近40年来新疆策勒绿洲气候变化特征分析

利用策勒县气象站1961-2000年气温和降水观测资料,以回归分析、趋势线分析、5年滑动平均等方法分析了位于昆仑山北麓的策勒绿洲近40年来气温和降水的年际变化、季节变化及变化特征。分析结果显示:(1)近40年来策勒绿洲年均气温总体呈增加趋势,年均气温线性倾向率为0.27℃/10a。从20世纪60年代,气温在平均值附近波动降低,自70年代以来波动较大,并明显升高,气温波动基本上与我国西北地区气温变化趋势一致。年内气温变化存在季节差异,夏、秋和冬三个季节气温均呈上升趋势,春季的气温呈下降趋势,其中冬、秋两季对全年平均气温增加贡献较大。(2)近40年来策勒绿洲年降水量总体呈减少趋势,年均降水量线性倾向率约为-0.63mm/10a,结果与我国西北地区气候由暖干向暖湿转变的趋势相反。20世纪60年代年降水在多年平均值附近波动,增减不明显,自70至80年代波动较大,先减后增,到90年代低水平波动,变干趋势明显。年内降水量变化有明显的季节差异,除了夏季外,春、秋、冬三个季节降水均呈减少趋势,减少幅度从大到小依次为冬季、秋季和春季。

南疆近60年来大风灾害特征及其对农业生产的影响

利用南疆各地州1949—2008年间的风灾发生次数、累计发生时间,其造成的死亡人口、受灾农田面积、经济损失和死亡牲畜资料,对南疆风灾、灾度及其对农业生产的影响进行深入分析。分析得出:(1)在南疆总体上,风灾发生次数由20世纪50年代至90年代逐年增长,50年代发生11次,90年代发生115次,但21世纪开始略有减少;巴州、阿克苏和喀什风灾发生次数多,累计发生时间长,是防范风灾和灾后救助的重要区;克州、和田风灾发生次数少,累计发生时间短,是防范风灾和灾后救助的次要区。(2)在南疆风灾中均有重大灾害、一般灾害和轻度灾害,巴州属于重大风灾区;阿克苏、喀什与和田属于一般风灾区;克州属于轻度风灾区;(3)在南疆整体上,4～5月份风灾发生次数较多,累计发生时间较长,而且4～5月份是作物播种和出苗期,大风容易成灾,为此4～5月份是风灾防范和灾后救助的重点季节。(4)大风受灾农田面积随着耕地面积的扩大而增加,而且增长速度比耕地增长速度还快,建议加大投入,改善生态环境,加快退耕还林还草进程,建立减灾系统,加强风灾防治。

新疆于田县20a土地利用和覆被变化及预测

基于2000、2005、2010、2015和2020年5期遥感影像数据和社会经济数据,运用土地利用动态度、土地利用转移矩阵和Markov-FLUS模型,探究了于田县2000—2020年土地利用和覆被变化及其2030年演变趋势。结果表明:于田县主要土地利用类型是未利用地。2000—2020年,耕地、草地、水域和建设用地呈增加趋势,林地、冰川和未利用地呈减少趋势。各土地利用类型变幅程度不同,其中建设用地变幅最大。耕地和建设用地持续增加,主要来源是未利用地;2030年在惯性发展情景下,耕地和建设用地将大幅度增加,林地、水域和冰川变化微弱,草地和未利用地大幅度减少;而在生态保护情景下,耕地和建设用地的扩张将得到制约,增加幅度明显降低,林地、草地和水域面积全部呈增加趋势且增加幅度上升。

叶尔羌河平原绿洲土地利用变化及土地生态安全评价研究

以叶尔羌河平原绿洲为研究区,选择1991年、2005年、2016年Landsat遥感影像数据,利用RS和GIS技术对研究区的土地利用进行了定量的提取和分析,同时,通过近26a社会经济数据,采用压力–状态–响应(PSR)模型构建了研究区土地生态安全评价指标体系,并利用熵值法确定了各指标权重,运用综合指数评价法从时间尺度上对1991-2016年26a间研究区土地生态安全水平进行了综合评价。结果表明:①1991-2016年除耕地、建设用地面积增加外,研究区其他地类面积均减小,林地面积减少最大为47.12%。②近26a研究区土地生态安全综合指数大致呈现递增趋势,其中,1991-2007年均处于风险级,2008-2016年土地生态环境有所改善,但安全等级处于敏感级,土地生态环境仍较差。③改善研究区土地生态安全状况,需要加大资金投入力度,促进生态建设,加强土地利用监督管理,控制人口增长,缓解人地矛盾,为实现土地生态安全的可持续发展奠定良好的基础。

近35 a叶尔羌河中下游流域土地利用/覆被时空动态演变特征

基于叶尔羌河中下游流域1982、1990、2000、2010和2017年5期遥感影像数据,利用GIS技术,对该地区近35a土地利用/覆被变化进行分析。结果表明:1982—2017年研究区耕地和建设用地面积占比不断增加,分别由占研究区总面积的4.92%和0.33%增加到13.06%和0.67%;林地、草地和未利用地面积则分别减少8.43×10^4、4.48×10^4和2.81×10^5hm^2;湿地和水域面积变化波动较小,但总体上呈减少趋势,减少面积分别占流域总面积的0.08%和0.14%。各土地利用类型中耕地变化速率最大,达4.73%,建设用地次之。林地、草地、湿地和水域面积的减少主要受到年均气温上升,相对湿度下降和蒸发量增大等自然因素的影响;耕地和建设用地面积的增加以及未利用地面积的减少主要受到人口、第一产业生产总值和GDP急剧增长等人文因素的影响。除此以外,政策因素调整也对研究区土地利用/覆被变化产生显著影响。

阿克苏河流域绿洲生态安全评价及影响因子分析

中国西北地区处于干旱地带,降水量不多,植被覆盖面积较少,存在较多荒漠化问题,生态环境非常脆弱。在当前西部大开发战略影响下,新疆生态安全目前已成为中国稳定发展最为重要的组成内容。为了更好地了解阿克苏河流域绿洲生态安全当前面临的主要问题,明确其主要影响因子,该研究运用PSR(压力、状态、响应)模型法,选取了18个指标构建了生态安全评价指标体系,分析其生态安全变化趋势,进行影响因子分析。研究表明:(1)研究区域生态安全水平在2009年后呈现出改善趋势;(2)生态安全评价体系中影响作用最大的指标是响应指标。阿克苏河流域绿洲的生态安全逐年向较好的态势发展,结果将为阿克苏河平原绿洲生态建设、管理以及可持续发展提供科学的参考依据。

阿克苏河流域气候变化特征及其对农业生产的影响

利用1967—2019年阿克苏、柯坪气象站逐日气温、日照时数等气候数据和部分农业数据,按月、季节和年进行统计,采用一元线性回归、累计距平、Mann-Kendall(M-K)趋势分析和突变检验等方法,试图揭示阿克苏河流域气候变化对其农业气候资源和农业生产条件的影响。结果显示:(1)1967—2019年研究区气温增长,阿克苏、柯坪站增温倾向率为0.515、0.023℃/10a;阿克苏、柯坪站日照时数呈减少趋势,倾向率分别为3.806、-32.916 h/10a;阿克苏站气温在1997年发生突变,柯坪站日照时数在1990年发生一次突变。(2)1967—2019年间研究区≥10℃积温的平均值为4240℃/d,平均持续时间为210.6 d;1997年发生突变后,≥10℃积温的平均值从1967—1996年的4143℃/d增加到4369℃/d,持续日数从209 d增加到214.9 d,对农作物生长营造了良好的生长环境。(3)近40年研究区单位面积化肥施用量从1978年的63.8 kg/hm^(2)增加到2018年的1369 kg/hm^(2),棉花单产量从1967年的288 kg/hm^(2)增加到2018年的1218 kg/hm^(2),以约262 kg/10a的倾向率增加。棉花播种期提前了9 d,停止生长期推迟了3 d,生育期延长了6 d。(4)随着研究区气候的变化、技术的不断改善,气温的变暖会提高产量和品质,有利于发展阿克苏河流域农业生产。

近19年新疆阿克苏河流域耕地利用时空演变特征

为研究近19年来阿克苏河流域耕地利用时空变化特征,基于遥感和GIS技术,并借助空间基尼系数方法,运用2000、2005、2010、2015和2018年土地利用数据对研究区耕地面积时空演变特征进行分析。结果表明:1)2000—2018年间,阿克苏河流域耕地面积明显增加,2000年耕地面积为5553.4 km^(2),所占研究区总面积比例为8.7%,至2018年增加到8541.9 km^(2),比例为13.4%,以2.99%的年变化率增加;2)研究区耕地转移特征明显,阿克苏河流域耕地面积以转入为主,转移面积为4666.38 km^(2),其中耕地转入和转出面积分别为3827.55和838.83 km^(2),耕地转入以草地、林地和未利用地转变为耕地为主,耕地转出以耕地转变为草地、林地和建设用地为主;3)研究区耕地破碎程度呈现波动变化趋势,2000—2010年,耕地空间基尼系数增加,耕地聚集化程度提高,至2015年破碎化程度加剧,随后慢慢增加,但总体上研究区各个时段耕地空间基尼系数均<0.04,说明破碎化程度偏高、聚集化程度偏低。随着研究区耕地面积的增加,阿克苏河流域草地、林地、水域面积逐渐减少,耕地破碎化程度偏高,导致土地荒漠化、土壤侵蚀和耕地安全问题愈来愈突出,有必要继续推广保护耕地的同时实行研究区合理开发耕地和退耕还林的生态环境保护措施,促进产业结构的调整,有效的改善生态环境和农业生产基础。

1992—2017年托木尔峰国家级自然保护区土地利用-覆被变化及其动态

以托木尔峰国家级自然保护区为研究对象,以1992年、1997年、2010年和2017年的Landsat TM/ETM+遥感影像为数据来源,对保护区土地利用状况及其动态度进行分析。结果表明:托木尔峰国家级自然保护区土地利用类型主要包括草地、林地、冰川与水体、裸地等4大类。1992—2017年,保护区冰川与水体增长量最大,增加面积高达299.42 km^(2);裸地减少量最大,减少面积达342.67 km^(2);草地增长幅度最大,增长了34.33%;减少幅度最大的是裸地,减少了24.98%。保护区土地利用-覆被综合动态度草地最大(2.78),冰川与水体最小(1.09)。

叶尔羌河平原绿洲生态安全评价及影响因子分析

为了解叶尔羌河平原绿洲生态安全状况及发展变化特征,明确其生态安全当前面临的主要问题及影响因素,文章运用PSR模型,选取24个指标构建了生态安全评价指标体系,综合评价并分析其生态安全变化趋势,进行影响因子分析。研究表明:叶尔羌河平原绿洲的生态安全状况逐年好转,评价结果将为叶尔羌河平原绿洲生态建设、管理以及可持续发展提供科学的参考依据。

托木尔峰自然保护区不同生态系统水源涵养价值评估

托木尔峰国家级自然保护区是我国少见的高山自然保护区之一,拥有南天山完整的7个垂直自然带谱,水源涵养功能强大,该保护区对其下游居民的生产生活产生极大的影响。本研究通过野外实地调查,同时结合以往收集的文献资料,估算了托木尔峰国家级自然保护区几类典型生态系统的水源涵养量及其水源涵养价值。研究发现保护区的3种典型生态系统的水源涵养量分别为:云杉林7.96×10^6m^3、灌木林81.76×10^6m^3、草地214.90×10^6m^3,其价值为:云杉林0.67×10^8元、灌木林6.90×10^8元、草地18.14×10^8元。土壤层在水源涵养量中所占的比例高达到89.98%,是水源涵养的主要作用层。云杉林生态系统在这3种典型生态系统中单位面积水源涵养能力最大,占比高达52.06%。草地生态系统在涵养水源过程中占据主导地位,其水源涵养量及其价值为最高,占生态系统涵养水源总价值的51.22%。

1980—2018年托木尔峰国家级自然保护区气候变化特征

气温与降水作为气候系统中的2个重要因子,一直是国内外学者关注的焦点。托木尔峰国家级自然保护区位于新疆阿克苏地区,是我国为数不多的高山自然保护区之一,其生态环境的优劣对其下游居民意义重大。选取近38年来托木尔峰国家级自然保护区及其周围6个气象站点的气象数据,通过Origin软件,采用线性回归法,对托木尔峰国家级自然保护区近38年气温、降水量进行趋势分析,进而获得保护区气温、降水的年际变化趋势方程与变化特征。结果显示:1980—2018年托木尔峰国家级自然保护区多年气温、降水量均呈上升趋势,两者均达显著水平;近38年托木尔峰国家级自然保护区春、夏、秋、冬季平均气温分别为8.22、17.71、6.29、-8.06℃,其线性变化率分别为0.52、0.24、0.32、0.19℃/(10年),其中春、夏、秋3季呈显著增长趋势,冬季不显著;近38年托木尔峰国家级自然保护区春、夏、秋、冬季平均降水量分别为62.17、113.15、43.99、11.92mm,其线性变化率分别为0.27、12.32、6.23、1.68mm/(10年),其中夏、秋、冬3季呈显著增长趋势,春季不显著。总体来说,托木尔峰国家级自然保护区气候正朝着暖湿化方向发展,增温、增湿趋势显著。

叶尔羌河平原绿洲气候变化对粮食生产的影响

为分析叶尔羌河流域粮食生产状况及其对气候变化的响应,利用气象、农业数据,结合线性趋势、累积距平、突变分析等方法,分析近60多年来研究区的气候变化特征及其对农业气候资源、粮食播种面积、粮食单产的影响,并构建多元线性回归方程模拟预测未来粮食产量的变化。结果表明：（1）近60多年来研究区表现出明显的暖湿化趋势。气温增长倾向率为0.24℃·（10a）^-1（P〈0.01）,降水量增湿倾向率为4.49 mm·（10a）^-1（P〈0.05）,日照时数呈减小趋势,倾向率为21.06 h·（10a）^-1。气温在1996年发生突变,降水量、日照时数未出现明显突变点。（2）随着气候变暖,近60多年≥10℃积温持续时间延长了19 d,负积温持续时间缩短了8 d。（3）除负积温外,粮食产量与气温、日照时数、≥10℃积温、播种面积及单产、化肥施用量呈正相关。（4）多元回归模型显示,在不考虑其他要素的前提下,引入的7个自变量因子可以解释粮食产量变异的99.70%。气候变化在一定程度上有利于粮食播种面积的扩大和单产的提高。

1957—2015年叶尔羌河流域气候变化特征及其径流响应

根据流域内气象、水文站点的长期观测数据,利用线性趋势、相关系数、累积距平、Mann-kendall(M-K)突变检验等方法分析不同区域的干、湿季气候变化特征,并假定不同的气候情景组合,分析径流对气候变化的响应程度。结果表明:(1)1957-2015年4个单元气温和降水量呈增加趋势;除上游外,相对湿度、平均风速和大风日数呈减小趋势,流域径流量呈增加趋势。(2)气温在1996年发生突变;降水量未出现明显突变点;相对湿度在2005年左右发生突变;除下游外,平均风速在1983年发生突变;径流量于1993年发生突变,突变后径流量增加了9.08×10^8m^3。(3)相关性分析显示,流域径流量与湿季平均气温、平均最低(最高)气温呈极显著正相关,与湿季平均风速、大风日数和相对湿度呈负相关,除上游径流与干季降水量呈正相关外,其他区域与降水量呈负相关。(4)敏感性分析表明,当降水量不变,气温升高1℃,径流量增加9.06%;当气温不变,降水量增加10%,径流量减小1.67%,这主要与径流组成有关。流域77.4%的径流量来自雪冰融水补给,当降水量增加时,气温降低,减少了冰川积雪的融化,因而流域径流与气温呈正相关,与降水量呈负相关,且对气温变化更敏感。

基于PSR-EEES模型的叶尔羌河平原绿洲生态安全预警测度

为客观评价叶尔羌河平原绿洲生态安全警情,基于PSR-EEES模型构建适合研究区的指标评价体系,运用综合指数法测度1990—2016年叶尔羌河平原绿洲生态安全预警状态,并结合GM(1,1)模型预测2026—2032年区域生态安全态势。结果表明:1)1990—2016年叶尔羌河平原绿洲生态安全综合预警指数总体呈增长趋势,综合预警指数从0.2558增加到0.5516,生态预警状态由重警转为中警,预警指示灯由橙色变为黄色;2)GM(1,1)预测模型显示,2026—2032年研究区生态安全态势进一步好转,生态安全预警值从0.7262上升到0.8913,安全状态由较安全转向安全,安全等级从Ⅱ级上调为Ⅳ、Ⅴ级;3)空间上各县生态安全预警状态差异明显,研究初期西南部地区生态安全状态优于中东部地区,2016年呈现出中部高、东北-西南部低的态势。研究显示,近26年叶尔羌河平原绿洲生态环境得到了一定恢复,但绿洲内部各县生态预警状态差异明显,生态文明建设工作任重而道远。

天山北坡精河绿洲土地利用/覆被时空变化及驱动力分析

以精河绿洲为研究区,1997、2007和2016年Landsat遥感影像数据、气象和水文数据以及社会经济数据为主要数据源,综合运用动态度和时间序列追踪,探寻精河绿洲近20年土地利用/覆被变化特征及其归因。结果表明:1)1997—2016年,精河绿洲土地覆被类型变化主要表现在低覆被度植被、其他覆盖向耕地的转化;耕地向高覆盖度植被的转化;中覆盖植被严重退化;湿地面积呈现出越来越减少趋势,水体总面积呈现增加的趋势。2)1997、2007和2016年土地覆盖类型中的其他覆盖、耕地和水体的面积和比例持续增加,增幅分别为12.17%、5.30%和2.49%。高-中-低覆盖度植被,以及湿地呈减少趋势,其中低覆盖度植被减少速度最快,减幅达13.23%,中覆盖度植被前10年呈增加趋势,而后10年呈减少趋势。3)精河绿洲土地覆盖变化受到自然因素与人文因素的共同影响,其中自然因素限制了山区和平原区之间的低覆盖度植被的生存,人文因素则是绿洲土地覆盖变化的直接驱动力。

天山北坡植被NDVI时空变化及其与气候因子的关系

利用MODIS NDVI数据产品并结合相应的气候数据,运用一元回归趋势分析法,相关分析法,探讨2000-2015年天山北坡年平均、月平均NDVI时空变化与气候因子的相关关系。结果表明:①近16 a来,天山北坡年平均NDVI值在0.27~0.31之间波动上升,总体上呈明显增加的趋势;月平均NDVI值每年4月开始植被覆盖迅速增加,到7月达到最大值,然后8月开始降低,月平均NDVI值的变化呈现出单峰趋势。天山北坡不同季节植被指数都呈现上升的趋势。空间上天山北坡植被覆盖呈现出西部高东部低,南部高北部低的分布特征。生长季植被NDVI值和年平均植被NDVI值的变化存在明显的空间差异,表现为中部植被覆盖增加,东北部、西部、南部的植被覆盖减少。②天山北坡年平均气温和平均降水量逐步上升,变化趋势表现为上升-下降-上升的趋势。空间上天山北坡南部山地地区气温低,降水量多;北部平原区气温高,但降水量少。③NDVI值对气温和降水量存在一定的相关关系。气温与降水量对植被的生长均有影响,其中春季的植被NDVI值与气温的关系密切,夏季的植被NDVI值与降水量有密切的关系,综合分析,降水量对植被覆盖的影响大于气温对植被覆盖的影响。④生长季(5-9月)植被NDVI值与气温和降水量存在一定的滞后性。

1992—2017年托木尔峰国家级自然保护区冰川变化

基于1992、1997、2007、2017年4个时期的Landsat TM/ETM+遥感影像,通过监督分类和非监督分类提取冰川边界,分析了冰川面积、体积变化情况以及变化速率。考虑到冰川变化滞后于气候变化,以12 a滞后期为标准,选取1980—2005年托木尔峰自然保护区的气象数据来分别对应1992—2017年的冰川变化情况。研究发现:(1)1992年,冰川面积为1600.56 km^2,冰川储量为846.89 km^3;1997年冰川面积为1404.21 km^2,冰川储量为709.73 km^3;2007年冰川面积为1465.55 km^2,冰川储量为751.90 km^3;2017年冰川面积为1534.46 km^2,冰川储量为800.02 km^3。(2)近26 a来,冰川面积总体呈下降趋势,面积共减少66.10 km^2,占1992年冰川面积的4.13%,年均退缩率为2.64km^2·a^-1。(3)1992—2017年冰川储量总体呈减少趋势,共减少137.16 km^3,减少了16.20%,年均减少速率为27.43km3·a^-1。(4)托木尔峰自然保护区呈暖湿化趋势,年平均气温值为5.83℃,其线性变化率为0.31℃·(10a)^-1;年降水量平均值为222.53 mm,其线性变化率为24.84 mm·(10a)^-1,二者均通过显著性水平0.05检验。总的来说,降水对保护区冰川的影响不足以弥补气温对冰川的消融,这与1980—1985年降水量的大幅减少导致冰川面积缩小有很大的关系。

1967—2018年托木尔峰国家级自然保护区降水时空变化特征

本文选取1967-2018年托木尔峰国家级自然保护区周围6个气象站点的降水数据,对其降水量、降水日数、降水强度进行线性回归分析以及可信度检验。采用Mann-Kendall突变检验法对其降水量进行突变分析,检测降水发生变化的年份。结果显示:①托木尔峰国家级自然保护区多年的降水量、降水日数、降水强度均呈波动增长的趋势。年降水量、降水日数与降水强度均通过显著性水平(α=0.05)检验。②托木尔峰国家级自然保护区的降水季节性差异明显,降水主要集中在夏季,增湿主要集中在夏季与秋季。各季节降水量均呈波动增长趋势,通过对各个季节降水量与降水强度增加趋势的可信度检验,发现在0.05水平下春、夏、秋季降水量增加趋势明显,冬季降水强度增加趋势明显。③通过对年降水量的突变分析发现突变年份为1997年,并通过显著性水平(α=0.05)检验。