疏勒河上游高寒草甸蒸散对比研究

利用疏勒河上游草地综合观测点2011年草甸主要生长季节的观测资料,应用小型蒸渗仪法(ML)、涡动相关法(EC)、波文比能量平衡法(BREB)对高寒草甸的蒸散量进行估算和比较分析。结果发现:在观测期间涡度相关法与能量平衡法所测定结果存在能量不闭合现象,能量平衡闭合度0.84;波文比法估算的蒸散量为270.6 mm,比蒸渗仪法测定结果(238.9 mm)高13%,比涡度相关法结果(236.1 mm)高出15%。3种方法估算结果均有较好相关性。涡度相关法可能低估蒸散量,波文比能量平衡法对蒸散量有所高估。考虑到蒸散估算精度和连续性观测等方面,涡度相关法更具优势。

干旱区人工绿洲间作农田蒸散研究

在黑河流域中游的张掖绿洲区建立了大田环境下的春小麦和夏玉米间作农田能水平衡研究观测点，以气象观测资料为基础，采用波文比能量平衡法（BREB）和参考作物蒸散量-作物系数法（ET0-Kc）对作物的蒸散进行了计算。结果表明：在一个完整的生长期内，利用波文比能量平衡法得到的间作作物蒸散量为688mm，日均3．4mm／d，用参考作物蒸散量作物系数法得到的作物蒸散量为666mm，日均3．3mm／d，两种计算方法得到的蒸散量总值差别小。同期，水文平衡法计算结果为733mm。利用波文比能量平衡法所得结果的分析表明，试验地在不同生长阶段，ET变化剧烈，生长初期、中期、末期分别为1．19、4．41和2．58mm／d，其蒸散量分别占全年蒸散总量的7．79％、78．73％和13．48％。ET月变化显示，3月维持在一个较低水平；4月和5月剧烈增加；6月达到最大；此后的7月和8月降低，但仍维持在一个高水平；9月，随着作物进入生长末期，蒸散急剧减小。对ET日内变化分析可知，作物蒸散开始于早晨7：00～8：00，在14：00左右达到最大，19：00～20：00趋于0mm／d。不同生长阶段蒸散强度差异明显。

同位素技术在流域水文研究中的重要进展

近50 a来,同位素技术在流域水文研究中取得了两个方向上的重要进展:从时间上讲,主要是对水体贮存、运移时间变化的评估,这里重点介绍了对地下水滞留时间估算上的重要进展;从空间上讲,主要是对流域水文过程的评估,从对河流-地下水系统内水体的相互转化、径流分割和生物化学过程3个方面的进展进行评述.同位素技术和方法在流域水文研究中将向着理解大流域水文过程的方向发展,同位素信息用来校正和检验降水-径流模型及在可持续水资源管理的定量化研究等方面的潜在价值有待实现.

黑河中游地区湿草地蒸散量试验研究

干旱区湿草地蒸散量的估算对区域草地生态环境建设、草场的科学管理和湿地保护等具有重要的意义.但目前为止,对湿草地蒸散的观测和研究非常少.以气象观测资料为基础,采用不同的方法估算了黑河中游湿草地的参考作物蒸散量(ET0),并对5种方法计算结果进行了对比.结果表明,除Priestley-Taylor法外,其余几种方法计算结果十分接近,相关性好.用FAOPenman-Monteith公式计算结果对ET0的变化作了分析:在一个完整年度内,试验地ET0为1193.9mm,日均3.26mm.d-1.在牧草不同生长季节,ET0变化剧烈,非生长期、生长初期、生长中期、生长末期分别为0.92mm.d-1、2.13mm.d-1、5.33mm.d-1和2.52mm.d-1,其蒸散量分别占全年蒸散总量的7.85%、5.02%、70.90%和16.23%.ET0在2月中下旬迅速增大,4月增大幅度最大,此后进一步增大直到7月达到最大,随后逐步减小,在11月中旬随着牧草生长期的结束降至年最低值.确定了牧草非生长期、生长初期、生长中期、生长末期的Kc分别为0.30、0.40、0.90和0.88,计算的牧草地年实际蒸散量为962.0mm,日均2.63mm·d-1.

干旱区农田、草地和荒漠下垫面辐射收支平衡的对比分析

主要利用架设在黑河流域中游绿洲和荒漠区的3套自动气象观测系统在2003年9月1日—2004年8月31日的同期观测资料,对比分析了干旱区农田、草地和荒漠生态系统的辐射收支及其变化特征。结果表明:荒漠和草地太阳辐射相差不大,分别为6238.7 MJ.m-2和6135.8 MJ.m-2,农田生态系统为5889.0 MJ.m-2,比荒漠地区小4%。随着植物覆盖度的增大,草地和农田的地面反射逐渐减弱,荒漠地区反射辐射和地表反射率明显高于绿洲地区。大气逆辐射在3个地区相差不大,平均约为280 W.m-2。地表放射辐射和地表有效辐射在不同季节表现出较大的差异性。总体上讲,农田和草地地表有效辐射要低于荒漠,特别是在作物或牧草的主要生长季节。荒漠、草地和农田年总净辐射量分别为1705.8,2150.7和2458.2 MJ.m-2,农田和草地分别高出荒漠44%和26%,农田和荒漠净辐射差值主要由地表有效辐射差异引起。

同位素技术在寒旱区水科学中的应用进展

近20a来,同位素技术作为一种新技术在寒区旱区水科学研究中得到越来越广泛的应用.中国学者在大气降水稳定同位素,干旱区地下水起源,盐湖中氯、硼、锂等同位素的应用研究中取得了较大进展,在寒区旱区同位素剖面的建立和古地理、古环境演化信息的提取上得到了一系列重要的成果,还对蒸发过程的同位素分馏理论进行了探索和发展.随着科技的发展和同位素应用水平的提高,同位素技术还将在寒区旱区水科学中取得更大进展.

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.

黑河中游间作农田的辐射收支特征分析

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2003—2004年的资料，分析了一个完整年度内春小麦和夏玉米间作农田生态系统的辐射收支及其变化特征。结果表明；太阳辐射Rs年平均为192．9W·m^-2·d^-1，冬、春季较小，夏、秋季较大。反射辐射Rr平均为37．8W·m^-2·d^-1在土壤裸露时较大，随着作物覆盖度的增大呈下降趋势。地表反射率平均为0．22，在年内的变化趋势与反射辐射Rr基本一致。地面向上长波辐射Rlu和向下长波辐射Rld年平均分别为353．3W·m^-2·d^-1和278．0W·m^-2·d^-1两者在1月份最小，从2月开始增大，到7月达到最大，随后持续降低至12月。有效辐射（Rlu-Rld）在农作物主要生长期的5～9月为70W·m^-2·d^-1左右，春末夏初增加较大。净辐射Rn全年日均值为79．8W·m^-2，占太阳辐射量Rs的35％。在作物的主要生长季节（5～9月）Rn日平均达141W·m^-2，在无作物生长的季节（1～2月和11～12月），Rn日均值在8W·m^-2左右。光合有效辐射PAR全年累积值为2580．9MJ·m^-2日均82．7W·m^-2占太阳辐射量Rs的42．2％。PAR在年度内变化大。在无作物生长季节，PAR日均值一般在40～50W·m^-2。3月PAR迅速增大，日平均值达到78W·m^-2，PAR在7月达到最大，日均值为128W·m^-2。

干旱区制种玉米农田蒸散研究

在黑河流域中游的张掖绿洲区建立了大田环境下的制种玉米农田蒸散研究观测点,以气象观测资料为基础,采用波文比能量平衡法(BREB)和参考作物蒸散量作物系数法(ET0Kc)对制种玉米的蒸散进行了计算。结果表明,在一个完整的生长期内,利用波文比能量平衡法得到的蒸散量为513.2 mm,日均3.2 mm/d,用参考作物蒸散量作物系数法得到的作物蒸散量为486.2 mm,日均3.1 mm/d,2种计算方法得到的蒸散量总值差别小。利用波文比能量平衡法所得结果的分析表明,试验地在不同生长阶段,ET变化剧烈,生长初期、发育期、中期、末期分别为2.3、2.9、4.1和3.0 mm/d,其蒸散量分别约占全年蒸散总量的13%、22%、50%和16%。ET月变化显示,4月和5月维持在一个较低水平,平均为2.1-2.3 mm/d;6月剧烈增加到3.6 mm/d;7月达到最大,平均为4.6mm/d;8月蒸散有所降低,为3.3 mm/d;9月,随着作物进入生长末期,蒸散急剧减小到2.8 mm/d。

干旱区内陆河流域中游低湿草地蒸散特征

以气象观测资料为基础,采用波文比能量平衡法(BREB)对低湿草地的蒸散进行了估算。结果表明,在一个完整年度内,试验地蒸散量(ET)为611.5mm,日均1.67mm。在牧草不同生长季节,ET变化剧烈,非生长期、生长初期、生长中期、生长末期分别为0.57mm/d、2.01mm/d、3.82mm/d和1.49mm/d,蒸散量分别占全年蒸散总量的18.26%、9.20%、61.83%和10.71%。ET月变化显示,从3月开始草地蒸散量有所增大,6月牧草进入生长中期后蒸散量迅速增大,到7月蒸散量达到最大,9月牧草进入生长末期,蒸散急剧减小;随着牧草生长终结和土壤冻结,蒸散量逐步减小,在11月中旬到次年2月蒸散基本停止。蒸散的日内变化规律显示,草地蒸散开始于早晨7:00～8:00,13:00左右达到最大,19:00～20:00蒸散趋于0。晴天蒸散强度远大于阴天。

白银市区生态环境的退化及修复

白银市位于甘肃省中部,属典型的黄土高原中部矿农交错区。恶劣的自然环境和以工业为主体的强烈的人类经济社会活动共同作用,使白银市区产生了诸多的生态环境问题。通过分析白银市区生态退化的原因及现状,根据恢复生态学、可持续发展原理和生态经济学理论,提出了生态恢复的对策:①以小流域的生态恢复为核心;②加强水资源的合理开发利用;③加强生态环境的动态监测和评估;④依靠科技进步,科学规划,促进和加快生态环境建设;⑤实施生态教育,加大执法力度,加强综合治理。

祁连山老虎沟12号冰川积累区消融期能量平衡特征

为研究冰川消融期积累区的能量平衡,利用2006年6月21日—7月31日祁连山老虎沟12号冰川海拔5 040m气象观测资料,分析了冰川的能量平衡各分量变化特征,估算了冰川表面的能量平衡组成.结果表明:冰川消融期,净辐射是冰川的主要热量来源(占82.1%),其次是感热通量(占17.9%);冰川消融耗热是主要的能量支出项(占70.8%),其次是潜热通量(占29.2%).通过能量平衡方程计算的冰川蒸发/升华量日平均值为0.8mm w.e.,物质亏损量为473mm w.e.,与实测物质亏损量492mm w.e.相差不大,冰川累积物质亏损量计算值和观测值的趋势变化吻合较好.

锡林河流域地表水和浅层地下水的稳定同位素研究

2006年4—9月,在从锡林河源头沿河流进行地表水和地下水同位素样品采集和分析的基础上,利用全球降水同位素监测网(GNIP)包头站的大气降水稳定同位素资料,结合锡林河流域的气象和水文资料,对锡林河流域大气降水、地表水和地下水稳定同位素进行了研究.结果表明:地下水中δ18O和δD值分别集中在-11.7‰～-14.9‰和-80‰～-89.5‰范围内,δ18O沿地下水流向有增加的趋势,大部分地下水中δ18O的季节波动性不大;河流干流δ18O和δD的年算术平均值从源区的-12.8‰和-94.5‰到入锡林河水库处的-10.0‰和-79.3‰,差值分别约为3‰和15‰.河水中的δ18O值沿流程增加而增大的现象可归结为受含有较高δ18O值的地下水补给作用和河水的蒸发作用的共同影响,其中对δ18O蒸发富集的研究显示,蒸发引起δ18O富集值为1‰.通过地下水线(GWL)和地表水线(SWL)及区域大气降水线(LMWL)的对比分析发现,在径流季节,降水对地表水的贡献小,地下水是地表水主要的补给源,地表径流基本是地下水的排泄.

小昌马河流域地表水地下水同位素与水化学特征及转化关系

利用小昌马河流域上游大雪山老虎沟冰雪融水及下游昌马洪积扇区地下水的稳定同位素和水化学资料,对流域稳定同位素和水化学的组分特征和季节变化进行了分析.结果表明:小昌马河流域内从上游冰雪融水区到下游昌马洪积扇地下水排泄区矿化度不断增高,水化学类型由HCO3-Mg-Ca过渡到HCO3-SO4-Ca-Mg;上游冰雪融水与下游地下水δ18 O的季节变化基本一致,洪积扇区地下水来源于冰雪融水的补给.水文地球化学模型模拟显示地下水形成过程中水岩作用以析出方解石,吸收二氧化碳,溶解石膏、岩盐和绿泥石等为主要特征,溶蚀的含盐矿物使地下水中氯化物、硫酸根和钠离子含量升高,地下水水质恶化.同位素和水化学证据均揭示了小昌马河流域地表水-地下水的化学环境转化关系.

黑河实施分水后中游灌区地下水资源量的变化分析

黑河中游地下水是农业灌溉的重要水源之一，而黑河分水通过对地表水的影响，进而影响地下水资源，根据中游地下水观测数据，运用Kriging空间插值法，对分水前的20世纪90年代和分水后的2004-2005年间的地下水位和储量变化进行对比分析，结果表明：中游甘州区、临泽县和高台县地下水位不同程度上都在下降，其范围在1.3～2.7m，地下水可开采储量也随之减少，估算减少总量约为8.23×10^8m^3，究其原因，一方面是由于分水使得地表水转化为地下水的数量减少，占总减少量的45％；另一方面，河水供给的减少促使中游地区在农业灌溉中转而大量开采地下水所致，目前中游地区调整产业结构，减少农业用水是分水后保持当地各种环境稳定的重要措施。

近期小冬克玛底冰川物质平衡变化及其影响因素分析

冰川物质平衡是反映冰川状况最为直接、可靠的参数.基于2008-2012年小冬克玛底冰川花杆和雪坑实测的物质平衡资料以及相关的气象资料,获取了小冬克玛底冰川物质平衡数据并对其影响因素进行了分析.结果表明:2009-2012年冰川末端共退缩19.7m,年均退缩量为4.9m,是1990年代中末期的2.3倍;平衡线高度为5 720m,相比1990年代初的海拔5 600m上升了120m.与1995年相比,冰川面积减少了0.095km2,末端海拔从5 380m上升到5 420m.2008-2012年小冬克玛底冰川物质平衡总量为-1 584mm w.e.,相当于冰川整体减薄1.76m.2009/2010年度物质平衡量为-996mm w.e.,是小冬克玛底冰川有观测记录以来的最大负平衡值,夏季平均气温偏高和青藏公路维修导致表面反照率急剧降低是主要原因.对影响冰川物质平衡的因素分析结果表明,气温特别是夏季气温和净辐射是小冬克玛底冰川物质变化的主要影响因素.

基于Kriging插值的黑河分水后中游地下水资源变化

水资源短缺是西北地区内陆河流域面临的共同难题。20世纪黑河下游地区河水注入量的持续减少,使得依赖河水补给的地下水相应减少,从而出现了一系列的生态环境问题。为了恢复黑河下游生态环境,从2000年开始了黑河生态应急输水工程,实施水量的统一调度。中游地表水利用量的减少无疑会对地下水资源产生影响。根据黑河中游地下水观测数据,运用普通Kriging插值法,对分水前的20世纪90年代和分水后的2004-2005年间的地下水位和储量变化进行对比分析,发现中游甘州区、临泽县和高台县地下水位不同程度上都在下降,其范围在1.3～2.68 m,地下水可开采储量也随之减少,估算减少总量约为8.23×10~8 m^3。究其原因,一方面是由于分水使得地表水转化为地下水的数量减少,占总减少量的60.8%;另一方面,河水供给的减少促使中游地区转而大量开采地下水。两方面共同作用,使得中游地区地下水资源量日益短缺。

祁连山疏勒河上游高寒草甸CO_2通量变化特征

采用涡动相关法对疏勒河上游高寒草甸生态系统2009年CO2通量进行连续观测.结果表明:疏勒河上游高寒草甸CO2通量呈明显的日和月变化特征.生长季CO2通量具有明显的日变化过程,其中吸收峰值从5月的10:00时逐步推后到7月的12:00左右,CO2通量排放峰值则出现在21:00—22:00.其中,最大吸收和排放速率均出现在7月,其值分别为0.93g CO2.m-2.h-1和0.41g CO2.m-2.h-1;非生长季(1—4月和10—12月)CO2通量日变化振幅较小,除白天较短时段有较小的CO2排放外,其他时段CO2通量很小.从年内变化看,4月和10月为CO2净排放高峰月,7月为CO2净吸收最大月.1—5月及9—12月为CO2净排放阶段,共排放238.1g CO2.m-2.6—8月为CO2净吸收阶段,CO2净吸收的总量达373.5g CO2.m-2.全年CO2通量计算表明,疏勒河上游高寒草甸生态系统是显著的CO2汇,年CO2净吸收量达135.4g CO2.m-2.

祁连山老虎沟12号冰川表面能量和物质平衡模拟

采用HOCK的分布式能量物质平衡模型对老虎沟12号冰川消融期的物质平衡进行了模拟,时间步长为1 h,空间分辨率为30 m.模型结果利用物质平衡观测数据和气象站观测数据验证,模型模拟时期为2012年6月1日-9月30日.模型模拟结果表明,地形因子对太阳辐射影响相当显著;散射辐射在总辐射中的比例较大为39%,模拟期冰川表面物质平衡为-506 mm w.e..在模拟期整个冰川平均上净辐射占能量收入的84%,感热通量占有16%;消融耗热则是能量的主要支出占有62%,潜热通量占有能量支出的38%.

基于克里金插值估算区域降水量的抽样方法对比分析——以甘肃省为例

降水数据的空间插值精度由降水的空间变异特征、插值方法和降水观测站分布决定的,其中,降水观测站及插值方法的选择尤为重要.利用空间随机抽样、空间分层抽样和空间三明治抽样等空间抽样方案,以甘肃省境内的气象站点为研究对象进行抽样分析,在抽样结果的基础上进行区域降水量克里金插值,并对比了插值结果精确度.结果表明:在较为丰富的先验知识的前提下,空间三明治抽样所得的区域降水量插值结果的误差项ME(1.97)、MSE(0.0066)和RMSSE(1.0184)都是最优的,空间分层抽样次之,空间随机抽样最差.与另外两种抽样方案相比,空间三明治抽样是一种使区域误差最小,适用范围更广,精确度更高的抽样方法.