古尔班通古特沙漠树枝状沙丘土壤水分时空变异特征

认识沙漠土壤水分的时空变异性,是揭示沙漠生态系统生态-水文格局的基础。利用中子土壤水分仪的实测数据,对古尔班通古特沙漠树枝状沙丘土壤水分时空变异进行了系统分析。研究表明:① 沙丘不同部位土壤水分随时间具有一致性变化规律,上层土壤和下层土壤的变化趋势有所不同。0~1 m土层坡顶>坡中>坡脚,1~2 m土层坡脚>坡中>坡顶。② 土壤水分具有明显的季节变化和分层变化特征。春季是古尔班通古特沙漠土壤水分最丰富、变化最迅速的时期;0~40 cm、40~140 cm、140~200 cm土层土壤水分变异系数分别为13.56%、5.35%和0.80%,与不同土层水分来源和消耗以及植物根系分布相对应;不同土层土壤水分的变异强度要大于不同部位土壤水分的变异强度。③ 植被和地形对土壤水分的空间分异作用明显,沙丘坡脚处以及荒漠灌木梭梭根区始终存在土壤水分相对富集区。     

新疆古尔班通古特沙漠砂的工程地质特性浅析

新疆古尔班通古特沙漠风积砂分选良好,矿物成分以石英为主,砂粒磨圆度好,具有孔隙率大、内摩擦角小、承载力低等特性.通过在沙漠北部、中部和南部试验段进行的专题工程地质研究,介绍了新疆准噶尔盆地古尔班通古特沙漠风积砂的基本物理力学特性和压实性、压缩性、渗透性、冻胀性等工程地质特性.     

沙地地区水文过程及模拟——以秃尾河流域为例

根据气候条件的不同,沙漠可分为沙质荒漠和沙地两种类型.其中沙地地区降水相对丰富,具有降水、蒸发、下渗、产流及汇流等过程的相对完整的水文过程,但已有研究较少.以黄河中游沙地地区的秃尾河为例,分析了沙层水分分布及演化特性,进而将整个水文过程进行概化,得到物理意义明确,结构简单的概念性水文模型.该模型应用方便,精度较高.研究定量地阐明,研究区域沙层孔隙特征决定了沙层水分易保存而不易蒸发,使该地区径流深相对较大,而地下水丰富,调节能力强,是该地区河流径流年内分配均匀,年际变化小的重要原因.流域的非闭合性是该类地区水文研究中需要重点考虑的问题.     

干旱区根土界面水分再分配及其生态水文效应研究进展与展望

水分限制环境下,植物对生境的适应直接或间接地与植物对水分资源的利用有关。目前已知,根系—土壤系统（又称根土界面）水分再分配是陆地表层系统地下生态过程的一个重要环节,它在植物对土壤水分的利用和生态系统水分循环过程中起着关键调节作用,而且对生态系统的碳氮磷循环与养分平衡等关键过程亦具有重要影响。因此,深入开展水分限制环境下根土界面水分再分配过程及其生态水文效应的研究有重要的科学意义。围绕“水分限制环境下根土界面水分再分配过程及其效应”这一核心问题,重点从根系生态学、根土界面水分再分配发生机理及其生态水文效应及影响根土界面水分再分配发生的主要因子等3个方面对国内外的研究动态及最新研究进展作比较系统的评述;在此基础上,提出了根土界面水分再分配过程及其生态水文效应研究中应重点关注和研究的几个前沿科学问题。     

古尔班通古特沙漠及周边区域冬季大气边界层高度对地表积雪的响应

古尔班通古特沙漠是中国唯一冬季存在长期积雪的沙漠,在此特殊地理环境下,沙漠及周边区域冬季雪深和边界层高度的时空变化特征和相互关系尚未明确。本文利用1980—2019年SMMR（Scanning Multichannel Microwave Radiometer）、SSM/I（Special Sensor Microwave/Imager）、SSMI/S（Special Sensor Microwave Imager/Sounder）被动微波遥感雪深数据、古尔班通古特沙漠腹地雪深观测数据和ERA5再分析资料（the Fifth Generation ECMWF Reanalysis）边界层高度数据,分析了沙漠及周边区域冬季雪深和边界层高度的时空变化特征与相互关系。结果表明：古尔班通古特沙漠及周边区域冬季雪深年均值为8.45 cm,整体呈现东北部和南部积雪较深,其他区域积雪较浅并呈现出由沙漠中心区域向四周逐渐减少的特点,雪深在古尔班通古特沙漠及其东北、南边的邻近区域呈升高趋势,剩余地区呈下降趋势。古尔班通古特沙漠及周边区域冬季边界层高度年均值为105.54 m,呈现东南部和西北部高,中心沙漠区域、东北部、西南部较低的特点,边界层高度在沙漠及周边区域升高而其他区域降低。古尔班通古特沙漠的冬季雪深和大气边界层高度时空变化整体呈负相关,其中93.17%以上的沙漠区域呈负相关,平均相关系数为-0.32,最大相关系数绝对值为-0.58,空间相关系数为-0.42（P<0.05）。     

河西走廊中部沙漠植物δ13C值的特点及其对水分利用效率的指示

通过分析河西走廊中部沙漠中几种木本植物叶片或同化枝的稳定碳同位素比率(δ13C)和碳同位素辨别力(Δ),以其作为水分利用效率(WUE)的指示,研究了本区沙漠植物叶片或同化枝δ13C值的季节变化特点,以及不同生境和不同水分状况下δ13C值的差异,并比较研究了绿洲防护林树种及绿洲作物.结果表明: 梭梭和沙拐枣同化枝的δ13C值分别为-14.31‰和-14.82‰,Δ值在5‰～6‰之间; 柠条、泡泡刺、花棒和红沙叶片的δ13C值分别为-25.75‰、 -25.79‰、 -26.38‰和-28.05‰,Δ值在16‰～20‰之间.几种沙漠植物长期水分利用效率大小的顺序为: 梭梭≈沙拐枣＞柠条≈泡泡刺≈花棒＞红沙.     

中国沙漠的同位素分区特征

系统采集了中国10个主要沙漠或沙地(塔克拉玛干沙漠、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、柴达木沙漠、毛乌素沙漠、库布齐沙漠、古尔班通古特沙漠、浑善达克沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地)样品,并在黄土高原西峰、环县和洛川剖面采集了马兰黄土(L1)样品.通过选择合适的粒级和样品处理方法,对样品酸不溶物进行了Nd和Sr同位素组成的测定.测定结果表明,中国10个沙漠或沙地的Nd同位素组成ε8Nd(0)的变化范围大,为-1.2～-17.2.根据Nd同位素组成范围,10个沙漠或沙地的εNd(0)从高到低可以分为4个区域:A1:古尔班通古特沙漠和呼伦贝尔沙地(-1.2～-4.0);A2:浑善达克沙地和科尔沁沙地(-4.4～-7.0);B:塔克拉玛干沙漠、柴达木沙漠、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠(-7.4～-11.7);C:毛乌素沙漠和库布齐沙漠(-11.8～-17.2).中国沙漠Nd同位素组成的分区性与中国北方的大地构造和山脉分布密切相关,并表明中国沙漠具有近源性,即沙漠物质主要来源于其邻近周围的山脉和基底岩石的风化侵蚀.通过对比,黄土高原黄土Nd和sr同位素组成与柴达木沙漠和阿拉善高原的沙漠(腾格里和巴丹吉林沙漠)相同,而与其他沙漠不同.塔克拉玛干沙漠碳同位素组成为0.19‰～0.62‰;柴达木沙漠、巴丹吉林沙漠和黄土高原马兰黄土碳同位素组成都落在1.20‰～2.40‰之内.黄土高原马兰黄土碳同位素组成与柴达木沙漠和巴丹吉林沙漠相类似,而与塔克拉玛干沙漠不同.本次研究为Liu et al.(1996)的推论,即黄土高原黄土物质最终来源于青藏高原东北缘,提供了一个有力的同位素证据.     

小流域水分行为、生态效应及其优化调控研究方面的若干问题

把小流域水文生态研究,分解为小流域水分行为、生态效应及其优化调控研究3个方面。在分析国内外研究现状与问题的基础上,指出了其需要系统加以探讨的若干内容,认为由此可构建流域水文生态学的基本框架,进而发展流域水文生态学。     

古尔班通古特沙漠南部沙垄水分动态--兼论积雪融化和冻土变化对沙丘水分分异作用

2004年3月至2005年7月对古尔班通古特沙漠南部典型半固定沙垄土壤水分进行了系统监测,结合气象资料,特别是对冬季积雪和冻土资料的分析,认为该沙漠沙丘土壤水分时空变化规律在很大程度上受积雪融化和季节性冻土的影响.由于冬季稳定存在20~30 cm的积雪于春季融化,使得春季沙丘土壤含水率成为全年最高的季节,从而为早春植物的萌发生长创造了有利的条件.冬季1 m多深的冻土于早春时节由表及里开始消融,沙丘表面融化的雪水在坡面重力作用下,沿难以透水的冻土层上界自坡上向坡下发生迁移,在春夏季形成了垄间最高、坡部次之和垄顶最少的土壤水分空间格局.该研究具有生态学意义,可为古尔班通古特沙漠特殊环境条件下植被恢复与重建提供依据.     

古尔班通古特沙漠蚀余沙丘的发现及其意义

我国贺兰山以东的沙漠多以流动沙丘为主,但新疆北部准噶尔盆地在年降水量不足150ｍｍ的古尔班通古特沙漠则以固定、半固定沙丘为主。因而研究这一沙漠的“准稳定态”,对我国沙漠理论的研究和风沙灾害治理、土地沙漠化防治均有重要意义。据笔者近年对该沙漠的考察,在沙漠中部及其以北地区,年降水量已不足100ｍｍ,沙丘的植被盖度一般在20%以下,局部盖度小于10%,如以植被盖度划分的沙丘类型,这些沙丘属于半固定和半流动沙丘。这些沙丘的单体为两侧近对称的宽缓波峰,脊部和丘顶圆滑而坡度不大,显示沙丘表面现代地貌过程微弱。沙丘表层砂粒平均粒径由南向北渐粗。在沙漠中部以北,     

内陆河流域基于绿水理论的生态—水文过程研究

水文过程与植物生态过程之间的相互作用,是生态水文学研究的重点。基于Falkenmark等提出的绿水和蓝水概念的生态水文学研究,使水循环与生态学过程紧密地联系起来,并凸现了植物对水循环的作用。按绿、蓝水的理论思路进行分析,植被的水源涵养功能可看作是森林、草地等对天然降水在绿水和蓝水之间的按比例分成;荒漠雨养植被中植物的水循环模式是“纯绿”的,即降雨渗入土壤的水都以蒸散发（绿水）形式消耗掉;荒漠河（湖）岸植物的水循环是由蓝到绿,即其水分来源是地下水（蓝水）,经蒸腾（绿水）而消耗。     

Research Advance of Shrub Dendrochronology in the Cold and Arid Regions of China

Along with the booming of dendrochronology in China, the woody species for the tree-ring study have expanded gradually from tree species to the shrub and dwarf shrub species in the last decades. The zonal woody species in the vast alpine mountains, arid desert areas and arid regions in China are mostly shrubs and semi-shrubs, which is very important to understand the process of regional evolution, environmental protection and ecological recovery. In this paper, the shrub species which have been studied on tree rings in cold and arid areas of China were collected and sorted, and the fundamental research advances were presented, which include the shrub tree ring identification, radial growth characteristics, and chronology construction by different parameters. The applications of shrub dendrochronology to the subjects in eco-response, paleoclimate reconstruction, hydrological process, ecological study of artificial forest and ecological restoration were also presented. The prospect of shrub dendrochronology in the future was also discussed.     

干旱区流域生态水文耦合模拟与调控的若干思考

系统识别全球变化和高强度人类活动影响下干旱区流域生态水文耦合作用机制及演变规律,并通过综合生态水文调控,构建健康水循环和生态安全格局,是干旱区流域亟待解决的关键科学问题。传统的基于水文过程与生态过程的分离模拟与调控,尚不能满足上述实践需求;需结合原型观测与实验,对大气模式、水文模型、生态模式（包括天然生态模拟模型和作物生长模式）进行耦合开发,构建具有统一物理机制的流域生态水文模型。以此为支撑,对干旱区流域生态水文过程演变规律及阈值特征进行系统识别;并结合水生态服务功能评价,提出流域生态安全修复及水资源合理配置与调度方案;制定有效的风险管理措施,对流域生态水文过程进行动态调控。     

古尔班通古特沙漠植物雾凇凝结特征

古尔班通古特沙漠冬季稳定积雪期长,多雾凇天气.通过2007年11月~2008年3月在沙漠南缘的定位实验观测,发现植物雾凇凝结水总量平均为5.8 mm,占冬季降水量的21.8%,其中,沙漠区垄间和垄上植物雾凇凝结水总量分别是3.8 mm和9.1 mm,各占冬季降水量的14.4%和34.3%;植物雾凇凝结水量是雪面凝结水量的5倍;荒漠植物的雾凇凝结水可以增加古尔班通古特沙漠冬季植被分布区域水资源量.雾凇形成的最大风速一般小于3m/s;-15℃~-20℃是雾凇形成次数最多的气温区间,占全部雾凇日数的24.3%,气温低于-30℃时雾凇凝结量显著减少;观测期雾凇形成时大气最大相对湿度小于80%的日数占冬季雾凇日数的41%.低温、高湿、低风速的气象条件,加之梭梭枝条的细直径和针状叶特征,是古尔班通古特沙漠冬季具有丰富植物雾凇凝结水的重要原因.     

Study on Water Internal Recycle Process and Mechanism in Typical Mountain Areas of Inland Basins,Northwest China: Progress and Challenge

The water resource and its change of mountainous area are very important to the oasis economic system and ecosystem in the arid areas of northwest China. Accurately understanding the water transfer and circulation process among vegetation, soil, and atmosphere over different hydrological units in mountainous areas such as snow and ice, cold desert, forest and grassland is the basic scientific issue of water research in cold and arid regions, which is also the basis of water resource delicacy management and regulation. There are many research results on the hydrological function of different land covers in mountain areas, basin hydrological processes, however, there are only very limited studies on the water internal recycle at basin scale. The quantitative study on the mechanism of water internal recycle is still at the starting stage, which faces many challenges. The key project “Study on water internal recycle processes and mechanism in typical mountain areas of inland basins, Northwest China” funded by National Natural Science Foundation of China will select the Aksu River and Shule River Basin, which have better observation basis, as study area. The internal mechanism of moisture transfer and exchange process of different land cover and atmosphere, the internal mechanism of water cycle in the basin, and water transfer paths in atmosphere will be studied through enhancing runoff plot experiments on different land cover, analyzing the mechanism of water vapor transfer and exchange between different land covers in the watershed by isotope tracing on the water vapor flux of vegetation water, soil moisture and atmospheric moisture, improving the algorithms of remote sensing inversion and ground verification on land surface evapotranspiration on different land cover, and analyzing the water vapor flux from reanalysis data, and the coupling modeling of regional climate model and land surface process model. At last, the effect of different land cover in hydrological process of mountain area, and the impact of land cover on downstream oasis will be systematically analyzed.     

流域水资源实时调度研究——以黑河流域为例

系统地总结了流域水资源实时调度的研究现状和调度的基本理论依据。流域水资源实时调度以显式考虑人类活动影响的二元动态水资源演化模式为其理论基础,提出了“宏观总控、长短嵌套、实时决策、滚动修正”的流域水资源实时调度的模式。并以黑河流域为例,进行了应用研究,初步应用表明,该模式能满足流域水资源实时调度管理的需要,可为我国北方干旱半干旱地区流域水资源实时调度提供借鉴。     

干旱地区内陆河流域水文问题的研究实践与展望

过去，干旱地区内陆河流域水文研究主要偏重于山区水文，注重山区来水及径流分析，而很少涉及灌区问题和生态问题，对绿洲水文和荒漠水文的研究十分缺乏。以新疆为例，通过对干旱地区河流的基本特征和水文机理的分析研究，从径流形成、水资源开发利用、生态环境保护三位一体，即从全流域水文循环的角度出发，提出了以山区水文、绿洲水文、荒漠生态水文为三大构成要素的干旱地区内陆河流域水文系统的新概念，并基于干旱地区内陆河流域水文问题的研究实践，提出了各自领域的研究内容和方向，进一步拓宽了水文问题的研究领域，对水文学科的研究与发展提出了新的思路，注入了新的内容。     

祁连山葫芦沟流域高山寒漠带非冻结期水文特征

高山寒漠带是我国内陆河山区和我国多数大江、大河源头的主产流区之一. 由于缺乏系统观测数据及相关研究的支撑,当前国内外研究较为匮乏,高山寒漠带水文循环过程机理尚不清楚. 通过在黑河上游葫芦沟流域高山寒漠带试验点布设水文循环观测试验,分析了典型高山寒漠带非冻结期水文特征. 结果表明：高山寒漠试验点观测期(2009年6月7日-9月30日)的降水量为541.4 mm;蒸发皿的蒸发量为256.9 mm,桶式微型蒸渗仪(Micro-Lysimeter)的蒸发量为122.8 mm,平均蒸发量为1.1 mm·d^-1. 根据观测,高山寒漠带凝结水量也比较丰富,凝结水虽然没有直接参与高寒山区水文循环的产汇流过程,但它消耗了能量,抵消了部分太阳辐射,间接地参与了产汇流过程. 高山寒漠带小流域在观测期的平均径流深为461.2 mm. 根据降水梯度获取的流域平均降水量为639.1 mm,径流系数为0.72.     

沙漠表层粒度与水热变化的环境效应分析──以古尔班通古特沙漠为例

重点探讨了古尔班通古特沙漠不同类型沙漠区（流动沙漠和固定沙漠区）表层沙粒度组成特征及其与热量传输和含水率的相互关系。实地测量和采样分析结果表明:不同类型沙漠区的粒度结构组成与沙层热量传输、水份迁移和沙面蒸散直接相关,并且对地表的感热和潜热以及沙漠对气候的反馈起到了重要作用。同时,沙漠表层粒度与水热传输变化过程,直接影响沙漠区植物成活率与生长,并对沙漠气候与环境变化产生重要影响。