1957—2012年新疆艾比湖流域极端气温与降水变化趋势

根据1957—2012年艾比湖流域7个气象站点的24 h日降水量、逐日最高气温和最低气温资料,选取22个表征极端气候变化指数,利用线性趋势估计和Mann-Kendall突变检验等方法分析该流域极端气温与降水的变化趋势。结果如下:1)近56年,艾比湖流域极端气温暖指数总体呈上升趋势;大部分冷指数呈减小趋势,而极端最低气温和月最高气温极小值分别以0.78和0.33℃/10a速率明显上升;除连续干日以3.63 d/10a的幅度呈显著减小趋势外,其他降水指数均呈增加趋势。2)冷日持续日数和极端最低气温的增温幅度分别明显大于暖日持续日数和极端最高气温,而夜指数(暖夜、冷夜)的变暖幅度也明显大于昼指数(暖昼、冷昼);与全球其他区域相比,艾比湖流域气温暖指数的变化幅度总体较小,而极端冷指数和降水指数的变化幅度较大。3)3种大气环流指数对艾比湖流域极端气温的影响程度依次为北极涛动指数>北大西洋涛动指数>厄尔尼诺-南方涛动指数,而对极端冷指数的影响最为明显;对极端降水指数也有一定影响,但影响较极端气温指数小。4)除极端最高气温外,其他暖指数和年平均气温均呈显著正相关关系;除月最高气温极小值和极端最低气温与年平均气温呈显著正相关关系外,其他冷指数和气温日较差与年平均气温呈显著负相关关系;大部分极端降水指数与年降水总量呈显著正相关关系。

新疆博尔塔拉河湖流域土壤元素空间变异性及其影响因素

中国西北干旱区是典型的温带大陆性干旱气候区,随着人口增多、工农业的迅速发展,人类活动产生的污染物日愈增多,区域土壤环境安全受到威胁。为了解西北干旱区典型河湖流域表层土壤元素的空间变异性,利用经典统计学及地统计分析对博尔塔拉河湖流域地表40个采样点土壤样品中19种元素的空间变异特征及其影响因素进行分析,并通过富集系数法和Hakanson潜在生态风险指数法对重金属潜在生态风险进行评价。博尔塔拉河流域表层土壤样品中Ba、Mn、V、Pb、Cr、Co、Ni、Cu等元素含量平均值均低于新疆表层土壤元素背景值,其他元素含量平均值均偏高。通过系统聚类分析,可将19种元素分为二组:第一组元素主要包括Al、K、Be、Fe、Co、Cr、Mn、V、Ti、Ba、P、Zn、Pb、Cu、Ni等元素,其中Al、K、Be、Fe、Co、Cr、Mn、V、Ti、Ba等元素为第一亚组,元素P单独为第二亚组,重金属Zn、Pb、Cu、Ni为第3亚组;第2组元素为Ca、Sr、Mg和Na,其中,Ca、Sr、Mg等表生环境中地球化学性质较为活跃的元素为第四亚组,Na单独为第五亚组。地统计学分析表明,Al、Fe、K、Ti、Ba、Be、Mn、V、Ti、Ba等稳定性元素表现为中等或较强的空间自相关。元素P和重金属元素Zn、Pb、Ni、Cu由于受到局部随机因素如耕作施肥、交通、工农业生产等小尺度因素影响,空间结构较为复杂,但整体上还没有破坏区域原有的空间格局。Ca、Mg、Sr在表生环境中地球化学活性较强,除受区域整体自然环境的控制外,还容易受人为耕作、径流等因素的影响导致空间结构性较差。Na由于受到区域自然环境变化和人为耕作的影响,空间结构性较差。最后通过富集系数计算得出研究区Co、Cr、Cu、Ni、Pb、V和Zn等7种重金属的富集系数平均值均低于1.5,表明虽然受到人为活动影响,但富集程度较低。Hakanson潜在生态风险指数分析表明,7种重金属的riE值范围在0.8~25.7之间,平均值均小于5,为轻微污染风险。综合生态风险指数RI值表明博河流域表层土壤中重金属总体处于轻微污染风险水平,但局部采样点仍然存在中等生态风险程度。

北疆地区近53年极端气温事件及其影响因素分析

根据北疆地区1960—2012年31个气象站点的逐日最高气温和最低气温资料,采用线性趋势分析、主成分分析和反距离加权等方法对该地区的年平均最高气温、年平均最低气温和14个极端气温指数的时空变化特征进行了研究,并探讨了各极端气温指数与北极涛动指数、北大西洋涛动指数和厄尔尼诺-南方涛动之间的关系。研究表明:(1)近53年来,北疆地区年平均最低气温、年平均最高气温分别以0.49℃·(10a)^(-1)、0.22℃·(10a)^(-1)的年际倾向率呈显著的上升趋势;气温日较差以0.27℃·(10a)^(-1)的年际倾向率呈显著下降趋势。极端暖指数除暖昼日数、夏日日数和极端最高气温均表现为不显著的上升趋势外,其他暖指数均呈显著上升趋势;极端冷指数中除极端最低气温、日最高气温的极小值呈上升趋势外,其他冷指数均呈减小趋势;在空间变化上各极端气温指数均表现为在阿尔泰山东南部地区和伊犁河谷地区变化幅度较大,其他地区变化较小。(2)冷指数(冷夜、日最高气温的极小值、极端最低气温)的增温幅度明显大于部分暖指数(暖夜、日最低气温极大值、极端最高气温),这一变化特征在山麓、山谷等地区表现最为明显,而在这一地区夜指数(暖夜、冷夜)的变暖幅度也明显大于昼指数(暖昼、冷昼)。(3)极端气温指数与大气环流指数相关性分析表明,三种大气环流指数中北极涛动指数对北疆地区极端气温的影响最为明显,其次是北大西洋涛动指数,且这两种大气环流指数对研究区极端气温冷指数的影响较为显著,而厄尔尼诺-南方涛动对研究区极端气温影响较小。

1960～2015年中国天山南、北坡与山区极端气温时空变化特征

基于中国天山地区35个气象站点1960-2015年逐日最高、最低气温实测资料,应用Mann-Kendall趋势检验分析法,空间分析法等研究了极端气温的时空变化特征,并探讨了气温指数的环流背景因素。结果表明：（1）近56 a来,年平均最高、最低气温均呈上升趋势,而日较差呈下降趋势;暖指数和日最低（高）气温极小值均呈上升趋势,而其他冷指数呈减小趋势;从季节变化看,除暖昼、暖夜之外,大部分气温指数的冬季变暖幅度均明显高于夏季。（2）空间分布上,天山山区年平均最低气温和日较差以及大部分冷指数的变暖幅度大于南北坡,而暖指数则表现为南坡大于北坡和山区。（3）高温和低温指数变化幅度表现出明显不对称性变化,年平均最低温的变暖幅度明显大于年平均最高温,冷指数变暖幅度大于暖指数,夜指数变暖幅度显著大于昼指数。（4）天山地区年平均最高（低）气温和极端气温冷指数受环流指数北极涛动（AO）、北大西洋涛动（NAO）和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的影响较大,而北太平洋涛动（NPO）、东亚夏季风（EASMI）、南亚夏季风（SASMI）和南海夏季风（SCSMI）是暖指数变化的重要因素。

采用一维水平入渗试验测定古尔班通古特沙漠南缘丘间地风沙土渗透系数

通过室内土壤水平一维入渗试验,测定了不同入渗水头作用下不同入渗时间对应的累计入渗量和湿润锋长度,分析了累计入渗量与湿润锋长度、累计入渗量与入渗时间平方根的关系,探讨了采用不同入渗水头作用下的水平入渗试验测定古尔班通古特沙漠南缘丘间地风沙土渗透系数的适用性。研究结果表明:累计入渗量与湿润锋长度呈显著的线性关系;累计入渗量与入渗时间平方根呈显著的线性关系,Philip公式较好地反映了不同入渗水头作用下的水平入渗特点;采用水平土柱入渗试验测定古尔班通古特沙漠南缘丘间地风沙土渗透系数是可行的。研究结果可为干旱区风沙土水力学研究提供参数,为推求风沙土水动力学参数的方法选择提供理论参考。

伊塞克湖典型小流域径流变化差异性及其影响因素分析

基于伊塞克湖流域近70年来气温、降水和径流量资料,采用Mann-Kendall法、突变检验和小波分析进行研究流域气温、降水和径流量的变化特征及差异性,在此基础上,探讨区域气候变化对径流量的影响。结果表明:(1)1951-2012年伊塞克湖典型小流域气温呈上升的趋势;其中,乔尔蓬-阿塔站(湖盆中部)和克孜尔苏站(东部)气温分别在1975年和1989年后上升趋势增大,秋季增温幅度均对气温升高的贡献较大;2个水文站降水量变化相对复杂,整体呈增加趋势,秋季降水量增加幅度最大。(2)受气温升高和降水量的直接影响,研究区4个典型水文站年径流量变化趋势不一致,乔尔蓬-阿塔、琼-阿克苏和琼-克孜尔苏站径流量呈明显增加趋势,曲线值分别在1987年、1983年和1987年后开始表现为增加趋势;而卡拉科尔站径流量呈明显下降趋势,曲线值在1982年后开始表现为下降趋势。从年内不同季节的径流分配来看,乔尔蓬-阿塔站和琼-克孜尔苏站径流量增加趋势明显,夏季增加幅度最大;而卡拉科尔站夏季径流量减少趋势明显,下降幅度最大。(3)通过皮尔逊相关分析法和主成分分析法分析,在年际尺度上,各水文站径流量与气温、降水量之间呈较显著的相关性,气温的升高与降水量的多少影响径流量产量的多少。(4)从周期性变化分析来看,气温、降水和径流量的周期性变化均比较明显,波动变化基本一致,表明径流量对气温和降水的响应较突出。

基于生态足迹模型的赣南地区生态安全评价

基于生态足迹模型,引入生态压力指数、生态占用指数和生态经济协调指数作为评价区域生态安全的指标,对赣南地区2005—2015年生态足迹及生态承载力进行核算,并对当地生态安全进行定量研究和动态分析。结果表明,2005—2015年赣南地区人均生态足迹和人均生态承载力变化整体都呈现上升趋势,人均生态足迹从2005年的0.307 hm 2增加到2015年的0.341 hm 2,其中2005—2011年赣南地区一直出去生态赤字状态,2012—2015年赣南地区的区域发展处于生态盈余状态,生态状况明显好转,万元GDP生态足迹整体呈现明显下降的趋势。整个研究期间赣南地区的生态压力指数均大于0.8,属于不安全状态,生态占用指数处于1级很贫穷的状态,而生态经济协调指数等级也是处于协调性很差的1级。以上数据表明赣南地区的生态安全不容乐观,生态压力较大,结合赣南地区的实际状况,提出了相应的措施。

区域水资源代谢效率时空变化及驱动因素

针对当前水资源短缺的重大问题和现有研究的薄弱环节,从异质性资源禀赋的角度揭示了1990-2015年中国京津冀、中部地区、西部地区9省(市、区)水资源代谢效率时空演变规律和驱动因素。结果表明:时间尺度上1990-1995年水资源代谢效率变化不大,自2000年以后总体呈明显提高的趋势;从空间分布看,在早期阶段,水资源代谢效率较低,空间分布区域差异不明显,2005年以后,京津冀和中部地区明显高于西部地区;综合京津冀、中部地区、西部地区来看,废弃虚拟水回用率、单位用水社会消费品零售额、森林覆盖率以及淡水回用率是影响区域水资源代谢效率的主要驱动因素。

黄土高原气候变化特征及原因分析

基于黄土高原111个气象站点1961-2018年逐日气温(最低气温、最高气温、平均气温)和降水数据,采用Mann-Kendall趋势分析、Sen’s斜率估计和小波周期等方法分析了气温和降水的时空变化特征,并采用小波交叉功率谱分析方法对影响区域气候的环流因素进行了分析。研究结果显示:(1)黄土高原1961-2018年平均气温以0.35℃·(10a)^(-1)速率呈显著增加趋势,进一步分析显示气温的上升主要来自于年均最低气温的显著上升(0.39℃·(10a)^(-1),P<0.01);在季节变化上,平均气温、平均最低气温、平均最高气温在冬季的上升速率最为显著;研究区降水的年际、季节上的变化均不明显。(2)年均气温的突变在1995年,年均最高气温和年均最低气温分别在1995年和1994年存在突变;年降水量不存在突变。年降水量变化的主周期2-3 a和4-6 a,气温变化的周期主要为2-4 a、6-8 a、12;6a。(3)平均气温变化主要受北大西洋年代际涛动(AMO)影响、受北大西洋涛动指数(NAO)影响较小;年降水量主要受太平洋海温指数(Nino3.4)和北极涛动(AO)影响。

行政村地名分布与自然地理要素关系的初探——以毛乌素沙地与黄土高原交界地区为例

地名作为对地表特定地域空间的指称,可以反映特定时期地域的地貌、水文、植被等自然环境特征。以位于毛乌素沙地与黄土高原交界的榆林地区5个市(区)县的1704个行政村名作为离散点,在ArcGIS中进行核密度分析(Kernel Density)和多距离空间分析函数(Multi-Distance Spatial Cluster Analysis)分析,并对地名蕴含的自然地理要素信息进行了分类统计和特定自然要素地名的缓冲区分析(Buffer)。结果表明:区内行政村的分布总体呈现显著的集聚分布,其中榆阳区和横山区的聚落密度最高。1704个行政村名与自然要素有关的为1542个,占85.97%。其中以水文类要素命名的地名最多,占41.73%;地貌类的地名占31.04%,此外还有与方位、植被、颜色等要素有关的地名。水文类地名的分布可以指示环境变化。部分水文类聚落点与现代河流湖泊距离较远,可能与近两千年来气候总体呈干冷趋势发展,有关风沙活动加强,地表水环境恶化,一些河流流量减少甚至消失有关。

新疆艾比湖湖泊沉积物元素地球化学记录及其生态环境意义

在对新疆艾比湖近代岩芯沉积物元素地球化学特征分析基础上,结合数理统计学方法对元素的来源及其反映的环境演变历史进行了探讨,最后利用Hakanson潜在生态危害指数法对岩芯表层沉积物中重金属的潜在生态危害进行了评估。结果表明:艾比湖岩芯沉积物中元素组成基本可以分为3类:第1类元素包括Fe、Mn、V、Ni、Li、Cr、K、Al、Co、P、Ti、Be、Pb、Cu、Ba和Zn,主要来源于流域陆源碎屑物,受流域侵蚀强度等因素影响,其中,Co、Cr、Cu、Ni、Pb、V、Zn等重金属以及营养元素P的富集系数1875—2011年由于受人类活动影响发生了较为明显的变化;结合重金属和营养元素P的富集系数有序聚类分析,以23cm(1960年)为界可将艾比湖流域环境演变历史分为差异明显的两个阶段:(Ⅰ)1875—1960年,流域社会发展程度较低,人类活动导致的重金属输入少,流域环境主要受区域自然变化的影响;(Ⅱ)1960年至今,随着人口的增加,经济发展工农业活动增强,尤其是农业用水量增加,大多数重金属元素和P相对于前期有较为明显的增加。第2类元素有Mg和Na,主要来源于湖泊水中蒸发盐类结晶;由于绿洲农业的发展和灌溉用水的增加,在气候变化和人类活动的共同影响下,湖泊水位发生了剧烈的波动,造成Mg、Na等元素的波动变化。第3类元素包括Ca和Sr,受流域易溶元素风化淋溶作用控制。艾比湖沉积物中Co、Cr、Cu、Ni、Pb、V、Zn等7种重金属的潜在生态危害程度Ni(4.7)>Pb(4.6)>Cu(4.2)>Co(2.6)>Cr(1.7)=V(1.7)>Zn(1.1),7种重金属均属于低生态风险。

中国主要湖泊表层沉积物重金属污染特征与评价分析

为了解我国主要湖泊沉积物中重金属的污染特征,通过搜集整理已公开发表的文献资料数据,分析了我国31个主要湖泊表层沉积物中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn 8种重金属含量的平均值及其分布特征,并运用地累积指数法、潜在生态风险指数法对其污染程度进行评价。结果显示:我国31个湖泊的沉积物中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn平均含量分别为16.39,0.497,6.29,36.89,0.076,35.37,99.52 mg/kg,大部分元素含量平均值的最大值分布区域较为分散。地累积指数评价结果表明:8种重金属的平均污染程度由高到低依次为Cd>Hg>Cu>Zn>As>Ni>Zn>Cr,Cd和Hg在多个湖泊沉积物中达中度到重污染。潜在生态风险指数评价结果表明:8种重金属的潜在生态风险系数从高到低依次为Cd>Hg>As>Cu>Pb>Ni>Cr>Zn。8种重金属的总地累积指数和综合潜在生态风险具有显著的地域差异(P<0.01),东部和中部湖泊比西部湖泊沉积物重金属污染严重;而单种重金属的污染程度区域差异不显著(P>0.05),表明我国主要湖泊具有各自不同的重金属污染特征。

环青海湖地区气候变化特征及其季风环流因素

基于青海湖流域及其周边地区11个气象站点1959—2015年逐月气温和降水数据,采用Mann-Kendall趋势分析、突变分析、Morlet连续小波变换、Pearson相关分析和R/S分析等方法,分析了平均气温、平均最高气温、平均最低气温和降水的年、季变化特征及其季风环流影响因素,并探讨了该区域未来气候变化的总体趋势。研究结果表明:(1)环青海湖地区气温和降水总体上呈现出显著增加的趋势,秋季和冬季的平均气温、平均最高气温和平均最低气温上升速率以及夏季和冬季降水增加速率最为明显。(2)气温和降水均存在较为明显的突变现象,气温突变时间普遍在1986年左右,而降水突变时间在2002年左右;研究区气温普遍存在2~3年的短周期,8~10年和30~32年的中长周期变化,而降水则存在着3~4年、6~7年的短周期和30~32年的长周期变化。(3)东亚夏季风指数对研究区秋季气温和夏季降水具有较大的影响,而印度夏季风主要影响了研究区春季气温和降水;北极涛动指数(AO)对研究区秋季和冬季气温的上升影响最大,对春季、夏季和冬季降水的影响也明显高于其他指数;北大西洋涛动指数(NAO)和厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)对研究区气温影响较小,NAO主要影响夏季和冬季降水,而ENSO主要影响秋季降水。(4)研究区年均气温和年降水的Hurst指数均大于0.5,说明研究区气温和降水在未来一段时间内仍以上升趋势为主。

青海湖湖东沙地粒度端元分析及其指示意义

青海湖湖东地区广泛分布着风成沉积物,区域内典型风成沉积剖面的年代数据和环境代用指标准确记录了区域古环境变化。沉积物粒度端元分析方法能够将复杂的粒度数据分离出多个具有特定指示意义的粒度端元组分,广泛应用于古环境的重建研究。基于多次野外综合考察,选取青海湖湖东沙地厚度为500 cm的全新世典型风成砂-古土壤剖面,采用粒度端元分析方法对粒度数据进行分离,筛选出3个代表不同沉积动力特征的端元组分。通过分析各端元的粒度分布特征,并结合色度、磁化率和有机质指标进行对比分析发现,端元1与区域暖湿气候条件下的风化成壤作用有关,可以间接指示区域的水分条件;端元2和端元3代表了近地面风力的强弱,共同指示区域风沙活动的强弱。结合剖面年代和其他代用指标以及已有研究结果,可将研究区全新世以来的气候变化大致分为4个阶段:9.5 ka B.P.以前,气候整体以冷干为主;9.5~3.5 ka B.P.,气候温暖湿润,成壤作用明显增强;3.5~1.5 ka B.P.,气候经历暖湿-冷干的转变;1.5 ka B.P.以来,气候总体冷干。

青海湖湖东沙地河湖-风成沉积记录的中晚全新世以来环境变化

青海湖盆地因其独特的地理位置和气候环境,对气候变化响应敏感,是研究环境变化重要的场所。本研究在青海湖湖东沙地获取两个剖面,采用AMS14C测年,结合岩性、粒径组分和常量元素氧化物及其比值等多指标分析方法,重建了湖东沙地8.4 ka BP以来的环境演变过程。结果表明:除少量沉积物处于中等化学风化阶段外,大部分沉积物处于物理风化和初级化学风化阶段,说明自8.4 ka BP以来研究区气候环境总体上相对寒冷干燥。在千年尺度上,研究区不同时间段的气候环境存在较大的差异。8.4—4.2 ka BP气候相对温暖湿润;其中,8.4—6.2 ka BP河湖相和风成相沉积互层,表明存在明显的百年尺度气候波动;6.2—4.2 ka BP化学风化和淋溶作用较强,表明季风降水较多,径流较强,发育了较为稳定的湖泊沉积环境。4.2 ka BP以来湖泊消失,化学风化和淋溶作用减弱,沉积物从砾石转变为砂质黄土,显示气候较为冷干且波动较大。对比分析表明,中晚全新世以来青海湖湖东沙地的气候变化特征与东亚季风边缘区其他区域基本一致,并主导了区域沉积环境的演变过程。

2009—2018年毛乌素沙地圆形农田发展及其对土地规划的启示

The Mu Us dune field in China has become a focal region for research of the prevention and control of desertification.Agricultural practices in this area have been modernized in recent years,evidenced by the development of Center Pivot Irrigation(CPI)farmlands.However,the impacts of CPI farmlands on combating desertification remain poorly understood.This study chose the southeastern part of the Mu Us dune field as a study area to investigate the variations of CPI farmlands from 2009 to 2018 and the influencing factors.The results showed growth trends in both the number and the area of these CPI farmland units over the period.The areas of meso-and micro-scale CPI farmland units stabilized over time to mainly 0-0.2 km2 and 0.2-0.4 km2,respectively;Topography,temperature,and geological substratum were preliminarily identified as the major natural factors driving the development of the CPI farmlands.Within the context of varied stakeholders,the potential for soil erosion,and damage to natural vegetation,the current study suggests that strict management of CPI farmland is required through effective long-term planning and land-use policies.The results of this study can assist in realizing the sustainable development of agriculture and its ecological significance in dune field areas.