晴天和沙尘天气下沙漠绿洲过渡带近地表风速脉动特征

以敦煌黑山嘴沙漠绿洲过渡带为例,利用可移动梯度风测量系统,获取晴天和沙尘暴天气过程中沙漠绿洲过渡带近地表风速脉动特征,研究沙尘天气对近地表风速脉动影响。结果表明：无论晴天或沙尘暴,相同测点各高度层脉动风速具有很好的相关性,相邻高度脉动风速的相关性更加显著,脉动风速的波动范围与高度和风速呈正比。沿沙漠至绿洲方向,晴天环境下脉动强度先增大后减小,沙尘暴环境下脉动强度逐渐减小。沙尘暴和晴天环境下脉动风速的变化规律相近,但沙尘暴环境下风向相关性更加显著,风速脉动强度更大。风速与脉动强度呈正相关,沙尘对脉动强度产生一定抑制作用。     

新疆策勒沙漠-绿洲过渡带不同下垫面地表蚀积变化特征

沙漠-绿洲过渡带天然植被具有良好的防风阻沙效益,对绿洲内部农田起到重要生态保护作用。在新疆策勒沙漠-绿洲过渡带流沙地、半固定沙地、绿洲边缘固定沙地6个不同植被覆盖度样地风蚀、风积变化观测基础上,结合地表风速数据,探讨流沙地、半固定沙地、固定沙地不同植被覆盖度和地形下地表风蚀风积变化特征及其影响因素。结果表明：流沙地表现出较强烈的地表风蚀;半固定沙地整体表现出强烈的地表风积;固定沙地上植被覆盖度越高、植株越高和排列方式越均匀、整体地势越低,单位面积风积量也就越大、风蚀量越小,风蚀主要发生在灌丛沙堆的上风向、侧翼、背风风向的裸低凹沙地表面,较高沙堆侧翼的地表风蚀量最大。植被覆盖度与单位面积风蚀量呈多项式或指数函数关系递减,植被覆盖度与单位面积风积量不呈函数分布,说明除了植被覆盖度外,植株类型、高度、排列方式、地形等都会对地表风积量产生一定影响。     

敦煌沙漠、绿洲和戈壁地表风动力环境特征同步对比

基于敦煌沙漠、绿洲和戈壁典型地表的20 m高同步梯度气象观测资料,对比分析其风动力环境特征参数,为敦煌绿洲生态治理和外围风沙综合防治提供理论依据和技术支撑。结果表明:3种典型地表的年输沙势存在明显差异,戈壁输沙势(DP)为754.2 VU,合成输沙势(RDP)为582.99 VU,合成输沙方向(RDD)为220.88°;绿洲DP为21.95 VU,RDP为7.67 VU,RDD为259.53°;沙漠输沙势介于二者之间,为92.49 VU,RDP为19.29 VU,RDD为16.79°。3种地表的季节输沙势均为春季最大,戈壁为268.2 VU,绿洲为10.97 VU,沙漠为44.08 VU。戈壁主导风向为东北方向,沙漠主导风向为偏东、偏南和偏西方向,绿洲主导风向为东和偏西方向。结合区域沙源分布情况,在绿洲南缘和鸣沙山北侧交界处应加强风沙防治,阻止鸣沙山向绿洲推进。     

新疆策勒绿洲-沙漠过渡带地表沙物质理化性质空间差异

植被盖度、地形等会对荒漠区风沙土壤理化性质产生影响.对策勒自流沙前沿沿主风向到绿洲边缘的柽柳沙堆顶部、流动沙丘顶部、裸露平沙地3种地貌部位表面沙物质理化性质分析,结果表明:流动沙丘顶部沙物质平均粒径3.47～2.6 Φ,明显粗于裸露平沙地和柽柳沙堆顶部沙粒,从流沙前沿到绿洲边缘沙物质有细化趋势,流沙前沿平沙地上沙粒平均粒径比绿洲边缘裸露平沙地沙粒平均粒径粗0.44 Φ;在空间上沙物质分选系数差异不大,分选性都为中等偏上-中等;平沙地和流动沙丘顶部沙粒偏度为-0.06～0.06,相对于平均值分布近对称.柽柳沙堆顶部沙粒偏度分布在0.05～0.25,大都属于极细偏;流动沙丘顶部和平沙地沙粒都表现为中等峰态,柽柳沙堆顶部沙粒大多表现为窄峰态.柽柳沙堆顶部大部分沙物质pH为酸性,其余地貌部位沙粒都表现为碱性,3种地貌单元含盐量与地形高低关系较密切.不同地貌部位地表沙物质总盐量表现为:柽柳沙堆顶部 > 裸露平沙地 > 流动沙丘顶部,流动沙丘顶部沙粒含盐量最少,越靠近绿洲柽柳沙堆顶部沙粒总盐量愈高.     

策勒绿洲沙漠过渡带小气候的空间差异

对策勒2011年1—12月4个不同下垫面的风速、温度、湿度、光合有效辐射的月差异进行分析,同时选取夏季晴天天气作为背景,比较沙尘暴、扬沙、浮尘、阴雨天时4个下垫面气象要素的差异。结果标明:与流沙地相比,绿洲-沙漠过渡带半固定沙地、固定沙地、绿洲内部2.0 m高处的6月平均风速依次减少了25.22%、27.93%、65.27%,12月绿洲内部0.5 m高处平均气温分别高于流沙地、半固定沙地、固定沙地1.39 ℃、1.21 ℃、2.70 ℃。5—10月4个下垫面之间温、湿度差异较春、冬季显著,7月流沙前沿2.0 m高处平均气温分别比半固定沙地、固定沙地、绿洲内部高0.35 ℃、1.61 ℃、3.75 ℃。沙尘暴天气下4个下垫面之间的风速差值依次小于扬沙、浮尘、阴雨、晴天天气下;在浮尘和晴天天气下,气温从流沙前沿到绿洲内部逐渐减低,相对湿度逐渐增加;沙尘暴和阴雨天气下各下垫面的气温和相对湿度无明显差异,扬沙天气下各下垫面之间温、湿度差异大于阴天天气,但小于浮尘和晴天天气;4个下垫面之间的光合有效辐射（PAR）在沙尘暴天气下差异最为明显,浮尘和阴雨天气下4个下垫面之间的PAR接近,晴天天气下各点PAR明显大于扬沙天气下,且各下垫面之间差异大于扬沙天气下的差异。     

沙漠绿洲过渡带典型下垫面风速脉动特征——以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲为例

以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲西部沙漠-绿洲过渡带为研究区,选择植被盖度 < 5%裸沙样地、植被盖度10%～15%柽柳样地和植被盖度20%～25%骆驼刺样地,利用可移动梯度风测量系统,获取了系统性天气过程中距离地表20 cm、40 cm、60 cm、100 cm和200 cm高度的风速及200 cm高度的风向系列数据,对3个样地平均风速、风速脉动和风向脉动进行分析和研究。结果表明:(1)植被的存在大幅度消弱了平均风速,随着植物密度的增加平均风速逐渐降低,风速廓线显示平均风速发生明显降低的转折高度与植被冠层的平均高度相对应。(2)3个样地脉动风速均近似服从高斯分布,可见植被的存在并未改变风速脉动分布规律。各样地风速脉动强度均随指示风速的增大而增大,随距离地表高度的降低而下降。风速脉动相对值总体上呈现随植物密度增大而增大的趋势,植物群落结构的差异增加了相对风速脉动垂直分布的复杂性。(3)风向脉动幅度以裸沙样地最小、柽柳样地次之、骆驼刺样地最大,即随植物密度增加而增大。同一样地内风向脉动值不随指示风速的变化而发生明显变化。     

近50 a来民勤绿洲-荒漠过渡带气候变化及沙尘天气特征

 根据近50 a民勤绿洲-荒漠过渡带气象和风沙观测资料,对过渡带温度、降水、蒸发量、相对湿度、风沙活动等气候要素进行了系统的分析。结果表明,近50 a过渡带平均增温率为0.009 ℃·a-1,20世纪80年代后增温显著,增温率高达0.025 ℃·a-1,增温主要发生于冬、春两季; 降水呈波动上升趋势且年际稳定性增强,近8 a与60年代相比,增加幅度达27.45%,增加主要发生于春、秋两季; 蒸发量减少,相对湿度线性增加; 受气候变化,沙尘暴在近50 a持续减少,而扬沙和浮尘天气与人为干扰关系密切,存在波动和反弹; 气候变化对过渡带退化植被的恢复与重建以及沙漠化的逆转将起到正面作用。     

策勒绿洲-沙漠过渡带骆驼刺(Alhagi sparsifolia)群落的地表蚀积特征

观测了新疆策勒绿洲-沙漠过渡带不同覆盖度骆驼刺(Alhagi sparsifolia)群落在生长季的地表蚀积特征。结果表明:骆驼刺群落从生长初期到稳定期,密度为0.2株·m-2的群落植被覆盖度由3.09%增长到34.42%,密度为0.18株·m-2的群落植被覆盖度由3.18%增长到22.66%,前者的阻沙效果优于后者,两者在生长初期地表风蚀最为严重,之后各阶段以风积为主,且单位面积净蚀积量随时间的推移逐步增加后趋于稳定;裸沙地以风蚀为主;密度为0.1株·m-2的群落植被覆盖度由0.44%增长到20.30%,与裸沙地相比,局部风蚀现象更为严重,且单位面积风蚀量随时间的推移而增加;植被覆盖度较大的群落内部和植株背风区,风积现象明显,群落外围迎风侧和植被覆盖度较小的区域,风蚀较为严重。应重点加强骆驼刺皆伐后生长初期和植被覆盖度较低区域的地表防护作用。     

新疆策勒沙漠-荒漠-绿洲典型下垫面小气候空间变化分析

利用从2010年8月1日至2011年6月30日新疆策勒绿洲-荒漠过渡带及绿洲内部4个观测点的风速、大气相对湿度（RH）、温度、太阳辐射能、光合有效辐射（PAR）同步观测资料,分析了小气候差异并初步探讨产生差异的原因。结果表明：不同空间的下垫面性质对小气候影响明显不同。在8月,半固定沙地、固定沙地和绿洲内部与流沙地前沿相比,日平均风速在2 m高处分别依次降低了42.69%、50.71%和94.32%,日平均风速在10 m高处分别依次降低了7.94%、13.66%和59.59%,这表明植被覆盖度越大,防风阻沙效果越好。夏季植被能够降温增湿,冬季12月份,绿洲内部在0.5 m高处日平均温度依次高于流沙地、半固定沙地、固定沙地1.47℃、1.20℃、2.74℃。4个下垫面的PAR与太阳辐射能变化趋势基本一致,绿洲内部的PAR值相对最小,太阳辐射能在6月达到最高值。夏季晴天在20:00~09:00左右近地表层会出现逆温现象。冬季晴天白天午后易出现大于起沙风的阵风,从流沙前沿到绿洲内部气温逐渐升高,大气相对湿度先逐渐降低后增大。     

绿洲—沙漠过渡带风况资料统计中的若干问题研究——以策勒绿洲为例

时距和距地面高度一直是风况资料统计中的普遍问题,不同时距和不同高度的风况资料反映真实情况的准确度不同。利用中国科学院策勒荒漠草地生态系统国家野外观测研究站自动气象站及野外地面梯度风实际观测资料,对策勒绿洲-沙漠过渡带10 m高不同时距风速、10 min时距不同高度风速、平均风向及起沙风频率四个方面的问题进行分析。结果表明:不同时距的平均风速之间、最大风速之间、平均风速与最大风速之间均有比较稳定的关系,不随时间发生较大变化;不同高度的风速关系存在随距离接近拟合程度越好的总体规律,但在60 cm处有一定的偏离,主要与地表植被的平均高度有关;利用矢量合成法计算10 min风向,发现2 m高风向比10 m高风向沿逆时针方向偏转约45°;以气象站整时风资料与地面2 m高观测1 min风资料分别统计起沙风频率,发现在系统性天气中二者变化趋势一致,但在偶发性起沙风天气中会有较大差异。     

新疆典型沙漠和绿洲植被-水汽-地表温度相关性分析

为探讨新疆不同区域沙漠、绿洲地表温度(Land surface temperature,LST)、归一化植被指数(Normalized difference vegetation index,NDVI)及大气水汽含量三者间的相关关系,利用2001—2019年MOD13C3植被指数、MOD11C3地表温度以及2013—2...     

绿洲荒漠过渡带夏季晴天地表辐射和能量平衡及小气候特征

利用张掖试验基地2006年6月24日至7月17日的加密观测资料,系统分析了夏季典型晴天张掖绿洲荒漠过渡带地表辐射收支和地表能量平衡特征及小气候特征。结果表明:夏季晴天绿洲荒漠过渡带总辐射值还是比较大的,并且净辐射值也很大,这说明绿洲荒漠过渡带地表具有比较充足的可利用热能,为加热大气和土壤提供了必要的热能条件。在地表能量分配中,晴天绿洲荒漠过渡区主要用于大气运动引起的感热交换,其次是土壤交换,用于水蒸发相变的能量相对较小。近地层空气温度和湿度的变化刚好相反。气温白天随高度的增加而递增,夜晚随高度的增加而递减。近地层大气温度变化要比地表温度缓慢。白天土壤辐射增温,越接近地表增温越快,夜间辐射冷却,地表温度下降最为明显。近地层水平风速在白天较大,夜间逐渐减小。在绿洲荒漠过渡带全天以上升气流为主,水平风速随高度增加明显递增。     

沙漠-绿洲过渡带风沙活动特征——以敦煌黑山嘴地区为例

统计2013-2014年度敦煌黑山嘴地区沙漠-绿洲过渡带气象资料,对区域风沙活动特征进行系统研究。结果表明：区域内合成起沙风以偏南风为主,即由沙漠指向绿洲。从沙漠腹地到绿洲内部,由于植被和房屋增多,起沙风频次和合成输沙势减小,风沙活动减弱,且春季风沙活动最强烈。夏秋季节植被可有效降低风速,减少起沙风频次,改善局地气候。平均气温与平均空气湿度负相关。月平均气温与月平均风速呈现同步性,越靠近沙漠腹地,两者同步性越强;日间气温与风速变化存在同步性,但夜间沙漠与绿洲气温差对风速存在影响,温差越大,风速波幅越大。     

近14a新疆南疆绿洲地区地表蒸散与干旱的时空变化特征研究

利用2001—2014年MOD16蒸散产品数据、MOD13植被[WTBX]NDVI[WTBZ]数据以及常规气象资料,基于植被指数、地表净辐射、气温优化改进混合型线性双源遥感蒸散模型,拟合地表蒸散分析实际蒸散（ET）、潜在蒸散（PET）时空动态变化特征,结合气象站实测蒸发皿数据验证MOD16数据在绿洲地区的适用性。进一步定义蒸散干旱指数（EDI）并计算△EDI进行研究区干旱特征分析,为大面积特殊地形蒸散估算研究和干旱监测提供一定依据。结果表明：（1） MOD16产品数据与研究区实测蒸发皿数据的相关性很好,通过0.01显著性检验,基于MOD16数据估算南疆绿洲地区蒸散量检验可行。（2） 2001—2014年均蒸散量总体变化不大,四季差异明显,ET与PET空间变化趋势相反;ET、PET年均差值较大,绿洲地区地表缺水情况严重。（3） EDI指数绿洲地区年均值总体偏大,△EDI对旱情的反映和干旱程度的判断比较可靠。     

沙漠绿洲-高山冰雪气候带的垂直变化特征研究

气候变化在垂直方向上的分布规律是气候变化研究的一个重要方面。利用在天山北坡中部径向剖面上的6个不同海拔高度的气象站的气象资料,研究了沙漠绿洲-高山冰雪气候带在冬季、夏季和年度的年际气候变化对高度的响应,指出20世纪90年代(1991-2000)与前30 a(1961-1990)相比,平均气温、年降水量增加幅度随高度呈现非线性变化,不论在哪个高度上,冬季的增温幅度都要大于夏季;在最靠近沙漠的低海拔地区,年降水量增加幅度并不是最大的,而在海拔较高的山前绿洲地带和在3 500 m的高山区降水量增幅相对较大。此外,对气温、降水、相对湿度、蒸发等气候因子的变化趋势倾向率进行了分析,比较了不同高度的线性倾向率,揭示了沙漠绿洲边缘至高山冰雪带的气候变化在垂直方向上的分布特征,表明不论在哪个高度上,冬季、夏季和年度的平均气温变化都具有上升趋势;在山前地带和高海拔山区,降水增加趋势相对明显;蒸发能力减弱,相对湿度增加。     

新疆策勒绿洲-沙漠过渡带花花柴(Karelinia caspica)沙堆的形态特征

通过野外调查花花柴(Karelinia caspica)植株及其沙堆形态指标,应用统计学原理和方法,分析了绿洲-沙漠过渡带花花柴沙堆的形态特征及沙堆与植株形态间的关系,初步估算了花花柴植株可固定的沙量.结果表明:(1)花花柴沙堆形态依据其发育时期的不同主要分为早期的盾形沙堆和较稳定时期的半球形沙堆.盾形沙堆的长度与宽度、底面积与高度间均呈直线线性相关,半球形沙堆则呈二次线性相关.盾形沙堆在向半球形沙堆发育的过程中,沙堆长度缩短,但是其高度、宽度以及体积仍随着植物的生长而不断地增长.(2)沙堆的发育与植株的形态有显著的相关关系.早期发育的盾形沙堆长度约为植株长度的2倍,体积为植株体积的1.5倍,半球状沙堆的长度和体积均约为植株的0.5倍左右.(3)通过估算,在策勒绿洲-沙漠过渡带上,花花柴草丛沙堆体积可达约50 000m3·kmm-2,表明花花柴沙堆截留了绿洲外围大量的流沙,是绿洲的重要屏障.     

近20年京津唐主体城区地表热场空间特征变化分析

基于Landsat遥感影像获取京津唐主体城区1995~2015年地表温度(Land Surface Temperature, LST)和不透水地表盖度(Impervious Surface Percentage, ISP)数据。采用热点聚集和阈值分割法,依据地表的温度和不透水盖度属性将京津唐主体城区划分成9种地表热场类型,分析并探讨地表热场的发展规律、年际变化状况和区域贡献作用。研究发现,京津唐主体城区地表温度与不透水地表盖度间存在显著的正向相关关系,两者分别呈现“阶梯降”和“两端高、中间低”的变化特征。京津唐主体城区地表热场的发展主轴保持在西北-东南方向,且随时间推移沿主轴呈聚集态势。 京津唐主体城区地表热场的影响范围在空间上持续扩张,对于不同的主体城区,其在整体区域的热场贡献中有差异化表现。     

绿洲沙漠过渡带柽柳(Tamarix ramosissima)灌丛沙堆-丘间地系统土壤盐分含量特征

以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲西部过渡带为研究区,选取植被盖度为30%、15%~20%、10%、5%的4个典型样地,对各样地的柽柳(Tamarix ramosissima)灌丛沙堆-丘间地系统典型部位0~10cm和10~20cm土壤进行系统采样,测定土壤pH值及总盐、Cl~-、Na~+、K~+、SO_4~(2-)、Ca~(2+)、Mg~(2+)、CO_3~(2-)、HCO_3~-含量,从风沙地貌的角度探讨过渡带沙漠化进程中土壤盐分分异规律。结果表明:随着植被总盖度的降低,0~10cm层土壤pH值及总盐、Cl~-、K~+、Na+含量总体呈先升高后降低的趋势;土壤SO2-4和Ca~(2+)含量呈先降低后升高的变化趋势;Mg~(2+)含量随着植被盖度的变化没有明显的变化规律。灌丛下→沙堆边缘→丘间地→风影区,总盐、Cl~-、K~+、Na~+、SO_4~(2-)、Ga~(2+)、Mg~(2+)含量呈先减小后增大的变化规律,最大值均位于灌丛下,最小值位于丘间地;pH值和HCO_3~-含量大体呈先升高后降低的趋势,最小值位于灌丛下,最大值多位于丘间地,二者存在中度相关(r=0.644)。与0~10cm土层相比,10~20cm总盐、Cl~-、K~+、Na~+含量明显增加,SO_4~(2-)、HCO_3~-、Ga~(2+)含量降低,Mg~(2+)含量和pH值没有明显的变化。两土层各盐分含量随植被盖度的梯变呈相对一致的变化趋势。在不同的环境条件下,以蒸腾作用、泌盐作用和根系的选择性吸收作用等为主的生物积盐作用与地下水蒸发聚盐以及地表风蚀强度等非生物因素之间的平衡关系,应该是影响绿洲沙漠过渡带柽柳灌丛沙堆盐岛效应强弱的关键因素。     

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。     

夏季不同土壤湿度和天气背景条件下绿洲土壤温湿特征的个例分析

 利用在甘肃省酒泉金塔地区开展的“绿洲沙漠能量和水分循环观测试验(JTEX)”获得的2005年5—7月的补充观测资料,分析了在不同土壤湿度和天气背景条件下的夏季绿洲农田土壤温、湿场特征。结果表明：一般来说,对于5—40 cm深度的土壤,随着深度的增加其湿度也随之增加。5 cm、10 cm的土壤湿度具有明显的日变化,且在中午时最为湿润;20 cm土壤湿度的日变化幅度小于上两层,变化趋势却与5 cm的相反;40 cm土壤湿度的日变化不明显。晴天浅层的土壤湿度日变化大于阴天。晴天个例中,土壤湿度较大时,5 cm土壤在白天比10 cm的湿润;当土壤较为干燥时,全天浅层土壤湿度都小于较深层的。各层土壤温度在一个中心值周围分布, 40 cm深度以上土壤温度均具有明显的日变化;土壤温度的极值出现时间滞后于地表温度,离地面的距离越大,峰值出现的时间比地表温度滞后的越长,且变化幅度越小。晴天的土壤湿度越小,浅层土壤湿度日变化幅度就越大,各层土壤温度也就越高。土壤深层基本不受天气情况的影响,但受灌溉的影响较大。