陇中黄土高原区旱地春小麦产量对干旱胁迫响应的模拟研究

为进一步探明陇中黄土高原区旱地春小麦产量形成对不同干旱胁迫的响应机制,依据甘肃省定西市安定区凤翔镇安家沟村2016—2018年大田控水试验数据以及定西市安定区1971—2018年气象数据,验证农业生产系统模拟(Agricultural production systems simulation,APSIM)模型模拟不同...     

古尔班通古特沙漠地表辐射收支特征

古尔班通古特沙漠是中国最大的固定、半固定沙漠.利用2017年该沙漠克拉美丽站辐射资料,分析了古尔班通古特沙漠不同时间尺度和不同天气条件下的地表辐射变化特征.结果表明:(1)不同月份沙漠辐射收支各分量月平均日变化均呈单峰型,但极值大小及出现时间存在差异.各分量曝辐量季节变化明显:太阳总辐射表现为生长期(4-9月)＞积雪期...     

黄土高原半干旱区陆面温度和能量的气候特征分析

利用黄土高原半干旱区“定西陆面过程综合观测试验站”2004年11月至2005年10月的各种陆面物理量综合资料,比较系统地研究了黄土高原半干旱区土壤温度、降水量、地表反照率、地表辐射分量和能量平衡分量的年变化和日变化特征及其影响机制。结果显示,黄土高原陆面过程特征与其他地区有很大不同。土壤温度变化向下传播速度约为2.5~3.5 h/10cm;地表反照率随土壤湿度的增大而减小,两者的相关系数达到了0.5338;而地表反照率随降雪量增大而增大,与降雪量的相关系数为0.6645;长波辐射年最大值出现的时间比总辐射迟1个月左右,年平均日变化中地表和大气对太阳辐射加热大约需要1个小时的响应时间; 潜热通量夏季是冬季的5倍多,感热通量有了两个比较明显的峰值,潜热通量、感热通量和土壤热通量的日峰值比净辐射滞后30 min~1 h。     

甘肃黄土高原地表湿润状况时空变化特征

干湿状况的时空分布是干旱半干旱区的气候研究热点之一,现代气候变暖加速了黄土高原暖干化的进程。根据甘肃省黄土高原13个气象站1961-2006年气象资料,利用Thornthwait公式计算该地区潜在蒸散及湿润指数,并分析了潜在蒸散值与蒸发量的相关关系、潜在蒸散及湿润指数的时空分布特征。结果表明,潜在蒸散计算值与该地蒸发量的实测值相关性显著。在蒸发较盛的3～9月,两者之间的相关性可以通过0.01的信度检验。1961-2006年潜在蒸散随时间呈二阶函数变化,20世纪80年代中期以来潜在蒸散呈明显的线性上升趋势。1984年是变换的转折点,1984-2006年陇西黄土高原潜在蒸散以19.8 mm/10 a的速度上升,陇东黄土高原以31.1 mm/10 a的速度上升。一年之中,湿润指数的变化呈开口向上的抛物线。湿润指数最低的季节为夏季,最高的季节为秋季。20世纪60年代以来,甘肃黄土高原的湿润状况逐渐变差,秋季变化最显著,从20世纪60年代到21世纪初,陇西黄土高原湿润指数下降了0.45,陇东黄土高原湿润指数下降了0.35。湿润状况最差的地区为环县;沿陇海铁路线兰州-定西-天水一线是湿润状况较差的地区;湿润状况较好的地区分布在陇东黄土高原的南部及陇西黄土高原的西侧。     

敦煌戈壁冬夏季地表辐射与能量平衡特征对比研究

利用敦煌戈壁夏（2006年7月）、冬（2007年1月1—10日）季观测得到的微气象资料,比较了夏、冬季敦煌戈壁的地表辐射平衡、能量平衡特征。分析了地表反照率（Albedo）与土壤特性的关系,发现地表反照率和表层土壤温度日变化呈反相关;冬季地表反照率和土壤湿度的线性相关差,夏季地表反照率和土壤湿度的线性相关性好;地表反照率和土壤热通量呈反相关,并且冬季二者的拟合性好于夏季。分析了降水前后各能量通量的变化,发现阵雨时感热H是变小的,降雨过后H和净辐射Rn有明显的增大,土壤热通量Gn在降雨过后也有增大,潜热LE变化微弱,对阵性降水强迫后的非平衡态的张弛时间大约为3 d。     

绿洲荒漠过渡带夏季晴天地表辐射和能量平衡及小气候特征

利用张掖试验基地2006年6月24日至7月17日的加密观测资料,系统分析了夏季典型晴天张掖绿洲荒漠过渡带地表辐射收支和地表能量平衡特征及小气候特征。结果表明:夏季晴天绿洲荒漠过渡带总辐射值还是比较大的,并且净辐射值也很大,这说明绿洲荒漠过渡带地表具有比较充足的可利用热能,为加热大气和土壤提供了必要的热能条件。在地表能量分配中,晴天绿洲荒漠过渡区主要用于大气运动引起的感热交换,其次是土壤交换,用于水蒸发相变的能量相对较小。近地层空气温度和湿度的变化刚好相反。气温白天随高度的增加而递增,夜晚随高度的增加而递减。近地层大气温度变化要比地表温度缓慢。白天土壤辐射增温,越接近地表增温越快,夜间辐射冷却,地表温度下降最为明显。近地层水平风速在白天较大,夜间逐渐减小。在绿洲荒漠过渡带全天以上升气流为主,水平风速随高度增加明显递增。     

额济纳绿洲地表辐射和热量特征研究

通过利用2003年9月5日～9月29日黑河下游额济纳地区的微气象观测资料,分析了额济纳绿洲在晴天、阴天和降水天气条件下的地表辐射、热量平衡和土壤温度等微气象特征。结果表明：在不同天气条件下近地层微气象特征变化有很大差别,晴天时地表微气象特征日变化规律明显,阴天和降水天时变化规律不明显。观测期间平均气象特征与晴天较接近,平均总辐射、净辐射和感热通量与晴天比值基本大于0．8。晴天的日变化特征基本上代表了绿洲区的气候特征,阴天和降水天时的变化表示了在晴天基础上的扰动大小。晴天时地面热量交换以感热通量为主,日间绿洲内平均Bowen比为1．5左右；阴天地面热量交换以潜热通量为主,平均Bowen比在0．5左右。     

塔克拉玛干沙漠腹地地表辐射与能量平衡

利用2013年塔克拉玛干沙漠塔中流动沙面地表辐射、土壤热通量、土壤温湿度和湍流通量观测资料,分析了沙漠腹地地表辐射和能量收支特征及闭合状况。结果表明：除潜热通量外,其余地表辐射各分量和能量平衡分量的月平均日变化结果整体均表现为标准的单峰型日循环形态,其中R_s↓与R_s↑变化同步,R_l↑、R_l↓滞后R_s↓0.5 ~ 1 h。各分量均表现出夏季高、春秋季次之、冬季低的季节波动性。干旱和极低的植被覆盖造成沙漠腹地全年潜热通量始终较为微弱,约占净辐射的2.8%,感热通量成为能量的主要消耗形式,约占净辐射的49%。偶尔的降水会刺激潜热通量突然增加。地表反照率相对较高且稳定,日变化呈早晚大、正午小的“U”型趋势,并具有明显的冬季高、夏季低的季节波动性,年均值0.28,月均值0.25~0.32。能量残差各月的日变化也均呈单峰曲线,日出后和日落前能量闭合程度最佳,并出现过闭合现象,全年夏季小,春秋季次之,冬季较大,月平均日峰值5.1~99.9 W·m^-2。土壤表层热储存是影响该地区能量平衡的重要因子之一,考虑表层土壤热存储后,地表能量闭合率达75.3%,能量闭合率夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季,白天相比夜间有大幅提升。     

陇中黄土高原土壤水分变化特征及其机理分析

基于兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）2010年全年的观测资料,对陇中黄土高原半干旱区土壤水分的年变化和日变化特征进行了研究,并通过计算水汽通量与蒸散量,探讨了土壤-地表-大气间水分的交换和运移机理。结果表明：土壤湿度的季节变化主要受降水影响,各季节的平均土壤湿度均呈现出表层和深层低、中间层高的特点,最高值出现在地下10 cm附近;在无降水的情况下,土壤5~20 cm处的含水量呈现出夜间逐渐降低、白天逐渐上升的波形变化,这种变化与土壤水汽通量具有很好的一致性,而水汽通量的方向则受温度梯度的影响;在白天,地表温度高于气温与较深层地温,水汽在向空气蒸散的同时也由地表流向土壤深部,夜晚地表温度则低于较深层地温,水汽由土壤深部流向地表。因此土壤内部的水分蒸发主要出现在夜晚,且主要发生在地表40 cm以内的土壤孔隙中,而白天地表的实际蒸发主要存在土壤浅层0~5 cm,5 cm以下土壤水分的蒸发十分微弱。本研究结果对于改进半干旱区陆面计算模式以及当地的生态环境建设具有一定的参考价值。     

黄土高原半干旱区生态环境恢复的对策研究

黄土高原半干旱地区生态环境的恢复与重建是西部大开发再造秀美山川、实现人与自然和谐发展的必然要求.阐述了黄土高原的生态现状及其自然地理特征,分析了影响黄土高原生态环境治理和发展的主要问题,并根据黄土高原的实际情况,提出不同生态环境条件下促进生态环境恢复的可行对策,即注重协调人地关系,建立雨水资源利用技术体系,建立统一的管理与培训体系,科学发展小城镇.     

陇中黄土丘陵区生态环境退化与恢复重建调控机理

陇中黄土丘陵区生态环境脆弱,历史时期人为活动强烈,导致生态环境退化与农牧交替频繁.应用系统论分析该生态经济系统的稳定性,用反馈控制原理分析该生态环境系统的运行机制和调控机理,并提出该区生态环境恢复重建的途径与措施,为该区生态环境建设和农牧业发展提供科学依据.     

中国黄土高原土壤湿度的气候响应

利用中国黄土高原59个气象站1961—2002年月降水量和29个农业气象观测站从建站到2002年逐年4—10月旬土壤重量含水率资料,分析了黄土高原土壤湿度的地域和时间分布特征以及土壤湿度对生态的影响。结果表明：①黄土高原4—10月土壤湿度与降水量的地理分布有较好的一致性,两者都从东南向西北减少。受六盘山和太行山阻挡东南季风影响,在陇中和晋中黄土高原出现一条南北向的干舌;黄土高原半干旱气候区降水和土壤湿度等值线梯度大,气候变化敏感。②采用年降水量和变差系数把中国黄土高原土壤湿度划分为5个气候区域：草原化荒漠带土壤严重失墒区,荒漠草原带土壤失墒区;草原带土壤失墒区;森林草原带土壤湿度周期亏缺区;森林带土壤湿度周期亏缺区。前3个气候区位于黄土高原中北部,经雨季之后,土壤水分不能得到有效恢复,土壤经常处于重旱或轻旱状态。后2个气候区位于黄土高原南部,经雨季之后,土壤水分能得到有效恢复,土壤有季节性缺水现象。③影响土壤湿度的主要因素是降水,但气温也有不可忽视的作用。近20 a来,中国黄土高原降水减少,气温升高,土壤湿度有下降的趋势。     

黄土高原分形沟网研究

推测认为黄土高源沟网具有分形性。根据Hoton定律推导沟网分维计算式，确定沟网分形结构，分形理论求算得小流域沟网的分维D＝1．9接近于平面空间时的D＝2理论值。统计分析发现流域边界周长、长轴、短轴、长短轴比、汇合角等地貌指标随流域面积的变化。从而证明黄土高源流域的自相似性。     

基于居住适宜性的农村居民点空间重构类型识别——以陇中黄土丘陵区魏店镇为例

以陇中黄土丘陵区魏店镇为研究对象,基于村庄详细调查数据库,在农村居民点空间布局形态分析的基础上,构建乡村“基础生活圈”和布局适宜性评价指标体系,识别农村居民点空间重构类型并提出应对策略。结果表明：① 魏店镇农村居民点受自然禀赋和交通因素的影响,呈现出“集中为主、分散为辅、散中有聚”的空间布局特征,且景观分异明显;② 10和20 min生活圈内覆盖的居民点面积和数量差异较大,相对集聚状态下的居民点更容易获得公共服务设施;③ 农村居民点布局适宜程度较好,以中、高度适宜为主,二者斑块数量达到1742个,占到所有居民点总数的85.18%;④ 运用空间错位分析的二维组合矩阵将农村居民点“基础生活圈”和布局适宜性评价相叠加,重构为集聚提升型、引导发展型和搬迁扶持型。     

黄土丘陵区雨强对水流含沙量的影响

To study the effects of changes in the rainfall intensity on sediment concentrations in the Loess Plateau,the observed rainfall intensities and sediment concentrations from three typical small watersheds were used to analyze the relationship between these parameters.The results showed that the sediment concentration generally increased with the increasing rainfall intensity on slope scale.However,at watershed scale,a significant threshold phenomenon was observed for the effects of the rainfall intensity on the sediment concentration.When the rainfall intensity exceeds the threshold,the flood sediment concentration will no longer increase with the increase in the rainfall intensity.The rainfall intensity threshold increased with increasing vegetation coverage.The rainfall intensity threshold was 10–15 mm/h during 1956–1969,reached 20 mm/h from 1990 to 1997 and is approximately 40 mm/h at present.Due to a rainfall intensity of 10–15 mm/h almost happened every year,the vegetation did not change much from the 1950s to 1980s.Sediment yield mainly depends on soil erosion caused by surface flow,but the surface flow speed does not increase indefinitely with the increase in the flow discharge.Thus,the annual maximum sediment concentration of the tributaries in the loess area has been basically stable before the 1990s.     

黄土高原典型流域农业生态系统生产力的能值分析——以安塞县纸坊沟流域为例

以黄土高原丘陵沟壑区典型小流域纸坊沟为案例,应用能值方法研究其植物初级生产力、动物次级生产力、农户经济生产力及生态系统服务生产力能值的特征及相互间的关系。结果表明：纸坊沟流域经过20年的治理,初级生产力水平有了明显提高,林草植被得到了一定恢复,巨大的生态系统服务为农业系统生产力的形成创造了基础。但整个流域依然处于低能值投入度、低耦合度、低能效的状态。主要表现为农林牧子系统之间耦合效应仍不明显;动物次级生产能值水平较低,初级生产的产品能值不能高效转化为动物次级生产能值;农户产业结构的不合理性,导致农业系统产品能值的潜在经济价值向农户现实经济收入的转化能力低下,因此,调整农户种植结构及产业配置是促进系统生产力高效转化的内在需求。     

数学形态学在黄土地貌单元分类学上的应用

以黄土高原的遥感图像为基本信息源,利用数学形态学方法提取黄土高原地貌单元,分别计算出各个地貌单元的形状指数、面积周长比、分形分维指数和由形状复杂和边界扭曲引起的FD(分形分维)值变化数等6项数学形态特征,并进行统计分析,利用这些参数对每类地貌单元进一步分类,同时对各项数学形态特征在黄土高原地貌单元分类上作为分类特征的可靠性和可行性进行论证,并对黄土高原地貌单元分类进行定量化方面的探讨和研究,取得了较理想的结果。     

陕北洛川塬黄土崩滑及谷坡扩展模式

陕北洛川黄土塬是水土流失严重的地区。通过野外调查发现黄土崩滑作用是造成该区水土流失的主要之一，发育于黄土塬-沟谷过渡地带。该区黄土崩滑首次被划分为单面崩滑及栅格崩滑两种基本类型。黄土单面崩滑主要分布于冲沟、切沟地貌环境，而栅格崩滑主要分布于级别较高的沟道之中，活跃于区域Ⅲ、Ⅳ级沟道，显示出黄土崩滑与区域水文网之间的对应关系。根据地貌景观和沟谷几何特征第一次提出洛川黄土塬河道谷坡以陡倾加宽和鱼鳞状后退扩展为模式。黄土崩滑是蚕塬的重要方式，在水土保持过程中，就加强不同类型崩滑的针对性研究、预报和防护治理，促进水保效益的提高。     

陇中半干旱区生态环境恢复重建与农牧业发展仿真研究

应用系统动力学理论建立了陇中农牧交错带生态环境恢复重建的SD模型，对该区的三种典型治理模式—综合治理型、农牧协调发展型和传统经营型，用该模型仿真研究了2000～2080年的生态系统发展趋势。结果表明：农牧协调发展模式可使农牧业协调持续发展，土壤侵蚀量减少76．1％，生态环境稳步趋向良性循环，它是该区生态环境治理与农牧业持续发展的最佳模式。