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。     

黄土高原泥流灾害成因及特征

黄土泥流是戴土地区一类重要的灾害地貌过程,是泥石流的一个特殊类型,是水土流失的一种特殊形式,也是山地环境恶化、水土流失极严重的标志。本文在对黄土泥流这一黄土高原特有的严重水土流失现象的分布、成因、物质组成、动静力学性质、堆积形态等全面系统研究的基础上,对其和一般泥石流与高含沙水流做了初步对比和分析,揭示了黄土泥流灾害的形成规律、运动机制和沉积特征。     

黄土高原植被生长期旱涝对全球气候变化响应

为了揭示黄土高原植被生长期降水演变特征,主要采用EOF分解和小波分析等方法,利用黄土高原区域51站1961—2000年降水资料,研究植被生长期降水早涝特征,分析和比较了干年和湿年降水。结果表明：区域响应以一致的涝或旱为主,高原中北部为响应最敏感区;时间演变中1971年之前相对多雨,1985年后明显变旱,存在3～5a、8a左右的年际振荡,3～5a周期明显;高原东北部是干年降水响应最敏感区,是干旱最突出的地方：高原北部是湿年降水响应最敏感区,是降水偏多最突出的地方(易涝);早年降水响应中局地性较强,湿年降水响应以全区一致为主。     

黄土高原发展过程中的五大转折

1 Introduction W hatim portanttransform ations have taken place during the form ation ofthe Loess Plateau in China? Research on this problem has especially im portantscientific significance forus to learn ofthe evolution oftheLoessPlateau and predictthe f…     

黄土高原典型塬区土壤热状况研究

在陆-气相互作用中,土壤热状况（土壤温度、土壤导热率等）和土壤湿度等陆面状况对大气环流和气候变化都有着重要影响。黄土高原横跨干旱、半干旱及半湿润地区,为我国第二大高原,幅员辽阔。该复杂下垫面上的陆-气相互作用不仅直接影响到黄土高原地区的气候和环境变化,而且对东亚、乃至全球的气候和环境变化都可能产生重要影响。而对黄土高原区域的土壤热状况及土壤温度的研究是黄土高原陆-气相互作用研究的重要组成部分。分析了黄土高原典型塬区不同下垫面的土壤温度状况,分析了造成各种下垫面温度分布和变化不同的原因,得到如下结论：在近地层,随着土壤深度的增加,土壤温度振幅逐渐减小,40 cm土壤温度相对以上各层变化不明显。就季节变化而言,土壤温度在1 a中有两次稳定状态。第一次出现在4月上旬,其值约为6 ℃左右;第二次出现在11月中旬,温度值为14 ℃。相对于全年土壤温度而言,在12月到次年2月有一个低温中心,温度低于零度;7～8月间有一个暖中心。各层土壤温度在1月份是最低的,其后一路上升,4、5月份是土壤温度快速上升期,至8月上旬土壤温度达到最大值,为土壤升温期;其后温度开始下降。土壤温度梯度具有明显的日变化特征,夜间,土壤的热量是从深层传向地表的,而随着太阳高度角的加大,土壤温度梯度转为负值,深层土壤从地表获得能量,到了傍晚19时左右,温度梯度又转为正值;土壤温度梯度的变幅在有植被时要明显小于无植被时。各站的日平均土壤导热率,柴寺、塬下和中心站分别是1.43,1.24,1.17 W·m^-1·k^-1,土壤物理性质和土壤质地的不同是各站土壤温度分布和土壤热传导率存在差异的原因之一。     

黄土高原农户可持续生计评估及未来生计策略——基于陕西延安市和宁夏固原市1076 户农户调查

农户可持续生计问题是黄土高原自实施生态退耕政策以来备受关注的关键科学问题之一。通过构建可持续生计效益评价模型, 对农户可持续生计效益进行了分级评价, 并分析了不同类型农户的可持续生计效益差异。结果表明:① 具有较高可持续生计效益指数的农户生计收入构成趋向于多元化, 不同生计策略收入所占比重也趋向平均化, 而生计效益指数较低的农户主要依赖于外出打工、卖粮菜等个别生计策略;② 各类型农户的人均生计效益指数和人均年收入排序呈现出:发展果园型>做小生意型>外出打工型>大棚种植型>舍饲养殖型。基于可持续生计效益评价并结合主体功能区战略, 提出4 种黄土高原未来生计策略:① 推进人口城镇化, 有序引导生态脆弱地区人口外迁;② 促进农地流转, 扩大农业生产规模;③ 拓展生计策略, 增强收入来源多样性;④ 加强技术培训, 提高农户非农生计可持续性。     

黄土高原面积-高程分析及其侵蚀地貌学意义

黄土高原是中国乃至世界最为著名的水土流失区之一,黄河的泥沙主要来源于此.面积-高程积分(Hypsometric integral,HI)分析常被用于侵蚀地貌区的地貌发育阶段判定.通过探讨HI与DEM分辨率、分析窗口之间的尺度效应,分析了黄土高原HI空间格局和发育阶段性,并在此基础上揭示了侵蚀产沙和地貌发育关系.研究表明:利用不同分辨率DEM计算的HI具有很好的稳定性,HI对DEM分辨率不具有依赖性;然而,利用不同分辨率的分析窗口所计算的黄土高原原HI值,表现出随着分析窗口的增大,HI表现出按照乘幂函数关系下降的趋势.黄土高原HI具有显著的空间分异特征,即汾渭谷地、宁夏内蒙沿黄冲积平原等地堑凹陷区是HI低值区,而黄土丘陵沟壑区是HI的高值区;黄土高原丘陵沟壑区地貌发育处于幼年期、壮年期和老年期的面积分别占总面积的7.9%、83.4%和8.7%,整体来看处于地貌发育壮年期;黄土高原丘陵沟壑区侵蚀产沙强度和地貌发育过程关系密切,HI与输沙模数存在显著的正相关.当前,黄土高原强烈的侵蚀产沙是其地貌发育处于壮年期的自然表现,这将是一个非常漫长的自然过程.     

黄土高原典型小流域道路特征及影响因素

通过GPS野外实测黄土高原纸坊沟小流域的道路特征,在GIS空间分析等方法支持下研究了流域内各级道路的分布规律。研究表明:黄土高原道路可分为4级,2级以下的土路是小流域的代表路型。各级别道路总长度都随级别增大而增加且累计总长度与道路级别线性相关,道路平均长度和密度则随级别增大而减小。道路网系和流域水系在结构规律上具有一定的相似性。不同级别道路分布范围受地形特征影响不同。爬坡道路坡度与地表坡度之间存在线性回归关系,且次级道路分布受主路控制;典型爬坡路在大于25°坡度范围内多呈"之"字形弯曲,随坡度的减小道路弯曲跨度和与等高线夹角增大。研究结果有助于定量模拟黄土高原地区道路分布特征,并为土壤侵蚀模型中道路影响因子的确定提供参考。     

黄土高原生态退耕的时空分异特征

生态退耕是调整陆地生态系统结构与功能以应对土地利用过度干扰的重要途径之一,因此科学掌握退耕格局与耕地格局演变对黄土高原生态环境治理与生态修复具有深远意义。本文以位于黄土高原的延安市为典型区,从生态退耕的整体特征、地形因素及区域差异等角度,探究生态退耕以来其耕地变化及退耕状况的空间分异特征。结果表明：生态退耕致使延安市耕地面积由2000年的11 752.80 km²减少为2013年的9149.93 km²,退耕面积为2756.85 km²,退耕指数为22.15%,且退耕耕地主要转化为林地、草地,占退耕面积的95.29%;耕地与退耕面积主要分布于6~15°、15~25°坡度及第II级（925~1115 m）、第III级（1115~1275 m）,且2005-2013年的生态退耕速率均高于2000-2005年的生态退耕速率;县域退耕面积及退耕程度均呈现由北向南依次递减的分异特征,而退耕重心与耕地重心均在延安市几何中心以北的安塞县与宝塔区边界,且生态退耕的重心由东北向西南方向迁移,耕地重心则由北向南迁移。本文通过对延安市生态退耕的时空分异特征分析可为黄土高原更加科学合理地推进生态保育与生态文明建设提供参考。     

于DEM光照晕渲模拟的梯田自动提取方法

梯田作为黄土高原最为典型的人工地貌之一,有重要的农业生产和水土保持价值。传统的梯田自动提取仅限于梯田所在区域的范围划定,未能对梯田田坎线实现有效的自动化提取。鉴于此,本文提出了一种基于光照晕渲模拟的梯田快速提取方法。首先,对无人机航测生成的1 m分辨率的数字高程模型（DEM）进行4个方向的光照晕渲模拟,并相加取平均值;然后,通过适当的阈值对均值图像进行二值化,并掩膜掉沟谷等非梯田区域;最后,基于二值化图像自动矢量化得到梯田田坎线,并通过适当的长度阈值进行碎线过滤提高提取精度。本文以陕西省长武县王东沟流域为实验样区进行了实验,结果表明,该方法提取结果的准确率为89.09%,具有较好的提取精度。此外,对该方法涉及到的参数进行了讨论,表明光照模拟的方向角采用2个正交的对称方向对、高度角采用田坎坡度的反正切值、二值化阈值采用t=180-σ的经验公式,可以满足黄土高原的梯田自动快速提取。