黑河下游胡杨季节尺度径向生长变化研究

利用半径型树木生长测量仪, 于2009-2010年生长季对西北内陆河-黑河流域下游荒漠河岸林优势树种-胡杨径向生长进行了监测, 结合环境气象、 水文因子同步监测资料, 对胡杨季节变化节律和环境影响因素进行了研究.结果表明: 按照胡杨径向生长日变化特征, 将其分为增长型(ΔR+)、 负增长型(ΔR-)和持续增长型(ΔR++)3种类型.在生长季, 胡杨径向生长季节变化呈"S"型, 可分为前期缓慢增长(P1)、 迅速增长(P2)和后期微弱增长(P3) 3个阶段; ΔR+/++类型在这3个阶段中所占比例分别为63.64%, 85.51%和48.61%; 5月末至8月初是胡杨年轮形成的主要阶段, 在该阶段气温和地下水位埋深均表现出显著的相关关系, 但地下水位埋深应是最根本的因素. 因此, 在树木年轮学应用方面, 胡杨可以用来反演区域水环境变化, 包括河道径流和地下水位变化等. 在荒漠河岸林管理方面, 满足春夏季地下水位条件和适度频率的春汛, 是保证该地区胡杨河岸林正常生长和保持合理种群结构的前提.     

祁连山东部祁连圆柏(Sabina przewalskii)径向生长动态及其对环境因子的响应

树木年内径向生长动态监测对理解树轮-气候响应的生理机制具有重要意义。本文利用树木径向生长测量仪(Dendrometer)对祁连山东部吐鲁沟国家森林公园内3棵祁连圆柏生长季径向生长进行监测。监测结果发现祁连圆柏树干径向变化呈日周期波动, 上午07:00~08:00膨胀到最大值, 而在下午16:00~17:00收缩至最小值。监测显示的祁连圆柏主要生长时期为5月初到7月上旬, 与早材细胞形成时期一致, 在5月底到6月初达到最大生长速率。通过周期法提取日径向增长量(SRI), 并与不同阶段气象因子进行相关分析, 发现SRI与收缩阶段气象条件没有显著关系, 而与膨胀阶段和增长阶段气象因子显著相关, 说明16:00~17:00至07:00~08:00气象条件对径向生长的重要作用。SRI与降水量和相对湿度显著正相关, 与水汽压亏缺(VPD)显著负相关, 表明本地区祁连圆柏生长受到水分条件限制。相关分析还表明, SRI与平均气温和最低气温负相关。多元线性模型分析显示, 相对整个周期, 膨胀阶段和增长阶段气象数据能解释更多的径向生长变化, 解释量高达87.1%。     

上海汛期降水日变化特征分析

采用1981～2015年上海地区11个气象台站逐时降水资料,对上海汛期(6～9月)降水的日变化特征进行了分析,主要结论如下:(1)上海地区汛期日降水频率呈现出明显的双峰型特征,其中17～19时降水频率最高;降水强度呈现出单峰型日变化特征,在15～16时降水的强度最大。(2)上海8月局部降水事件发生最为频繁,绝大多数时次降水强度均较其他月份偏强;6月全区性降水事件所占比例较其他月份明显偏多,各时次降水频率均较其他月份明显偏高。(3)近30年来上午至中午上海全区性和区域性暴雨事件有增多趋势,导致大多数站点的降水频率在该时段呈现出明显增加趋势,但强度变化不显著;在下午到傍晚局部降水事件增多,导致大多数站点降水强度增强。     

四川盆地降水日变化特征分析和个例模拟

利用台站观测降水资料,分析四川盆地及周边地区降水分布和日变化特征,得到以下结论:四川地区降水存在2个高值中心,均位于盆地周围的山地;盆地降水"夜雨"特征明显;川西高原降水峰值以午夜前降水量的贡献为主;盆中与盆地西南边缘山地的降水峰值由夜间降水量与降水频率共同作用;盆地东北边缘的山地是午前降水频率与后半夜的降水量均有贡献。其次,结合WRF模式的数值试验,对2008年9月23～24日发生在盆地的夜间暴雨过程进行模拟研究和综合分析。结果表明WRF模式较好地模拟了此次天气过程降水的空间分布和日变化规律,通过分析模拟的环流场与温湿场发现,夜雨的形成与大尺度环流场的影响和地形强迫关系密切。     

2004-2013年“雨城”雅安的降水日变化特征分析

利用2004-2013年逐小时降水自动观测数据分析了"雨城"雅安降水的日变化特征.结果表明:近10 a来雅安降水主要表现出单峰型分布特征, 峰值出现在北京时间24:00, 谷值出现在15:00, 夜间降水占年总降水量的74.5%; 降水出现频次也呈现单峰型分布, 峰值出现在01:00, 谷值出现在14:00, 夜间降水次数占全年总次数的66%; 23:00-02:00是雅安最易发生降水的时段, 14:00-16:00 则是最不易出现降水时段. 降水量和降水出现频次日变化形势均表明, 雅安一年四季都具有显著的夜雨特征. 近10 a来, 雅安6 h以上的长持续时间降水事件主要发生在17:00-04:00, 产生的过程降水量占总降水量的80.4%, 对雅安降水总量的贡献占有绝对优势; 持续时间≥24 h的降水事件10 a 累计次数达到74次, 累积降水量达到2 166.8 mm, 占总降水量的14%, 是长持续时间降水事件中对总降水量贡献最大的, 该类事件的影响值得关注.     

黑河日径流量混沌变化特性的研究——Ⅲ最大李雅普诺夫(Lyapunov)指数的确定

通过对黑河日径流量变化规律的探索,重点论述最大李雅普诺夫指数的确定方法,计算结果表明:黑河日径流量时间序列的最大李雅普诺夫指数为0.002012,大于零,可以判定黑河日径流量时间序列具有混沌特性.     

武汉市汤逊湖水-气界面CO2通量昼间变化观测及其影响因素分析

为探究亚洲最大城中湖武汉市汤逊湖水体溶存CO2浓度(pCO2)及水-气界面CO2通量(FCO2)日变化规律, 于冬季(1周)和夏季(3个昼间)对汤逊湖的两个样点(TXH1和TXH2)进行表层水样分析, 并用水质参数仪和风速仪现场测定环境气象因子(pH、DO、DO%、EC、水温、气温、风速), 在实验室测定碱度。用CO2SYS模型计算(水温、pH和碱度)水体pCO2, 薄边层模型计算湖泊水-气界面FCO2, 研究结果表明pCO2和FCO2在日尺度及季节尺度上有着显著性差异, 且两个取样点间有显著性差异。汤逊湖存在CO2"源/汇"功能转换, 整体上呈现"源"的特征。TXH1表层水pCO2均值为585.5±758.2 μatm, FCO2均值为3.52±20.58 mmol/(m2·d); TXH2表层水pCO2均值为799.3±579.4 μatm, FCO2均值为6.53±14.81 mmol/(m2·d)。冬季TXH2表层水pCO2均值(1032.1±183.5 μatm)高于TXH1(均值为348.2±119.8 μatm); 夏季TXH2表层水pCO2(均值为391.9±783.1 μatm)低于TXH1(均值为1000.7±1143.8 μatm); 冬季TXH2的FCO2平均值(13.94±3.91 mmol/(m2·d))高于TXH1的平均值(-1.36±2.80 mmol/(m2·d), 夏季TXH2的FCO2平均值(-6.43±17.77 mmol/(m2·d))低于TXH1的平均值(12.06±32.49 mmol/(m2·d))。pCO2和FCO2受环境因子EC、DO、水温、气温的影响, 并通过逐步回归分析得到DO和水温是影响FCO2的主要环境因子。通过pCO2和FCO2各时间点均值和总均值比较, 发现11:30~12:00时取样能较好地代表冬季8:00~15:30时之间的水-气界面碳释放, 8:00~9:00时取样能较好地代表夏季7:00~18:30时之间的水-气界面碳释放。     

变化中的地球所面临的挑战:全球变化的科学理解(英文)

简要介绍了变化中的地球所面临的挑战 ,并在描述地球系统科学近年来所取得成就的基础上给出了全球变化的科学理解。同时也简要介绍了世界正在面临的主要环境问题 ;描述了气候系统研究所达成的共识、面临的挑战及所取得的研究进展 ;并从大气、海洋和陆地间的CO2 交换、转换、不确定性等方面阐述了碳循环 ;然后 ,简单描述了全球水循环研究进展 ;最后 ,展望了在变化的地球中生存所要面临的挑战与机遇。     

英国“与环境变化共存”(LWEC)计划介绍

"与环境变化共存"(Living With Environmental change,LWEC)计划是一项为期10年(2008-2017年)、投入达10亿英镑的计划.来自英国的20家机构参与此计划,开展政策型综合研究,帮助社会应对全球不断变化的气候和环境所带来的挑战.LWEC计划于2008年6月18日在伦敦威斯敏斯特正式启动.     

“全球环境变化与食物系统 (GECAFS)”科学框架与实施战略(英文)

文章从以下 6个方面概要介绍了IGBP、IHDP与WCRP的一项新的联合计划———“全球环境变化与食物系统 (GECAFS)”的科学框架与实施战略 :(1)背景 ;(2 )GECAFS的概念框架 ;(3)GECAFS的科学主题 ;(4 )GECAFS的研究类型与“示范性项目” ;(5 )科学新领域 ;(6 )GECAFS计划与其它组织的资助关系及战略伙伴关系。     

黑河下游天然胡杨树干液流特征的试验研究

应用热扩散原理,采用ICT2000TE 研究了黑河下游25 a生天然胡杨(Populus euphratica)的树干液流特点及其与环境因子的关系.结果表明:1) 在整个生长季的晴天,胡杨树干液流的日变化呈现明显的单峰宽峰曲线.液流速率在6、7、8、9和10月分别为13.39、12.07、12.69和5.1 L·d-1;2) 胡杨在夜间有微弱上升液流,可能存在根压;3) 在生长季树干液流速率与环境因子逐步回归分析结果表明,树干液流受环境因子的综合影响,影响大小依次是空气温度、土壤含水量、相对湿度、总辐射、土壤温度和风速.     

风对极端干旱区胡杨蒸腾速率的影响

以2014年4-11月的胡杨蒸腾速率和风速的实测数据, 分析了风对极端干旱区胡杨蒸腾速率的影响. 结果表明: 不同风速对胡杨蒸腾速率的影响存在差异, 风速的瞬时变动并不一定都会促进蒸腾速率的升高. 0~2 m·s^-1风速作用对胡杨蒸腾速率的影响不大; 2~8 m·s^-1风速作用下, 胡杨蒸腾速率显著升高, 且随着风速的增大, 蒸腾速率上升幅度增加. 其中, 2~4 m·s^-1风速作用下, 其变化幅度较0~2 m·s^-1时增加了4.51%; 4~6 m·s^-1风速作用下, 其变化幅度较2~4 m·s^-1时增加了7.03%; 6~8 m·s^-1风速作用下, 其变化幅度较4~6 m·s^-1时增加了16.19%. 当风速大于8 m·s^-1时, 胡杨蒸腾速率不再上升而呈下降趋势, 且随着风速的增加, 蒸腾速率降低的幅度也越大, 其中, 8~10 m·s^-1风速作用下, 蒸腾速率下降了8.08%; 大于10 m·s^-1的风速作用下, 胡杨蒸腾速率的下降幅度高达32.91%. 胡杨蒸腾速率和风速的错位相关分析表明, 风速对胡杨蒸腾速率的影响多为实时性的, 在极少数的大风天气影响下, 蒸腾速率恢复的时间较慢, 形成了个别日期的滞后效应. 风速和胡杨蒸腾速率的指数拟合关系最显著, 且2~8 m·s^-1风速下, 蒸腾速率随着风速呈指数增加趋势; 8 m·s^-1以上风速作用下, 蒸腾速率随着风速的增加呈指数减少趋势. 在0~2 m·s^-1风速作用下, 蒸腾速率变化不大.     

胡杨树干液流日变化及其与气象因素的相关关系

选取塔里木河中游胡杨林自然保护区内不同长势和直径的六棵胡杨（Populus euphratica Oliv.）样木,利用热比率树干液流仪（SFM1）进行树干液流测定,并分析其日变化规律;同步监测各样地的气象因子,建立气象因子与树干液流速率日变化之间的逐步回归方程（Stepwise Regression Equation）,分析气象因子对胡杨树干液流的影响。研究结果如下：（1）不同长势和直径的胡杨树干液流速率差异很大,但其整个日变化过程类似,均有明显的昼夜变化规律。旺盛胡杨树干液流日变化特征呈单峰曲线,而衰弱胡杨呈双峰曲线。（2）大直径胡杨树干液流速率和日累计液流量大于小直径胡杨;长势旺盛的胡杨树干液流速率和日累计液流量均大于衰弱胡杨。各胡杨样木日累计液流量的大小排序为：旺盛大直径胡杨 > 旺盛中直径胡杨 > 衰弱大直径胡杨 > 旺盛小直径胡杨 > 衰弱中直径胡杨 > 衰弱小直径胡杨。（3）虽然胡杨各样树在长势和直径结构上有差异,但其树干液流速率日变化与气象因子的关系大致相同,均与太阳辐射、气温、风速和土壤温度呈显著正相关（P<0.05）,而与空气湿度呈显著负相关。（4）在诸多气象因子中,气温、太阳辐射和空气湿度是影响树干液流速率的主要因子。     

额济纳233年来胡杨树轮年表的建立 及其所记录的气象、水文变化*

通过胡杨树轮宽度的分析,建立了内蒙古额济纳地区过去233年来的STD,RES和ARS年表;并将树轮STD年表与采样点附近额济纳气象站的气温、降雨量以及狼心山水文站的地下水水位等记录进行了相关分析。结果表明,在额济纳地区显著影响该地胡杨生长的主要限制因子是地下水水位。胡杨树轮宽度年表与冬季及全年地下水水位相关性最高,分别为-0.808(p＜0.01)和-0.724(p＜0.05)。在此基础上,设计转换方程,重建了额济纳地区过去232年来冬季及全年地下水水位变化历史,冬季地下水水位重建方程的解释方差达76.3 % (调整自由度后为70.4 ％ ,n=11,r=0.874,F=12.881,p＜0.003),全年地下水水位重建方程的解释方差为72.8 ％ (调整自由度后为66.1 ％ ,n=11, r=0.854,F=10.731,p＜0.005)。     

不同立地条件下胡杨叶片稳定碳同位素组成及水分利用效率的变化

研究了黑河流域下游额济纳荒漠河岸不同立地条件下胡杨(Populus euphratica Olivier)叶片稳定碳同位素组成及水分利用效率的变化特征. 结果表明: 5个典型样地中, 胡杨叶片δ¹³C值在(-25.80～±0.05)‰～(-29.19～±0.05)‰间变化, 均值为(-27.70～±0.13)‰; 就生长季胡杨叶片δ¹³C均值而言, 沙丘样地具有最高的δ¹³C值, 其次为戈壁样地, 最低值出现在河岸低地. 样地间δ¹³C值的差异主要是由样地间土壤含水量和地下水埋深的不同导致的; 整个生长季胡杨叶片δ¹³C值在样地间表现为2种变化趋势. 5个典型样地生长季胡杨水分利用效率在(60.41±0.47)～(95.46±0.47) μmolCO₂·(mmolH₂O)^-1间波动变化, 其平均值为(75.69±1.37) μmolCO₂·(mmol H₂O)^-1, 从水分利用效率波动范围和平均值可以看出, 胡杨是个具有高水分利用效率的物种. 从河岸低地到河岸沙堆再到戈壁、沙丘, 随着土壤含水量逐渐下降, 地下水埋深逐渐加深, 胡杨逐渐提高了其水分利用效率.     

塔里木河下游胡杨林耗水数值模型

基于SHAW（Simultaneous Heat and Water）模型,以基本观测要素、植被参数和土壤剖面水热观测数据为模型的输入,对河岸胡杨林的耗水过程、土壤剖面水分变化和能通量进行了较小时间尺度上的模拟研究。结果表明,采用SHAW模型模拟的胡杨耗水量与观测值间存在较大偏差。因此,为了进一步提升水热耦合SHAW模型在干旱区的实用性,引入了地下水位因子GSI（Groundwater-Soil water Interaction）,建立了改进的SHAW（GSI-SHAW）模型,解决干旱区荒漠河岸林耗水过程模拟的方法问题。采用SHAW模型和GSI-SHAW模型对胡杨耗水量的模拟进行了对比研究。结果显示,SHAW模型和GSI-SHAW模型模拟的胡杨耗水量与观测值的相关性系数分别为0.8533、0.9075,其平均相对误差分别为21.4%、16.9%,可见,改进的SHAW模型的模拟值更加接近试验观测值。地下水位的考虑一定程度上提升了传统SHAW模型的模拟精度,为干旱区自然植被耗水量的计算提供了新的方法和科学依据。     

额济纳旗胡杨根区水分运动参数的确定--利用Richard方程和气象资料推算

利用Richard方程和气象资料相结合的办法,确定了中国典型的干旱内陆河流──黑河下游额济纳旗地区主要成林的干旱荒漠天然乔木树种──胡杨林地的水分运动参数,主要有导水系数K、比水容量C和水分扩散率D。     

胡杨根系分布特征与根系吸水模型建立

依据2006年和2007年6~7月在极端干旱区额济纳的实测资料,利用分形和概率统计的方法对胡杨根系分布与根区土壤水分的关系进行了分析研究。引入土壤含水率期望(cm·g/g)的概念,建立了含水率期望值与根系分维值之间的函数关系,并求出了适宜胡杨生长的土壤含水率期望值的范围。同时建立了初版的根系吸水模型,并进行验证,得到较好的结果。     

菊花石生长几何模型

通过与ＤＬＡ模型类比,建立起一个菊花石生长几何模型,分析了菊花石生长过程中的“间距分叉”现象及花瓣间距Ｈ的演变规律及速率,并对比分析了菊花石实际形貌与生长模型形态的异同和原因。