新疆干旱区城市对流层NO_2垂直柱浓度的时空分布

基于地基多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS),分析2014年3月至2016年2月新疆干旱区城市(中等城市库尔勒市和小城市博乐市)对流层NO2垂直柱浓度(VCD)变化规律、分布特征及其影响因素。结果表明:(1)新疆干旱区城市对流层NO_2 VCD采暖期是非采暖期的4倍左右,且有显著的季节特征,表现为冬季>秋季>春季>夏季,库尔勒市的对流层NO_2 VCD年均值大于博乐市,两市对流层NO2VCD日变化峰值在8:00(冬季峰值在9:00)和20:00左右,且晚上的峰值高于早上;(2)库尔勒市和博乐市的对流层NO_2 VCD高值分别达到2.540×1015~4.450×1015、1.630×1015~2.620×1015 molec/cm^2,高值区均集中在商业、工业区,对流层NO_2 VCD低值分别为2.300×1014~1.920×1015、6.000×1014~1.390×1015 molec/cm^2,低值区均集中在居民区、学校周边;(3)库尔勒市和博乐市对流层NO_2 VCD对气象因子有不同程度的响应,其与气压呈正相关,与气温、相对湿度、云量和风速呈负相关。

干旱区绿洲城市生态环境时空格局变化及影响因子研究

城市作为人类生活和生产的核心区域,其生态环境质量越来越受到人们关注,特别是生态环境脆弱的干旱区城市。在新疆的南疆和北疆2个典型绿洲城市(乌鲁木齐市和喀什市)分别选取研究区,基于Google Earth Engine(GEE)构建2个城市遥感生态指数(remote sensing ecological index,RSEI),比较2000年、2010年和2020年2个研究区生态环境质量的时空变化特征,并利用随机森林模型定量分析2个研究区RSEI的影响因素。结果表明:①近20 a间研究区1生态环境质量变差,研究区2生态环境质量变好,研究区1生态环境改善的区域集中在城市中心的老城区,而城区外围的新建区生态环境变差,研究区2东北部生态环境明显改善,而城市中心周围的新建区生态环境质量变差;②植被覆盖度是影响2个研究区RSEI最重要的因子,气温和降水量是影响2个研究区RSEI次重要的因子,影响因子对2个研究区RSEI的影响范围有所差异;③近20 a间研究区1城市规模的扩大、不透水面的增加和植被覆盖度的减小是生态环境变差的主要原因,而研究区2城市化与绿色健康城市发展模式共同推进的举措对生态环境质量的改善发挥了重要作用。研究结果可以为研究区城市健康发展提供科学依据。

新疆策勒戈壁沉积物粒度特征及其沉积环境分析

【目的】揭示新疆策勒戈壁沉积物粒度特征及沉积环境,为戈壁沉积物沙尘释放、沉积环境演变及合理利用土地资源、减少沙尘灾害提供理论依据和科学支撑。【方法】以新疆策勒戈壁为研究区,通过野外实地调查与沉积物粒度以及磁化率的研究,对新疆策勒戈壁沉积物的粒度分布特征及其沉积环境进行分析。【结果】戈壁表层0~2 cm沉积物受到风蚀与降尘的影响较大,表层沉积物较粗粒级含量随着海拔降低呈现出逐渐增大的趋势,2~40、40~80 cm深度沉积物总体上受洪水的作用较大,沉积物较粗粒级含量随着海拔降低呈现出先减少后增大的趋势;在戈壁各剖面各深度中,沉积物粒度分布频率曲线大部分为双峰曲线,说明沉积物来源是多源的,粒径组成中跃移组分占绝对优势,跃移的平均含量为49.43%;戈壁各剖面沉积物的平均粒径随海拔降低呈现出先变细后变粗的趋势,平均粒径介于56.08~139.71μm;除剖面2外,其余各剖面均属于差分选性,偏度为负偏与极负偏,峰态均为窄或极窄峰态;0~2 cm深度沉积物磁化率值受到风蚀与降尘的影响较大,明显大于下层沉积物磁化率值,2~40、40~80 cm深度的沉积物可能为同一时期沉积,且沉积环境与沉积动力相同;沉积物的沉积环境主要以水成沉积环境为主。【结论】新疆策勒戈壁表层0~2 cm沉积物以风蚀与降尘为主,沉积环境主要是以水成沉积环境为主。

西北干旱区五叶地锦在交通环境下的光合特性研究

五叶地锦(Parthenocissus quinquefolia)具有较强的抗逆性,在地处干旱区的新疆种植是较好的城市道路绿化举措。用Li-6400XT便携式气体交换系统测定乌鲁木齐市河滩快速路绿化带内和对照组校园内其健康成熟叶片的光合特征参数,证明五叶地锦是西北地区城市绿化的优势植物,并为其培育和种植提供参考。结果表明,2组试验的五叶地锦的Pn值总体差异未达到显著水平(F=0.55,P=0.459>0.05),但Pn对光合有效辐射(PAR)的定积分,河滩路试验组(64.84)略>校园组(50.01);河滩路试验组的Ci值极显著>校园组(F=49.771,P=0.000<0.01);2组试验的蒸腾效率(Tr)、水分利用效率(WUE)以及羧化效率(CE)总体差异均不显著(F=0.411,P=0.533>0.05;F=0.033,P=0.858>0.05;F=0.145,P=0.71>0.05),但在光合作用最为活跃的10:00-18:00时段内,河滩路试验组的五叶地锦具有较高的水分利用效率和羧化效率。本研究表明,在乌鲁木齐市交通环境下生长的五叶地锦能维持较高的生物积累量,可相对减少交通尾气中的CO2,节水抗旱性更强。故五叶地锦可作为乌鲁木齐城市道路绿化的优选植物。

新疆罗布泊湖盆沉积物剖面粒度与磁学特征及沉积环境

通过对新疆罗布泊东南部阿奇克谷地西部LB剖面沉积物中的粒度组分及磁化率特征进行研究，综合沉积序列及岩性变化特征，分析了罗布泊阿奇克谷地第四系以来的沉积环境。结果表明，LB剖面湖相沉积物粒度组分主要集中于粉砂粒级，沉积物含有少量亚铁磁性矿物，超顺磁颗粒物含量较高。沉积物磁化率值的大小与粒度存在相关性，沉积物的中值粒径、粘土组分（小于2μm）及砂组分（大于63μm）含量与磁化率呈正相关，粉砂组分（2-63μm）含量与磁化率呈负相关。根据沉积物的粒度与磁化率组合的变化特征，结合岩性特征，将LB剖面划分为4个阶段：新近系末期（4.14-3.32m）气候以暖干为主；中更新世晚期（3.32-2.93m）粗颗粒呈现先降低后增加的趋势，水动力增强，磁化率的波动升高并保持较高水平，气候转向暖湿；晚更新世（2.93-1.44m）气候湿润，入湖的河道与水流量不断的发生改变，河流带入湖中的的外源物质的量不稳定，粒度和磁化率值波动变化较大，气候呈现暖干-暖湿的波动变化；全新世时期（1.44-0m）沉积物颗粒偏粗，磁化率值呈波动增加趋势，气候向冷湿转变，最终向干旱化发展。第四系以来沉积环境与古气候均有明显变化，本区气候环境经历了暖干-暖湿-暖干-冷湿的变迁过程，并最终向干旱趋势发展，体现为冷期湿润、暖期干旱的特征。

基于机器学习算法的干旱区绿洲地上生物量估算

植被地上生物量是反映陆地生态系统固碳能力的重要指标,利用遥感技术开展干旱区植被地上生物量估算与空间反演,可为荒漠绿洲生态系统的健康评价与碳储量估算提供重要依据。以野外调查和实地采样数据为基础,利用Landsat 8 OLI多光谱影像提取的7个植被指数和13个波段变量构成4种建模变量组合,采用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、反向传播神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)、极端梯度提升(e Xtreme Gradient Boosting,XGBoost)和随机森林(Random Forest,RF)这4种机器学习算法对新疆渭干河-库车河三角洲绿洲地上生物量进行遥感估算和空间反演。结果表明,(1)由波段变量和随机蛙跳算法优选变量构建的植被地上生物量反演模型,其估测精度明显优于全变量和指数变量,预测能力更为稳定。与SVM和BPNN算法相比,XGBoost和RF算法构建的模型具有更好的估测效果,能更准确地估算研究区植被地上生物量。(2)在构建的估测模型中,波段变量结合RF算法模型的精度最高,稳定性最强,其建模集和验证集的决定系数分别为0.898和0.742,平均绝对误差分别为82.1 g·m^(-2)和79.2 g·m^(-2),均方根误差为110.8 g·m^(-2)和132.1g·m^(-2),相对分析误差均大于1.8,模型拟合效果最佳。(3)研究区植被地上生物量的空间分异较为明显,整体呈现出绿洲区高,荒漠区低,由绿洲内部向绿洲外围逐渐降低的变化趋势。与其他3种机器学习算法相比,随机森林算法构建的估测模型具有良好的估测能力和稳定性,可准确估算干旱区绿洲地上生物量。同时,基于最优变量组合的机器学习算法模型为地上生物量反演提供了科学依据。

基于景观格局的新疆渭干河-库车河三角洲绿洲的生态风险评价

【目的】评价新疆渭干河-库车河三角洲绿洲生态风险,对绿洲生态环境保护与管理提供参考。【方法】以渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区,利用1989,2001,2007,2013年4个时期遥感图像作为数据源,将研究区分为耕地、林地、草地、水体、盐碱地、未利用地及其他6种景观类型,计算各类型景观格局指数及生态风险指数,将研究区划分为低、较低、中等、较高、高生态风险区,之后采用地统计学的半方差法对研究区生态风险空间变化特征进行分析。【结果】1989-2013年,耕地和盐碱地面积呈增加趋势,而其他景观类型面积均有所减少。1989年,研究区低、较低、高风险区域面积所占比例较高,分别为20.7%,28.1%,20.7%,而2001,2007,2013年研究区以低、较低风险区面积所占比例较高,二者之和分别为55.3%,49.6%,71.8%。【结论】1989-2013年,渭干河-库车河三角洲绿洲的景观类型没有变化,但各类型景观面积都有变化,绿洲的生态风险程度总体上呈现降低的趋势。

干旱区绿洲土壤pH值与电导率的空间变异研究

本文以渭干河-库车河三角洲绿洲为研究对象,通过野外样品采集,室内分析及统计分析对土壤p H值与电导率的空间变异性进行研究,结果表明：1研究区土壤p H值在20-40 cm土层具有较大变幅,且值大于0-20 cm土层,而电导率在0-20 cm土层变化显著,且数值高于20-40 cm土层。2土壤电导率和20-40 cm土层p H值的空间分异是由结构性因素和随机性因素共同作用的结果;而0-20 cm的土壤p H值主要受随机性因素的影响,造成土壤p H值具有一定程度的空间变异性。3研究区土壤电导率的高值集中分布在东部,土壤电导率由渭-库绿洲冲、洪积扇平原的中部向外递增。在0-20 cm土层中,研究区北部、东北部及东部的土壤偏碱性,在20-40 cm土层中,西北部、南部土壤偏碱性,研究区中部及其他大部分区域均偏中性。通过对渭干河库车河三角洲绿洲土壤p H值与电导率空间变异的研究,可对绿洲土壤盐渍化特征及其空间格局分布规律进行有效评价,以期为维护绿洲生态系统健康及盐碱地的改良提供参考依据。

干旱区绿洲耕层土壤重金属铬含量的高光谱估测

土壤重金属铬含量的高光谱估测技术较传统测量方法具有无污染、方便快捷进行动态监测的优势。对新疆渭干河-库车河三角洲绿洲耕层土壤98个样品的原始光谱反射率R分别进行倒数1/R、对数lg(R)、倒数对数lg(1/R)以及微分变换。不同处理结果与实测土壤重金属铬含量进行相关分析从而筛选出具有极显著相关的特征波段(P<0.001)。以不同变换处理下的特征波段反射率作为自变量,土壤铬含量为因变量,采用多元线性逐步回归、偏最小二乘回归、BP神经网络和随机森林回归方法构建土壤重金属铬含量的高光谱估测模型,并对最优估测结果进行克里格空间插值。结果表明,(1)原始光谱反射率的微分变换处理可有效提升光谱与土壤重金属铬含量之间的敏感性,其中经微分变换后的土壤光谱反射率与铬含量的相关系数由0.487显著提高到0.669(P<0.001)。(2)综合比较各模型的训练集和验证集估测结果,经倒数对数一阶微分[lg(1/R)]′处理后的BP神经网络模型具有较高的估测精度和很强的稳定性,可作为研究区土壤重金属铬含量的最优估测模型,其决定系数(Rd;)在0.8以上,均方根误差(RMSE)小于6.5,相对分析误差(RPD)大于2。(3)研究区土壤重金属铬含量具有中等空间变异性,低含量区域主要分布在新和县和沙雅县的外缘地带,而位于库车市东北部区域的耕层土壤铬含量达到最高水平。受人类活动影响该绿洲的土壤污染问题日趋严重,耕层土壤重金属铬含量呈现出较高含量的空间分布。

全自动凯氏定氮仪测定干旱区土壤中全氮含量

对采用全自动凯氏定氮仪测定干旱区土壤全氮量的方法以及实验中影响因素进行了研究,对消解时间和硫酸用量进行了选择性实验,结果表明,土壤中有机物在30 min时消解完全,硫酸用量在10～15 mL时为最佳,干旱区土壤中氮一般含量为（0.260±0.003）％（P=0.95）.方法的相对标准偏差（RSD）≤1％,用来测定硫酸铵标准物质,其检测结果与标准值基本吻合,检测的准确度和精密度都符合国家标准的要求.

基于GIS的渭干河流域生态环境脆弱性评价

以生态环境脆弱的渭干河-库车河三角洲绿洲为研究对象,基于Landsat8遥感数据源,利用Arc GIS空间分析功能,以植被覆盖度、地形起伏度、坡度和土壤盐渍化为评价因子,通过生态环境脆弱性评价模型进行生态环境评价。研究结果表明:(1)研究区的生态环境以不脆弱、轻度脆弱和高度脆弱为主,占总面积的比重分别为25.2%、20.5%和22.3%,中度脆弱区和极脆弱区的面积所占比例分别为16.7%和15.3%,不同区域生态脆弱性程度各有差异,但脆弱性特征明显。(2)地形起伏度和坡度是影响生态环境脆弱的基本因素,而植被覆盖度和土壤盐渍化却是主导因素,对生态环境脆弱程度影响显著。通过人为恢复与保护地表荒漠植被以及防治土壤盐渍化,阻止区域生态环境脆弱程度的进一步恶化。

干旱区不同植物群落下土壤粒度特征研究

为探讨干旱区不同植物群落下土壤粒度特征,运用地统计学方法对艾比湖湿地7种不同植被下土壤粒度组成、分布特征及空间变异进行分析。结果表明:(1)除盐节木以极细砂为主、梭梭以细砂为主以外,其他均以粉砂为主;芦苇、梭梭和胡杨的土壤粒度为弱变异,碱蓬、盐节木、柽柳和黑果枸杞的土壤粒度为中等变异;除梭梭下土壤分选性较好外,其他植物群落下土壤分选性较差,偏度均属负偏,峰态为窄峰态。(2)碱蓬、芦苇、柽柳、盐节木和胡杨的土壤粒径均呈现为底层大于表层,黑果枸杞群落则相反,梭梭群落各层土壤颗粒的差异不大,样地土壤平均粒径具有强烈空间自相关性。(3)芦苇群落下土壤粒径与土壤盐分相关性较弱,碱蓬、盐节木、梭梭、柽柳、胡杨、黑果枸杞与盐分相关性较强,芦苇和黑果枸杞群落下土壤粒径与土壤含水量呈显著负相关,其他植物群落下土壤粒径与土壤含水量相关性不大。(4)艾比湖不同植物群落下土壤粒度变化受大风、季节性洪水、湖泊面积波动、土壤类型及成土母质等结构性因素的影响。

新疆地州市水资源与经济社会可持续协调发展研究

水资源短缺一直是约束新疆经济社会可持续发展的瓶颈。随着西部大开发的深入,新疆经济社会发展即将实现又一次飞跃增长,同时对水资源也提出了更高的需求。从可持续发展的观点出发,本文选取3个方面6项指标考察新疆各地州水资源与经济社会系统、环境系统可持续发展的协调性。通过定量分析和定性评价发现问题,提出可能的建议和对策,以期达到区域可持续发展的目标。

干旱区引种竹柳(Salix fragilis)适宜的灌溉咸水矿化度研究

竹柳(Salix fragilis)具有较强的抗逆性,在干旱区新疆引种是较好的城市绿化举措。探明竹柳引种克拉玛依市过程中的光合特性变化规律,寻找适宜的灌溉咸水矿化度,可为干旱区竹柳及其他先锋植物的引种积累经验并提供理论依据。2014年6月,在克拉玛依市乌尔禾区选定样地,设置了3个灌溉咸水矿化度:0、5g·L^(-1)和10g·L^(-1),沟灌嫁接竹柳(砧木为旱柳)2年生健康幼株,次日,自8:00起至20:00,间隔2h,用Li-6400便携式气体交换系统测定其成熟叶片的光合生理参数(净光合速率、蒸腾速率等)。结果表明:灌溉咸水矿化度处理0、5g·L^(-1)和10g·L^(-1),竹柳的净光合速率(Pn)差异极显著(F=60.822,p=0.000<0.01);按照Pn对光合有效辐射的定积分,竹柳的Pn积分值排序依次为5g·L^(-1)(102.35)>0g·L^(-1)(84.87)>10g·L^(-1)(64.37);按照水分利用率(WUE)对光合有效辐射的积分值排序为:5g·L^(-1)(14.54)>0g·L^(-1)(12.01)>10g·L^(-1)(11.41);5g·L^(-1)竹柳Pn积分值在3个处理中最大,WUE积分值也最高。说明在新疆北部克拉玛依,春季(5-6月)引种竹柳(2年生嫁接苗)适宜的灌溉咸水矿化度是5g·L^(-1)。

干旱区精河流域绿洲土地利用结构的计量地理多维分析

文章利用1972年、1990年和2010年的遥感数据,采用GIS空间分析技术与计量地理学方法对精河流域绿洲的土地利用结构和空间格局现状及其变化进行了定量分析,并对土地利用结构现状和土地利用结构变化两方面做了相关研究。结果表明:(1)研究区在三个年份均为高多样化地区,说明该区域土地利用类型较多,即齐全程度较高;(2)研究区土地利用组合类型数较少,三个时期均只有3种,且未利用地、草地占绝对优势,区域土地整体功能较弱,体现了干旱区流域绿洲的特点;(3)土地利用程度指数较低,变化较大,总体略有上升;(4)土地利用信息熵总体增加,土地利用类型处于调整期,但增加速率降低,土地利用无序性减小。

新疆气候干湿变化特征分析

选取1961~2015年新疆55个气象站点的逐月观测气温、降水数据,采用标准化降水蒸散指数(SPEI),3个月时间尺度可以反映季节的干湿变化状况,因此采用SPEI-3分析得到近55年新疆气候的干湿变化特征。结果表明:1)从SPEI-3每10年干湿变化速率分析,新疆气候整体有微弱的变干趋势,变化速率为0.055,表现在不同站点上的干湿变化速率有所不同,最大的变湿速率为0.229,最大的变干速率为0.400。2)在1961~1987年,处于干旱和干旱缓解期的交替期,1987~1996年处于干旱缓解期,其中1997年和2008年,是较严重的干旱年份,干旱站点数比例分别为82%和78%;在阈值R1=-0.20、-0.30、-0.40下,1997年干旱烈度和干旱历时均达到最大值。3)EOF1特征向量值最大为0.150,反映研究区整体干湿变化在减弱,且有变干趋势;EOF2和REOF2是南北疆反向变化,特征向量值最大值分别为0.210和0.250,从线性变化趋势可看出北疆的干旱化加剧,而南疆变干趋势减弱;EOF3和REOF3是东西相反的分布形式,最大特征向量值均为0.320,表现为东天山有变干趋势,而南疆西部有干旱缓解趋势。

西北干旱区营养钵对大叶白蜡容器苗光合特性的影响

通过测定有无营养钵2种处理下,2年生大叶白蜡(Fraxinus rhynchophylla)的光合特征指标,以及生长量和土壤参数,阐明容器抚育对其大树容器引种苗的影响,以此探求营养钵使用的必要性,为外来优良树种的引种提供参考。结果表明,土壤方面,营养钵组土壤体积含水量和电导率均低于无营养钵组(F=18.57,P=0.00<0.05);光合参数方面,营养钵组各时刻的净光合速率(Pn)极显著高于无营养钵组(F=9.528,P=0.00<0.01);Pn对光合有效辐射(PAR)的定积分,营养钵组(56.71±3.83)亦极显著高于无营养钵组(21.35±2.18),(F=1543.46,P=0.00<0.01);生物量方面,营养钵组也极显著高于无营养钵组(胸高:4.35 m±0.34 m>4.15 m±0.23 m,F=25.83,P=0.00<0.01;胸径:63.66mm±15.58 mm>55.47 mm±13.64 mm,F=15.17,P=0.00<0.01)。一天中,营养钵组在8:00-10:00时水分利用效率(WUE)较高,蒸腾速率(Tr)较小。综上所述,在2年生大叶白蜡大树容器引种苗的培育中,使用营养钵效果较好;同时应在早8:00-10:00时段内增加灌溉频率。同时发现,营养钵对表层土壤温度影响不大,气孔限制对净光合速率影响较大。

干旱区绿洲城市群地表温度时空变化及其影响因素——以天山北坡城市群为例

基于2005—2019年的MYD11A2时间序列LST遥感数据,首先采用均值标准差法对LST进行分级,分析了天山北坡城市群的LST空间分布格局;其次利用Sen′s斜率分析法、Mann-Kendal趋势检验法和Hurst指数揭示了天山北坡城市群LST在2005—2019年和未来的变化趋势;最后借助地理探测器模型并综合考虑地表覆盖、气候、社会经济和地形因素分析了多空间尺度下LST的主要影响因素。结果表明:(1)天山北坡城市群的吐鲁番市是高温(HT)和极高温(EHT)的主要集聚地;白天和夜间的LST格局差异大,在绿洲区域表现为典型的“昼冷岛,夜热岛”特征。(2)LST在白天和夜间的变化率分别为0.04℃/a和0.03℃/a,白天的升温幅度强于夜间;在乌鲁木齐市、昌吉回族自治州、石河子市和五家渠市LST表现出显著的升高趋势,且在未来也具有相同的趋势。(3)在不同的空间尺度上,LST的主要影响因素不同;从整个天山北坡城市群来看气候因素和地形因素是LST的主要影响因素,而在在石河子市、五家渠市和奎屯市LST的主要影响因素是社会经济因素。

新疆艾比湖湿地开发及环境效益分析

以新疆典型湖泊湿地艾比湖为主要研究区,并与东部洪泽湖、中部鄱阳湖和西部青海湖在生态系统服务功能、生态经济价值等方面进行了比较。由于气候、资源特点不同,各个湖泊湿地的开发方式和开发力度不同,使湖泊湿地的环境效益不同,产生了一系列生态环境问题,由此提出了湖泊湿地的开发利用建议。

新疆喀纳斯景区表层土壤磁学特征及环境意义

为探究环境磁学方法在景区土壤污染监测中的可行性,以新疆5A级景区喀纳斯为研究区域,采集表层土壤样品72个,并对其进行系统的环境磁学分析。结果表明:喀纳斯景区土壤磁性矿物平均含量较高,磁学矿物主要由亚铁磁性矿物构成,并含有少量的不完全反铁磁性矿物。磁晶颗粒主要为粗颗粒多畴,同时存在较少的超顺磁颗粒。磁参数空间分布表明,磁性矿物含量参数(χLF、SIRM、SOFT、HIRM)在湖口旅游区表现出高值,新村、老村和旅游接待地呈现相对低值;其他参数(χFD%、S-ratio、SIRM/χLF)空间分布规律与含量磁性参数基本呈相反趋势;研究区的磁性高值点分布与景区人类活动密集区、建筑物及道路的分布具有一致性;湖口旅游区较高的磁性值主要与较强的自然成土作用有关,其他区域的磁性高值点主要受旅游活动的影响。因此,借助土壤磁学方法能够有效区分和圈定景区土壤人为污染范围,为景区土壤污染防治和旅游规划提供参考依据。