民勤地区供水和生态需水量分析

当今世界水环境污染和水资源短缺问题日益突出。如何进行水资源优化配置，将人类活动控制在生态、资源、环境允许范围内，核心问题是生态需水量的确定。通过对国内外生态需水量研究现状的分析，阐述了生态需水量的概念：在现状和未来时空间尺度上，一定的生态环境标准条件下，为维持流域或区域特定的天然生态环境功能必须保障蓄存和消耗的最小水量。对目前采取的各种生态需水量计算方法进行了总结，计算了民勤生态需水量。结果表明，为了使民勤生态系统不再恶化，每年需要补给2．406×10^8～2．414×10^8m。的水。如果考虑民勤地区人的生活用水和农业灌溉用水4．263×10^8～5．458×10^8m^3，民勤地区的总需水量应为6．669～7．872亿m^3。

浑善达克沙地以北地区沙漠化动态初探

在收集大量前人研究成果和野外调查的基础上,运用RS和GIS技术,以2000年和2005年具有相同时相(秋季)的landsat TM4,3,2波段(分别赋予红、绿、蓝3种颜色)、分辨率为30 m×30 m的标准假彩色合成卫星影像的两期TM影像为信息源,利用Erdas8.7遥感图像处理软件、Arcinfo9.0和Arcview3.3等GIS软件,对浑善达克沙地以北地区的沙漠化土地进行了动态监测研究和分析。结果表明:土地沙漠化总体呈上升扩展的趋势,5 a多来沙漠化土地面积增加了1 366.057 km2,具体表现为轻度、中度、重度沙漠化土地面积分别增加;239.806,1 025.393,850.396 km2,严重沙漠化面积减少了749.539 km2;从全区各旗、县的角度来看,其中苏尼特右旗、苏尼特左旗、西乌珠穆沁旗、锡林浩特的沙漠化发展比较快,增加的面积分别为:1 038.377,185.487,69.431,51.554 km2,克什克腾旗、阿巴嘎旗的发展速度比较慢,增加的面积分别为:5.492,15.715 km2,林西的沙漠化面积基本没有变化。

锡林郭勒盟北五旗近5年沙漠化过程及成因分析

本文在收集前人研究成果和野外调查的基础上,运用RS和GIS技术,以2000和2005年具有相同时相(秋季)的两期TM影像为信息源,对锡林郭勒盟北部五个旗、市地区的沙漠化土地进行了动态监测和分析。研究结果表明:近5a来研究区土地沙漠化总体呈上升扩展的趋势,5a来沙漠化土地面积增加了1366.057km2,其中轻度、中度、重度沙漠化土地面积分别增加:239.806 km2、1025.393 km2、850.396 km2,与此相反严重沙漠化土地面积减少了749.539 km2;地表疏松的沙物质,为土地沙漠化发展提供了丰富的物质基础,不合理的人类活动加速了沙漠化的发展。

21世纪初科尔沁沙地沙漠化土地变化趋势

以2000年和2005年TM影像为信息源,在建立目视解译标志的基础上,利用GIS的图像、数据处理功能,对科尔沁沙地近5年来土地沙漠化动态变化进行监测。结果表明,科尔沁沙地沙漠化面积由2000年的22423.1 km2变为2005年的22422.4 km2,仅以0.14 km2.a-1的速度减少,表明该区沙漠化面积不断加剧的态势得以控制并趋于相对稳定状态;不同类型土地的沙漠化动态变化程度不一,原沙漠化土地沙漠化程度明显减轻,沙漠化逆转与恶化面积的差值为958.9 km2,但监测期间有113.3 km2非沙漠化土地沙漠化,发展速度为22.7 km2.a-1,这一态势值得引起足够重视。

中国北方农牧交错带风水蚀复合区的粮食与退耕还林(草)问题

中国北方农牧交错带风水蚀复合区是一个非常特殊的生态脆弱区,通过对该类型区60个典型县域的实地考察和统计资料分析表明:①该类型区的人均粮食产量自给有余,但粮食单产较低,较高的人均粮食产量是以扩大耕地面积,牺牲生态为代价的,今后粮食增产的主要潜力重点应放在提高水浇地单产上。②从区域和国家生态安全角度考虑,该类型区不适宜大规模开垦耕地,而应在粮食自给的基础上逐渐转变为以牧为主的发展方向,退耕还林(草)正是实现这一重要转变的最有效途径和措施。③农户调查结果表明,退耕对农户粮食产量和家庭经济收入的影响不大,大部分农户能够自觉接受退耕还林(草)政策,但目前正处于相持阶段,仍需要国家给予适当经济补偿。因此,该类型区的退耕还林(草)工程不但不能压缩,而且应该进一步扩大规模,加大投资力度。

农业干旱业务化监测研究进展与展望

业务化农业干旱监测系统是农业干旱监测和预测以及农业风险评价和防范的有力工具,为了更好地促进农业干旱业务化监测的发展,系统回顾了基于气象变量、土壤湿度、植被状态和多变量等4类常用干旱指数,详细分析了美国、中国、欧洲和联合国粮食及农业组织等业务化农业干旱监测系统的特征,讨论了业务化农业干旱监测系统中存在的问题:如数据的质量及融合不稳定、综合干旱指数的构建不确定、监测的时间分辨率有待提高、缺乏考虑水文条件以及作物的生长过程等影响的问题。展望了未来农业干旱业务化监测,应从利用多源数据监测干旱、构建综合指标时需考虑区域时空差异及不同指标间的累积性和滞后性、加强机器及深度学习在综合指标构建中的作用、发展日时间尺度监测干旱以应对骤旱事件的发生、强化作物生长过程模型和先进的技术手段在干旱监测中的作用等方面深入发展。

戈壁近地表粉尘释放动力机制的野外风洞试验

跃移沙粒的轰击是戈壁地表粉尘释放的主要动力机制。以往对戈壁粉尘释放的包括风洞试验及野外监测的研究,由于高频测量仪器与试验方法的欠缺,无法定量化跃移沙粒能量等因素对戈壁地表粉尘释放的影响。本研究采用野外风洞,利用Sensit传感器对跃移沙粒不同能量过程进行测定,研究不同供沙条件下的戈壁近地表(0~20 cm)范围内的粉尘变化规律与地表粉尘释放动力机制。结果表明:跃移沙粒轰击作用是戈壁地表粉尘释放主要因素,也是评估粉尘释放程度的重要指征;跃移沙粒的反弹能量与粉尘释放通量相关性最强,冲击能量次之,5 cm高度撞击能量相关性最小,表明跃移沙粒轰击形成的冲击及反弹能量的转化是粉尘释放的一个重要动力过程。

干旱区绿洲耕地撂荒与复耕对土壤水力性质的影响

土地利用变化会改变土壤质地与结构,影响土壤水力性质,进而改变土壤水分有效性,影响植物生长。由于区域气候的干湿交替与水资源利用效率的提高,干旱区绿洲耕地普遍存在着撂荒-复耕现象。为了明确干旱区耕地撂荒与复耕对土壤水力性质的影响,以民勤绿洲北部边缘的耕地、撂荒地与撂荒复耕地为研究对象,测定0—40 cm深度土壤理化性质,分析不同土地利用下土壤水力性质差异及其影响因素。结果表明:耕地撂荒导致0—40 cm深度黏粒与粉粒比重增加,有机质含量降低,容重降低(P<0.05),土壤孔隙度显著增加(P<0.05),犁底层消失;在高水势阶段,土壤持水与导水能力增强,在土壤有效含水量对应的水势阶段,土壤持水与导水能力变差,有效含水量显著降低(P<0.05)。撂荒地复耕后,0—40 cm深度黏粒与粉粒含量继续增加,有机质含量转而增加,容重增加(P<0.05),土壤孔隙度降低(P<0.05),犁底层重新出现,土壤持水与导水能力又逐渐趋向于耕地水平。撂荒对干旱区绿洲土壤肥力与蓄水能力的提升不显著,而留茬免耕、深耕灭茬还田等保护性耕作措施能有效提高持水能力。利用研究区易测的土壤黏粒、砂粒含量与土壤容重,采用多元线性回归方法,可以准确、快捷预测土壤水分常数,这将有利于研究区农田灌溉制度的准确制定与优化,以及耕地利用变化对土壤水力性质影响的快速评估。

小波包分解与多个机器学习模型耦合在风速预报中的对比

准确预报风速是提高风电利用率以及电力系统稳定性的有效方法。学者们提出了大量风速预报模型,但针对不同下垫面不同风速预报模型的对比研究较少。该研究主要探究小波包分解和12个机器学习模型耦合对3种下垫面(戈壁、绿洲和沙漠)风速预报能力,探索风速预报的优化耦合模型。设置3组模型实验进行对比:单一机器学习模型、小波包分解-机器学习混合模型和小波包分解-机器学习-卷积神经网络混合模型。结果表明:具有特征选择和记忆功能的深度学习模型(如卷积长短时记忆网络)以及极限学习机对风速具有较好的预报能力,小波包分解可以显著提高模型精度。小波包分解与卷积长短时记忆网络、卷积门控循环单元和极限学习机的耦合模型在风速预报中具有较好的表现。这表明信号分解和深度学习的耦合模型,能有效提高预报精度,值得推广。

机器学习与统计模型在石羊河流域气候降尺度研究中的适用性对比

高分辨率气候数据是研究气候变化对农业、生态、水文影响的驱动数据,动力和统计降尺度模型是两类常用的生成高分辨率气候数据的方法,近年来机器学习模型也被用到气候变化的研究中,但针对不同站点(下垫面)的多种统计降尺度模型的对比研究较少。石羊河流域土地利用类型多样,海拔变化显著,适合研究降尺度模型的适用性。本研究选择2种传统统计降尺度模型和4种机器学习模型,并结合2种标准化方法对石羊河流域4个站点的气温和降水进行了降尺度的对比研究,探索该区域最优的降尺度模型。结果表明,机器学习模型比传统统计模型有更好的降尺度能力。经过筛选后的多模型平均可以给出稳定的具有较高精度的降尺度结果。气温结果在每个站点相关系数均达到0.98(通过99%显著性检验),降水结果平均相关系数达到0.74(通过99%显著性检验)。这表明在本研究中筛选出模型可以较好地实现降尺度的目的,这些模型可用于该区域未来气候情景数据的生成,可为气候变化相关研究提供可靠的气候数据。