中国干旱区恢复生态学研究进展及趋势评述

本文评述了中国干旱区恢复生态学研究的历程和特点,系统分析了其研究前沿和未来发展趋势.国家重大需求推动了干旱区恢复生态学研究,植被建设是生态恢复的主要方法和手段;植被分布的地带性规律、土壤生境的恢复、生态水文互馈机理、植物水分关系、生物土壤结皮、基于模型的预测模拟是未来研究的重点;地学与生物学的学科交叉融合为干旱区恢复生态学理论创新和生态恢复实践提供了新的思路和途径.     

耦合冻土方案的大气模式对祁连山区春季土壤状况的模拟

对黑河流域上游山区水源涵养林区2003年春季土壤温度、湿度变化进行分析,运用耦合冻土参数化和没有耦合冻土参数化的大气模式MM5对该区春季过程进行了模拟,并与观测值进行对比,对模拟的产流量做了初步分析.结果显示:考虑冻土参数化方案对土壤温度模拟的改进主要体现在表层土壤,对深层土壤温度的模拟没有大的改进;考虑冻土参数化方案改进了对100 cm深度以内的土壤含水量的模拟,很大程度上缩小了模拟值与观测值之间的绝对误差.总体来讲,考虑了冻土参数化的模拟结果在一定程度上改进了模式对黑河流域上游季节冻土区土壤温、湿状况的模拟,在一定程度上逼近祁连山区的春季土壤状况.考虑冻土参数化和没有考虑冻土参数化对产流量的模拟表明,冻土参数化对产流量模拟有很大影响,冻土形成的不透水层可以产生更多的地表径流.尽管考虑冻土参数化过程对模拟结果有一定程度的改进,但模拟结果与实测结果还是有一定差距的.因此,进行寒区冻土过程模拟时,还需要进一步对土壤信息、模式物理过程,大气背景场驱动数据以及局地因素进行详细而精确的考虑,以期进一步提高模式在寒区的模拟性能,特别是为高寒山区无观测地带陆气相互作用研究提供依据.     

两套土壤湿度再分析资料在黑河流域的对比分析

利用黑河流域少量观测台站的实测降水和土壤湿度资料, 对比分析了欧洲中心ERA40及美国NCEP R-1两套常用的土壤湿度再分析资料在黑河流域的空间分布、 年际变化和季节循环特征, 结果表明:两套资料在黑河流域均能表现出“南湿北干”的分布格局, 湿度高值中心位于祁连山区东南部\.以此为中心, 土壤湿度从上游山区向中下游递减。ERA40土壤湿度在祁连山区年际变化明显, 与降水的响应关系要好于NCEP资料, 在中下游站点, NCEP 10 cm层土壤湿度对降水的响应好于ERA40。祁连站ERA40土壤湿度在6~8月接近观测值, 在额济纳站两套资料对于土壤湿度的描述都不理想。     

Connection between atmospheric latent energy and energy fluxes simulated by nine CMIP5 models

The atmospheric latent energy and incoming energy fluxes of the atmosphere are analyzed here based on the historical simulations of nine coupled models from the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5(CMIP5)and two reanalysis datasets.The globally averaged atmospheric latent energy is found to be highly correlated with several types of energy flux,particularly the surface latent heat flux,atmosphere absorbed solar radiation flux,and surface net radiation flux.On the basis of these connections,a hydrological cycle controlled feedback(HCCF)is hypothesized.Through this feedback,the atmosphere absorbed solar radiation is enhanced and causes intensification of the surface latent heat flux when the atmospheric latent energy is abnormally strong.The representativeness of the HCCF during different periods and over different latitudinal zones is also discussed.Although such a feedback cannot be confirmed by reanalysis,it proves to be a common mechanism for all the models studied.     

西北干旱区滴灌数值模拟

土壤湿度的保持对作物生长非常重要。本文运用非静力平衡中尺度大气模式MM5,通过数值模拟的方式,分别从地气间水热交换和土壤湿度变化的角度,研究了2002年7月下旬我国西北干旱区绿洲环境在不同水量滴灌条件下的变化,从理论上找到了较适宜绿洲小气候维持的滴灌水量。结果表明:绿洲下垫面为农田时,从土壤保湿和绿洲小气候维持角度考虑,500m3·hm-2·(10d)-1的滴灌水量对7月下旬黑河流域中游绿洲是一个比较合适的灌溉量,水量过大不但造成水资源的浪费,而且对作物生长不利。500m3·hm-2·(10d)-1的灌溉水量仅为同期大水漫灌定额下限的一半和上限的1/3,间接证明了滴灌是一种高效节水的灌溉方式,可以为干旱区节约大量水资源。     

内陆河高寒山区流域分布式水热耦合模型（Ⅲ）：MM5嵌套结果

利用中尺度气候模式MM5计算黑河山区流域2003年2月11日到6月30日的日降水量、2.0 m高度的日平均气温和潜热，并将其嵌套到DWHC模型中。MM5运行周期为10 d，积分步长为3 s，空间分辨率为3 km。保持DWHC模型土壤参数、植被参数、经验参数和可调参数等不变，仅对模型初始参数进行了调整，利用最近距离法（nearest）将MM5输出结果插值到1 km×1 km格点上，所计算的黑河干流出山口日平均流量与实测序列的NSE＝0.79，B＝-0.79（％），EV＝0.79，R2＝0.81。利用基于三角网格的立体插值法（cubic）所获结果与此相当，NSE＝0.79，B＝-0.65（％），EV＝0.79，R2＝0.80。这说明利用MM5 DWHC嵌套模型来模拟流域日平均流量是可行的。MM5 DWHC嵌套模型在径流模拟方面，比利用地面资料驱动结果要好。MM5 DWHC嵌套模型的计算结果表明，内陆河高寒山区流域存在明显的浅表产流特征，这与地面观测资料驱动结果一致。模型调试结果表明，MM5输出结果存在某种奇异性，且输出的非汛期降水量明显偏大。     

春末夏初土壤状态对后期区域降水模拟的影响

欧洲中期天气预报中心40 a的再分析资料（ERA40）对中国范围土壤湿度的表现好于美国国家环境预测中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析资料,尤其是在春末夏初阶段,对因融雪和土壤融冻产生的土壤湿度变化有着更好的表现.针对这一特点,分别用这两套再分析资料土壤温、湿度分布作为初始场驱动大气模式MM5,以1998...     

黑河上游环境要素场对降雨汇流过程的响应

运用包含土壤、植被陆面过程OSULSM的中尺度大气模式MM5,将分布式水文模式DHS—VM中汇流参数化方案与其耦合,成功地模拟了：?002午?月黑河流域上游的洪水事件,在大气模式中实现了地表水的再分布。综合考虑了陆地水文状况与气候之间的相互影响,分析了地表特征场以及大气要素场随汇流过程的变化。     

华东地区主要地形因子对极端小时降水峰型的影响研究

在全球持续增温的背景下,极端降水事件频发,给人民的生产生活和社会的经济发展造成了严重威胁。本文利用华东315个气象台站2011—2018年的小时观测数据,按照降水日峰值特征将华东地区极端小时降水分为单峰型和多峰型,基于多尺度地理加权回归模型,探讨了两种峰型极端小时降水空间分布与地形因子的关系。研究表明两种峰型极端降水分别对应常规年份和厄尔尼诺年,地形起伏度在两类峰型的降水中都为最重要的地形因子,主导区域主要为浙江北部及浙闽山脉北部;其他地形因子在两类峰型的降水中作用存在显著差异。单峰型降水中,第二重要的地形因子为地形坡度,主导区域位于浙闽山脉东南侧;而在多峰型降水中,第二重要的地形因子为离海岸线距离,且主导区域位于沿海地区。对二者差异的机理分析发现,单峰型降水以午后对流为主,浙闽山脉东南侧地形坡度较大处的对流有效位能值较大,容易促发对流;而在多峰型降水中清晨降水以平流为主,水汽输送明显较单峰型降水大,因此,离海岸线距离对该类型降水有重要影响。     

阿拉善荒漠典型植物功能群氮、磷化学计量特征

氮（N）、磷（P）作为荒漠生态系统重要的养分元素和限制性因子,在维持植物功能群组成及结构稳定、生态系统内养分循环中发挥着重要的作用。本研究沿水热梯度从东至西在阿拉善荒漠设置52个调查样地,通过对优势植物的调查取样,分析了荒漠植物不同功能（类）群N、P元素的生态化学计量特征,并就N、P含量及N：P值对荒漠植物的限制性作用进行了检验和讨论。结果显示：（1）所调查阿拉善荒漠区植物叶片的N、P含量分别为10.65±7.91 mg·g^-1和1.04±0.81 mg·g^-1,N：P值为11.53±5.06,叶片N含量与P含量及N：P值均显著正相关,P含量与N：P值显著负相关;通过对比分析认为该区植物同时受到N、P双重制约,且更易受N限制。（2）从植物生活型比较,认为草本植物叶片N、P含量均高于灌木植物叶片,而灌木植物叶片的N：P值大于草本植物;对光合作用途径分析发现,C₃植物叶片N含量高于C₄植物叶片,而C₄植物叶片P含量高于C₃植物叶片;从系统发育类型方面分析,认为单子叶植物叶片N含量低于双子叶植物叶片N含量,而P含量则高于双子叶植物叶片P含量。