流域生态水文模型研究进展

流域生态水文模型是全球变化下流域生态水文响应研究的重要工具,通过定量刻画植被与水文过程的相互作用及全球变化对流域生态水文过程演变的影响机制,为流域水资源管理和生态恢复提供科学支撑,是生态水文研究的前沿和热点.基于植被与水文过程相互作用规律,流域生态水文模型一方面要充分描述植被与水文过程相互作用和互为反馈机制,另一方面要...     

祁连山青海云杉林区苔藓层对流域水文的影响

研究祁连山苔藓层对流域水文的影响可以人为干扰和控制水文,还可以正确评价下垫面产水量和土壤水分状况。该层是森林生态系统独特的结构层次,不仅在森林土壤发育、生态系统物质循环和能量流动过程中起重要作用,而且水文生态效应显著。利用野外调查取样和室内分析结合的办法对祁连山苔藓的持水能力、截留能力、保水能力以及一个生长季节的含水动态进行分析,获取第一手数据100 880个。研究表明:(1)苔藓季节含水量变化较大,5月含水量最高,7月最低,海拔3 300 m最高,2 700 m最低。(2)平均降水量和平均截留量呈多项式关系,2006年6月降水量3.2 mm,截留量3.1 mm,5月和9月降水较高,分别为8.6 mm和7.4 mm,截留量为5.8 mm和4.6 mm。(3)有苔藓林地和无苔藓林地土壤水分差异明显,体现苔藓保水性,有苔藓林地土壤水分蒸发较小,林内土壤水分变化不大且稳定;无苔藓林地土壤水分蒸发大,变化明显且不稳定,随着气温的升高慢慢趋向递减。(4)苔藓层越厚,最大持水量越大,厚度达到3.0 cm的最大持水率为519.44%。     

基于生态水文调控的流域综合管理研究综述

在全球气候变化与人类活动的双重影响下,流域水与生态等问题将更加突出、相互交织,是当前亟需解决的影响和制约世界各国可持续发展的瓶颈问题。基于对流域综合管理概念内涵的理解,以生态水文学理论和基于自然的水资源解决方案的理念为指导,提出了基于生态水文调控的流域综合管理概念与内涵,着重阐述了其核心内容：① 理论方法——流域生态水文调控原理与方法;② 应用实践——面向生态-社会协调可持续的流域水资源综合管理。将丰富和发展流域综合管理理论方法与技术体系,提升流域综合管理的实效性和整体水平。     

流域生态水文过程与功能研究进展

 探讨流域生态系统与水文过程耦合关系及水文机理是当今水科学的前沿问题。通过阐述流域生态水文过程与生态水文功能的国内外研究进展,同位素技术在生态水文研究方面的应用进展。提出了应用同位素技术、水化学方法与景观格局分析法相结合来研究流域不同景观带水文过程及生态水文功能,来探讨不同生态系统与水文过程的耦合关系及水文机理,开展流域地下水-土壤-植被作用层水文过程研究。最后展望了今后的研究趋势和重点研究工作,指出了未来的发展方向。     

黑河流域中上游湿地生态功能评价

从湿地生态评价体系和湿地生态评分标准入手,基于层次分析法(AHP)对黑河流域中上游具有代表性的8个较大湿地区域进行生态功能综合评价,结果表明:黑河流域中上游湿地生态功能依次为:祁连冰川湿地功能最好;高山灌丛草甸湿地次之;黑河干支流沿岸湿地区、肃南明海湿地、临泽双泉湖草本沼泽、民乐永固沼泽湿地的生态功能有所退化;甘州区城郊芦苇(Phragmites australis)湿地、高台盐田湿地功能退化较为严重。这一结论可为黑河流域湿地资源恢复、保护和可持续发展提供科学依据。     

岩溶流域水文模型研究进展

岩溶地区含水介质结构的多重性和岩溶地貌形态的高度复杂性,使岩溶系统的水文效应和水资源的评价与预测一直都成为水文研究的重点和难点.在岩溶含水介质特点和岩溶水文形成过程的基础上,本文着重评述了黑箱模型、概念性模型、物理性模型和分布式水文模型在岩溶水文模拟中的应用.其中黑箱模型包括基于核函数的算法、回归模型、人工神经网络和小波分析;概念性模型包括蓄泄模型和流量过程线衰减函数;物理性模型主要包括达西定律、Darcy-Weisbach方程、有限元法和等效连续多孔介质;分布式水文模型主要是SWMM模型,并分别对各类模型的概念、方法、应用效果以及存在的优缺点等进行了分析.最后指出了研究中存在的一些不足,并就岩溶流域水文模拟的进一步研究提出了相应的建议,这对于解决岩溶区的水资源可持续利用问题有重要意义.     

摆浪河流域的ESR年代学与祁连山第四纪冰期新认识

摆浪河发源于走廊南山北坡,是黑河的一条支流。在河源区保存有六条完整的冰碛和较为完整的阶地序列。应用ESR技术对采自该处较老的第三、第五、第六套冰碛和冰水成因的主阶地上的砾石层与上覆黄土进行了测年研究,测试结果分别为13.4ka、135.3ka、462.9ka、130.1ka、130.2ka。根据测试的结果并结合地貌地层学得出：3800m以上“U”型谷中的第一、第二套冰碛为全新世中小冰期、新冰期沉积的冰碛;第三套冰碛物是末次冰期晚期沉积的,与深海氧同位素2阶段相对应;第五套冰碛物是与深海氧同位素6阶段相对应的冰期沉积的;第六套冰碛物是与深海氧同位素12阶段相对应冰期沉积的;由此推断介于第三套与第五套冰碛之间的第四套冰碛是末次冰期早期沉积的,即可与深海氧同位素4阶段相对应。主阶地与第五套冰碛是同一时期形成的,这也与地貌地层学的推断相一致,从此处完整的冰川沉积序列还可以得出：在更新世中,祁连山地区至少存在三次冰期,经历四次冰川作用。祁连山部分地段或是整体至少在463ka前就已经抬升到当时冰期气候相耦合的高度。ESR可以用于河流、冰川沉积物的测年。     

天山中部天然云杉林凋落物层水文生态功能研究

选取了4种不同郁闭度天然云杉林分,通过对凋落物层的蓄积量、最大持水量、最大持水率、吸水速率及有效拦蓄量进行测定分析,研究了其水文生态功能.结果表明:郁闭度为0.8的云杉林分凋落物层蓄积量最大为21.99 t/hm2,而郁闭度为0.2的云杉林分凋落物层蓄积量最小仅为10.20 t/hm2,4种林分凋落物蓄积量交化总体趋势...     

湖泊型流域水生态功能分区的理论与应用

地域分异是地理学核心研究方向之一,水生态功能分区是地学分区面向生态环境领域的发展和应用。基于水生态分区的管理是流域水环境管理的趋势,流域水生态功能分区是建立中国新型水环境管理的基础。论文在界定水生态功能分区涉及的主要概念基础上,分析了湖泊型流域水生态系统的尺度,为湖泊型流域水生态功能分区体系的建立奠定了理论基础;根据分区的目的,建立了分区的原则和指标体系,研发了分区技术、结果验证校核方法;以巢湖流域为例,进行了一级至四级水生态功能分区,并对分区结果进行验证。湖泊型流域水生态功能分区有助于丰富地域分异规律研究,对水生态目标管理的理论与方法具有指导作用。     

LASCAM水文模型在流域生态水文过程研究中的应用——模型理论基础

LASCAM水文模型是一种大尺度分布式概念水文模型,介于高精度分布式水文模型和集总式经验模型之间,是基于亚流域空间单元建立的中等精度的分布式概念模型。LASCAM模型在亚流域空间单元定义了3个概念性土壤水库,在经验方程的基础上:①建立亚流域各土壤水库与亚流域生态特征(LAI)和气候(降雨)之间函数关系;②通过对亚流域的降雨-植冠截流过程、地表产流过程、表层入渗-亚表层产流过程、亚表层入渗过程的模拟,揭示降雨在亚流域的(地表和亚表层)径流和入渗等环节的再分配过程;③基于亚流域各土壤水库的水量(水位)建立了各土壤水库之间的水通量过程方程;④建立亚流域各库的蒸散发与生态特征(LAI)之间的函数关系模拟各库的蒸散发过程。最后,通过河道径流演算法则,并依据亚流域与流域总体之间的分布式关系,将各亚流域的径流汇总到整个流域,从而将亚流域空间的水文响应扩展到流域整体空间上,实现了大尺度异质性流域的水文过程和水量平衡模拟。     

祁连山南坡灌丛草甸生物量变化与水热因子的关系研究

通过野外调研和室内实验,研究了祁连山南坡灌丛草甸地上生物量的生长季变化,并对地上生物量与水热因子的关系进行了探讨。结果表明：在不同区域群落结构有所不同,覆盖度越低,上层和下层的植物高度越低,丰富度和多样性越小。但均匀度还受草场退化阶段的影响,群落结构相对稳定,植物的均匀度越高;地上生物量的年内变化是单峰曲线,乌鞘岭和门源的地上生物量在7月份最大,祁连和野牛沟的地上生物量在9月份最大;地上生物量的积累与前1月和前2月的气温和降水正相关,与前4月的气温也正相关,并且对气温变化的敏感性大于降水,但与地温和土壤水分的相关性不明显,前1月表层地温较高对地上生物量的积累有积极作用;对于地上生物量积累,日气温、日相对湿度、降水量有直接正向作用,而日最高气温、日最低气温、日水汽压有直接负向作用,5 cm、20 cm地温和0~10 cm、20~30 cm土壤水分也有直接正向作用,而10 cm地温和10~20 cm土壤水分也有直接负向作用。     

东祁连山地次生林演替过程中种群格局动态

在野外实地调查基础上,采用TWINSPAN和DCA对乌鞘岭旱泉沟流域次生植物群落进行了数量分类和排序,从植物群系组成、植物群落与环境的生态关系方面,研究石羊河上游封山禁牧区植被群落的分布格局,用以确定该区植被演替序列,并给予合理的环境解释.研究结果表明:(1)采用TWINSPAN数量分类方法,将植被划分为7个群落类型;(2)对于特定的研究区域茶树沟,制约群落类型、植物种分布格局的主要因素是水分和热量;(3)DCA排序图明显反映出排序轴的生态意义,第一轴基本上突出反映了湿度变化,沿第一轴从左到右,湿度逐渐增大;第二轴主要表现了温度梯度,沿第二轴从下到上,温度逐渐降低.(4)次生林的演替序列为山杨树→桦树→青海云杉,其自然演替顶级为青海云杉.     

祁连山中部祁连圆柏生长与更新方式的树轮记录

选择祁连山中部50m×15m的祁连圆柏样方进行树轮生态学取样与分析。分析结果表明,样方内大部分祁连圆柏的树龄小于250年,最近几年有大量幼苗萌生。祁连圆柏的径生长方式各有异同,大部分祁连圆柏在生长过程中出现1次以上生长释放事件,1970¹980年间出现生长释放的频率最高,占总释放次数的35%,轮宽年表也显示祁连圆柏的轮宽指数自1970s以来持续上升。另外,相关分析结果表明,温度是影响采样点区域祁连圆柏径向生长的主要环境因子,较高的温度有利于树木生长,6、7月份的降水也与树木径向生长呈显著正相关。在全球变暖的背景下,如果能积极开展植树造林,并有效控制人类活动的干扰,该区域祁连圆柏林更新状况将会显著改观。     

甘肃祁连山国家级自然保护区森林生态系统服务价值评估

森林生态系统服务价值评估对于人们全面认识森林生态系统服务功能及制定森林资源保护法规政策具有重要意义。依据《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T 1721-2008）、祁连山区森林生态系统定位观测数据、2008年森林资源调查数据及社会公共数据,对甘肃祁连山国家级自然保护区森林生态系统服务价值进行了评估。甘肃祁连山国家级自然保护区森林生态系统年服务价值总计为654.44亿元。按服务功能类型的价值比例从高到低排序为:保育土壤（46.59%）>生物多样性保护（25.53%）>涵养水源（14.03%）>固碳释氧（12.69%）>森林防护（0.50%）>积累营养物质（0.41%）>净化大气环境（0.24%）>森林游憩（0.01%）。按森林类型的价值比例从高到低排序为:灌木林地（63.7%）>有林地（34.1%）>疏林地（2.18%）。单位面积林地年均产生的生态系统服务价值为7.47万元·hm-2,其中,最大为有林地,其次是灌木林地,第三是疏林地。本文还对比分析了本次评估与以前较为全面的7次评估之间的差别及原因。     

祁连山地区生态环境恶化对环境影响的数值模拟

利用中尺度模式MM5,依据祁连山地区复杂地形下生态环境恶化的事实,设计了一个控制试验和一个敏感性试验,数值模拟结果表明:MM5模式能够较好地模拟祁连山地区的降水;祁连山地区生态环境恶化对周围地区甚至较远地区的降水会产生较大的影响,区域平均降水减少约2％,对本地区的生态环境很不利;模拟区域感热通量增大,潜热通量减小,但是潜热通量变化的绝对值大于感热通量变化的绝对值,因此热通量是减小的;模拟区域气温和地面温度升高,同时土壤温度也升高。     

祁连山青海云杉林树线温度特征

树线温度对于解释树线位置及树线形成机理、预测树线对于气候变化的响应具有重要意义。通过在祁连山北坡青海云杉林郁闭林内、树线地带、高山灌丛分布带设置土壤温度自动观测仪器,初步分析了青海云杉林树线温度特征。结果表明:(1)树线处青海云杉根际土壤温度(10cm深度)生长季平均值为4.9℃,低于全球树线生长季平均土壤温度(6.7℃)。(2)生长季长度方面,青海云杉树线(104天)与亚北极(Subarctic,103天)、北方林(Boreal,106天)树线相近。(3)高山灌丛分布带在海拔上高于树线地带,但灌丛地带根际土壤生长季节均温(6.4℃),生长季长度(122天)均高于树线地带,显示了树线之上灌丛相对于乔木生活型有更佳的保持根际土壤热量的优势,从而也成为在树线之上灌丛能够很好生长,并且取代乔木的重要因素。     

祁连山北麓地貌信息熵与山体演化阶段分析

利用定量化的手段分析地貌演化的阶段和趋势,是地貌学研究领域的一个重大的理论课题。在地理信息系统软件ArcGIS和ArcView的支持下,利用数字高程模型提取祁连山北麓的河网和流域。利用Strahler积分计算了各个流域的地貌信息熵,按照主夷平面的高度将祁连山北麓的各个流域分为不同的部分,它们具有不同的地貌信息熵值。结果显示,祁连山地区正在进入戴维斯侵蚀旋回的幼年期阶段。     

祁连山自然保护区不同高度带气候差异性分析

为了揭示祁连山不同高度带的气候差异性规律,选择了祁连山自然保护区的森林、草原和荒漠建立气象站,气象站分别位于不同的高度带,进行长期定位监测。气象站分人工和自动两种,人工监测从1985年开始,自动监测从2003年开始。基于22 a气象监测数据,利用平均值法、Excel电子图表等方法对监测数据进行深入分析。结果表明,平均气温有逐年升高趋势,降水有逐年下降趋势;年平均气温和年降水量呈负相关关系,年日照时数和年蒸发量呈正相关关系;荒漠、草原和森林带气温变化曲线一次性方程斜率都为正,分别为0.0182、0.0427和0.01167,3个带的年平均气温都是上升的;地温、日照和蒸发均为荒漠＞草原＞森林。     

祁连山东段河流阶地的形成时代与机制探讨

第四纪期间祁连山东段发育了多级洪积台地与河流阶地,它们是研究区域构造活动与气候变化良好的载体。对该区主要河流阶地序列的野外考察,利用ESR、TL、IRSL以及¹⁴C等测年方法,研究表明,第四纪期间石羊河上游的各大支流普遍发育了5-6级阶地,其中南营村附近金塔河五级河流阶地的形成时代大致为1.24MaB.P.(T₅)、0.78MaB.P.(T₄)、0.14MaB.P.(T₃)、0.06MaB.P.(T₂)和0.01MaB.P.(T₁),完全可以与该区沙沟河、黄河兰州段以及长江三峡段的阶地序列相对比。从各级阶地砾石层的堆积时代以及阶地的沉积特征分析,我们认为,即使在构造活动区域,气候变化在河流地貌演化过程之中起着重要的控制作用。     

祁连山东部地区树木年轮年表的建立

利用采自祁连山东部的祁连圆柏样芯,经常规程序晾干、固定、打磨、定年和读数后,建立了标准化年表,并将标准年表的树轮指数与采样点附近的天祝乌鞘岭气象站的温度和降水进行了相关分析。结果表明,年轮指数与3~4月降水呈显著正相关,相关系数达0.525。由于3~4月份的降水为该地区树木生长季之初的降水,是树木生长的限制因子,因此该相关具有明确的生物学意义。研究还发现,年轮指数与1月气温也呈显著负相关(相关系数为- 0.297),这可能是由于冬季最冷月气温偏高时,影响树木代谢和土壤湿度,从而影响树木的生长。祁连山东部地区树木年轮年表具有明确的气候学意义。