数据同化算法在青藏高原高寒生态系统能量—水分平衡分析中的应用

位于青藏高原腹地的多年冻土地带,其冻融过程中的土壤含水量和土壤冻结深度的变化对气候强烈响应并产生显著的陆面能—水平衡变化,进而又对全球气候产生较大的反馈作用。为了能准确模拟这种变化,选取青藏高原多年冻土分布区的风火山左冒孔流域（长江源）进行了相关的野外数据采集和试验,以考虑土壤冻融影响的水—热耦合陆面过程模型——SHAW为动力学约束框架,验证集合卡尔曼滤波算法在改进模型对土壤冻融过程中土壤水分和冻土深度的计算效果。基于试验点的数据同化计算结果表明：数据同化方法可以融合观测信息显著提高水—热耦合模型对土壤冻融过程中状态变量（土壤水分和冻深）的模拟,并进而改善模型对其它相关能量—水分变量的计算,为在高寒冻土地区利用多源信息进行融合监测提供了理论依据。     

青藏高原高寒草甸区土壤水分的空间异质性

通过网格(10m×10m)取样,用地统计学方法研究了青藏高原高寒草甸覆盖区域(110m×90m)浅层剖面(0~40cm)土壤水分的空间异质性特征。结果表明:在高寒草甸覆盖区0~30cm深度范围内,土壤水分均存在高度空间异质性,其中87.3%~74.9%的空间异质性是由空间自相关部分引起的,主要体现在201m以下尺度,10m以下随机因素对空间异质性作用较小;30~40cm土壤水分空间异质性由10m以下尺度随机因素导致的占42.3%,而自相关部分的空间异质性(57.7%)体现在10~87.2m尺度。随土层深度的增加,分维数D有逐渐增大的趋势,说明随深度增加高寒草甸区土壤水分自相关空间异质性程度在降低,而随机因素导致的空间异质性程度在增加。从4层的C₀/(C+C₀)值来看,10~20cm这一层的值最小,表明在这一层的系统变量的空间自相关性程度最高。说明高寒草甸区0~30cm土层的土壤水分含量是受降水、植被发育、根系分布、土壤特性和人为干扰等影响,其空间异质性主要受自相关因素控制,而30cm以下的土壤水分受自相关因素和随机因素共同控制。     

黄河源区降水与径流过程对ENSO事件的响应特征

根据最新季分辨率ENSO指数序列所确认的近40年多来所发生的20次ENSO事件，并确定了每次ENSO事件强度及其影响年，通过对相应年份黄河源区降水与径流距平变化值的对比，分析了降水与径流过程对ENSO事件响应的统计规律；ENSO事件与黄河源区降水与径流年际波动变化有很好的相关性，这种相关性与ENSO事件的性质强弱，发生季节以及持续时间等有关。一般夏秋季暖事件无论强弱均使影响年降水减少，发生于春季的中等强度暖事件使发生年降水呈负距平，影响年降水呈增加趋势，冷事件与暖事件对降水的影响正好相反；暖事件对应年份黄河源区径流量减少，而冷事件则使其增加，随着20世纪90年代以来暖事件发生频率的增加，径流呈现持续减少。     

青藏高原两种草甸类型人工降雨截留特征分析

选取青藏高原典型多年冻土区风火山小流域高寒草甸和沼泽化草甸典型样地进行人工降雨截留试验,综合运用统计分析、模型回归分析等方法,对两种草甸类型截留特征及其影响因子进行分析。结果表明:两种草甸类型对降雨的截留能力是不同的,高寒草甸最大截留量0.61mm,沼泽化草甸为0.18mm;高寒草甸的最大截留率为12.4%,沼泽化草甸为3.8%。通过分析各因子对截留的影响,得出高寒草甸截留量与降雨量呈对数函数关系,沼泽化草甸截留量与降雨量呈二次多项式关系;两种草甸截留量与降雨强度都呈幂函数关系,与植被盖度均呈线性相关关系。     

青藏高原冻土区冻土与植被的关系及其对高寒生态系统的影响

选择高寒生态系统植被覆盖度、生物生产力和土壤养分与组成结构等要素和冻土环境的冻土上限深度、冻土厚度和冻土地温等指标, 分析了冻土环境与高寒生态系统之间的相互关系, 并基于气温与冻土温度间的统计模型, 建立了高寒生态系统对冻土环境变化的响应分析模型. 通过对青藏高原昆仑山-唐古拉山区域冻土环境要素在人类工程活动与气候变化双重作用下的变化及其对高寒生态系统的影响研究, 表明青藏高原冻土环境变化对高寒草甸和高寒沼泽草甸生态系统影响强烈, 随冻土上限深度增加, 高寒草甸植被覆盖度和生物生产量均呈现较为显著递减趋势, 并导致高寒草甸草地土壤有机质含量呈指数形式下降, 土壤表层砂砾石含量增加而显著粗砺化; 高寒草原生态系统与冻土环境的关系相对微弱; 全球气候变化及其作用下的冻土环境变化导致该区域近15年间高寒沼泽草甸生态系统分布面积锐减28.11%, 高寒草甸生态分布面积减少了7.98%. 在不同气温升高的情景下, 未来50年, 不同地貌单元的高寒草甸生态系统对冻土环境变化的响应程度不同, 其中位于低山和平原区的高寒草甸生态系统将产生较显著的退化, 从植被覆盖度和生物生产量两方面, 定量给出了不同气候变化情境下不同典型地区和地貌单元的高寒生态系统变化特征. 未来在工程活动中采取有效的冻土环境保护措施, 对高原冻土工程稳定性和维护高寒生态系统都具有重要意义.     

流量过程线划分的同位素和水文化学方法研究进展

简要介绍了同位素和水文化学划分流量过程线的原理,综述了国内外关于流量过程线分割各种模型的发展历程及其优缺点,最初的二水源模型分割出了降水和地下水两种组分,没有考虑土壤水;三水源模型主要包括降水,地下水和土壤水,应用较广;多水源模型适用于水源补给较复杂的流域.该方法从单纯的同位素示踪发展到同位素和水文化学示踪的结合,不确定性分析的方法逐渐多样化和精确化.国内在该领域的研究较少.今后应加强不同尺度不同水文地质条件流域的研究,综合利用多种方法分割过程线.     

黑河中游间作灌溉农田的能量平衡

利用布设在黑河流域中游的张掖绿洲区的一套自动气象观测系统在2004年作物生长期内的完整资料,分析了黑河中游春小麦和玉米间作农田生态系统的辐射收支,在此基础上选用波文比能量平衡法(BREB)进行了能量平衡计算.结果表明:间作作物-土壤系统截获的太阳短波辐射占太阳总辐射的比例从生长初期的0.81持续增加到生长末期的0.86;净辐射在生长初期较小,生长中期第一阶段增幅大,至第二阶段达到最大,生长末期降低;净辐射占太阳总辐射的比例与净辐射的变化相似.能量平衡中,净辐射的消耗以潜热为主,占70%左右,感热能量占20%,土壤热通量占净辐射总值的10%.不同生长阶段的能量平衡差异较大,能量平衡在不同生长阶段呈现出不同的日变化特征.     

长江源多年冻土区河流溶解性有机碳的时空动态和同位素特征

溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)在全球碳循环过程中起着重要的作用。目前关于泛北极多年冻土区DOC的研究较多,青藏高原多年冻土区DOC的研究较少。为探讨青藏高原DOC的时空动态、来源,以及对气候变化和多年冻土退化的响应及其影响因素,以位于青藏高原长江源区内8个流域(直门达、沱沱河、雁石坪、风火山1～5)为研究区,通过对河流DOC观测、采样和分析,DOC输出通量计算,结合河流中δ¹³C-DOC同位素的特征、流域水文特征、植被覆盖率、冻土覆盖率等观测数据,分析河流DOC输出的季节性变化规律和来源。结果表明：长江源多年冻土区河流DOC浓度全年较低,平均浓度在1.91～3.69 mg·L^-1之间,年内不同季节间变化率较小,上游DOC浓度大于下游DOC浓度。河流DOC的输出主要集中在夏、秋两季完全融化期,随径流量的增加而显著增加,而冬、春两季输出较少,DOC通量与径流量之间的相关系数达到0.92,与径流量的变化趋势一致。直门达水文站和风火山流域DOC年输出量分别为42 539.67 t和137.33 t,完全融化期...     

近10年来黑河流域生态环境变化特征分析

对比分析黑河流域13万km^2范围内2000年遥感影像数据资料及1987年流域遥感影像资料，结果表明：近10年来黑河流域生态环境总体上仍然向恶化方面发展，流域内天然森林分布面积减少6.35%，中游取代下游成为流域沙漠化发展的主导区域，上游区土沙漠化发展最为迅速；下游草地生态退化十分强烈，草地面积减少达2095.39km^2。但局部或生态环境的某些方面出现明显逆转。     

江河源区的草地资源特征与草地生态变化

通过对江河源区草地生态类型与分布、草地资源特征及其利用现状的研究和生产力的评价，并根据70年代以来3期遥感资料和区域调查结果，分析了江河源区草地生态变化态势，结果表明：现状江河源区草地以高寒草原化草甸为主要草地类型，其分布面积占江河源区总草地面积的53.78%。组成草地牧草的主要植物种类的粗蛋白含量超过10%，粗脂肪含量在2%以上，能值储量在9.34KJ.g^-1以上；自70年代以来，由于区域畜牧业的迅速发展，江河源区冷季草场严重过牧，超载牲畜量达理论载畜量的1-5倍，大部分地区夏季草场亦超载，导致江河源区草地生态严重退化，年退化速度达6.64%-34.35%。合理利用草地资源，保护该区域脆弱生态环境已迫在眉睫。