中国西北干旱半干旱区近46 a秋季气候变暖分析

 利用中国西北干旱、半干旱区137个测站,近46 a年平均地面气温资料,采用线性趋势分析、EOF、REOF、Mann-Kendall、子波分析等方法,分析了西北区秋季气温对气候变暖的响应。结果表明：①中国西北干旱、半干旱区秋季气温增温明显,近46 a增温率0.36 ℃/10a. 从1971年开始气温呈增加趋势,1988年有一次显著突变,其后达到一个更显著的增暖时期。②秋季气温标准差在青海高原西部、新疆东部—北疆和内蒙古是一个高值区。③秋季区域平均气温单调增温而无明显转型期,全区性的前10个偏热年,80%出现在1990年以后,各分区的异常偏热年,90%也出现在1990年以后;气温异常变化存在5 a左右和22 a的周期,无论从年代际的变化来看,还是从20 a以上的气候变化层次来看,振幅向高温增大,气温趋势仍在居高不下的位置。④秋季气温存在演变的地域差异,新疆区和蒙陕甘宁青区东西变化相反。⑤根据REOF分析将该区秋季气温异常细分为蒙陕甘宁区、北疆区、南疆区和高原区。西部干旱、半干旱区秋季气温的转折大致在20世纪60年代末期至70年代初期,由下降转为上升;各区秋季气温在1987—1988年发生一次突变。     

西北干旱、半干旱区区域可持续发展综合评价模型研究

以西北干旱、半干旱区为研究背景,针对区域可持续发展评价问题,运用Fuzzy数学方法,建立了二级层次结构的综合评价模型。其中,一级评价模型建立在各评价因素子集上,它着眼于各评价因素子集中每一个具体的评价因素,建立隶属度矩阵以及最理想与最不理想单元,计算各区域可持续发展的隶属度。二级评价模型建立在整个评价因素集合上,它着眼于各评价因素子集,在一级评价模型评价计算的基础上,建立综合评价模型,计算各区域可持续发展的隶属度。应用该模型对三西地区某11个区域进行评价,计算出了每一个区域可持续发展的隶属度。     

西北干旱半干旱区湿地特征与保护

西北干旱半干旱区湿地包括自然湿地和人工湿地两大类型。在干旱半干旱环境背景控制下发育的湿地具有独特的特点。由于自然与人为因素影响相互叠加,使得湿地退化过程加速和复杂化,表现为湿地面积减小,湿地咸化、沙漠化、盐碱化,湿地生态系统受损,生态调节功能降低。针对目前湿地退化现状,加强我国干旱半干旱地区湿地的保护、恢复及生态系统重建,已成当务之急。     

中国西北干旱半干旱区年平均气温的时空变化规律分析

利用中国西北干旱区138个测站,近46年历年平均地面月气温资料,采用线性趋势分析、多项式拟合、EOF、REOF、Mann-Kendall、子波分析等方法,分析了干旱区年平均气温对气候变暖的响应.结果表明:(1)中国西北干旱半干旱区年平均气温近46年增温率为0.34℃/10 a.新疆西部、青海高原东部的部分地方受大地形背风坡影响有不显著的上升趋势,其余大部分区域增温显著,同步响应全球变暖.(2)年平均气温标准差分布不均匀.除南疆和海东-陇南-带相对较小,该区其余大部分区域年平均气温的年际变化稳定性差.(3)蒙陕甘宁-塔里木盆地是该区气温变化最敏感的区域.年平均气温的演变在干旱半干旱区一致性程度较高.从20世纪70年代初期开始发生降温-升温转型,1986年有一次显著突变,其后气温达到一个更显著的增暖时期;全区性的前10个偏热年,全部出现在20世纪90年代及以后,各分区的异常偏热年,大多数也出现在1990年以后;气温异常变化存在5年和10年左右的周期,从15年以上的变化层次来看,气温趋势还在偏高的位置.(4)年平均气温存在演变的地域差异,蒙新区和陕甘宁青区南北变化相反.(5)根据REOF分析将该区年平均气温异常细分为北部区、高原区、南疆区和东部区4个分区.西部干旱半干旱区年平均气温的转折存在区域差异,高原和南疆区单调增暖,无明显转折,北部区的转暖时间比较低纬度的东部大致要早5年左右.受高原"启动区"影响,其它区的突变比高原要晚3～10年,其它区的年代际变化比高原要晚1～2年.     

干旱半干旱区土壤水分研究进展

土壤水分调控着陆表-大气相互作用过程,是土壤-植物-大气连续体水分和能量交换的重要影响因子,也是影响生态系统水文、生物和生物化学过程的关键因素,是陆地生态系统中不可或缺的组成部分.本文简要回顾和评述了土壤水分点、面尺度的监测、分析方法,系统阐述了干旱半干旱区土壤水分的国内外研究进展,并结合目前的研究进展,提出了未来干旱...     

干旱半干旱区城市生态效率时空演变及区域差异分析

研究西北干旱半干旱区城市生态效率,对其经济、资源、环境的协调统一以及生态文明建设的推进具有重要的现实意义。以西北干旱半干旱区38个城市为研究对象,运用三阶段DEA方法客观地测度了各城市2005—2016年生态效率,同时运用ESDA方法全面分析了生态效率的区域差异。结果显示:干旱半干旱区城市生态效率普遍较低,并呈现正向全局空间自相关关系;热点区域主要以乌鲁木齐、克拉玛依等为中心,冷点区域主要以平凉、固原等为中心,热点区域数量呈现先增后减再增的N形变动趋势,冷点区域数量则呈现先减后增再减的倒N形变动趋势。     

中国干旱、半干旱区近千年来沙漠化对气候变化的响应

过去近千年来中国北方干旱、半干旱区沙漠化对气候变化有明显的响应,但响应的时间和幅度均存在区域差异。在中世纪温暖期,西部沙区温暖干旱,沙漠化表现为正过程;青藏高原地区沙漠化对气候变化的响应则不统一;中东部沙区为暖湿气候,发生逆过程。在小冰期,西部沙区寒冷且相对湿润,沙漠化发生逆转;青藏高原区沙漠化的响应并不明显;中东部沙区气候寒冷干燥,沙漠化加速。在20世纪暖期,西部沙区和青藏高原区总体上气候呈现暖干化特征,沙漠化发展;而中东部沙区沙漠化则在逆转,但在末期沙漠化有发展的趋势。总体上,西部沙区在暖期沙漠化发生明显的正过程,冷期逆过程明显;东部沙区在暖期沙漠化发生逆转,冷期正过程加速;青藏高原区沙漠化正逆过程主要表现为振荡形式。     

中国干旱、半干旱区末次冰期以来气候变化规律

以临夏塬堡末次冰期中晚期黄土剖面为基础,选用我国干旱、半干旱区末次冰期以来同期异相或同期同相的气候记录与研究剖面进行对比分析后表明：位于西风气流控制的新疆地区全新世气候总体表现为偏干偏冷,晚期较为温暖的特点．其气候波动的幅度和频率较低。而位于季风环流控制的其它地区．全新世气候变化反映了同样的变化规律,即早全新世的升温波动期、中全新世的温暖稳定期和晚全新世的变冷期,其气候波动的幅度和频率较快。而无论是西风气流控制的新疆地区,还是季风环流影响的其它我国干旱、半干旱区,末次冰期气候变化均表现为早晚期的干冷期和中期的温湿期,尽管其干冷和温湿的程度不尽相同。     

干旱半干旱区集雨绿化系统研究现状及其发展趋势

从集雨绿化系统的原理及其发展历史、设计技术参数出发,综述了国内外集雨绿化的经验和研究现状,通过兰州皋兰农业生态站的近几年的试验结果,详细讨论了集雨绿化系统的技术方法,改进集雨绿化系统各个组成部分的措施和开展集雨造林技术要点。同时,针对目前在干旱半干旱地区进行生态环境建设,建议采用微型集雨绿化系统,提高雨水利用效益,并指出今后需要开展的研究和在推广应用中需要解决的主要问题。     

近50年来西北半干旱区气候变化特征

选用西北半干旱区33个气象站1951-2004年温度、降水、相对湿度、风速、蒸发量等气象观测资料,分析主要气候要素变化规律,揭示了近50年来西北半干旱区气候变化的一些新特征.结果表明,西北半干旱区降水量近50年来年际变化趋势除个别地方外绝大多数地区呈下降趋势,降水量变化曲线线性拟合倾向率在-59.168～-1.143 mm/10 a之间,秋季降水量减少最多,春季次之,而夏季部分地区和冬季大部分地区降水量呈略增趋势.降水量存在3年、6～8年的周期振荡特征,3年周期振荡在1962-1966年为中心的局部时段内最强,之后逐渐减弱.6～8年振荡在1980-1985年为中心的局部时段内最强.气温距平呈上升趋势,气温距平变化曲线线性拟合倾向率在0.074～0.507 ℃/10 a之间,大部分地区呈先降后升型,转型时间为20世纪60年代后期至70年代前期.冬季气温增高最多,秋季、春季次之,夏季陕、甘、宁交界区及陇中地区气温增高而其余地区气温距平略呈下降趋势.相对湿度近50年来年呈波动变化.平均风速近50年来年际变化趋势除个别地方略增外,其余各地均呈下降趋势.蒸发量近50年来年际变化趋势除个别地方呈上升趋势外,其余各地蒸发量呈下降趋势.     

干旱半干旱区地下水引起的生态效应的研究现状与发展趋势

以地下水与生态环境之间关系为出发点,从地下水与人类活动相互影响的互馈机制研究、地下水引起的生态效应机理及评价指标与模型研究三方面对干旱半干旱区地下水引起的生态效应的研究现状进行了评述,以地下水状态为核心,从地下水生态学学科的建立、面向生态的区域地下水资源评价理论与方法及地下水状态调控机理研究三方面展望了其发展趋势。     

两种自动基流分割方法在干旱半干旱地区的对比研究

基流是河川径流的重要组成部分。在干旱半干旱地区,基流对于维持水源的稳定性及持续性、确定河流生态需水等方面具有重要作用。因此,基流分割结果的准确性至关重要。本文以黄河流域上游小流域为研究区,分别使用滑动最小值法和数字滤波法对典型年进行基流分割,然后用数字滤波法对1980-2014年日均径流进行基流分割,并分析基流的变化趋势。研究表明,数字滤波法在干旱半干旱地区具有较好的应用效果,滑动最小值法分割的基流结果偏小;在特定研究区的参数难以确定时,应结合两种方法的优点确定最佳的基流分割方案。研究区1980-2014年的平均基流指数为0.69,高于全国平均值0.26、西北诸河区的0.57及黄河区的0.43;趋势分析显示,研究区的年径流、基流、BFI的增长幅度分别为0.086 (m³/s)/10a、0.169 (m³/s)/10a、0.038/10a。MK趋势检验结果显示,年径流未通过10%的显著性检验,增长趋势不明显;基流和BFI分别通过了2.5%和1%的显著性检验,增长趋势显著。     

西北干旱区水资源问题研究思考

 气候变化与水资源问题是各国政府部门、学术界和社会公众普遍关注的焦点,也是西北干旱区实现跨越式发展的重要瓶颈之一。在分析前人研究成果基础之上,指出制约西北干旱区社会经济发展和生态安全的关键因素和气候变化对西北干旱区水资源的影响;进而分析西北干旱区气候变化与水资源研究中的热点和难点问题;最后基于西北干旱区水资源研究的重要性和迫切性提出目前亟待解决的研究任务与核心内容,主要包括3个方面：(1)气候变化对西北干旱区水资源形成、转化及未来趋势的影响;(2)气候变化对西北干旱区水循环过程的影响;(3)气候变化对西北干旱区水资源安全的影响。     

中国西北干旱区TRMM遥感降水探测能力初步评价

西北干旱区雨量站点稀少且分布不均,为水文过程研究带来一定困难。TRMM遥感降水数据覆盖范围广、时空分辨率高,是很有潜力的降水替代品,但其在西北干旱区应用的可靠性需要评价。对TRMM网格降水量与地面实测降水量在日尺度和月尺度上进行比较,通过FBI（frequency bias index）、POD（probability of detection）、FAR（false alarm ratio）、偏差和相关系数等指标分析TRMM对降水的探测能力。结果表明：TRMM对降水的探测能力因区域、海拔和冷暖季而异,月时间尺度上TRMM对降水事件的发生频率和降水量的估计比日时间尺度更为准确,但二者探测能力都非常有限;76个格点中,日降水的[FBI]值都远离最优值1,POD值和FAR值则分别在0.72以下和0.37以上,离最优值较远,相关系数几乎都在0.4以下,只有14个格点的偏差在±10%之间,其余格点最大偏差高达389%。最多有9个格点的月降水[FBI]值达最优,14个格点的POD值达最优,24个格点的FAR值达最优,67个格点的相关系数在0.4以上,14个格点的偏差在±10%之间,只有极少数格点的全部指标都在可接受范围之内,多数站点是某些指标达最优值,而某些指标在可接受范围之外。总体来讲,TRMM遥感降水数据在西北干旱区难以直接应用,需要进一步纠正处理。     

Three modes of climate change since the Last Glacial Maximum in arid and semi-arid regions of the Asian continent

The westerly winds and East Asian summer monsoon play a leading role in climate change of southwestern North America and eastern Asia since the Last Glacial Maximum(LGM),respectively.Their convergence in arid and semi-arid regions of the Asian continent(AAC) makes the regional climate change more complicated on the millennial-scale.There are still limitations in applying paleoclimate records and climate simulations of characteristic periods to investigate climate change patterns since the LGM in this region.In this study,we adopt two indexes indicating effective moisture and rely on a continuous simulation,a time slice simulation,and numerous paleoclimate records to comprehensively investigate the cli-mate change modes and their driving mechanisms since the LGM in AAC.Results demon-strate a millennial-scale climate differentiation phenomenon and three climate change modes possibly occurring in AAC since the LGM.The western AAC largely controlled by the westerly winds is featured as wet climates during the LGM but relatively dry climates during the mid-Holocene (MH),coinciding with the climate change mode in southwestern North America.Conversely,dry conditions during the LGM and relatively wet conditions during the MH are reflected in eastern AAC governed by the East Asian summer monsoon,which leans to the climate change mode in eastern Asia.If climate change in central AAC is forced by the in-teraction of two circulations,it expresses wet conditions in both the LGM and MH,tending to a combination of the southwestern North American and eastern Asian modes.Precipitation and evaporation exert different intensities in influencing three climate modes of different periods.Furthermore,we identify the significant driving effects of greenhouse gases and ice sheets on westerly-dominated zones of AAC,while orbit-driven insolation on monsoon-dominated zones of AAC.     

西部干旱区未来气候变化高分辨率预估

利用高分辨率区域气候模式WRF,基于CMIP5计划中MIROC5输出结果,进行了我国高分辨率(30 km)的历史模拟及未来预估。针对我国西部干旱区,在模式验证的基础上分析了该区域未来气温和降水的变化。历史模拟结果显示WRF对我国西部干旱区有较好的模拟能力,模拟结果较MIROC5有明显改进。21世纪西部干旱区将持续增暖,末期的增温幅度明显高于中期。和全国平均相比,西部干旱区21世纪增温幅度高于全国平均水平。空间分布上,年平均气温变化的主要特征是新疆南部增温高于新疆北部,山区的增温高于盆地。气温季节变化主要表现为夏季增温集中在山区,而冬季增温则更多集中在盆地。西部干旱区降水在21世纪总体呈现减少趋势,夏季降水减少更为明显,这和全国平均的降水增加并不一致。空间分布上,降水变化的主要特征是山区降水减少,其中夏季山区降水减少十分明显,而盆地降水则略有增加。     

西部干旱区省会城市生态经济位比较研究

从生态经济位理论出发,提出了城市生态经济位概念及度量方法,并根据生态经济位计算模型,从社会、经济和环境因子三个层面归结了30个指标,建立了定量评价指标体系,依此测算了2002年、2003年西部干旱区6个省会城市的生态经济位,得出2002年和2003年在西部干旱区省会城市中,乌鲁木齐的生态经济位最大,西宁的生态经济位最小的结论。文章最后分析、解释了西部干旱区6省会城市生态经济位动态变化及其原因。     

干旱半干旱区山地森林类型的土壤水文特征

处于中国西北干旱半干旱区的山地森林以独特的水文作用成为山前平原及川区绿洲生态经济系统稳定发展的基础。以无林地为对照,对典型山地森林祁连山水源涵养林区4种主要林分类型的土壤水文物理性状、土壤入渗特性及土壤贮水性能进行定位研究,结果表明:(1)不同林分类型的土壤容重、孔隙度和孔隙比等表征土壤水文物理性质的指标明显好于无林地,且0～20 cm土层好于20～40 cm。各指标林地间差异较大,其中青海云杉林和湿性灌丛林好于祁连圆柏林,干性灌丛林较差。(2)乘幂方程能较好的反映研究地区不同林分的土壤入渗过程,有林地入渗性能好于无林地,青海云杉林、湿性灌丛林、祁连圆柏林、干性灌丛林的平均渗透速率值分别是无林地(1.68 mm/min)的15.72,13.39,3.55,1.94倍。(3)有林地的土壤吸持、滞留贮水量、土壤涵蓄降水量、有效涵蓄量均表现为青海云杉林>湿性灌丛林>祁连圆柏林>干性灌丛林>无林地,且0～20 cm土壤贮水性能好于20～40 cm。说明在涵养水源和水分有效性方面,青海云杉林和湿性灌丛林优于祁连圆柏林和干性灌丛林。从涵蓄水分、涵养水源角度来考虑,可优先考虑青海云杉林和湿性灌丛林。     

西北干旱区内陆河年径流过程的非线性特征——塔里木盆地三源河的实证分析

以塔里木盆地三源河为例,基于1957-2002年的时间序列,运用小波分析方法从不同的时间尺度上分析了年径流过程的非线性变化趋势,并运用关联维数和R/S分析方法揭示了其分形与混沌特征.主要结论如下:(1) 西北干旱区内陆河年径流过程,是复杂的非线性系统,它们具有波动性以及分形和混沌特征.(2) 从大的时间尺度,即16(24)年的时间尺度上来看,阿克苏河、叶尔羌河的年径流量,在整体上基本呈上升趋势,而和田河在整体上却基本呈轻微的下降趋势.如果把时间尺度缩小到8 (23)或4 (22)年,则各河流的年径流量就不再是上升或下降趋势,而是呈明显的波动变化,而且4(22)年尺度上的波动比8(23)年尺度上的波动更加明显.(3)和田河、叶尔羌河与阿克苏河的关联维数分别为3.222 7、3.211 8与 3.209 2,均为非整数,是分形,这说明三源河的年径流过程具有混沌特征.由于每一个关联维数都大于3,这就意味着,要从动力学角度描述三源河的径流过程,至少需要4个独立变量.(4) 从1989-2002年期间的Hurst指数可以判断,在2002年以后的14年里,阿克苏河与叶尔羌河的年径流量基本上将呈增加趋势,而和田河基本上将呈轻微的减少趋势.     

模拟增温和改变降雨频率对干旱半干旱区土壤呼吸的影响

温度和降水是干旱半干旱区土壤呼吸的重要扰动因子,全球气候变化导致的未来干旱半干旱区增温和降水变率增大对土壤呼吸有着重要影响.研究通过人工设置P16×2.5mm、P8×5mm、P4×10mm、P2×20mm、P1×40mm的降雨频率梯度和增温2℃左右的控制试验,探讨不同降雨频率和增温处理对干旱半干旱区土壤呼吸的影响,以及...