耦合营养负荷的查干湖全季节适宜生态水位阈值研究

适宜生态水位作为反应湖泊水文情势的重要指标,是维持湖泊生态系统稳定的关键要素。已有研究大多集中于水文过程对生态系统影响,缺乏耦合考虑湖泊营养负荷的全季节生态水位阈值研究。本研究在刻画恢复天然水位情势的基础上,综合考虑了人类活动导致湖泊营养负荷的季节性波动以及冰封期的最小生态水位,构建了适用于季节性冰封湖泊全季节的适宜生态水位阈值获取的综合框架,确定了年内不同时期适宜生态水位阈值。结果表明,查干湖入湖口非冰封期的总氮(TN)浓度与平均水位均呈上升趋势,总磷(TP)浓度呈下降趋势;6月湖内TN和TP滞留量最高,分别达到1044.36和23.61 t;确定了查干湖全季节不同时期的适宜生态水位,冰封期(11月—次年4月)为129m,汛期(6—9月)为130.15~130.86 m,非汛期(5和10月)为130.08~130.57 m。研究结果可为季节性冰封湖泊的适宜生态水位研究提供方法支撑,也可为湖泊的水环境管理提供理论支撑。

基于POT和BMM模型的甘河洪水演变特征分析

全球气候变化引起极端洪水频发和强度增大,增加流域洪水风险。甘河是嫩江尼尔基水库上游最大的支流,其洪水演变关乎下游尼尔基水库的防洪调度。本研究基于甘河1958~2018年的逐日气温、降水和径流等数据,利用块最大值模型和超阈值模型,在对洪水事件提取的基础上,分析了洪水事件发生次数、发生时间和洪峰流量的演变特征,并探究了洪水演变与降水、气温关系。结果表明:甘河流域洪水频发,61 a间共发生了124次洪水事件,且主要集中在5~10月。年最大洪峰流量总体呈增加趋势,增加速率为4.6 m^(3)/(s·a);年最大洪峰发生时间均有提前趋势,增加速率为0.37 d/a。洪水与气温相关性较弱,与降水密切相关,甘河流域易形成暴雨型洪水;洪峰发生前10 d的降水频率和强度与洪水的相关性最为密切,且年最大7日洪量和最大7日降水量变化趋势大致相当。研究成果可为甘河洪水风险管理和下游尼尔基水库的防洪调度与水安全保障提供参考。

多环境因子对微藻生长竞争影响的室内模拟研究综述

微藻作为水生生态系统中重要的初级生产者,其生长、竞争受光照、温度、营养盐、pH值、CO_(2)、扰动和流速等多环境因素影响。解析多环境因子对微藻生长、竞争的作用机制对于理解、控制水体富营养化和水华具有重要意义。通过室内多环境因子对微藻生长、竞争影响的方法和进展模拟试验研究发现,单因子驱动下的试验过于简化,HCO_(3)^(-)环境下的pH值调节和分层扰动试验难以实现,缺乏深层水体中微藻生长竞争的模拟研究。建议未来加强不同培养反应器型式下的多环境因子室内模拟实验,以期为水体富营养化防控和水华治理提供依据。

湿地生态水文模型研究综述

变化环境下湿地生态水文格局及过程发生了深刻变化,已对流域、区域乃至我国水安全和生态安全构成威胁。湿地生态水文模型是揭示湿地生态格局与生态过程的水文学机制的有效工具和重要手段。介绍了湿地生态水文模型的概念、内涵、构建方法及分类,回顾了湿地生态水文模型的国内外发展历程,论述了目前湿地生态水文模型研究应用的重点领域:湿地生态水文调控与生态补水、流域湿地生态恢复重建与水资源综合管控和气候变化下湿地生态水文变化评估与应对策略。针对目前研究中存在的问题及薄弱环节,提出未来研究的发展趋势和亟需加强研究的重点方向。

耦合湿地模块的流域水文模型模拟效率评价

耦合湿地模块的流域水文模型是开展流域湿地变化的水文效应及其水文功能评估的有效工具,其模拟效率直接关系到模拟精度和应用价值。选取中国湿地主要分布区之一的嫩江流域,利用PHYSITEL/HYDROTEL模型平台,构建孤立湿地和河滨湿地模块并与流域水文模型耦合,并从拟合优度指数和模拟效率角度评价了耦合湿地模块的流域水文模型模拟效率。结果表明,耦合湿地模块的流域水文模型,拟合和验证期间模型的拟合度指数均有所提高,嫩江富拉尔基和大赉水文站控制流域的Nash-Sutcliffe系数和克林效率系数平均提高了3.08%和4.64%,均方根误差和相对偏差平均降低了12.72%和55.93%,且整个研究时段模拟结果的流量指数总体更接近于观测的径流数据。可见,耦合湿地模块的流域水文模型可提高水文过程模拟精度,更好地定量评估湿地水文功能,为流域水资源精准调控与湿地修复保护提供重要支撑。

1958—2012年郑州市极端气温和极端气温事件年际变化特征

为了探究郑州市极端气温和极端气温事件的变化特征及其未来发展趋势,根据1958—2012年郑州市逐日最高、最低气温资料,以百分位阀值法确定了逐年的极端气温阀值,并统计出极端高温和低温天气日数,运用Mann-Kendall非参数秩次相关检验法和小波分析法研究了郑州市过去55年年最低气温、年最高气温、极端高温阀值、极端低温阀值、极端高温天气日数和极端低温天气日数的年际变化特征、突变特征和周期变换特征,并运用了R/S分析进行了预测。结果表明:(1)郑州市年最高气温、极端高温阀值和高温天气日数都呈现减少趋势,而年最低气温、极端低温阀值和低温天气日数都呈增加趋势;(2)郑州市年最高气温、最低气温和年极端低温阀值及极端低温发生日数都发生了明显的突变,并在突变后达到显著水平,而极端低温阀值及极端低温发生日数并未发生明显的突变;(3)周期变化特征上,4种气象要素都存在明显的变化周期,且都是大周期嵌套在小周期的变化特征;(4)从突变特征和周期变化来看,在未来几年,极端高温天气日数将持续增加,极端低温天气日数将持续减少;(5)R/S指数研究表明,最高气温会从减少趋势转化为增加趋势,年最低气温和极端高温天气日数会从增加趋势转化为减少趋势,极端低温天气日数仍会呈现增加趋势。

流域湿地水文调蓄功能研究综述

湿地是流域水循环和水量平衡的重要调节器,在维护流域水量平衡、减轻洪旱灾害和应对气候变化等方面发挥极其重要的作用。流域湿地水文调蓄功能是湿地生态水文学研究的重要内容,科学认识和理解流域湿地水文调蓄功能对流域湿地恢复保护、水资源综合管控与应对气候变化具有极其重要的意义。本文阐述了流域湿地水文调蓄功能的概念与内涵,剖析了流域湿地水文调蓄功能时空变异性、阈值性和多维性三大特征及其影响因素(包括湿地土壤特性、植被特征和初始水文条件等内在因素和流域特征、降雨特征、气候变化和人类活动等外在因素),探讨了流域湿地不变情景下和变化情景下水文调蓄功能评估方法,并介绍了流域湿地水文调蓄功能定量评估模型与应用情况。最后,从学科发展和实践需求的视角提出了流域湿地水文调蓄功能未来亟需加强研究的重点方向。

松花江区气象水文干旱演变特征

采用标准化降水蒸散指数和径流干旱指数分析了1961-2010年研究区水文干旱和气象干旱时空演变特征,并探讨了水文干旱与气象干旱的关系。结果表明：（1） 1961-2010年松花江区呈总体干旱化且又有明显时段性的特征,其中1967-1983年和1996-2010年气象干旱频发、覆盖范围广、持续时间长且强度大;其它时段气象干旱少有发生。其次,气象干旱空间分布差异明显,东部的平均干旱频次和强度都大于西部地区,中部（嫩江流域中下游）平均干旱持续时间最长;但在嫩江流域和黑龙江上游地区干旱略有减弱趋势。（2）松花江流域和挠力河流域水文干旱呈加剧的趋势,尤其是近15 a干旱化趋势明显;挠力河流域干旱频发、强度大且持续时间很长。松花江流域水文干旱程度弱于挠力河流域,但极端水文干旱事件频发。（3）松花江区气象干旱与水文干旱密切相关,嫩江流域水文干旱滞后于气象干旱2个月,而第二松花江流域和松花江流域水文干旱滞后于气象干旱3个月;挠力河流域水文干旱与气象干旱无明显的时滞相关性。

阿勒泰地区极端干湿事件的时空变化特征

基于阿勒泰地区7个气象站1961-2012年的气象资料,应用FAO Penman-Monteith模型计算了各气象站年和月的地表湿润指数,进行标准化后确定了极端干湿事件频率。运用趋势分析法、Mann-Kendall法、Morlet小波分析法并结合Arc GIS软件对极端干湿事件的时空演变特征进行了探究。结果表明:(1)极端干旱事件呈减少趋势,并发生了减少突变。极端湿润事件呈增加趋势,并发生了增加突变。年和冬半年的极端干湿事件以及夏半年极端湿润事件存在明显的27a左右的周期,而夏半年极端干旱事件存在17a左右的周期变换。(2)空间变化上,极端干旱事件在中部较为频发,东部相对较少;极端湿润事件在西部较为频发,而在东部和中部相对较少。(3)相对湿度、日最低气温、平均气温和平均风速是影响阿勒泰地区极端干湿事件变化的主要气象因子;极端干旱事件与PANI呈负相关,而极端湿润事件与PANI呈正相关。

石河子地区冬小麦生育期需水量变化特征及其气候成因

[目的]探究作物生育期需水量的变化趋势及其与气象因子的关系,为气候变化下农作物灌溉排水决策提供理论基础。[方法]基于联合国粮农组织(FAO)推荐的参考作物蒸散计算方法和相关作物系数,利用石河子地区1954—2012年逐日气温、降水、日照时数、风速、相对湿度等资料,计算石河子地区冬小麦近59a作物需水量和灌溉需水量,并探究其气候趋势变化的影响。[结果](1)过去50a,石河子垦区冬小麦需水量总体呈增加趋势,越冬—返青期增势最为明显(气候倾向率为2.65mm/10a);拔节—抽穗期冬小麦需水量最大,为130.23mm。(2)灌溉需水量总体呈减少趋势,其中拔节—抽穗期灌溉需水量最大(平均值为88.65mm)且减少趋势最为明显(气候倾向率为-3.11mm/10a)。(3)气象因子对冬小麦不同生育期的需水量和灌溉需水量有很强的相关性,其中冬小麦生育后期需水量与气象因子有极强的相关性;气象因子中,降水对于灌溉需水量影响最大。[结论]气候变化下,石河子地区冬小麦作物需水量呈增加趋势,但降雨量的增加趋势下,灌溉需水量总体呈减少趋势。

近52a石河子地区ET_0变化特征

基于石河子地区逐日气象资料,对1954—2012年ET0的时间变化特征及其未来可能变化趋势进行了预测。结果表明,近52a,石河子地区年际和年内各季节ET0都呈增加趋势,其中,春季ET0增势最为明显,冬季增势不明显。年代变化上,年ET0和春季、夏季、秋季ET0在20世纪80年代都达到年代最低值,在21世纪00年代都达到年代最高值,而冬季ET0则相反。空间上,乌拉乌苏地区ET0呈减少趋势,石河子市、莫索湾和炮台ET0都呈增加趋势。年、夏季、秋季、石河子市、乌拉乌苏、莫索湾和炮台ET0都发生了明显突变,春季和冬季ET0无突变发生。年际和年内各季节ET0都存在明显25a左右的变换周期。研究区域年际和年内各季节有可能从不断增加的趋势转变为减少趋势。

阿勒泰地区参考作物蒸散量时空变化特征

基于阿勒泰地区7个气象站1961—2012年逐日气象资料,采用Penman-Monteith模型计算了逐日参考作物蒸散量,运用Mann-Kendall非参数检验法、小波分析法,并结合ArcGIS软件对作物参考蒸散量的时空变化特征进行了研究。结果表明:阿勒泰年和春季作物参考蒸散量呈增加趋势,而夏季、秋季和冬季作物参考蒸散量呈减少趋势。年和夏季的作物参考蒸散量分别在1994年、1992年发生突变,而春季、秋季和冬季的作物参考蒸散量则没有发生突变。年和四季的作物参考蒸散量都存在27a的周期。空间分布上,年、春季、夏季和秋季的平均作物参考蒸散量呈自阿勒泰市南部和福海县西北部向东部、南部和西部逐渐递减的变化趋势。而冬季作物潜在蒸散量大致呈现自西向东逐渐递减。变化趋势上,春季潜在蒸散量在空间上都呈增加趋势,而年、夏季、秋季和冬季的潜在蒸散量在阿勒泰的东部呈增加趋势,在西部则呈减少趋势。

基于CI指数石河子农垦区干湿变化特征

为了探究气候变化下石河子农垦区干湿演变特征,基于石河子农垦区1954—2012年的逐日平均气温、最高气温、最低气温、降水、日照时数、风速等资料,运用趋势分析法、M-K突变检验法和小波分析法探究了石河子农垦区CI指数的年际、季节、年代和月变化特征。结果表明:(1)石河子地区年均CI指数和四季(春夏秋冬)CI指数都呈增加趋势,气候倾向率分别为0.08/10 a、0.05/10 a、0.08/10 a、0.09/10 a和0.11/10 a;20世纪60—70年代研究区域干旱频发,80年代—2012年干旱发生次数相对较少;(2)春季和夏季的CI指数无明显突变,秋季、冬季和年均的CI指数发生了突变;四季的CI指数都有明显的周期性,但年均CI指数无明显的周期性。

喀什市能见度的变化趋势及未来预测

通过对喀什市能见度资料的整理和分析,运用趋势分析法、Mann-Kendall法、R/S分析法和等级分类法研究了1973—2012年喀什市能见度的年际、年代变化特征,并对其未来发展趋势进行了预测。结果表明,喀什市在1973—2012年能见度在持续降低,且年平均能见度和四季能见度在21世纪初达到最低;5种不同等级能见度发生日数中,2级能见度天气日数呈增加趋势,1级、3级能见度日数呈减少趋势,4级和5级能见度日数仅在20世纪70年代出现,之后发生日数为0;春季、秋季、冬季的能见度和2级、1级能见度日数都发生了明显的突变,年平均能见度、夏季能见度和3级能见度日数都没有明显的突变;2级能见度日数将来会持续增加,3级能见度日数会持续减少,四季能见度将会持续变差,1级能见度发生日将会由过去一段时间的持续减少转变为将来的持续增多。

喀纳斯景区山地草甸不同退化阶段群落共有种的生态化学计量特征研究

通过在新疆喀纳斯景区山地草甸群落中对不同退化阶段4个典型样点进行样方调查与采样,结合室内分析,探究了不同退化阶段山地草甸群落共有植物及土壤的碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征及其内在联系,揭示了山地草甸生态系统养分循环规律和系统稳定机制。研究结果表明,1)3种群落共有植物的重要值、盖度、密度和生物量都随着草地的退化加剧而上升,平均高度和叶绿素相对含量随着退化的加剧而降低。2)随着草地退化程度的增加,群落共有种C、N、P含量均下降,草甸早熟禾C∶N则先降低后升高,其余2种共有种均上升;群落Ⅰ中3种共有植物叶片的N∶P都在14和16之间,剩余3个群落中,草甸早熟禾叶片N∶P高于16,而千叶蓍和短柄苔草叶片的N∶P均小于14。3)叶绿素相对含量与植物的N含量呈显著的正相关,植物盖度与其化学计量比的相关性不显著,植物的高度、密度、生物量与其化学计量比相关性的显著性取决于物种和生境。4)土壤的C、N、P含量均影响植物的C、N、P含量,呈显著的线性正相关。喀纳斯景区未退化阶段的植物生长受N、P双重元素的限制或者均不受限,退化阶段的植物生长主要受N的限制。因此,喀纳斯景区山地草甸土壤生态化学特征对退化山地草甸的植被恢复有着重要影响。

湿地生态水文学研究综述

基于湿地生态水文研究文献计量分析,透视国内外有关湿地水文、生态水文和水资源等领域的重大研究计划和重要学术会议,系统总结了湿地生态水文学发展历程,可分为萌芽起步阶段(20世纪50年代至80年代)、研究探索阶段(20世纪90年代)和快速发展阶段(21世纪以后) 3个阶段,列举了重要代表性研究成果,并重点阐述了湿地生态水文学研究进展;基于对国际湿地生态水文学发展历程、研究进展及热点的综合分析,未来湿地生态水文学研究主要向基于"多要素、多过程、多尺度"的湿地生态水文相互作用机理及耦合机制、气候变化对湿地生态水文的影响机理及适应性调控、湿地"水文-生态-社会"耦合系统互作机理及互馈机制和基于湿地生态需水与水文服务的流域水资源综合管理等方向发展。最后,以国家重大需求为导向,提出了未来中国湿地生态水文学优先发展方向及建议。

基于生态水文调控的流域综合管理研究综述

在全球气候变化与人类活动的双重影响下,流域水与生态等问题将更加突出、相互交织,是当前亟需解决的影响和制约世界各国可持续发展的瓶颈问题。基于对流域综合管理概念内涵的理解,以生态水文学理论和基于自然的水资源解决方案的理念为指导,提出了基于生态水文调控的流域综合管理概念与内涵,着重阐述了其核心内容:①理论方法--流域生态水文调控原理与方法;②应用实践--面向生态-社会协调可持续的流域水资源综合管理。将丰富和发展流域综合管理理论方法与技术体系,提升流域综合管理的实效性和整体水平。

2000—2013年阿勒泰地区植被覆盖变化研究

基于2000-2013年的MODIS NDVI数据结合气象数据资料，采用趋势分析法、相关分析法等，探究阿勒泰地区生长季植被覆盖的时空变化以及与气候因子之间的关系。结果表明：1）2000-013年问，阿勒泰地区植被覆盖呈现出北部区域的植被NDVI值高于南部区域，山地、河流区域植被NDVI值高于荒漠地区的分布格局；2）植被NDVl变化存在空间差异性，表现为中部和南部部分地区植被增加，北部地区植被减少；3）植被NDVI整体呈现出微弱的上升趋势，增长幅度为每10年增长0．002，在生长季49月中，各月的NDVI变化趋势存在差异性，全球变暖导致冰雪融水和降水量的增加是阿勒泰地区植被覆盖增加的主要原因；4）年均NDVI与气温的相关系数高于降水，并且生长季各月的NDVI与前1～5个月的气温、降水存在一定的滞后性。

1961-2012年克拉玛依市极端气温的变化特征

探明克拉玛依地区的极端气温变化特征,为当地农业生产、居民生活和经济发展提供参考,利用1961—2012年的日气温资料,采用百分位阀值、线性趋势、Morlet小波分析、Mann-Kendall法对克拉玛依市近52年的极端气温变化特征进行分析。结果表明:1)年极端高温天气日数和年极端低温天气日数均呈下降趋势,倾向率分别为-1.5d/10a和-2.5d/10a;年平均最高气温呈平缓增加趋势,年平均最低气温呈上升趋势,增长率分别为0.007℃/10a和0.288℃/10a。2)在四季平均最高气温中,以冬季上升最快,达0.203℃/10a;秋季次之,为0.103℃/10a;夏季下降最明显,达-0.2℃/10a;春季次之,为-0.088℃/10a。在四季平均最低气温中,以冬季平均最低气温上升最明显,达0.531℃/10a;秋季第2,为0.424℃/10a;夏季第3,为0.083℃/10a;春季最低,为0.056℃/10a。3)年极端高温天气日数、年极端低温天气日数分别在1971年和1981年发生突变,且年极端低温天气日数在1995年后的下降趋势明显;年平均最高气温在1984年发生显著性突变,年平均最低气温在1976年发生显著性突变,且在1990年后的上升趋势明显;夏季平均最高气温在2002年发生突变,冬季平均最低气温在1976年发生突变,并呈上升趋势。4)年极端高温天气日数的变化周期为3a,年极端低温天气日数的变化周期为8a,年平均最高气温、年平均最低气温、夏季平均最高气温没有明显的周期变化,冬季平均最低气温的周期性变化为4a。

2000-2014年塔吉克斯坦夏季植被覆盖时空变化特征

基于2000—2014年的MODIS NDVI数据，应用趋势分析法对塔吉克斯坦夏季植被覆盖的时空变化特征进行了研究。结果表明：1）15年间，塔吉克斯坦植被覆盖区夏季平均NDVI整体呈增加趋势，但线性趋势不明显；2）15年间，NDVI值较小（＜0.2）和较大（＞0.5）的等级区间面积波动较大，而处于中间（0.2～0.5）的等级区间面积的较为平稳；3）空间分布上，夏季中西部地区的平均NDVI高于东部地区；海拔较低的山区和地势平坦的谷地NDVI较高，高海拔的山区的NDVI相对较小；4）空间变化上，夏季NDVI升高区面积最大，降低区次之，稳定区面积最小；线性变化显著和极显著区面积较小，不显著区涵盖了95％以上的植被覆盖区；5）摸清植被覆盖的变化特征可以促进该国植被演化趋势的研究，并在生态环境建设政策的制定方面起到积极作用。