青藏高原苔原自然带谱及复式三维地带模式

首次依空间结构将青藏高原划分为外围高山、外缘高山、高原面高山、高原面及高原盆地等五种地貌体;厘清了高原不存在纬度地带性的误判,并结合作者前期高原苔原的论证,创建了高原苔原带谱体系及其三维仿真地带模型,分别为顶锥型(外围离散高山及高原面高山)、带型(外缘带状高山)和平面型(高原面).既具有一般高山苔原(alpine tundra)垂直带谱,又呈现高原山原苔原所特有的"复式三维地带性模式",在全球具有唯一性.首次编制了表征北极苔原与高原苔原关系的北半球苔原带模式图,指出长白山为东北亚高山苔原南界的论点不能成立,青藏高原苔原才是中国及东北亚苔原的南界.目前高原是第三极称谓皆无顶极生物带苔原带景观为前提,仅是高度上的寓意,从地理概念上明确了其与南北极并列的世界第三极定位.     

长白山岳桦苔原过渡带动态与气候变化

应用样带网格调查方法 ,对长白山岳桦苔原过渡带上岳桦径级结构、分布格局以及过渡带的环境因子进行调查 ,并与最近几十年的极端低温进行了对比研究 ,用格局的差异和径级结构的动态变化来揭示全球变暖对岳桦苔原过渡带的影响。结果表明 :全球气候变暖对长白山岳桦苔原过渡带产生很大影响 ,气候变暖使得岳桦苔原过渡带中的岳桦分布主要以幼苗和幼树为主 ,其中岳桦的径级分布呈倒J字型 ,过渡带中岳桦种群格局呈聚集型分布。整个岳桦种群随着全球气候变暖有一种整体向上迁移的趋势 ,尤其以岳桦苔原过渡带最为明显 ,岳桦苔原过渡带变宽 ,岳桦向苔原侵入的程度加剧。     

长白山苔原带土壤温度与肥力随海拔的变化特征

土壤温度与土壤肥力的分解释放、植被生长密切相关。利用2015年8月至2017年6月长白山西坡苔原带5 cm土壤温度并测试其土壤肥力,分析了土壤温度与肥力随海拔的变化特征及土壤温度对苔原带肥力的影响。结果表明：（1）长白山西坡苔原带土壤最热月为8月,最冷月为1、2月。长白山西坡苔原带土壤年均温随海拔的升高而下降,垂直变化率为-0.44℃·（100m）^-1。月均温垂直变化率则有所差别,5-9月垂直变化率为正,其余月份垂直变化率为负。（2）海拔是土壤温度空间分异的主要影响因素,冷季土壤温度随海拔升高而显著降低。随着海拔升高,越稀疏的植被和越薄的土层使得土壤热容量越小,暖季土壤温度随海拔升高而显著升高。（3）长白山西坡苔原带土壤肥力,尤其是与植物生长关系密切的速效养分随海拔升高表现出先升高再降低,在植物多样性和丰富度及草本植物盖度最高的2 250 m处达到土壤肥力最高水平。低海拔（2 050~2 250 m）的土壤肥力水平明显高于高海拔（2 350~2 550 m）的土壤肥力水平。西坡苔原带土壤肥力的空间分异状况受草本植物入侵影响较大。（4）长白山西坡苔原带土壤肥力水平随土壤温度升高而升高,温度是土壤有机质分解和矿物质养分转化的限制性因素。建议山地苔原带生态系统生产和生态管理中要重点考虑草本植被入侵给土壤肥力带来的影响。     

青藏高原与三江并流区新构造期划分及环境演化

青藏高原隆升成为高亚洲的重要组成部分，是新生代环境演化的重要事件。青藏高原在新构造期上升阶段可划分为非高原-准平原时期和高原发育时期（包括低高原阶段、高高原阶段、世界屋脊阶段）。作为青藏高原东南部和东南缘的三江并流区，新构造时期上升阶段可划分为：地表夷平-准平原时期、高原雏形-岭／盆／谷形成时期、强烈抬升-高原形成期、高原裂解-纵向岭谷发育期等。各新构造期的构造运动的环境效应有所不同。经漫长的地质历史演进，形成独特的自然地理环境。     

青藏高原第四纪重点湖泊地层序列和湖相沉积若干特点

本项研究对青藏高原代表性第四纪湖泊沉积区作了大范围调查,北自柴达木昆特依湖和昆仑山口、南抵江布-林芝,西起甜水海、东至迪庆.据青藏高原地质构造、沉积建造和地貌特点,将高原第四纪地层区划分为6个地层分区:藏南湖盆分区(Ⅰ)、羌塘高原湖盆分区(Ⅱ)(羌南湖盆亚区(Ⅱ-1)和羌北湖盆亚区(Ⅱ-2))、三江高山河谷分区(Ⅲ)、昆仑高山分区(Ⅳ)、柴达木、青海湖盆分区(Ⅴ)和阿尔金-祁连山高山区(Ⅵ).并对上述Ⅰ-Ⅴ分区第四纪湖相地层层序作了较详细划分和对比.从而指出青藏高原第四纪湖相沉积具有如下特点:①除了柴达木-青海湖盆分区外,其余各分区的湖滨剖面湖相碎屑沉积相对较粗,而同青藏高原属于全球第四纪最新隆起区相一致;②在湖盆区的湖相沉积常叠加或伴生冲洪积、风积相和冰碛或冰水沉积以及部分泥石流沉积、化学沉积与热水沉积.它们既反映青藏高原在第四纪隆升进入冰冻圈后湖盆沉积环境时有冷期发生,又反映高原隆升背景下,洪水期诱发山崩和泥石流堵塞成湖,或由于洪水泛滥,导致高原边缘内流湖决溃、湖泊消失(如Ⅲ、Ⅳ分区),还反映高原湖泊成盐过程与深部作用、强烈的新构造运动密切相关;③除了柴达木-青海湖分区(Ⅴ)和羌塘高原湖盆分区部分大型湖盆自第四纪以来有连续湖相沉积外,其他分区第四纪湖相沉积多不连续;④由于全新世青藏高原口趋干旱,除了一些现代积水湖盆外,有相当多湖泊干化,而缺失顶部湖相沉积.综上所述,为了获取青藏高原第四纪沉积连续环境记录,需选择高原内部或周边为数较少的新生代连续沉积盆地.本文论证了柴达木盆地是一个较理想的研究高原晚新生代湖相沉积区,建议在柴达木盆地实施晚新生代资源环境科学钻探工程.     

青藏高原季节性冻土的时空分布特征

利用青藏高原72个气象台站的冬季逐日冻结深度资料, 采用动力学Q指数和小波分析方法, 研究了青藏高原季节性冻土的时空变化特征. 结果发现: 青藏高原季节性冻土各站点相互间的动力学Q指数在高原大部分地区都比较小, 仅在高原南部部分站点值较大, 表明在高原上总体来说季节性冻土的动力学结构是一致的. 各站季节性冻土1980年代前后的Q指数在高原主体也都比较小, 只是在高原东南部和柴达木盆地的部分地区Q指数较大, 表明在高原大部分地区季节性冻土变化的动力学结构特征没有发生突变. 青藏高原季节性冻土总体上呈现下降趋势, 在20世纪80年代中期有一次均值突变, 突变以前的冬季平均冻结深度在93 cm左右, 突变以后的冬季平均冻结深度下降了10 cm左右. 高原季节性冻土冬季平均深度有准4 a的周期变化.     

从能量输入角度讨论高原隆升的环境效应

青藏高原的形成是地壳演化历史上最令人瞩目的地质事件之一,在全球环境和生态系统中占有重要地位。目前,以全球气候变暖为突出标志的全球环境变化可能对生态系统及人类社会产生的影响,已引起了科学家、各国政府及社会的极大关注。全球气候变化问题已成为人们关注的焦点。通过对气温递减规律形成机理和青藏高原本身的环境特征分析表明,青藏高原隆升不能带来高原表面温度的降低。随着高原面整体的不断升高,高原表面逐渐形成以高日温差为特征的强烈波动环境。高原表面这一环境特征,有利于高原面将所吸收的太阳辐射快速释放回太空,而不参与地球气候系统循环,在输入的太阳光能总体保持不变的情况下,高原隆升将直接导致全球气候系统降温;而地球大气随海拔高程呈指数衰减的性质,使高原的降温作用在隆升初期就非常强烈。在此基础上对高原隆升的植被、冰川等环境特征及应用前景进行了初步探讨,为进一步揭示高原隆升与全球环境变化关系研究提供了思路和依据。     

三维成像揭示的青藏高原地壳流体层分布

应用三维地球物理成像技术可以揭示陆域地壳的流体分布。在青藏高原,高分辨率的地震波速度三维图像是揭示高原地壳流体层分布的主要方法。从取得的三维波速、密度和电阻率图象可见,低波速、低密度和低电阻率异常指示了地壳流体层的位置和范围。同时,高波速高密度异常也揭示上方发育的屏蔽盖层。据此,划分出高原地壳的多个流体发育层的分布范围。根据地壳高分辨率地震层析成像的结果还发现,青藏高原地壳流体发育层分布,与其下面的软流圈上涌有密切关联。     

近百年来青藏高原冰川的进退变化

近百年来, 青藏高原的冰川虽然出现过两次退缩速率减缓或相对稳定甚至小的前进阶段, 但总的过程仍然呈明显的波动退缩趋势. 随着全球气候的波动变暖, 特别是进入20世纪80年代以来的快速增温, 使高原冰川末端在近几十年间出现了快速退缩. 以高原东部和南部边缘山地的冰川变化幅度最大, 而高原中北部山区和羌塘地区的冰川变化幅度较小, 相对比较稳定. 显示出青藏高原冰川对气候变化响应的敏感性在边缘山区较中腹地区更为敏感.     

青藏高原草地土壤有机碳库及其全球意义

定量分析了青藏高原各类草地0～0.65m深度范围内有机碳储量,结果表明:青藏高原总面积为1.6027×10hm²的草地有机碳量达到335.1973×10⁸tC,其中以高原草甸土和高原草原土有机碳积累量为主,两者之和达到232.36×10⁸tC,占全国土壤有机碳量的23.44%,是全球土壤碳库的2.4%.在有机碳储量分析的基础上,按土壤碳释放的两种主要途径:土壤呼吸作用和土地利用方式变化与草地退化,对草地土壤碳排放进行了估算,揭示出青藏高原草地土壤通过呼吸每年排放的CO₂达到11.7×10⁸tC·a^-1,约占中国土壤呼吸总量的2.3%,明显高于全国乃至全球平均值;近30a来,青藏高原草地土壤由于土地利用变化和草地退化所释放的CO₂估计约有30.23×10⁸tC.保护青藏高原草地对于全球变化意义重大.定量分析了青藏高原各类草地0～0.65m深度范围内有机碳储量,结果表明:青藏高原总面积为1.6027×10hm²的草地有机碳量达到335.1973×10⁸tC,其中以高原草甸土和高原草原土有机碳积累量为主,两者之和达到232.36×10⁸tC,占全国土壤有机碳量的23.44%,是全球土壤碳库的2.4%.在有机碳储量分析的基础上,按土壤碳释放的两种主要途径:土壤呼吸作用和土地利用方式变化与草地退化,对草地土壤碳排放进行了估算,揭示出青藏高原草地土壤通过呼吸每年排放的CO₂达到11.7×10⁸tC·a^-1,约占中国土壤呼吸总量的2.3%,明显高于全国乃至全球平均值;近30a来,青藏高原草地土壤由于土地利用变化和草地退化所释放的CO₂估计约有30.23×10⁸tC.保护青藏高原草地对于全球变化意义重大.     

青藏铁路沿线多年冻土区地温场变化规律

青藏铁路通过约550km的多年冻土区,统计和分析青藏高原多年冻土分布区主要气象台站的资料可以看出,近30a来高原多年冻土区的气候变化总的趋势是向着气温升高的方向发展的,气温的变化对多年冻土热状态的扰动主要表现在地温场的变化上.30多年来高原气温升高0.45℃左右,并引起冻土地温平均升高了0.2～0.3℃.分析青藏铁路通过的多年冻土地区典型地段测温孔资料,发现多年来气候转暖已经使冻土上部(20m以上)地温明显升高,影响深度已经波及到了40m.     

基于GIPL2模型的青藏高原活动层土壤热状况模拟研究

青藏高原活动层土壤热状况,对深入了解高原活动层的厚度变化特征、下垫面的热力作用以及对气候变化预测均有重要意义。利用GIPL2模型模拟青藏高原多年冻土区不同植被状况下活动层土壤热状况。模拟结果表明：模型在高寒草原（QT06）试验点模拟效果较好,高寒沼泽草甸（QT03）试验点的模拟效果较差,高寒草甸（QT01）、高寒荒漠草原（QT05）和高寒草原化草甸（QT04）试验点的模拟效果介于高寒草原试验点和高寒沼泽草甸试验点之间。QT01、QT03、QT04、QT05和QT06的土壤温度模拟值与观测值相比,均方根误差分别为0.67、1.29、0.73、0.7和0.56℃;相关系数分别为0.99、0.87、0.98、0.98和0.96;平均误差分别为0.37、0.61、0.31、0.45和0.16℃。QT06模拟结果较好,原因在于此点土壤质地变化不大,模型的分层与所取的参数更加接近此点的实际状况。QT03模拟结果较差,可能由于此地区土壤中存在砾石,在导热率参数化方案中没有考虑砾石含量,导致模拟结果偏差较大。总体而言,GIPL2模型对青藏高原活动层土壤热状况的模拟具有一定的优势,是一种模拟多年冻土区活动层土壤热状况较为理想的模型。     

青藏高原多年冻土区典型高寒草地生物量对气候变化的响应

多年冻土区冻土生态系统对气候变化极其敏感,利用在长江黄河源区实测的高寒草甸和高寒草原植被生物量数据以及青藏高原降水、气温以及地温等的空间分布规律,建立了长江黄河源区高寒草甸与高寒草原等主要高寒生态系统地上与地下现存生物量对气候要素变化的多元回归模型.预测分析表明:如果未来10 a气温增加0.44℃·(10a)^-1,在降水量不变的情况下,高寒草甸和高寒草原地上生物量分别递减2.7%和2.4%,如果同时降水量小幅度增加8 mm·(10a)^-1,则地上生物量可基本保持现状水平略有减少;在气温增加2.2℃·(10a)^-1,在降水量不变的情况下,高寒草甸和高寒草原地上生物量年分别平均减少达6.8%和4.6%,如果同期降水量增加12 mm·(10a)^-1,高寒草甸地上生物量可基本维持现状水平略有增加,而高寒草原地上生物量则递增5.2%.高寒草原植被地上生物量对气候增暖的响应幅度显著小于高寒草甸,而对降水增加的响应程度大于高寒草甸.明确高寒草地植被生物量随气候变化的演变趋势,对于青藏高原生态环境保护和研究气候变化对青藏高原生态系统碳循环和河源区水循环的影响具有重要意义.     

青藏高原上新世以来植被与气候研究进展

由于青藏高原的特殊大气环流形势，夏半年受印度洋热带海洋季风──西南季风控制，向高原内部、尤其西北部，水份逐渐减弱；冬半年高原面受干冷西风环流影响，致使气候寒冷干燥。从而使高原植被由东南向西北发生递交。上新世早、中期在冈底斯山和念青唐古拉山以南地区发育常绿硬叶林，而北部则生长山地常绿针叶林，到更新世早期藏南以亚热带针阀混交林为主，北部出现灌丛和草原植被。自更新世晚期以来，青藏高原除东南部及喜马拉雅山以南的一部分地区保留部分亚热带针阔混交林外，大部分地区为高山草甸、灌丛草原或荒漠草原。      

青藏高原现代表土中冷杉和云杉花粉的空间分布

文章通过对青藏高原北纬25°～45°,东经75°～106°范围内海拔1000～5700m的地区所采集的598个表土样品的孢粉分析,研究了现代表土中冷杉和云杉花粉的分布与植被、气候和海拔之间的关系。表土样品中冷杉和云杉花粉高含量范围对应着青藏高原南部和东部山地暗针叶林分布区,花粉等值线图较准确地反映了冷杉和云杉的丰富程度及其与植被、环境的关系;冷杉和云杉花粉百分含量随海拔和气候梯度变化表现出单峰分布模式,冷杉和云杉花粉百分含量大于20%的最适宜海拔高度是2500～4000m,最高含量中心限制在海拔3200m左右、年均温2～3℃范围内;较高的花粉百分含量带出现在年均温0～8℃、年均降水量400～850mm的区域。结果显示了青藏高原现代冷杉和云杉花粉的空间分布与植被、气候、海拔的空间变化之间很好的相关性,为利用花粉资料进行青藏高原地区的古气候重建提供了有益的资料     

Spatial variability of soil moisture at typical alpine meadow and steppe sites in the Qinghai-Tibetan Plateau permafrost region

Permafrost degradation has the potential to significantly change soil moisture. The objective of this study was to assess the variability of soil moisture in a permafrost region using geostatistical techniques. The experiment was conducted in August 2008 in alpine steppe and meadow located in the Qinghai-Tibetan Plateau permafrost region. Four soil depths (0–10, 10–20, 20–30 and 30–40 cm) were analyzed using frequency domain reflectometry, and sampling made of 80 points in a 10 m × 10 m grid were sampled. Soil moisture was analyzed using classical statistics to appropriately describe central tendency and dispersion, and then using geostatistics to describe spatial variability. Classical statistical method indicated that soil moisture in the permafrost region had a normal distribution pattern. Mean surface soil moisture in alpine meadow was higher than that in alpine steppe. The semivariograms showed that soil moisture variability in alpine cold steppe was larger than that in alpine meadow, which decreased with depths. Nugget values in alpine steppe were low (0.1–4.5), in contrast to alpine cold meadow. Soil moisture in alpine steppe had highly structured spatial variability with more than 93.4% spatial heterogeneity, and the range decreased with depth. Soil moisture content in alpine cold meadow had a moderate spatial dependence with a range of 51.3–169.2 m, increasing with depth.     

青藏高原土壤碳排放研究进展

青藏高原土壤碳排放研究是评估国家区域碳排放量和预测气候变化所可能导致影响的关键. 首先对青藏高原土壤碳排放的关键性影响因子进行探讨, 并分析了土壤碳排放的时空分布格局变化. 目前青藏高原土壤碳排放研究主要是针对高寒草甸及高寒草地生态系统, 较少涉及高寒荒漠, 研究区域较为分散; 土壤碳排放受到气候环境因素、生物因素及人为因素等多重因素的影响, 其中温度、土壤湿度、土壤区系生物、人为因素及多年冻土退化是最关键的影响因素; 土壤碳排放具有明显的时空变异性, 空间变异性在生物群丛、景观、区域和生物群系四个尺度体现, 时间变异性在日、季、年上体现. 总体而言, 青藏高原土壤碳排放的研究较少, 尤其关于大尺度、长时间序列的研究以及土壤碳排放的机理等方面的研究十分缺乏, 有待于后续加强研究.     

多年冻土区高寒草甸根系分布与活动层温度变化特征的关系

多年冻土区植物根系的地下分布格局是其适应高寒、反复冻融作用等特殊环境条件的重要体现.针对目前青藏高原高寒植物根系研究不足的现状,对青藏铁路沿线高寒草甸植物群落根系的分布特征及多年冻土活动层地温变化等进行调查观测.研究高寒植物群落根系在活动层土壤中的垂直分布特征,重点探讨多年冻土活动层温度变化对于高寒植物根系分布和格局的影响,揭示植物根系对冻土环境变化的响应特征及其对逆境条件的适应策略.研究结果表明:活动层季节性冻融对于高寒植物和地下根系分布格局具有深刻的影响,多年冻土表层最先具备适宜根系生长的温度和水分条件,导致高寒草甸根系分布浅层化,生物量大量累积在土壤表层,并随深度增加而减少.高寒草甸地下平均总根量为3.38 kg·m^-2,0~10 cm土层根量密度平均为21.41 kg·m^-3,约占地下根系总量的63.4%.高寒草甸植物群落具极高的根茎比,活动层长期的低温环境增加了根系的干物质总量和高寒植物总的生物产量.活动层0℃以上积温是根系分布的主要影响因子.