西北干旱区冬、夏季大气边界层结构对比研究

利用2006年6月28日至7月17日和2007年1月1日至1月10日敦煌加强观测期的探空资料,对比分析了位于西北干旱区的敦煌荒漠冬、夏季大气边界层的结构特征和变化规律。分析认为,该地区冬、夏季大气边界层结构一致,但夏季边界层的厚度明显大于冬季。夏季,白天对流边界层顶最高超过3 500 m,夜间稳定边界层的最大高度平均达到900 m左右,而冬季,对流边界层和稳定边界层日最大高度分别较夏季低约2 350 m和500 m,这说明西北干旱区夏季晴天的确存在极端深厚的大气边界层,但这种超厚大气边界层现象在冬季并不出现。冬、夏季大气比湿和风速在边界层的分布特征符合一般规律,夏季比湿普遍大于冬季,且夏季大气比湿随高度变化幅度明显大于冬季。冬季从地表开始就出现逆湿现象,夏季逆湿则出现在60~100 m高度范围内。冬、夏季白天与夜间的风速均能呈现出Ekman螺线特征,且夏季地转风风速值与地转偏差均远高于冬季。     

半干旱荒漠化草原春季边界层特征的一次综合探测

利用“沙尘气溶胶辐射模型及气候环境生态效应研究”项目加强观测期在二连浩特气象站进行的温、风、湿探空观测资料及架设在朱日和气象站的气象激光雷达资料,采用综合评定法分析了内蒙古半干旱荒漠草原地区大气边界层的厚度、结构特征和变化规律,同时利用气象激光雷达回波资料及气溶胶消光系数在垂直高度上的分布特征,确定了朱日和地区边界层的高度及日变化特征。结果显示,用探空资料综合评定得到的二连浩特地区大气边界层总体厚度偏大,边界层最大厚度达到2 300 m,稳定边界层高度在300 m左右;1 000 m附近为风向的转变高度,其下全为偏东风,其上全为偏西风,边界层风速切变较大;午后到夜间,近地层有东风急流出现,急流最强可达12 m·s-1,急流高度在300 m;在600 m高度附近出现逆湿,低层逆湿现象夜间比白天显著。气象激光雷达资料显示,朱日和地区春季晴日混合层最大厚度可达2 400 m,出现在16:00左右。     

中国西北地区荒漠绿洲大气内边界层的数值模拟

本文用二维中尺度土壤－植被－大气连续体数值模拟了黑河地区绿洲和周围荒漠袒上垫面物理特征差异引起的内边界层结构。得到了绿洲上游荒漠至绿洲和从绿洲至其下游荒漠两重下垫在突变过程大气运动所产生的风速内边界层，温度内边界层和湿度内边界层的空间和时间特征及其这两种情况边界层的结构差异。     

新疆荒漠稀疏植被覆盖度信息遥感提取方法比较

植被覆盖度信息是荒漠生态环境表征的重要指标之一。荒漠区地表植被稀疏,在遥感光谱信息中表现较弱,通用的植被覆盖度遥感提取方法应用于干旱荒漠区存在一定的局限性,为了探寻一种满足大尺度荒漠地区的植被覆盖度信息的提取方法,必须对比和分析现有的遥感方法在干旱荒漠区的应用效果。以新疆荒漠区为例,利用MODIS遥感影像和野外植被覆盖度实测数据,对常用的6种遥感植被覆盖度提取方法（改进的三波段梯度差法、像元二分法、线型混合像元分解法、归一化植被指数法、增强型植被指数法和修正型土壤调整植被指数法）的结果进行精度验证和对比分析。结果表明：MODIS影像上较难提取纯荒漠植被像元,用农作物的像元值代替会降低像元二分法和线性混合像元分解模型的模拟精度;植被指数法对地面实测数据依赖性较大,模拟的精度差异很大,仅考虑红光和近红外的归一化植被指数法模拟精度最低,而综合考虑土壤和大气因素的增强型植被指数法的模拟结果精度最高;改进的三波段最大梯度差法虽然模拟精度稍次之（R²=0.74;RMSE=13.46）,但依据光谱的物理特性,能显著地反映南、北疆荒漠植被覆盖度的差异,是目前大尺度的荒漠区覆盖植被信息提取较为适宜的方法之一。     

基于改进型垂直干旱指数的塔里木河流域绿洲与荒漠区干旱时空变化对比

利用2001-2013年8天合成MODIS A1时间序列数据计算改进型垂直干旱指数（MPDI）,应用趋势性分析、重标极差（R/S）分析等方法研究了塔里木河流域绿洲与荒漠区干旱时空变化状况及其可能原因。结果表明：在过去13年,塔里木河流域绿洲与荒漠区总体呈湿润趋势,绿洲稳中转湿,湿润趋势较明显且幅度较大;而荒漠区相对稳定,湿润趋势相对较小。绿洲与荒漠大部分地区未来变化趋势与过去13年变化趋势呈现较高的一致性。塔里木河干流上游、中游部分地区、尉犁县部分灌区等区域出现持续性干旱迹象,应引起相关管理部门的重视。     

阿拉善高原荒漠植被组成分布特征及其环境解释 Ⅳ.土壤种子库特征研究

阿拉善荒漠土壤种子库种子密度主要受到水、热变化梯度的影响而呈现水平地带性分布规律。土壤种子库的分布主要集中在0～5cm的土层中,深层土壤很少有种子库的存在。阿拉善土壤种子库共统计到26种植物种子,分属9科22属,以禾本科最多;生活型以一年生草本植物种子的比例最高,达到51.36%。极端干旱环境条件下不存在有效的土壤种子库。土壤种子库多样性(Simpson指数)在东阿拉善草原化荒漠区为最高,在0.546～0.917之间;西阿拉善荒漠区次之为0.417～0.915;额济纳绿洲区为0.855,说明阿拉善荒漠区从东到西,土壤种子库物种多样性指数呈现下降的趋势。土壤种子库相似性研究表明,阿拉善荒漠不同区域的土壤种子库相似性差异较大,东阿拉善荒漠化草原植被区,相似性系数范围为0.17～0.67,西阿拉善典型荒漠区为0～0.75,额济纳戈壁荒漠区和东、西阿拉善土壤种子库的相似性系数范围是0～0.4。说明阿拉善荒漠区,由于生境和植被的异质性程度高,导致土壤种子库之间的差异性显著。阿拉善荒漠的土壤种子库和地上植被组成上差异显著,地上植被的优势种以旱生、中生灌木、半灌木为主,土壤种子库中以一年生、多年生草本为主,没有统计到灌木种子的存在,表明土壤种子库对于灌木层片更新和演替的贡献非常小。这些发现对了解干旱荒漠植被自然修复特点具有重要的潜在贡献。     

中国北方荒漠土地的分布与气候背景分析

针对危害自然与社会经济日益严重的荒漠化问题,利用遥感和地理信息系统方法,宏观调查了中国北方以沙漠沙地、戈壁和盐碱地为主的荒漠土地,建立了以沙漠为代表的荒漠土地数据库.荒漠土地呈现一定的空间分布规律.通过对直接影响荒漠土地发展的降水量和风力的气候背景的分析,发现荒漠土地分布地区少雨多风是其普遍特征,大部分荒漠土地处于干旱和极端干旱的降水条件下,同时中低风场对其有很大的影响.受降水量的分布影响,沙地呈现由东到西固定沙地和半固定沙地减少,而半流动沙地和流动沙地逐渐增多的分布,戈壁和盐碱地则更集中于西北内陆.     

荒漠区

荒漠和半荒漠区约占全球陆地的三分之一,这并不包括极地和副极地的寒漠。在热带,荒漠分别形成于北纬和南纬20°至30°之间,各大陆的西岸部分尤为显著。分布范围最广的是东半球荒漠带,它从西北非的摩洛哥开始,经过撒哈拉以及阿伯半岛到俾路支,最终进入印度西北部,消失于较湿润的地区。在中纬度内陆地区则为另一类干旱荒漠区,这主要是被山脉所环抱的内陆盆地。例如亚洲的戈壁和荒漠、北美的科罗拉多荒漠和“大盆地”。荒漠的共同特征是缺乏植被,裸露的地表受到剥蚀。缺水是荒漠的第二个特征,实际上     

荒漠灌木逆境适应性研究进展

荒漠区具有干旱、高温、强光复合逆境的特点,荒漠灌木为了适应其特定的生境条件,在长期的进化过程中形成了一系列抵御逆境的生理生态适应机制。从形态结构特性和水势、光合特性、气孔导度、蒸腾特性、渗透调节、抗氧化保护等生理生化特性方面,回顾了荒漠灌木对干旱、高温、强光的适应对策和机制,进而分析了在上述领域应重点研究的问题。     

荒漠下垫面陆面过程和大气边界层相互作用敏感性实验

建立了一个研究荒漠下垫面陆面物理过程与大气边界层相互作用的模式. 模拟了荒漠下垫面的土壤环境物理、地面热量通量、蒸发、蒸散及大气边界层结构特征.并对主要的环境物理参数进行了敏感性实验.结果表明,本模式能合理地模拟荒漠下垫面地表热量平衡、土壤体积含水量、地表植被蒸发散阻抗、地表水汽通量日变化和湍流交换系数、湍流动能、位温和比湿廓线等.该模式还可进一步应用于研究区域陆面物理过程与大气边界层相互作用机制,及与中尺度大气模式耦合用于区域环境生态和气候的研究.     

中国内陆河流域植被对气候变化的敏感性差异(英文)

Terrestrial ecosystem and climate system are closely related to each other. Faced with the unavoidable global climate change, it is important to investigate terrestrial ecosystem responding to climate change. In inland river basin of arid and semi-arid regions in China, sensitivity difference of vegetation responding to climate change from 1998 to 2007 was analyzed in this paper. (1) Differences in the global spatio-temporal distribution of vegetation and climate are obvious. The vegetation change shows a slight degradation in this whole region. Degradation is more obvious in densely vegetated areas. Temperature shows a gen-eral downward trend with a linear trend coefficient of -1.1467. Conversely, precipitation shows an increasing trend with a linear trend coefficient of 0.3896. (2) About the central tendency response, there are similar features in spatial distribution of both NDVI responding to precipitation (NDVI-P) and NDVI responding to AI (NDVI-AI), which are contrary to that of NDVI responding to air temperature (NDVI-T). Typical sensitivity region of NDVI-P and NDVI-AI mainly covers the northern temperate arid steppe and the northern temperate desert steppe. NDVI-T typical sensitivity region mainly covers the northern temperate desert steppe. (3) Regarding the fluctuation amplitude response, NDVI-T is dominated by the lower sensi-tivity, typical regions of the warm temperate shrubby, selui-shrubby, bare extreme dry desert, and northern temperate meadow steppe in the east and temperate semi-shrubby, dwarf ar-boreous desert in the north are high response. (4) Fluctuation amplitude responses between NDVI-P and NDVI-AI present a similar spatial distribution. The typical sensitivity region mainly covers the northern temperate desert steppe. There are various linear change trend re-sponses of NDVI-T, NDVI-P and NDVI-AI. As to the NDVI-T and NDVI-AI, which are influ-enced by the boundary effect of semi-arid and semi-humid climate zones, there is less cor-relation of their linear change tendency along the border. There is stronger correlation in other regions, especially in the NDVI-T in the northern temperate desert steppe and NDVI-AI in the warm temperate shrubby, selui-shrubby, bare, extreme and dry desert.     

古尔班通古特沙漠的辐射热量交换分析

位于新疆准噶尔盆地的古尔班通古特沙漠是我国第二大沙漠。根据古尔班通古特沙漠的自然条件,对不同下垫面区域的太阳短波辐射和大气长波辐射热量进行了测量。结果表明:在晴天状况下,流动沙丘和固定沙丘的热量交换差异主要是由地表状况、沙层性质和气温等因素决定的。流动沙丘区反射率与长波辐射大于固定沙丘区,并且日、季变化明显。长波最大辐射值出现在午后,近似于太阳总辐射,最小值出现在日出前;沙层热通量随着深度的增加而增大,而辐射热量传输则随其深度的增加而减小,无论是流动沙层还是固定沙层,其热通量的零界面深度却基本一致(9月份),均在30~35cm之间。根据上述结果,本文还讨论了沙漠区在热量交换过程中,辐射热量差异引起的沙漠小气候效应和沙漠对区域气候的反馈作用。     

新疆艾比湖湿地自然保护区不同土壤类型无机碳分布特征

土壤无机碳（SIC）是干旱区土壤碳库的重要组成部分,分析其特征和储量是开展干旱区荒漠生态系统碳循环研究的必要基础。基于新疆艾比湖湿地自然保护区土壤剖面的实测数据,分析了不同土壤类型SIC分布特征及其差异性,估算了研究区SIC储量,并探讨SIC含量与分布、储量特点以及与土壤有机碳（SOC）和理化因子间关系。结果表明：各类型平均SIC含量为53.06～79.90 g·kg–1;类型间SIC含量有显著差异（p<0.05）,50 cm以上各层SIC含量顺序为灰棕漠土>盐碱土>水成土>荒漠风沙土,50 cm以下则盐碱土和水成土逐渐占优势。SIC含量的垂直分布总体表现为低-高-低的特征（10 cm单位土壤深度）,除灰棕漠土外,SIC含量在剖面上的变化较均匀。研究区无机碳密度平均为9.37 kg·m-2,SIC库储量为234.50 Tg。SIC含量与SOC及含水量呈显著的正相关,并随土壤深度增加有增加趋势;与土壤容重和表层pH值负相关,相关性较弱。     

用拱棚法对极干旱区沙地水分来源的定性分析

在潜水埋深超过200 m的敦煌莫高窟极干旱沙漠区,用拱棚法和微型空气湿度监测仪对流沙水分的时空分布格局进行监测,并对水分的来源进行分析。拱棚膜面凝结水分的持续抽取表明,在典型干旱气候条件下,有源源不断的沙地水分蒸发,其中1.25 g·m-2·d-1的水分在膜面凝结。沙地水分的时空动态分布格局表明,存在水分向上运移的温湿度条件。由此判定,除降水之外地下潜水蒸发是沙地水分最基础的来源。实验表明,干沙层虽然对沙地水分蒸发具有极强的抑制作用,但在升温过程中仍存在水分蒸发;在降温过程不但可从下层流沙吸收大量的水分,而且可吸收大气水分。沙地的蒸发量大于来自大气的吸湿量,总有少量的水分流失。沙地水分潜水来源的确定,不但对沙漠化的治理提供了新思路,而且对莫高窟文物的保护具有十分重要的意义。     

中国温带荒漠植物蒸腾过程模拟的若干问题分析

荒漠植被蒸腾过程是研究干旱区生态水文过程的关键一环。当前对植物蒸腾过程模拟的发展方向是光合-气孔导度-蒸腾过程耦合模型,将植物叶片的水碳交换过程通过气孔导度模型耦合起来,从而反映植物生理生态对植物蒸腾的影响特征,也揭示水分胁迫是如何影响植物生长过程的。中国干旱区水分环境是特殊的,温带荒漠植物的生理生态对干旱环境下水分条件的响应过程也是独特的,这决定了荒漠植物蒸腾过程特征的独特性,也使得当前先进的水碳耦合蒸腾模拟方法针对中国荒漠植物需要进行有针对性的修改。这些修改的关键包括对干旱区荒漠植物SPAC水分运动过程、植物水分胁迫的生理生态响应规律和荒漠植物气孔导度变化规律等的理解和模拟。相关的国内研究近些年已经有了一些开展,部分领域也得出了许多有意义和可以借鉴的结论。但是围绕蒸腾模型建立所必需的一些水碳交换过程规律的深入认识和模拟等方面,目前的研究没有比较好的支撑,还需要进一步深入研究。     

4种荒漠植物的抗氧化系统和渗透调节的季节变化

研究了塔克拉玛干沙漠南缘4种荒漠植物的水势、渗透调节物质和抗氧化系统的季节变化。结果表明,4种荒漠植物的清晨水势和午后水势的最低值出现在7月,最高值出现在6月,说明在此区域,6月植物的水分状况相对较好,7月植物的水分状况最差。骆驼刺的MDA含量和活性氧（O-2和H2O2）积累随着季节变化均呈上升趋势,表明骆驼刺的膜脂过氧化和膜伤害随季节推进逐渐加剧;柽柳、花花柴和沙拐枣的MDA含量和活性氧积累最高峰值分别出现在7月、7月和8月,说明在水分亏缺最严重的7月和8月,植物面临的膜脂过氧化程度亦最高。4种植物的渗透调节物质积累和抗氧化酶活性的变化,与膜脂过氧化几乎同步。其中,柽柳是以脯氨酸和可溶性糖两者的积累来调节细胞质渗透势以适应极端环境,脯氨酸的积累是沙拐枣应对水分胁迫的主要物质之一,骆驼刺是以可溶性糖的积累来应对水分亏缺,花花柴这两者含量都不高,分析可能是以无机离子作为渗透调节物质。4个月SOD、POD和CAT活性的均值排序均为柽柳>沙拐枣>骆驼刺>花花柴,说明在整个生长季中,柽柳的活性氧积累最为严重,其保护酶SOD、POD和CAT对活性氧的清除均起到关键作用。     

乌兰布和沙漠灌溉农田深层渗漏特征与水量平衡

中国干旱区分布着大面积的灌溉农田,改造沙漠(包括戈壁)为灌溉农田仍为治沙的重要途径,深层渗漏是地表水温过程及优化灌溉制度的重要参数。针对乌兰布和沙漠熟化的灌溉农田,保留50 cm的耕作层熟化土壤,分别客换50~150 cm砂土、壤土和黏土,配置成为3种土壤类型样地,实时监测了当地农民对农田的实际灌溉量与灌水量、土壤含水率及深层渗漏量。结果表明:(1)2017年4月17日的单次灌水量118.64 mm后,砂土、壤土、黏土样地150 cm深层出现渗漏的时间分别为灌溉后的13、72、257 h。(2)单次灌水量118.64 mm的15 d后,砂土、壤土、黏土样地150 cm深层渗漏量分别为110.87、12.2、0.8 mm。(3)2017年生长季内(4月1日至10月30日)5次灌溉水总量为641.53 mm时,渗漏水总量为砂土449.60 mm、壤土270.60 mm;土壤的蓄水量变化为砂土-48.79 mm、壤土-35.32 mm。(4)砂土、壤土和黏土的渗漏水量差异是影响灌溉水量和频率的重要因素。     

新疆沙尘暴源区的气候与荒漠环境变化

根据新疆地区50年来的气候变化以及人类活动的影响,阐述了新疆沙尘暴源区气候与荒漠环境变化。结果表明,新疆地区的气候由暖干向暖湿发展。自20世纪70年代中期以来,暖湿过程非常明显,特别是新疆南疆与北疆的气候变化特点和高山与盆地的气候变化差异以及湖泊水域面积的变化,都明显地反映了干旱区域气候变化的敏感性,并且也反映了新疆区域气候与中国中、东部气候变化的差异性。由于气候的波动变化和人类活动的干扰,使荒漠环境也在不同区域受到不同程度影响,尤其是干旱地区的降水、大气湿润程度和下垫面状况都直接影响着沙尘暴的发生和发展。20世纪80年代后期以来,温度的突变是造成环境恶化、灾害增多的主要原因之一,同时也反映出干旱内陆区是气候变化过程中的敏感反应区。