2005-2020年中国西北干旱区典型生态系统土壤有机碳密度数据集

土壤有机碳库是陆地生态系统碳库中最大、最为活跃的部分,在全球碳循环过程和全球气候变化中起着重要的作用。中国西北旱区位于欧亚大陆的腹地,生态系统极其脆弱,对气候变化的响应也极为敏感,是近年来众多学者关注的热点地区,土壤有机碳储量估算以及空间分布特征日益成为该区域的研究焦点之一,但是数据共享不足与实测数据相对缺乏是造成研究结果不确定性的重要因素。在收集中国生态系统研究网络(CERN)位于中国西北六省区的农田、荒漠、草地生态系统野外科学观测研究站土壤长期观测数据的基础上,通过筛选、质量控制后,采用有机碳估算模型计算生成了中国西北干旱区典型生态系统土壤有机碳密度数据集。本数据集涵盖了11个站点2005-2020年各类长期观测样地的表层(0-20 cm)和剖面分层土壤有机碳密度数据,以期为中国西北干旱区土壤碳储量估算和碳循环过程研究提供有价值的实测数据。

1945年中国西北地区植物染料与染色试验报告考察

文章通过对英国剑桥大学李约瑟研究所东亚科学史图书馆藏1945年《西北几种植物染料之染色试验报告》的整理和刊布,对该报告作者的学术信息和所在机构的历史沿革进行了背景调查,对报告所载14种代表性植物染料的产地和性状、色素萃取、染色试验、色牢度检测及染样色彩等内容进行了整理分析。研究认为,该报告对了解当时中国西北地区植物染料情况具有珍贵的历史资料价值,同时也对当今如何看待和发展植物染料及染色工艺具有一定的现实意义。

中国西北旱区砂田表层土壤养分效应对连作响应的整合分析

为明确砂田表层土壤养分对连作的响应规律,深入揭示砂田性能逐年退化机理,文章基于国内外已发表的16篇相关文献的586组有效数据,借助Meta-analysis方法进行整合定量研究,定量分析覆砂1—3年农田与其他连作年限砂田(4—6年、7—9年、10—12年、13—15年、16—20年)在表层土壤水分状况(SWC)、养分特性(有机质SOM、全氮TN、全磷TP、全钾TK、碱解氮AN、速效磷AP、速效钾AK、全盐TSS)和酸碱环境(pH)方面的差异效应,系统阐释砂田表层土壤养分特性逐年变异的发生路径及驱动因素,进而综合评估其肥力水平。结果表明:伴随种植年限的增加,砂田表层土壤水分储量和养分强度整体呈现下降态势(P<0.05),4—20年的土壤SWC、SOM、TN、TP、TK、AN、AP、AK含量分别较1—3年减少39.06%、14.21%、14.96%、10.06%、8.20%、15.87%、37.01%、18.60%(P<0.05)。表层土壤SOM、TN、TP、TK、AN、AP、AK主要于10—12年开始大幅流失(P<0.05),而4—6年土壤SOM、TP、TK、AK含量的相对变化则不显著(P>0.05)。砂田在耕作12年内具有显著压盐效果,12年以后的表层土壤TSS含量则开始呈现逐年增加的发展趋向(P<0.05),其土壤pH整体增加1.29%(P<0.05)。连作年限是砂田表层土壤TN、TP和AK变异的关键因子;SWC则为土壤SOM、AP和TSS演化的主导要素。总体而言,砂田在连作10年左右即可出现明显的养分亏缺状态。因此,亟需提出科学合理的农田管理措施,以有效提升退化砂田的土壤肥力水平。

中国西北地区农业生态效率时空分异及影响因素研究

立足资源禀赋和发展阶段因地制宜提高农业生态效率是农业强国建设的必由之路。在借助非期望非径向SE-SBM模型测度2010—2020年中国西北地区市域尺度农业生态效率的基础上,综合应用差异系数、Dagum基尼系数、全局趋势分析、全局莫兰指数和空间误差模型等指标和方法探讨了中国西北地区农业生态效率时空分异特征及影响因素。结果表明:(1)2010—2020年中国西北地区农业生态效率的中位数在波动中由0.512上升至1.001,年均增长率约为6.93%,且市域间农业生态效率的差异程度呈现出缩小的态势。(2)中国西北地区农业生态效率呈现出梯次性的圈层空间分布特征,投影趋势线在南北方向呈现出“U型”特征,而东西方向则是在由西向东平滑上升的过程中逐渐显现出“倒U型”特征。(3)劳均耕地面积、农村居民人均可支配收入、城镇化水平对中国西北地区农业生态效率产生正向影响,而农业机械密度与化肥使用强度则对该地区农业生态效率产生负向影响。

西太平洋台风活动对中国西北地区东部夏季降水的影响

基于1979~2020年(42年)降水及台风资料,利用常用的统计方法和随机森林方法,研究了西太平洋台风对我国西北地区东部(33°N~45°N,93°E~110°E,ENWC)降水的影响。结果发现,在台风频数和降水量都出现峰值的7、8、9月,出现在西北太平洋的台风对台风期间的ENWC平均日降水(TP)有影响。7月份台风的位置和强度对降水影响显著,8月份台风的位置、强度和频数对降水都有影响,9月份影响较小。台风的影响具有地域选择性,不同的月份这种选择性不同,对不同等级降水的影响也不同。其影响主要表现在EOF分解的第二模态以及强降水和极强降水等级上,这说明了台风不是影响TP的主要因素,这种影响是间接的和非线性的,台风的出现是通过影响东亚地区中高纬度的槽脊系统、西太平洋副热带高压以及低纬度低涡的强度和位置来形成有利于降水的条件,从而影响降水的分布和强度。相对于多元线性回归方法,基于随机森林方法建立的降水模型能更好地拟合出降水分布和强度,这说明台风对TP的影响主要是非线性的,且降水强度越强,非线性作用越明显。同时,随机森林模型也显示出台风的位置是影响ENWC降水的最关键因素。

地质学与考古学的交汇点——袁复礼在中国西北科考团期间的甘肃考察

在中国现代考古学建立的初期,地质学家发挥了重要的作用,不仅从理论层面为考古学提供方法论,还主持和参与了实践性的考古发掘活动.在此过程中,西方学者固然占据了决定性的地位,但中国科学家的的作用同样不可忽视.袁复礼作为中国地质学的奠基人,在考古学方面做出了巨大的贡献,他先后参与了外国学者和中国学者主持的考古发掘工作,积累了大量的田野发掘经验.中瑞西北科学考查团期间,他在甘肃地区独立主持的一系列考古调查活动,不仅是对甘肃地区史前考古发现的重要补充,同时也对甘肃民勤地区后续的考古工作提供了津梁.

戴季陶与中国西北高等农林教育

训政时期,戴季陶曾三次赴西北考察。在1932年,戴季陶与于右任,张继等国民党高层人士提出创办西北农林专科学校。1934年西北农专建校,戴季陶参与学校的选址、农专及附设机构设置,筹备师资和编制学系。戴季陶提出并参与筹办的民国西北农林专科学校,为这一时期的中国培养了一大批农林业人才,学校延续至今演变成西北农林科技大学,对中国西北高等农林教育有着积极影响,为当今的农林现代化和农林科技事业提供历史的借鉴。

中国西北地区夏季降水及其东部降尺度预测模型

利用中国气象局提供的降水数据和NCEP/NCAR再分析资料,分析了1961-2018年中国西北地区降水的气候特征,并构建了西北地区东部降水短期预测的统计降尺度模型。结果表明,1961-2018年西北地区降水整体呈现增加趋势,尤其是2000年以后降水明显偏多;西北地区降水呈西少东多的特征,但西部降水增加明显,而东部降水无明显趋势变化。针对西北地区东部夏季降水进行归因分析,找到了影响西北地区东部降水的4个同期关键影响因子——中亚地区200 hPa位势高度、北太平洋850 hPa V风、北大西洋850 hPa U风、南印度洋海平面气压,这4个因子分别反映了西风急流的特征、北太平洋海平面气压的“-+”结构、北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)的特征及马斯克林高压的强度;当西风急流偏北偏强、北太平洋海平面气压“-+”结构减弱、NAO偏强或马斯克林高压偏弱时,有利于西北地区东部降水。在降尺度模型建立阶段,模型结果与西北地区东部夏季降水量平均偏差为17.5 mm,平均偏差率为10.3%;在模型检验阶段,模型结果与西北地区东部夏季降水量平均偏差为26.2 mm,平均偏差率为16.4%,统计降尺度模型总体能够较好预测西北地区东部的降水,可为西北地区降水的短期气候预测提供新的思路。

中国西北地区太阳辐射时空分异特征

应用近60 a中国西北169个国家基本气象站气象观测资料,对中国西北总辐射的时域变化、空间分布和次区域时空演变特征进行了研究。结果表明:(1)青海西北部的柴达木盆地和甘肃西部为太阳能资源最丰富区,陕西南部和甘肃东南部的较小区域为资源丰富区,其余大面积区域均为资源很丰富区。(2)1961—2020年除新疆西南部、甘肃和新疆接壤区、甘肃北部和陕西北部的小范围区域总辐射呈上升趋势外,西北大部分区域总辐射呈下降趋势。(3)EOF第一模态特征向量场表明,总辐射振荡强度由西向东加强,各分量高载荷区主要集中于中东部,该区域是总辐射易出现异常、振荡强且敏感的地区。(4)EOF第二模态特征向量场自西向东呈双偶极子型;青海全境和甘肃大部为正值区域,也是总辐射异常振荡最强的区域。(5)依据REOF特征向量不同模态空间分异结构类型,可将研究区域划分为主要受东亚季风影响的“西北东部异常型”、主要受东亚季风影响边缘区的“西北中部异常型”和主要受西风带影响的“西北西部异常型”等3个次区域。3个次区域总辐射减少的突变点分别出现在1973年、2017年和2008年。

中国西北地区超基性岩封存CO_(2)潜力研究

超基性岩可通过碳酸盐化生成稳定的碳酸盐矿物,它是一种以地球化学手段有效且永久封存CO_(2)的矿物。在自然界中矿物封存CO_(2)可通过风化作用自发发生,人工干预能进一步提升碳酸盐化反应效率,促进工业化进程。笔者基于最新1∶100万西北地质图及数据库,试图对西北地区分布的超基性岩的封存潜力进行理论评估。结果表明,西北地区超基性岩封存CO_(2)量可达963.23亿t,其中新疆超基性岩CO_(2)封存量最大,可达613.52亿t,占西北地区总封存量的63.69%。西北地区超基性岩封存CO_(2)量大致相当于全国2021年CO_(2)排放量的10倍,在完全释放其固碳潜力的情况下,初步静态估算可封存全国CO_(2)排放量约10年。因此,西北地区超基性岩封存CO_(2)潜力巨大。未来,应针对单个超基性岩体收集已有大比例尺精细基础地质调查数据,并补充性开展调查及研究工作,进一步圈定CO_(2)地质封存的有利靶区,促进超基性岩封存CO_(2)的地质解决方案成为未来碳中和目标在西北地区落地实现的最优方案之一。

近几十年中国西北夏秋季干湿年代际变化及成因初步分析

本文利用观测和再分析资料,分析了1961~2014年中国西北地区(35°N~50°N,75°E~95°E)夏秋季节干湿线性变化趋势特征,定量计算了蒸散量和降水量对干湿变化趋势的贡献,同时分析了其年代际变化特征及其相关的大尺度环流和水汽收支变化。结果表明,西北夏季和秋季干旱变率在四季中最大,是干旱最易发生季节。西北地区在1961~2014年夏秋季显著变湿,其中蒸散和降水在西北地区的线性变湿趋势中占主要作用,降水量的增加和蒸散量的减少对西北变湿都有正贡献,二者趋势总贡献率夏季为93.4%,秋季为67.5%。夏秋季西北干湿变化的年代际转折在1987年前后,自1987年后,夏季西北年代际变湿,主要受到蒸散量和降水量变化影响,地面风速减小所造成的蒸散量降低有利于该地区年代际变湿;西北地区水汽输送通量异常辐合导致其降水量增加。水汽诊断分析进一步表明,夏季降水量的增加主要来自于局地蒸发的增强,贡献率达到约80%,表明局地蒸发是降水的重要水汽源。此外,夏季水汽平流项为正值(即水汽通量辐合加强),有利于降水量增加,该贡献主要由与风速有关的动力学分量引起。而秋季,1987年后西北地区的净辐射通量和地面风速减小共同导致该地区蒸散量降低,进而造成西北地区的年代际变湿。

中国西北、西南地区地震台站地震计方位角偏差估计

选取2019—2020年西藏、云南、四川、青海、新疆地震台网记录的MS≥5.5远震事件P波数据,采用P波质点运动方法,计算中国西北、西南地区211个地震台站方位角及其随时间的变化。结果显示,约53%的台站方位角偏差绝对值始终小于3°,运维状况极佳;约39%的台站方位角偏差绝对值保持在3°—10°,运维良好;约9%的台站方位角偏差绝对值大于10°,少数台站存在极性反转等现象。在运行维护过程中,部分台站受到更换或移动地震计等人为因素的影响,地震计方位角出现短时跳变现象。为保证地震数据的可靠性,应定期对台站方位角进行检查和校正,以便为地震学研究提供可靠的基础数据。

近半个世纪来中国西北地面气候变化基本特征

利用中国西北地区（新、青、甘、宁、陕及内蒙古西部地区）1960-2003年131个测站年平均气温、年降水量、年蒸发量及年平均地面风速等资料，分析了近44年中国西北地区地面气候变化基本特征。研究表明：近半个世纪来中国西北地区基本都表现为显著的增温趋势，增温速率普遍为0．2～0．9℃／10a，大部分地区高于0.22℃／10a的全国平均水平，与全球变暖的大背景相一致，并且在1994年还发生了一次增温突变。西风带气候区年降水量表现为小幅增加趋势，而季风带气候区表现为小幅减少趋势。近44年来西北地区水面蒸发量表现为显著的减少趋势，且在1976年左右发生了减少突变。整个西北地区平均地面风速减少、日照时数减少、平均日较差减少、相对湿度增加及平均低云量增加可能是水面蒸发量减少的重要原因。

基于GIS和RS的中国西北NDVI变化特征及其与气候变化的耦合性

整合遥感和地理信息技术,对中国西北地区近25a来NDVI时空变化特征及其与气候变化的耦合关系进行了研究,结果表明:高寒草甸和落叶针叶林的NDVI增加趋势较明显,线性倾向率p=0.2%/10a。枯黄期推后导致NDVI明显增加,线性倾向率达0.27%/10a;青藏高原、天山南脉的春季气温和北疆、汉中地区的秋季气温上升较明显,半湿润和半干旱过渡地区降水变幅较大;江河源地区NDVI和气温的相关系数达到0.6,河西-阿拉善、南疆等干旱地区NDVI和降水的相关性较高,相关系数为0.65。夏、秋季汉中、祁连和天山等地区,持续降水会导致NDVI值下降;寒区NDVI对气温变化较敏感,月均温度达到8℃,NDVI值出现快速上升。旱区温度超过22℃,植被NDVI值出现明显的回落。非寒旱区,月气温在19～20℃左右,NDVI达到峰值。寒区当温度条件满足植被生长需要时,NDVI随降水线性增加。旱区月均降水超过60mm后NDVI开始快速上升,直到植被需水的饱和点。生长季内西北地区NDVI随气温、降水的变化存在明显滞后现象。

中国西北四省区强对流天气形势配置及特殊性综合分析

利用2004—2010年中国西北四省(区)强对流天气过程高空、地面实况资料,以及近15年西北区强对流研究主要成果,按照强对流天气产生的基本动力学原理,根据其主导因素的不同,将西北区强对流天气基本形势配置分为高空冷平流强迫、低层暖平流强迫、斜压锋生等3类。分析3类基本配置天气尺度环境场显著特征,以及这些特征在中尺度强对流系统发展过程中所起的作用,总结各类配置之间的主要差异及其与中国其他区域的差异。结果表明,高空冷平流强迫类,冷平流可从300 h Pa向下延伸至对流层低层,而850 h Pa则多表现为弱的暖平流。与中国中东部相比,对流层中下层温度递减率更大,层结不稳定在午后会有强烈发展,LFC更高。区域性强对流天气与大范围降水后地面增湿或低层暖湿气流北上有关;局地强对流天气与复杂小地形对应地面抬升和水汽分布不均匀有关。低层暖平流强迫类强对流天气,中低层暖平流占主导作用,湿层可从地面向上延伸到500 h Pa附近,LFC高度明显偏低,温度垂直递减率小于冷平流强迫类。斜压锋生类强对流天气的显著特点是中低层冷暖空气强烈交汇,并伴有明显温度锋区和锋生。水汽条件好于冷平流强迫类,垂直风切变明显高于前两类。

中国西北近45a来极端低温事件及其对区域增暖的响应

利用中国西北五省(区)1960-2004年100个台站逐日最低温度资料,通过百分位法定义了不同台站的逐日极端低温阈值,对近45 a来西北地区逐年极端低温事件发生频次进行了时空诊断,并分析其同西北区域性增暖的响应.结果表明:一致性异常分布是中国西北年极端低温事件发生频次的最主要空间模态;中国西北年极端低温事件发生频次的空间分布可分为以下5个关键区:北疆区、青海北部区、西北东部区、南疆区及青南高原区;年极端低温事件发生频次除了青南高原区表现为微弱的减少趋势外,北疆区、青海北部区、西北东部区和南疆区均表现为显著的减少趋势,并且发生了突变现象.在年极端低温事件发生频次的各主要空间分区中,13～15 a和7～8 a的周期在所有分区中反映得比较清楚;年极端低温事件发生频次对西北区域性增暖呈显著负响应.

近半个世纪中国西北干湿演变及持续性特征分析

利用1960-2007年中国西北地区248个气象台站的逐日降水、温度资料,通过降水和潜在蒸发均一化干湿指数,从年际演变、季节内变化以及持续性特征等方面较系统地揭示了近半个世纪来西北地区的区域性干湿演变事实,结果表明:在温度与降水双重因子驱动下西北地区的干湿演变特征同降水单一要素驱动下的干旱特征存在明显的差异,说明气候变暖对西北干旱化趋势的贡献程度比较显著;自20世纪90年代后期以来,西北各分区每年异常干旱月份发生概率呈增多趋势,而异常湿润月份发生概率除了北疆地区外,其它分区近10 a异常偏少,这种现象在西北东南部表现得尤为突出。从四季干湿变化来看,冬季表现为湿润化趋势,而春、夏、秋三季呈现出了干旱化趋势。另外西北东南部、青海高原东侧以及南疆地区自20世纪90年代以来,很少出现过持续性湿润事件,而持续性干旱事件却明显多于90年代以前,而且持续性干旱的最长持续时间长,强度大,北疆地区和青海高原48 a来持续性干湿事件发生频次、强度以及持续时间没有明显的趋势变化,而青海高原地区相比其它区域持续性干湿事件偏少,强度偏弱,最长持续时间也偏短。

“4.29”中国西北强沙尘暴数值模拟及螺旋度分析

利用实况观测资料对2009年4月28~30日中国西北出现的区域性强沙尘暴过程进行了天气分析,并用GRAPES_SDM沙尘模式对此次过程进行了数值模拟,然后利用螺旋度理论研究了沙尘暴的动力场结构。结果表明,500 hPa高空槽及高空锋区、地面冷锋及热低压等是形成此次强沙尘暴的主要天气系统。此次沙尘暴过程中在新疆北部和高原上存在两个有利于强对流天气发生的｜▽θ｜大值带,分别与冷锋和热低压影响区域相对应,是沙尘天气主要的发生区域。GRAPES_SDM模式较准确地模拟出强沙尘暴过程的动力结构,是西北地区沙尘暴预报业务及科研中可依靠的沙尘暴预报模式。强沙尘暴过程中总螺旋度负值中心与500 hPa低压槽密切相关。负值中心轴线位于高空槽附近略偏前的位置,对高空槽的发展变化有较好的指示意义。沙尘天气出现在总螺旋度零线附近的等值线密集处。水平螺旋度作为总螺旋度的重要组成部分,对强对流具有预示性,并为垂直螺旋度的形成或增长提供了有利条件。hpx负值中心的位置和走向与500 hPa低压槽也具有一致性。沙尘天气主要发生在低压槽前、高压脊后hpx负值与hpy正值相重叠的区域。hpz及ω的垂直结构随时间的变化特征可以反映出沙尘天气强弱的演变过程。沙尘暴区上空有一对正、负螺旋度中心相配合,中低层旋转上升运动出现并发展、高层下沉运动逐渐达到最强的时段,往往对应着沙尘暴出现的时段。

中国西北地区植被覆盖变化驱动因子分析

利用GIMMS/NDVI数据分析了中国西北地区1982-2006年植被覆盖时空变化特征及其驱动因子。近25 a来,中国西北地区年均植被NDVI增速为0.5%/10 a,并存在明显的空间差异。天山、阿尔泰山、祁连山、青海的中东部等地区植被NDVI显著增加;青海南部地区、陕西和宁夏交界地区、甘肃的部分地区以及新疆的塔里木盆地、吐鲁番、塔里木河、托里等地区植被NDVI下降。从不同植被类型来看:林地、草地和耕地的年均NDVI都在提高。研究表明:中国西北地区植被NDVI变化是各种自然和人为影响因素综合作用的结果。自然植被(林地等)变化更大程度上反映了气候变化对植被的影响,而人工植被(耕地等)变化更多体现的是人类活动的作用。不同高程、坡度、坡向上的植被NDVI变化存在较大差异,当海拔超过4 000 m时,植被NDVI增加趋势很小;坡度低于25°的坡地植被NDVI增加主要是由于近年来的植被建设;阳坡植被变化比阴坡活跃,植被改善趋势较强。植被NDVI与气温、降水的年际变化整体上都呈弱的正相关,温度上升使蒸发量增大,促进了土壤的干化,不利于植被生长,并且灌溉农业区的河水灌溉会降低农业植被NDVI和降水的相关程度。农业生产水平和植被生态建设等人类活动对西北地区植被NDVI增加起重要作用。

近45a来中国西北汛期降水极值的变化分析

本文利用中国西北五省(区)1960-2004年125个台站汛期(5-9月)逐日降水资料,首先定义了不同台站的极端降水阈值,然后统计出了不同台站近45a来逐年汛期发生极端降水的频次、干日数、极端干期长度、湿日数及极端湿期长度,并对它们的长期变化趋势作了分析,结果表明:近45a来西北西部汛期极端降水发生频次、湿日数和极端湿期长度表现出增多和增长趋势,干日数和极端干期长度表现出减少和变短趋势;西北东部汛期极端降水发生频次、湿日数和极端湿期长度表现出减少和变短趋势,干日数和极端干期长度表现出增多和变长趋势;从整个西北来说,近45a来极端降水发生频次和湿日数表现出了增多趋势,极端干期长度表现为变短趋势,而干日数同极端湿期长度表现出周期波动状变化,另外干日数同极端湿期长度的变化趋势恰恰相反,而湿日数却与极端干期长度的变化趋势恰恰相反;自上世纪80年代以来降水极值变率较过去有所变大。