沙漠-绿洲陆-气相互作用和绿洲效应的数值模拟

本文利用一个已发展的陆面过程参数化方案与大气边界层模式耦合,模拟了半干旱区绿洲戈壁非均匀下垫面的陆面过程及其与大气边界层的相互作用,给出了“绿洲效应”这一自然现象垂直剖面上更为清晰、准确和细致的结构特征.数值模拟的结果与早前的许多观测实验结论相吻合,即“绿洲效应”具有明显的“冷岛效应”和“湿岛效应”;它表现为在绿洲区域比戈壁沙漠区域环境温度低、湿度大、湍流动能输送弱,具有下沉气流而导致与周围戈壁沙漠区域产生水平输送环流.而更加细致地研究这些现象对于深入了解绿洲气候的形成和绿洲的维持机理具有重要的意义.     

玛纳斯河流域50年绿洲扩张及生态环境演变研究

玛纳斯河流域绿洲开发和经济发展是新疆维吾尔自治区的典范, 以不同时相的卫星影像、土地利用图和地形图为数据源, 借助遥感和地理信息系统等先进技术, 恢复了玛纳斯河流域过去50年来6个时期(1949, 1962, 1976, 1989, 1999和2001年)的绿洲分布格局和动态演化过程. 研究表明, 按照绿洲年扩张速率, 该流域的绿洲扩张过程可分为两个阶段: 1949~1976年为绿洲化阶段, 因人口急剧增加, 耕地面积急剧扩大, 绿洲总面积从1949年的156.385 km2扩张到1976年的3639.491 km²; 1976~2001年为城市化阶段, 耕地面积扩张速率减缓, 城市化进程加快, 2001年绿洲总面积为5042.440 km². 随着绿洲耕地面积的持续扩大, 大量河水被引入到灌渠或平原水库中, 使进入尾闾湖泊的河水逐渐减少, 并最终导致尾闾湖泊干涸; 同时不合理的灌溉也造成绿洲内部低洼地带的大量耕地出现盐渍化现象, 部分耕地被撂荒. 分析可知, 过去50年来玛纳斯河流域绿洲扩张及生态环境演变是由高强度的人类活动造成的, 玛纳斯河下游河水断流以及尾闾湖泊干涸对近距离的沼生植被具有重要影响, 而对较远距离的荒漠植被并没有太大影响; 相比而言, 未来玛纳斯河流域的发展必须解决农牧业的结构调整和水资源的合理利用等关键问题, 这样才能抑制绿洲外部的荒漠化进程和内部盐渍化问题, 促进天山北坡绿洲经济带的可持续发展.     

额济纳荒漠绿洲植被生态需水量研究

荒漠绿洲的生态需水量主要指维持荒漠绿洲植被正常生长所需要消耗的水量.采用3S技术与野外生产力测定相结合的方法, 通过建立植被归一化指数(NDVI)、生产力、蒸腾系数之间的关系方程, 计算了额济纳荒漠绿洲的植被生态需水量.结果表明, 维持额济纳绿洲现状的需水量为1.53×10⁸ m³, 若使现有的植被恢复到目前最高生产力水平的生态需水量为3.49×10⁸ m³. 考虑到城镇居民生活用水、河道输水损失、绿洲植被耗水、绿洲内农田用水和降水补充等, 额济纳旗绿洲维持现状需要黑河下泄水量(狼心山)为1.93~2.23×10⁸ m³之间, 若使现有的植被恢复到目前最高生产力水平, 需要黑河下泄水量(狼心山)为4.28~5.17×10⁸ m³之间.     

绿洲和戈壁近地面层热量和物质输送特征对比

利用甘肃金塔绿洲和戈壁10 m涡旋相关法的观测资料对比研究温度、湿度和二氧化碳浓度(CO₂)的平流和湍流通量特征.结果表明,在典型绿洲-戈壁复杂下垫面上,热量和物质的平流通量比湍流通量的值大1到2个量级;在绿洲和戈壁,受平流输送影响和下垫面强迫,不同性质标量湍流的水平和垂直通量分布具有不同的特征.     

干旱区绿洲两种典型的LUCC过程与驱动力对比分析——以天山北坡三工河流域为例

根据三工河流域绿洲1978,1987年航片、1998年TM影像以及土壤、水文与社会经济资料,综合运用遥感、GIS、土地利用/覆被变化(LUCC)指数模型、Logistic逐步回归模型及所提出的因子加权和指标,分析表征影响因子对区域土地利用空间格局的影响程度,比较小规模家庭承包和大规模农场耕作的两种典型土地经营模式下的LUCC过程和驱动力.耕地、草地控制全区土地利用的基本格局,耕地、城镇村工矿用地面积逐年增加,家庭经营区林草地面积均大幅度减少,而农场经营区仅草地有所减少(减幅12.0%),林地却增加了(增幅13.7%);研究区前期(1978～1987年)土地利用变化比后期(1987～1998年)剧烈,家庭经营区土地利用变化比农场经营区剧烈.政策是土地利用变化的决定性因素,水资源是土地利用的先决条件,在政策的宏观控制和水资源的约束下,全区土地利用变化的主要驱动因素为人口和经济,主要的限制因素为土壤肥力和地下水埋深;家庭经营区人为驱动占主导地位,农场经营区自然因素的限制作用更加突出.影响因子波动越大的区域或时段,其土地利用的变化也越显著.     

河西走廊水文过程变化对荒漠绿洲过渡带NDVI的影响

在中国干旱区内陆河流域,人为活动几乎控制了所有的地表水文过程,而且人为对水文过程的调控力度随塔里木河、黑河和石羊河流域水资源综合管理等工程的实施而逐渐明显.对人为调控水文过程所引起的绿洲水文与生态变化及其环境效应虽然引起了广泛的关注,但相关研究仍很薄弱.本文研究了地处黑河中游荒漠绿洲边缘的平川灌区绿洲荒漠过渡带水文与生态过程的变化,结果表明,近20年来,特别是自2000年实施国务院确定的黑河分水方案以来,平川灌区河水灌溉量年平均减少1.498×107 m3,井水灌溉量年平均增加1.457×107 m3,分水前地下水埋深变化在2.44~3.19 m,平均(2.73±0.24)m,而分水后地下水埋深变化在3.08~4.01 m,平均(3.79±0.62)m.在空间上表现为埋深3 m的分布区域面积减少,由原来的3612 hm2减少到394 hm2,而埋深3 m的分布区域面积增加,由原来的853 hm2增加到3843 hm2.尽管绿洲的水文过程发生了变化,但尚未对荒漠-绿洲过渡带的植被生产力产生明显影响.     

干旱区绿洲滴灌对土壤盐碱化的长期影响

干旱区绿洲长期滴灌是否会造成农田土壤积盐,事关干旱区绿洲农业的可持续发展,是学术界和生产管理部门严重关切的问题.玛纳斯河绿洲在新疆最早开展滴灌应用.本文在玛纳斯河绿洲范围内通过大量调查土壤剖面盐分和滴灌历史来回答上述问题.共调查了235个土壤剖面,深度一般为200 cm,最浅100 cm,利用其中已知滴灌年数的52个剖面数据分析滴灌对土壤盐碱化的长期影响,分为滴灌初始为耕地和荒地种情况.结果表明:新疆玛纳斯河绿洲荒地0~200 cm土层平均含盐量17.23 g kg-1,漫灌耕地平均含盐量0.59 gkg-1;农田滴灌对土壤脱盐与积盐影响并存;原荒地基础上进行滴灌,土壤呈脱盐趋势,土壤含盐量呈幂函数曲线下降,最长12年滴灌历史的多点不同滴灌年数地块含盐量平均值为6.38 g kg-1,总体仍然处于脱盐过程中;原耕地基础上长期滴灌,土壤呈积盐趋势,土层平均含盐量年均增长0.22 g kg-1,最长10年滴灌历史的多点不同滴灌年数田块平均含盐量增长为2.36 g kg-1,土壤含盐量增长趋于危害棉花生长、影响产量的临界值.干旱区绿洲长期滴灌将造成土壤积盐,应该引起科学研究和灌溉管理的高度重视;在节水灌溉过程中保证盐分淋洗用水是减缓滴灌农田土壤积盐必需的措施.     

民勤大气边界层特征与沙尘天气的气候学关系研究

 为了更好地理解西北干旱区大气混合层(ML)厚度的变化特征及其对当地沙尘气候形成的影响, 利用民勤2006—2008年3—6月逐日08时和20时探空资料、降水和日最高气温,计算和分析了最大混合层厚度、逆温层特征和垂直风场及其对沙尘气候形成的影响。结果表明,民勤沙尘天气的大气边界层有显著的昼夜变化,白天厚、逆温强而多;沙尘天气的最大混合层厚度在2 600 m左右,介于无降水与有降水天气之间;扬沙主要由锋面中的冷空气引起,而沙尘暴主要由低层风场的剧烈扰动和500 m以上高层冷锋入侵引起。沙尘暴发生前近地面风场有明显的扰动,沙尘暴发生时在500 hPa以下有显著的冷空气活动,白天较强。能见度小于100 m的强沙尘暴夜间风速大,冷空气较强。     

额济纳绿洲主要植物的水势与环境因子的关系

通过对额济纳绿洲几种植物的水势分析,结果表明,水势从小到大排序为:红砂 < 柽柳、苏枸杞、苦豆子 < 胡杨、梭梭、骆驼蓬 < 花花柴 < 沙拐枣。胡杨和柽柳水势日变化在5月和7月大体呈"V"型;9月份日变化大体呈直线型。不同植物对环境条件反应不同,乔木、灌木的水势与深层土壤中含水量密切相关,而草本对较浅层的土壤含水量相关。阔叶植物对大气中的水分相关性更强。植物水势与大气温度相关性最差。     

新疆绿洲能源资源开发利用研究

绿洲的能源供给问题是关系到绿洲生存与发展的结点，有其特殊性。本文以新疆为例，以其能源资源的赋存特点和开发特征为基础，试图寻找到一条符合绿洲生态要求，且有利于发挥其真正有效的比较优势，以促进其社会经济持续发展能源开发之路。