1957-2007年东北地区负积温时空演变

作为冬季寒冷程度的指标之一,负积温的变动在理论上可能与冻土发育程度有一定的关系。选用EOF分解、连续小波变换等方法对东北地区81个气象站点1957-2007年的负积温进行分析,以探究其变化的时间序列及空间分异规律,及其与冻土退化、平均温变化间的关系。结果表明,东北地区负积温呈全区一致性上升趋势,且增温率由西南向东北递增。全区经历明显的降温-增温-降温阶段,大兴安岭地区、小兴安岭北部及以北地区高温期短、振幅较大,年际变差更明显。除黑龙江北部、内蒙古东部以外,全区负积温最低、最高及突变年份一致,表现出全球气候变化下负积温变动的区域同步性。负积温增温与冻土退化及年平均温度的上升具有较良好的一致性。     

1961—2005年河西走廊东部极端气温事件变化

利用1961—2005年河西走廊东部五站的逐日气温资料,通过百分位法定义了不同台站的逐日极端高、低温阈值,研究了河西走廊东部近45a来极端气温事件变化的空间分布以及时间变化特征.结果表明:在空间分布上,河西走廊东部极端最高气温总阈值民勤出现了暖中心,乌鞘岭出现了冷中心;极端最低气温总阈值暖中心出现在武威,冷中心出现在乌鞘岭;极端最高、低气温空间分布与其对应阈值的空间分布类似;河西走廊东部极端低温频数南北部都呈现减少趋势,而极端高温频数在南部古浪和北部靠近沙漠区的民勤呈现减少趋势,其它地区为增加趋势.时间变化上,河西走廊东部极端最高、低气温总体都呈增温趋势,增温幅度极端最低气温比极端最高气温明显;极端最高气温频数总体呈略增加趋势,极端最低气温频数呈明显的减少趋势;极端最高、低气温和极端最高、低气温频数都是6～7a和9～10a周期反映明显;极端最高、低气温增温以及极端高温频数增加和极端低温频数减少都发生了突变现象.     

1961—2005年河西走廊东部极端降水事件变化研究

利用1961—2005年河西走廊东部5个气象站的逐日降水资料,研究了河西走廊东部近45 a极端降水事件变化的空间分布以及时间变化特征.结果表明:在空间分布上,年极端降水分布与地理位置、海拔密切相关,也与影响本地的天气系统有关.河西走廊东部极端降水总量、降水频数呈南-北走向,最大值出现在乌鞘岭,最小值出现在民勤;极端降水强度也呈南-北走向,但最强中心在古浪,最小在民勤.近45 a来极端降水总量和强度呈增加趋势,总量增加最大的是乌鞘岭,武威最小;强度增加最明显的是武威,最不明显的是古浪;年极端降水频数在古浪和民勤呈减少趋势,其它地区为增加趋势,降水频数增加最明显的也是乌鞘岭,降水频数减少最明显的是民勤.全球大幅度变暖水循环加快使得河西走廊东部年极端降水指数都呈增加趋势,其中年极端降水总量、年极端降水强度、年极端降水频数都是90年代增加最明显;极端降水指数在6~7 a和9~10 a周期上反映明显,在60年代年极端降水指数都发生了突变.     

1961-2010年新疆季节性最大冻土深度对冬季负积温的响应

基于新疆96个气象站1961-2010年的逐日平均气温和冻土深度资料,使用线性趋势分析、Mann-Kendall检测以及基于ArcGIS的混合插值法,对新疆冬季负积温和季节性最大冻土深度的时空变化及其相互关系进行了分析. 结果表明：50 a来,新疆冬季负积温绝对值总体以51.5 ℃·d·(10a)^-1的倾向率减少,并于1985年发生了突变. 受其影响,最大冻土深度以-3.5 cm·(10a)^-1的倾向率减小,也于1988年发生了突变. 就全疆平均而言,1961-2010年,负积温每减少100 ℃·d,最大冻土深度将减小4.6 cm.但这种影响区域性差异显著,最大冻土深度减小量呈现"南疆小,北疆和天山山区大"的格局.南疆大部最大冻土深度对负积温变化的响应相对较敏感,一般为-3.0~-12.7 cm·(100℃·d)^-1;北疆和天山山区响应的敏感性较小,多为0.0~-4.9 cm·(100℃·d)^-1,其成因很可能是北疆和天山山区冬季积雪较南疆厚,较厚的积雪所具有的低导热性和较大的容积热容减小了气候变暖对冻土热状况的影响.负积温减少、最大冻土深度变浅将改变土壤的水热物理性状,加剧土壤干化、草场退化以及土地的荒漠化,对新疆脆弱的生态环境产生更加不利的影响.因此,应根据最大冻土深度对负积温变化响应的实际,采取趋利避害的技术措施积极应对.     

区域积温插值的GIS方法

阐述了积温期分解对区域积温插值GIS方法的改进.运用该方法对台站各旬日均温纪录进行分解,得到>0℃期间的积温期长度与对应的气温下降累计值,发现它们之间呈现很好的线性关系,而积温值与积温期之间用指数回归拟合曲线代表更切合.在气温垂直递减率的基础上,用上述直线关系为参数,构建基于GIS(ARC/INFO地理信息系统)GRID模块的插值方法,依据高分辨率的DEM与台站海拔高度TIN之间的高度差进行高度订正以生成多山区域的积温数据库.与改进前的GIS插值相比,该方法可使甘肃省区域内积温插值的相对精度提高近3倍.这种方法可以在甘肃省退耕还林还草等生态建设信息化管理中得到应用.     

黄土高原的演变

根据黄土高原古地理演变，黄土地层年代学和侵蚀期与堆积期的资料分析，我们得出黄土高原出现之前为红土高原，２５０万来的黄土高原可分三个阶段，第一阶段出现在２５０～１４０万年之间，为高原物质内部侵蚀循环期，第二阶段出现在１４０～０．０４万年之间，为高原物质侵蚀外流期，第三阶段出现在４千年以来，为高原植物加速侵蚀外流期，此外，本文还讨论了黄土高原未来发展趋势。     

黄土高原地区水土保持生态环境用水量估算研究

立足于黄土高原地区社会经济可持续发展,以实现生态环境良性发展为目标,探讨了水土保持生态环境用水量的内涵,提出了黄土高原地区水土保持生态环境用水量计算框架,以黄山高原地区泾河流域为例,估算其1970-1996年水土保持年生态环境用水量为6.368亿m3.研究成果丰富了生态环境用水量的理论研究,可为黄土高原地区生态环境建设和水资源合理利用提供科学的决策依据.     

黄土高原地区古气候定量化研究方法评述

定量化重建黄土高原地区古气候,是黄土研究的新方向和大趋势。本文主要从土壤磁化率、植物孢粉、植物硅酸体和稳定同位素等替代性指标方面回顾了国内外对黄土高原地区古气候定量化研究的现状,并对研究中存在的问题进行了讨论。相关的研究结果表明,黄土高原地区的古气候定量化研究取得了积极的成果,但还仍处在初步阶段。由于指标本身存在局限性或指标与气候要素之间机理尚不十分清楚,所获得的定量化结果并不能令人十分满意。提出今后定量化重建古气候研究的重点是要进一步加强对黄土高原现代生态过程的研究,清楚地认识各指标与气候要素之间的机理和联系,建立可信的相关函数。希望对这方面的研究有所裨益。     

黄土高原全新世黄土-古土壤演替及气候演变的再研讨

文章从黄土-古土壤的演替规律、黄土再沉积与古土壤埋藏后的次生成壤特殊性,揭示了第四纪生物气候演变的实质。对黄土高原具代表性的现代耕种土壤壤土和黑垆土的研究,揭示了土壤剖面内伏形成环境较现代暖湿的古土壤层;对于土壤剖面上部的覆盖层,证实不仅是人为施加土粪的堆积物,且包含新的黄土沉积物;从土壤发生学观点,埃土与黑垆土称之耕种埋藏型古土壤较合适;通过分辨古土壤剖面层内干旱草原和暖湿型森林植被孢粉共存的矛盾实质,证实黄土高原全新世曾存在茂密的森林和森林草原植被及森林型土壤的发育,并延续到人类历史时期。在第四纪研究中,通常把黑垆土作为全新世代表地层,以S0表示,我们的研究补充提出,根据黄土高原生物气候地带性的分异规律,自南而北,S0应以埃土与黑垆土分别表示,并应在S0层上部划分出Lx,说明气候冷干化的趋向及新一轮黄土沉积期已悄然来临。以上问题的再研讨,对第四纪生态环境演变和当前黄土高原生态环境建设的战略部署,具有重要的理论和实际意义。     

1956—2016年中国年降水量及其年内分配演变特征

为分析中国降水时空演变格局,本文在月尺度上对水利部门与国家基本气象站的降水量监测数据进行融合,针对融合后的4 177个站点,使用趋势分析、突变检验和年内分配向量法等方法分析了集中度、集中期和最大4个月累积降水量占全年之比等多个指数的分布格局,分析了1956—2016年中国年降水系列的趋势性和突变性特征,以及降水年内分配过程的时空演变。主要结论如下：(1)中国降水时空分布不均,自东南到西北,年降水量总体递减,降水年内分布集中度递增;站点年降水量序列的变化趋势呈现较强的地带性,自东南到西北呈“增—减—增”的3个条带;显著增加条带分别位于东南和西部地区,显著减少的条带位于中部,从东北地区向西南绵延至边境;年降水序列的趋势性变化大多伴随着突变,发生在20世纪80年代的站点最多。(2)沿200 mm和400 mm年降水量等值线,中国北方出现1个“汛期降水减少”条带,但其时间尺度效应较强;在月尺度上,站点汛期降水占比下降,非汛期降水占比增加;而在日尺度上则相反,连续3～7 d累积降水量的波幅加大,表明降水事件的极端程度在增强。(3)降水序列变化与径流的同步性较好,中国西北和东南地区年降水量呈增加趋...     

黄土高原北部风沙区土地沙漠化问题及防治对策

本文所研究的黄土高原北部风沙区生态环境脆弱,加上长期以来人类不合理地利用资源,土地沙漠化问题日益严重。沙漠化土地已经以不同的等级类型不连续地散布在整个黄土高原的北部边缘,并有进一步由北向南推进的趋势。其中地表沙性物质基础和干旱多风的动力条件是其发生发展的基本条件,起决定作用;人为因素是外在条件,加速沙漠化的发展。黄土高原北部土地沙漠化的危害,在本区域的表现十分突出。不仅对当地经济的发展和人民生活有严重影响,更为严重的是该地区土地沙漠化的现状、形成及扩展,会使黄河流域土地沙漠化进一步向南推进,对整个黄土高原甚至我国整个北方地区的自然环境都有直接影响。黄土高原北部边缘土地沙漠化问题,不仅是当地经济振兴的严重障碍,而且威胁着整个黄土高原地区资源的开发与利用。因此,如何及时采取有效措施遏制其土地沙漠化势头就成为了一个迫在眉睫,并急需解决的问题。本文在搜集大量原始资料的基础上,对该区土地沙漠化的现状进行了总结,探讨了形成机理,并进一步分析了沙漠化的危害,最后提出了相应的防治对策。     

Episodic gullying and paleomonsoon cycles on the Chinese Loess Plateau

Buried gullies exposed in road excavations along the margin of a loess tableland on the Loess Plateau of central China lie within a thick loess-paleosol succession that spans ≥780,000 years. Constraining ages for gully cutting and filling are provided by dates of loess and soil units cut by and capping the paleogullies. An episode of gully cutting begins at the onset of an interglaciation and ceases as the gullies begin to fill with colluvium and airborne dust during the transition to full-glacial conditions. The episodic cutting and filling of gullies implies a basic astronomical (orbital) control of gully evolution involving cyclic changes in dominant summer and winter monsoon climates, surface hydrology, and vegetation cover.     

黄土高原降水对气候变暖响应的敏感性研究

利用黄土高原地区1951-2004年实测气象资料,采用小波分析、EOF分解等方法,研究了黄土高原降水诸要素对全球变暖的响应,非降水气候要素对降水响应的敏感性问题.结果表明: 秋季干旱化趋势突出,冬季降水增多,夏季高原西部湿润化、东部干旱化.各季节降水量的区域响应敏感程度和敏感区不同,敏感区从春到冬响应由东向西、由北向南移动.降水诸要素在不同时间尺度上的响应敏感性也不相同,但区域响应的年际变化基本同步,年代际变化的趋势、周期、阶段、转折等存在明显差异.大多非降水要素对降水变化响应不够敏感.     

黄土高原黄土地层的对比及细分

将前人对黄土高原黄土地层划分的研究成果进行全面总结、分析,结合洛川、宝鸡、西峰3个经典剖面,利用土壤 地层学、沉积学、磁性地层学、古生物学、年代学、地球化学等研究方法对黄土高原的黄土地层进行详细对比以及进一步 细分。将早、中更新世界线调整为B/M极性倒转开始的对应层位——L9顶部。根据岩性和气候旋回周期的差异性等,将离 石黄土三分,S8/L9作为离石黄土内部划分的一条新界线,S1~L5划分为上离石黄土,S5~S8划分为中离石黄土,L9~L15划分为 下离石黄土。在分析过程中发现关键层位（S0,L1,S1,S5,L9,L15,L33） 的年龄具有差异性。     

Distribution,characteristics and influencing factors of fresh groundwater resources in the Loess Plateau,China

The fresh groundwater in the Loess Plateau serves as a major source of water required for the production and livelihood of local residents and is greatly significant for regional economic and social development and ecological protection. This paper analyzes the hydrogeological conditions and groundwater characteristics in the Loess Plateau, expatiates on the types and distribution characteristics of the fresh groundwater in the plateau, and analyzes the influencing factors and mechanisms in the formation of the fresh groundwater in the plateau as a priority. Based on this, it summarizes the impacts of human activities and climatic change on the regional fresh groundwater. The groundwater in Loess Plateau features uneven temporal-spatial distribution, with the distribution space of the fresh groundwater closely relating to precipitation. The groundwater shows a distinct zoning pattern of hydrochemical types. It is fresh water in shallow parts and is salt water in deep parts overall, while the fresh water of exploration value is distributed only in a small range. The storage space and migration pathways of fresh groundwater in the loess area feature dual voids, vertical multilayers, variable structure, poor renewability, complex recharge processes, and distinct spatial differences. In general, the total dissolved solids (TDS) of the same type of groundwater tends to gradually increase from recharge areas to discharge areas. Conditions favorable for the formation of fresh groundwater in loess tablelands include the low content of soluble salts in strata, weak evaporation, and special hydrodynamic conditions. Owing to climate change and human activities, the resource quantity of regional fresh water tends to decrease overall, and the groundwater dynamic field and the recharge-discharge relationships between groundwater and surface water have changed in local areas. Human activities have a small impact on the water quality but slightly affect the water quantity of the groundwater in loess.© 2021 China Geology Editorial Office.     

Mineral Composition of Loess—Paleosol Samples from the Loess Plateau of China and Its Environmental Significance

34samples of loess-paleosol from the Luochuan and Xifeng sections in the Loess Plateau,northern China were eparated into sand,silt and clay fractions and analyzed for their mineral compositions.The results indicate that there is almost no difference between loess and paleosol in mineral composition.Major mineral species are quartz,mica,feldspar and chlorite,accounting for about 88-92% of the total;other minerals are kandite,smectite,vermiculite and a few heavy minerals.The calcite,magnetite and hematite were not taken into consideration because of their removal in the process of sample preparation.The main difference with respect to the mineral composition of samples collected from different sections and different statigraphic levels lies in the amount and grain size of minerals hosted.Comparisons between the Luochuan section and the Xifeng section,between paleosol and loess and between the upper part and the lower part of some paleosol layers show that the formers contain less feldspar but more mica and vermiculite and are finer in grain size,indicating the co-occurrence of both biochemical weathering process responsible for mineral change and physical weathering process leading to grain-size change during the soil-forming processes.This result favours such an explanation of the soil-forming mechanism that loess deposition and paleosol development occurred synchronously,though the rate of soil formation was greater than that of loess deposition,thus leading to soil development.     

黄土高原黄土物源区的同位素证据

系统采集了黄土高原马兰黄土、河西走廊和青藏高原东北部黄土、河床沙和湖泥样品。用酸淋洗去除方解石后,黄土高原马兰黄土εNd(0)值从-9.2到-11.3,87Sr/86Sr比值从0.71784到0.71944,都落在同位素B区内,与青藏高原东北部、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠的值一致。黄土高原马兰黄土白云石的δ13C值从1.2‰到1.5‰,与青藏高原东北部和河西走廊黄土,巴丹吉林沙漠的白云石的值类似。这些表明青藏高原东北部、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠可能是黄土高原黄土的源区,从而排除了其他沙漠(古尔班通古特沙漠、塔克拉玛干沙漠、毛乌素沙漠、库布齐沙漠、浑善达克沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地)作为黄土物源区的可能性。同位素研究结果和野外调查进一步揭示,黄土高原黄土、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠物质可能最终都是来源于青藏高原东北部。     

应用流量历时曲线分析黄土高原水利水保措施对河川径流的影响

流量历时曲线（Flow Duration Curve,FDC）是用于分析流域径流特征及其变化的有效方法之一。以长序列日流量为基础,采用FDC方法并结合各流域的径流量时间变化趋势分析方法,研究了黄土高原佳芦河、秃尾河、延河和湫水河等4条流域流量变化的基本特征;通过临界年份前后两个时段序列及不同年代序列的流量历时曲线变化的比较,分析了流域径流过程对大面积水土保持措施的响应。结果表明：随水土保持措施累积面积的不断增大,佳芦河、湫水河、秃尾河的径流量逐年减少,且水土保持措施对高流量部分径流减少的程度较低流量部分大,尤以工程措施为主的湫水河流量减少最明显。在延河流域,与临界年份前的时段相比,后期的高流量部分的径流量减小,而常水和低流量部分的径流量相对增大。尽管流域水土流失综合治理并未使河川径流量增加,但由于高流量部分流量的减少程度较低流量部分径流量减少程度大,从而使流域年内日径流量变化过程趋于均匀化。     

Fractions and Bioavailability of Soil Inorganic Phosphorus in the Loess Plateau of China under Different Vegetations

Plants play an important role in soil phosphorus nutrition. However, the effect of plants on phosphorus nutrition in soils of the Loess Plateau of China is not well understood. This study was conducted to reveal the relationships between plants and phosphorus’ fractions and availability in the Loess Plateau of China. Twenty-two plant communities were surveyed and soil samples under different plant canopies were collected for the determination of soil properties and inorganic phosphorus fractionation. The results showed that Leguminosae and Lilaceae reduced pH and increased organic matter, cation exchange capacity, total and Olsen phosphorus in soils under their canopies, while Labiatae and Rosaceae increased pH and decreased organic matter, cation exchange capacity, total and Olsen phosphorus in soils under their canopies. The contents of Ca2P, Ca8P, Al-P and Fe-P were highly related with soil Olsen phosphorus. They were all higher in soils under Leguminosae and Lilaceae and lower in soils under Labiatae and Rosaceae. The results of this study indicate that Leguminosae and Lilaceae improved phosphorus nutrition in soils, yet Labiatae and Rosaceae impeded the improvement of phosphorus nutrition in soils under their canopies, which will be of more help to instruct vegetation restoration in the region and provide information for soil development.     

黄土高原降水量空间插值方法研究

为了研究黄土高原降水量的空间分布特征,利用ARCGIS软件分别采用多种空间内插方法对黄土高原108个气象站点1980-2009年30年间的平均年降水量进行空降插值。经过正交检验以及内插检验得到最优的插值方法为普通克里金法,最终对利用该方法获得的黄土高原降水量内插图进行分析,得出近30年来黄土高原区降水量分布呈现出明显的由东南向西北递减的态势。