雨天蒸散日内变化相对复杂,蒸散强度通常弱于晴天;2013-2015年生长季蒸散量平均值为353.2 mm,生长季蒸散量在不同年份、不同季节和不同月份差异较大;2013-2015年生长季凝结水占降水量的比例分别为9.7%,18.8%和16.8%,日均凝结水量分别为0.177 mm,0.179 mm和0.316 mm。（2）生长季潜热和感热占据了净辐射能的主体且总体上潜热小于感热,白天潜热最大值出现之前,潜热会出现短暂小幅降低的情况。生长季感热和潜热逐日对比变化与植被长势密切相关。（3）波文比在夜间波动较大,变化复杂,白天上午波文比从负值增大到<1的正值,再到>1的正值,中午波文比为>1的正值,20：00左右波文比值开始回落。     

额济纳绿洲柽柳群落蒸散特征的初步分析

利用波文比能量平衡法对额济纳绿洲柽柳群落蒸散进行研究, 发现柽柳蒸散速率日变化成双峰形, 各月出现峰值和低谷值的时间各不相同, 8月最迟; 平均蒸散速率值8月>7月>6月>9月; 各月蒸散总量大小依次为126.9mm(8月)>93.85mm(7月)>77.3mm(6月)>65.2mm(9月)。整个生长季蒸散总量为363.35mm。蒸散速率的变化受植物自生生理特性及气候因子和下垫面条件影响, 其中净辐射起主导作用; 蒸散速率与地下水位变化成反相关关系, 地下水位的大幅度下降可能致使柽柳死亡。     

泾河上游流域实际蒸散量及其各组分的估算

利用分布式生态水文模型SWIM,基于泾河上游(泾川测站以上) 植被、土壤、气象和水文数据对研究区进行了水文过程的模拟,从而估算了流域的实际蒸散量及其各组分。结果表明：SWIM模型能够较好的模拟泾河上游流域的水文过程,模拟的流域多年(1997-2003 年) 平均实际蒸散量为443 mm,其中土壤蒸发量为259 mm,植被蒸腾量为157 mm,冠层截持量为27 mm。石质山区的森林覆盖区和非森林地的年蒸散总量在整个流域分别具有最大值和最小值,为484 mm和418 mm;黄土区实际蒸散量介于二者之间,平均为447 mm。森林覆盖地区土壤蒸发明显小于其它区域,而蒸腾和冠层截留明显大于其它区域。年内蒸散量主要集中在5-8 月份,占全年总蒸散量的60%,且冠层蒸散比例较大达63%。整个流域湿润年份较干旱年份蒸散量增加了78 mm,其中土壤蒸发增加最多,其次是冠层蒸腾,冠层截留蒸发最小。     

三江平原典型沼泽湿地生态系统水分通量研究

利用野外定位观测数据 ,对三江平原典型沼泽湿地主要界面水分通量进行计算和分析。结果表明 ,2 0 0 3年生长季沼泽湿地系统与大气水分交换量 (蒸散发 )总量为 4 2 4 .7mm ,沼泽湿地水面 -大气水分通量 (水面蒸发 )总量为 2 6 0mm ,沼泽湿地植被 -大气界面水分通量 (蒸腾量 )总量约为 16 4 .7mm ;对沼泽湿地生长季水平衡的计算表明 ,生长季水分亏缺量达 14 0 .5mm ;非生长季大气降水是沼泽湿地生长季生态用水的重要来源。     

黑河流域日降水格局及其时间变化

利用10个气象站1950—2000年日降水资料,对黑河流域的降水及其时空格局进行了研究。结果表明:①降水事件以≤5 mm的降水为主,占全年降水事件的82%,0～10 d间隔期占全年无降水期的40.7％,＞10 d间隔期占59.3％;②年降水日数与降水量之间存在显著的正相关性(r=0.78,P<0.01),＞10 mm降水总量与年降水量呈显著正相关,而≤5 mm降水总量与年降水量的相关性差;③＞10 mm和≤5 mm的降水总量变化范围分别为:0～262.6 mm,20.3～172.7 mm ,变异系数分别为0.25～0.92,0.17～0.25;④近50 d来,黑河流域近50 d降水量的变化总体上呈平稳上升趋势,≤5 mm的降水日呈现小幅下降的趋势,≥10 mm的降水日呈小幅上升的趋势。0～10 d的降水间隔期出现的频率总体保持不变,＞10 d间隔期出现的频率出现明显的下降趋势,年内总降水日数保持不变。     

基于MODIS数据的无定河流域蒸散模拟

利用黄土高原无定河流域水文气象资料、MODIS数据及GIS背景信息,应用分布式生态水文模型（VIP模型）,按250m空间分辨率模拟了该流域水量平衡各分量的时空分布。结果表明:2000²003年无定河流域年蒸散量分别为300 mm、397 mm、460 mm和443 mm;流域蒸散有明显的由南向北,由东到西的梯度递减特征,降水量和地表植被覆盖度的差异是其空间变异的主要因素;蒸腾与蒸发空间分异显著,但两者的变化相互补偿,降低了蒸散的空间变异性。整个流域平均而言,不同植被类型间的年蒸散总量差异不明显。白家川等9个子流域年蒸散量的模拟结果与水量平衡法估计结果具有较好的一致性。     

古尔班通古特沙漠腹地与周边的降水特征分析

沙漠腹地的降水问题历来是研究中的难点。多数学者利用沙漠周边气象站资料或短期科学考察数据来研究新疆沙漠环境及气候变化,有些研究涉及到沙漠腹地短时降水过程及降水云系特征,但很少有人利用沙漠腹地长期的实测气象资料对其降水特征进行相关研究。根据1996-2005年古尔班通古特沙漠腹地人工气象站获取的长期连续气象资料,使用变差系数和相对差分析技术,分析沙漠腹地10 a降水量的年、季、月的分布及变化,并与同期沙漠周边地区的资料进行对比分析,结果表明:(1)古尔班通古特沙漠腹地10 a平均降水量为123.4 mm,比沙漠周边地区平均偏少32%。(2)沙漠腹地降水的年、月、季的分布与沙漠周边地区基本一致。10 a来沙漠腹地降水量总体呈增加趋势,但冬季为下降趋势,夏季呈增加趋势,其它两季变化不明显,说明夏季降水对年降水的增加贡献显著。(3)沙漠腹地年和季降水量、水汽压、相对湿度的变差系数均大于沙漠周边地区,说明沙漠腹地气象要素变率大,相对不稳定。(4)沙漠腹地10 a各月平均降水量均小于沙漠周边的同期值,其中3月降水偏少最多,降水相对差为52.3%。(5)观测资料表明10 a间沙漠腹地只出现过一次日降水量大于25 mm的降水。最长连续降水日数为8 d;最长连续无降水日数共计44 d。     

藏东南色季拉山林线过渡带生长季低温事件的海拔分布特征

低温事件的加剧可能是限制高山林线向更高海拔爬升的一个关键原因,然而有关高海拔地区不同海拔、不同植被覆盖下的低温事件分布特征的研究十分缺乏。通过对西藏东南部色季拉山急尖长苞冷杉林线过渡带同一坡面不同海拔森林和灌丛冠层温度和土壤温度的监测,并基于冠层温度和土壤温度计算植物的生长季长度,分析生长季期间低温事件在不同海拔、不同植被的分异特征,得到如下结果:1.土壤温度定义的生长季比冠层温度定义的生长季滞后近一个月,且对于亚高山森林和林线,冠层温度定义的生长季长度明显大于土壤温度定义的生长季长度。2.无论以哪种方法定义生长季,期间出现的低温事件均表现为高山杜鹃灌丛亚高山针叶林和林线,前者低温事件出现频率达后者的2~4倍,且总体而言高山杜鹃灌丛中低温事件的强度更大,持续时间相对更长。研究结果表明高山杜鹃灌丛存在更多的低温事件,而且随海拔增加,其频率、强度和持续时间不断加剧,这可能直接限制了乔木树种幼苗在林线之上低矮灌丛中的存活和生长,进而限制了林线乔木树种向更高海拔的分布。