人工灌丛总初级生产力和蒸散对气候变化的响应模拟——以宁夏盐池县荒漠草原区为例

荒漠草原区人工灌丛生态系统的总初级生产力(GPP)和蒸散(ET)如何响应全球气候变化,不仅是全球变化生态学研究的核心问题,也关乎干旱半干旱风沙区生态建设的可持续性。利用参数优化后的生物群区生物地球化学循环(Biome⁃BGC)模型和气象环境驱动数据,考虑不同气候变化情景和未来趋势,模拟了盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统GPP和ET对气候变化的响应。结果表明:(1)增温会显著抑制生态系统的GPP,大幅度的增温(3℃)会导致GPP急剧下降,但增温对ET的抑制作用非常微弱;(2)降水是限制ET变化的重要因素,相对于增温诱发干旱胁迫所引起的ET小幅下降,降水多寡则更直接地控制着生态系统的ET大小;(3)中国西北地区未来气候的“暖湿化”趋势和大气CO_(2)浓度升高会对荒漠草原区人工灌丛生态系统产生综合驱动效应,增强陆地和大气间的碳水交换通量。研究成果可为干旱半干旱区应对全球变化及指导地方政府制定生态保护修复政策提供科学依据。

基于参数优化的人工灌丛生态系统碳水通量模拟

荒漠草原是陆地生态系统中最为脆弱且受人类干扰较为严重的生态类型之一,精准模拟其碳水通量及对人为干扰的响应,不仅能够揭示其复杂的生态学过程,而且还可为人为生态修复和保护提供决策依据。生态模型能够有效地模拟陆地生态系统的碳水循环过程,但模型众多的参数及其取值的合理性限制了其普遍应用,故探索参数优化是提升生态模型应用的有效途径。利用PEST参数优化方法和涡度相关观测数据对Biome-BGC模型的生理生态参数进行优化,在评估参数优化效果的基础上模拟了1986—2018年宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的总初级生产力(Gross primary productivity,GPP)和蒸散(Evapotranspiration,ET)。结果表明:(1)参数优化可以改善Biome-BGC模型对荒漠草原区人工灌丛生态系统GPP和ET的模拟效果,参数优化后模拟的GPP和ET均更接近于观测值,其中月尺度的模拟效果更佳;(2)基于PEST的Biome-BGC模型参数优化方法具有较强的普适性,优化后的参数可推广应用于荒漠草原区人工灌丛生态系统长时间序列的GPP和ET模拟;(3)宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的GPP在1986—2018年呈缓慢上升趋势,增幅为1.47 g C m^(-2)a^(-1),但ET的年际变化率较大,且无显著变化趋势。

基于蒸散演变驱动的宁夏绿洲平原生态系统耗水变化

为揭示宁夏绿洲平原蒸散水文过程演变引起的区域耗水变化规律,在谷歌地球引擎平台下,利用2001—2020年的MOD16A2蒸散数据,基于Sen趋势度、重新标度极差分析、多元回归残差分析等时空分析手段,对宁夏绿洲平原蒸散时空演变特征开展研究,并分析其驱动因素。结果表明:(1)2001—2020年间,宁夏绿洲平原的年平均蒸散量为355.37 mm,且呈6.75 mm/a的增加趋势(p<0.01),其中,耕地的年蒸散为443.50~605.47 mm,明显高于区域平均蒸散;同时,多年平均蒸散远高于同期降水量,故维持绿洲生态系统平衡需要大量引黄灌溉水源。(2)宁夏绿洲平原蒸散在空间上有一定的异质性,并与地表覆盖类型差异有关,表现出耕地区高、草地和城市建成区低的规律。(3)宁夏绿洲平原有77.60%的区域其蒸散呈显著增加,但2020年后将有93.90%的区域蒸散变化趋势将发生逆转。(4)人类活动强烈地驱动宁夏绿洲平原蒸散的增强,其中,人类活动协同气候变化共同正向驱动的区域占53.96%。(5)蒸散的逐渐增强,导致宁夏绿洲平原流域内的水分亏缺显著,即供给生态系统光合生产以及回补土壤储水在减少。综上,近些年,宁夏绿洲平原的人为垦殖活动显著增强生态系统的耗水量,给区域水资源供给带来压力,未来应控制合理的农业垦殖力度并加强农业结构调整,以减缓水资源压力。

贺兰山油松林冠层的辐射能量截获及传输利用特征

油松作为我国北方地区典型的森林植被类型,研究辐射能量在其冠层中的分配、收支及传输,是构建森林冠层辐射传输模型和生态过程模型的理论基础,对阐明森林植被群落中能量流动和物质循环机理具有重要意义。基于贺兰山生态站油松林通量塔定位观测获取的上、下行长短波辐射、光合有效辐射(photosynthetically active radiation,PAR)以及气象数据,分析2021年4—9月不同天气和季节条件下油松林冠层的辐射能量截获及传输特征。结果表明:(1)晴天条件下太阳总辐射的日变化表现为光滑的“单峰”曲线,但多云条件下则呈现不规则的“多峰”曲线,且减弱48.3%的太阳总辐射能量到达冠层顶部。(2)太阳总辐射以下行短波辐射为主,晴天的上行短波辐射日变化虽也呈“单峰”形态,但仅占下行短波辐射的8.1%,上行和下行长波辐射随昼夜交替略有波动。(3)太阳短波辐射的季节动态特征表明,上行和下行短波辐射在6月最高,而上行和下行长波辐射在7月最高。(4)在冠层上方(25 m处)呈规则“单峰”形态的PAR日动态曲线,经过冠层截获和传输作用后,在冠层下方(7 m处)变为不规则曲线;PAR的透过率为32.2%~53.9%,透过率在6月达到最高。(5)4-9月生长季短波反射率为7.8%~8.8%,而地表长波辐射收支比为0.73~0.80。结果显示,贺兰山油松林冠层对辐射能量有明显的截获作用,其辐射传输在不同天气条件和不同季节表现出较大的差异。

基于DinSAR技术的宁东煤炭基地区域性地表沉降监测

宁东煤炭基地开发已成为宁夏工业经济发展的重要引擎,而煤炭开采所引起的地表沉降成为该区主要的区域地质环境问题。笔者利用合成孔径雷达差分干涉测量技术(DinSAR)和2015~2019年的5期Sentinel-1A数据,对宁东煤炭基地区域性地表沉降特征进行监测。结果表明,不同区域、不同年份间的沉降特征存在较大差异,其中北部地区整体沉降量较大,年最大沉降量达到了0.13 m,南部整体沉降量较小;2015~2016年沉降量最大,而2016~2017年沉降量最小;2015~2019年沉降量超过0.1 m的区域面积为578 km²,沉降区与煤矿工矿开采活动区一致,主要为煤炭开采引发的地表沉降。其他微量地表沉降,一方面来自雷达影像的相干失真,另一方面与地表其他风沙侵蚀等变形有关。DinSAR技术在大范围监测地表沉降方面具有明显优势,但由于时间基线较长,存在一定的失相干现象。

宁东煤炭基地植被生态特征及矿业开发对其的影响

准确评估大型能源基地矿业开发活动对区域植被生态系统影响具有重要的科学意义和实践价值。利用2000—2017年中分辨率成像光谱仪(MODIS)连续观测的生态系统参量,定量研究宁东煤炭基地开发建设以来的植被生态系统时空变化特征,分析矿业开发对植被生态系统的影响。结果表明,随着宁东煤炭基地开采活动的持续,区域植被生态系统的生产力及其与大气之间的水汽交换强度整体增强,归一化植被指数、总初级生产力、净初级净生产力和蒸散的年增长幅度分别为0.0053、5.10g·C/(m2·a-1)、4.10g·C/(m2·a-1)和6.62mm/a;这4种指标在空间像元上也以增长趋势为主,且未来多数像元有持续增强的特征,但生态系统的水分利用效率却在降低。空间分析表明,大尺度植被生态演变受矿业活动影响微弱,其主要受制于气候和区域性的生态治理工程。

2000—2015年宁夏草地净初级生产力时空特征及其气候响应

草地是宁夏陆地生态系统的重要组成部分,估算其净初级生产力(NPP)对宁夏草地可持续利用与管理至关重要。采用MODIS数据和CASA模型对2000—2015年间宁夏草地生态系统NPP进行了估算,通过一元线性回归趋势分析、Hurst指数等方法研究草地NPP的时空变化规律及未来演变趋势,并分析草地NPP与气象因子的相关性。结果表明:(1)基于CASA模型的宁夏草地NPP模拟精度高,其估算值与实测多年草地NPP均值具有良好的线性关系(R=0.93,P<0.01),与MOD17产品的草地NPP空间分布基本一致。(2)近16 a宁夏草地年均NPP为148.28 g C m^(-2)a^(-1),且存在波动上升的趋势,其线性增长率为3.84 g C m^(-2)a^(-1)(P<0.01)。(3)宁夏草地NPP整体处于上升趋势,草地NPP增长的草地面积达98%,且其增率自南向北递减;宁夏草地NPP的Hurst指数在0.27—0.81之间,均值为0.53,大部分草地的NPP变化趋势具有较强同向持续性。(4)在年时间尺度上,宁夏草地NPP主要受降水量的影响,与气温的相关性较弱;在月时间尺度上,生长季草地NPP与月总降水量的相关性高,且不存在时间滞后响应现象,而与月均温的响应则存在1个月的时间滞后性,宁夏大面积分布的干草原与荒漠草原NPP对气温响应滞后是导致这一现象发生的主要原因。

不同气象插值方法精度评估及对草地NPP估算的影响

以2000—2015年宁夏境内及周边14个气象站点的年均气温及年总降水量为数据基础,分别利用反距离权重法(IDW)、样条函数法、Anusplin插值法对气象数据进行了空间插值并交叉检验,将不同方法插值获取的气象要素空间栅格数据作为模型驱动参数输入CASA模型,研究了气象要素不同插值方法对草地NPP估算精度的影响。结果表明:(1)3种插值法中Anusplin插值法在宁夏区域内气象要素插值的误差最小,精度最高,反距离权重法误差最大,在气温插值中表现最为明显;(2)通过实测数据的检验,CASA模型在宁夏草地NPP估算当中适用性强,模拟的年总NPP空间分布格局与实际情况相符,模拟数据可靠;(3)在不同草地类型的NPP估算中,引用MOD17A3NPP数据作为验证数据对比发现基于Anusplin的气象要素插值数据及CASA模型模拟的NPP一定程度上提高了NPP估算精度,其在干草原、灌丛草原、干荒漠类草原及荒漠草原的估算中精度较高,而在沼泽类和山地草甸的估算效果欠佳,其估算精度有待提高。

土壤大孔隙三维特征影响因素和测定方法研究进展

土壤大孔隙是优先流的主要通道,对土壤水分、空气和化学物质及污染物的优先运移起着重要作用,土壤大孔隙三维形态特征的量化分析及影响因素研究是目前大孔隙的研究重点,研究成果可为理解土壤水分运动机理及评估地下水污染等提供科学支撑。本文从大孔隙三维形态特征参数的定义(大孔隙体积、表面积、长度、数量、迂曲度、倾斜角度、路径数量、孔径、节点、连接度、圆度等),各参数测定方法及软件(Avizo 9.0、VG Studio MAX 2.2、Arc/Info 10.0、ImageJ等),大孔隙特征影响因素(根系、土壤动物、干湿及冻融交替、人为因素等)3个方面,综合介绍了土壤大孔隙三维特征的研究现状及进展,并基于此预测了今后的研究趋势,以期为今后大孔隙三维特征的深入研究提供参考。

基于GF-1遥感影像的宁夏盐池柠条人工林景观特征研究

以宁夏盐池县为研究区,利用高分一号遥感影像和谷歌地球数据,采用监督分类与目视解译结合的方法对柠条人工林进行提取,结合DEM数据和景观生态学方法,分析盐池县柠条人工林的地理分布格局与景观特征。结果表明:盐池县柠条人工林占县域面积的13.18%,斑块数量和面积南北分布差异较大;从地理分布格局来看,柠条林大量分布于高程较低和坡度较缓的地区,地势较高与坡度较大的地区仅有少量小斑块分布;不同乡镇的景观单元特征和景观破碎化程度不同,花马池镇柠条林的斑块景观内部分割较复杂,高沙窝镇的内部斑块连通性更好,麻黄山乡景观破碎化程度较高,高沙窝镇与麻黄山乡柠条林的斑块边界都较为曲折;整体来看,盐池地形平缓、高程较低的中北部以营造防沙治沙型柠条为主,面积大且景观斑块连续,地形陡峭的南部沟壑丘陵区则以营造退耕还林的柠条为主,面积小且景观破碎。

宁夏陆地生态系统水分利用效率特征及其影响因子

生态系统水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)是表征生态系统碳水耦合程度的重要指标,能反映生态系统碳水循环规律及其相互作用关系。基于MODIS数据以及宁夏生态系统类型数据,分析2000—2017年宁夏不同生态系统WUE的变化特征,探讨了NPP和ET两种因子对WUE年际与年内变化的影响。结果表明:(1)全区陆地生态系统的年均WUE为1.03 g·C/kg·H2O,值域在0.55—2.98 g·C/kg·H2O之间,总体上呈现南北高、中部低的特征。(2)不同生态系统的WUE差异较大,由高到低为水体及湿地、森林、农田、草地、聚落、荒漠和其他生态系统,在同类生态系统中,植被生物量和盖度越高的亚类生态系统,其WUE也越高。(3)宁夏陆地生态系统WUE存在着每年0.0141 g·C/kg·H2O的下降趋势,年内WUE呈典型的单峰形态,变化范围在0.02—2.16 g·C/kg·H2O之间。(4)年际尺度上,宁夏陆地生态系统WUE与年蒸散(Evapotranspiration,ET)有极显著负相关性(P<0.01),而与净初级生产力(Net Primary Production,NPP)没有相关性;年内尺度上,WUE变化与ET呈显著正相关(P<0.05),与NPP呈极显著正相关(P<0.01),这与植被的年内季节性生长过程有关。(5)根据ET强弱和WUE高低,可将宁夏陆地生态系统水分利用效率特征划分为4类,即低ET低WUE区、低ET高WUE区、高ET低WUE区和高ET高WUE区。宁夏的生态恢复工程在增强植被生产力的同时,也增强了区域水分消耗,致使陆地生态系统整体水分利用效率下降,这为宁夏未来水资源调控和生态重建提供了科学依据。

不同气候变化情景下荒漠草原生态系统碳动态模拟

荒漠草原生态系统对气候变化十分敏感,但其碳循环过程如何响应气候变化尚不明确。基于Biome-BGC模型和1958—2017年的气象观测资料,模拟了宁夏盐池荒漠草原生态系统在4种不同气候情景下的碳储量变化。结果表明:(1)4种气候情景下,盐池荒漠草原生态系统年均总碳储量在2.3208—2.3652 kg/m^2,土壤碳储量占总碳储量的94.03%,枯落物与植被碳储量分别占4.03%和1.94%。(2)近60 a间,基准情景下的土壤碳储量以每年0.0020 kg/m^2的速度累积,总碳储量呈波动性上升趋势。(3)植被、枯落物碳储量的年内变化与季节变化紧密相关,土壤碳储量在夏秋季较低,冬春较高。(4)单独的气温升高会导致土壤碳、植被碳及枯落物碳储量的略微降低,而单独降水波动增加会导致碳储量的明显增高,二者综合作用会导致碳储量的升高;此外,枯落物碳储量对气候变化的响应最敏感,其次是植被碳储量,土壤碳储量对气候变化的响应敏感度最低。研究结果揭示了荒漠草原碳储量随不同气候变化情景的变化规律,可为地方政府制定应对气候变化策略和生态恢复政策提供科学依据。

人工灌丛化对荒漠草原生态系统碳储量的影响

宁夏盐池县从20世纪70年代开始在荒漠草原上人工种植柠条灌木用以防风固沙和生态恢复,这一人为措施极大地改变了区域生态系统的植被结构和碳循环,而定量评估人工灌丛化对荒漠草原生态系统碳储量的影响,不仅能够揭示人类活动的碳循环反馈机制,而且可为地方政府生态治理提供理论指导。结合Biome⁃BGC模型和Logistics生长模型模拟了1958—2017年间荒漠草原人工灌丛化前后的碳储量变化,定量分析了人工灌丛化对生态系统碳储量和组分的影响。结果表明:(1)结合Biome⁃BGC模型和Logistics生长模型可以较准确地模拟出荒漠草原人工灌丛化过程中生态系统碳储量的变化。(2)人工灌丛化会快速改变荒漠草原的碳储量累积特征,柠条灌木种植后的快速生长阶段极大增强了生态系统的总碳储量,导致生态系统的碳储量特征由草地型向灌木型转变。(3)人工灌丛化改变了生态系统各类型碳储量的组分结构,其对地上植被和枯落物碳储量的影响非常明显,灌丛化后生态系统的植被和枯落物碳分别增加了6倍和1.76倍;因植被碳向土壤碳转化过程较慢,故人工灌丛化对地下土壤碳储量的影响在短期内较为微弱。以上结果显示,荒漠草原人工灌丛化能显著增强生态系统的碳固持能力,为碳中和及应对气候变化提供可行路径。

荒漠草原人工灌丛化对蒸散发及其组分的影响——以盐池县为例

我国西北防沙治沙工程中大量的种植中间锦鸡儿(Caragana intermedia)会导致荒漠草原发生灌丛化现象,研究人工灌丛化对荒漠草原蒸散发的影响,不仅能够揭示半干旱区人为活动对生态系统水循环的影响机理,还可以指导区域生态治理实践。以宁夏盐池县荒漠草原为例,基于植被的生理生态参数和荒漠草原水热条件,采用生物地球化学模型(Biome Bio-Geochemical Cycles,Biome-BGC)和地球呼吸系统模拟模型(Breathing Earth System Simulator,BESS)结合的方法,模拟荒漠草原生态系统人工灌丛引入前后蒸散发及其组分的变化,定量研究荒漠草原人工灌丛化对区域生态水文循环中蒸散发的影响。结果表明,人工灌丛的引入使植被结构及特征发生了变化,叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)年最大值由0.20增加为0.67,改变了植被年内与年际变化特征。荒漠草原人工灌丛化后,生态系统年均蒸散发由251.74 mm增加到了281.42 mm;人工灌丛化对生长季的蒸散发增强明显,8月蒸散发峰值时,日均蒸散发由1.27 mm/d增加到1.56 mm/d。灌丛化过程使生态系统蒸腾量平均增加了1.35倍,蒸发量增加了1.06倍,改变了生态系统蒸散发的组分结构,导致蒸发比例降低、蒸腾比例增高。由此可知,荒漠草原在防沙治沙和生态治理中大量种植灌木的现象,加大了区域生态系统的蒸散发,并改变了水分耗散结构,从而对生态系统地气水汽交换有较大影响,研究结论对荒漠草原生态治理及未来的植被重建有一定的借鉴意义。

基于SEBAL模型评估干旱半干旱区人工灌丛植被对陆表蒸散的影响

评估人工灌丛植被重建对干旱半干旱区陆地生态系统蒸散的影响,不仅能揭示植被变化与水文过程的耦合机理,又可为区域生态治理与水资源管理提供科学指导。该研究利用Landsat-8 OLI/TIR遥感影像及气象数据等驱动SEBAL模型,反演宁夏盐池县的年内不同日期的陆表蒸散,结合目视解译选取的人工灌丛区与对照草地,评估了人工灌丛植被对陆表蒸散的影响。结果表明:1)SEBAL模型的蒸散反演精度与站点观测结果较为一致,可用于干旱半干旱区蒸散反演及空间特征研究;2)盐池县人工灌丛植被区日平均蒸散为1.20 mm/d,高于对照草地1.17 mm/d的日平均蒸散量,即干旱半干旱区人工种植灌木林增加了生态系统水分消耗,但不同季节和不同生物地理条件下的蒸散增强作用存在差异,蒸散增强在8月份最大,而3、4月份呈现负效应;3)人工灌丛的密度越大、植被盖度越高,对陆表蒸散的增强作用越强,特别在NDVI>0.4的高盖度情况下蒸散增强作用更加明显。由此可知,在水资源紧缺的干旱半干旱区开展以灌木树种为主的植被重建需在合理的生态水文阈值范围内开展,才能构建出稳定可持续的人工生态系统。

基于SEBAL模型的农牧交错区蒸散演变及生态需水规律

[目的]对典型农牧交错区的蒸散格局、演变特征及其生态系统需水规律进行研究,为区域生态治理和水资源管理提供科学依据。[方法]以宁夏回族自治区盐池县为例,选择2000—2017年的4期Landsat遥感数据和气象资料等辅助数据,利用SEBAL模型反演该县不同时期秋季初的日蒸散,结合同期土地利用类型数据进行分析研究。[结果]①秋季初的日蒸散量由2000年的0.89 mm/d增加到了2017年的1.71 mm/d,增幅为92.1%,增强趋势显著。②日蒸散具有较强的空间异质性,总体呈南高北低的格局,尤以东南部的黄土丘陵区蒸散最高;近17 a蒸散的年增幅也表现出南高北低的特征,但不同时段的年增幅空间格局存在较大差异。③不同地类的蒸散存在差异,耕地、林地和草地的平均蒸散量分别为1.42,1.33,1.27 mm/d,但蒸散量年增幅最大的是草地。④近17 a盐池县生态需水总量和各地类的生态需水量都在增加,各地类生态需水量由高到低依次是草地、耕地和林地,但单位生态需水量最高的是耕地,最小的是草地;近17 a耕地和林地的生态需水量占总生态需水量的比例在下降,而草地生态需水量的比例则呈上升趋势。[结论]在盐池县大力实行生态治理工程的背景下,区域蒸散显著增强,植被生态系统的需水量明显增加,不同地类的蒸散和需水结构也发生变化。

盐池县荒漠草原人工植被重建对区域生态系统蒸散的影响

[目的]研究荒漠草原人工植被重建对区域蒸散的潜在影响,旨在为区域生态恢复重建提供理论依据。[方法]基于2001-2018年MODIS ET和NDVI产品,利用趋势分析、相关分析和分区统计等方法,以宁夏回族自治区盐池县为例,研究了荒漠草原人工植被重建对区域生态系统蒸散的影响。[结果]①2001-2018年盐池县NDVI整体呈上升趋势,增长幅度为0.006 0/a,98.55%的区域显著上升。②2001-2018年均蒸散量(ET)为266.73 mm,空间上表现为西南高于西北的特征,近18 a盐池县蒸散量显著上升(p<0.01),增长幅度为6.27 mm/a,全县区域内ET均达到了显著上升趋势。③盐池县大面积人工植被重建后,ET显著升高,ET与NDVI呈显著正相关。ET与NDVI的变化趋势相关性为0.76(p<0.01)。④在盐池荒漠草原地区,人工植被重建造成的植被结构变化导致生态系统蒸散量更大,消耗更多的水分,同时也使ET增长速率加快。[结论]盐池荒漠草原人工植被重建提高了区域NDVI值,也增强了生态系统的ET,水分消耗的加剧将影响生态系统的稳定性。

A field investigation of wind erosion in the farming–pastoral ecotone of northern China using a portable wind tunnel: a case study in Yanchi County

The farming-pastoral ecotone in northern China is an extremely fr@e ecological zone where wind erosion of cropland and rangeland is easy to occur. In this study, using a portable wind tunnel as a wind simulator, we conducted field simulated wind erosion experiments combined with laboratory analysis to investigate wind erosion of soils in trampled rangeland, non-tilled cropland and tilled cropland in Yanchi County, China. The results showed that compared with rangeland, the cropland had a higher soil water holding capacity and lower soil bulk density. The wind erosion rate of trampled rangeland was much higher than those of non-tilled cropland and tilled cropland. For cropland, the wind erosion rate of the soil after tilling was surprisingly less than that of the soil before tilling. With increasing of wind speed, the volume mean diameter of the eroded sediment collected by the trough in the wind tunnel generally increased while the clay and silt content decreased for all soils. The temporal variation in wind erosion of the trampled rangeland indicated that particle entrainment and dust emission decreased exponentially with erosion time through the successive wind erosion events due to the exhaustion of erodible particles.

自然状态下栓皮栎林空气负离子与PM_(2.5)的关系

近年来,PM_(2.5)污染成为大气污染的主要来源,长期暴露在高浓度PM_(2.5)的环境中会对人体造成严重损害。空气负离子(NAI)作为改善空气质量的“维生素”,是衡量一个地区空气清洁程度的重要指标。然而,气象条件和植被类型的复杂多变,导致PM_(2.5)与NAI的关系存在诸多不确定性。本研究以暖温带典型造林树种栓皮栎为研究对象,基于2019和2020年6—9月森林植被叶面积相对稳定条件下定位观测获取的NAI、PM_(2.5)和气象数据,研究气象条件相对稳定状态下PM_(2.5)和NAI的时空变化特征,确定PM_(2.5)与NAI的关系,阐明自然状态下PM_(2.5)对NAI的影响机制。结果表明:NAI随PM_(2.5)的升高呈指数下降趋势,二者呈显著负相关关系,回归方程为y=1148.79x-0.123。在PM_(2.5)浓度为0~20、20~40、40~80、80~100和100~120μg·m^(-3)范围内,NAI的下降率分别为40.1%、36.2%、9.4%、2.4%、5.1%和6.8%。应用敏感性分析发现,PM_(2.5)浓度0~40μg·m^(-3)范围是影响NAI的敏感区间。研究结果可为深入了解NAI对环境因素的响应机制提供科学依据。

宁夏沿黄绿洲参考作物蒸散演变特征及其归因

参考作物蒸散(Reference crop evapotranspiration,ET_(0))是生态水文过程中的关键因子,研究ET_(0)在干旱绿洲区的演变,不仅有助于理解气候变化背景下的绿洲水文过程响应,亦对绿洲水土资源高效配置和生态系统稳定性维持有指导意义。以宁夏沿黄绿洲为例,基于1960—2019年的气象资料和Penman-Monteith模型计算ET_(0),利用Mann-kendall突变检验、相对敏感系数和Morlet小波分析等方法,对宁夏沿黄绿洲近60 a的ET_(0)演变特征及其归因进行研究。结果表明:(1)宁夏沿黄绿洲ET_(0)年内呈单峰形态,ET_(0)在5—7月间较高,累积ET_(0)占年总ET_(0)的43.6%;近60 a的ET_(0)年均值为1226.38 mm,并以1.66 mm/a(P<0.01)幅度上升,但年际波动特征明显,其中在1988年突变之前,ET_(0)无显著变化趋势,而突变之后则以每10 a左右的周期显著增加或降低。(2)年ET_(0)主要以20—40 a和50—60 a周期振荡,且有多重时间尺度的复杂嵌套现象,不同季节的周期振荡差异较大,夏、秋季振荡幅度较强,其周期接近于年ET_(0)规律,而冬、春季振荡幅度较弱。(3)虽然ET_(0)与6种气象因子均存在显著相关性,但ET_(0)对不同气象因子的敏感性存在差异,其中对最高温度和相对湿度的敏感性较高,敏感系数分别为11.58%和8.40%。(4)宁夏沿黄绿洲ET_(0)与区域气候变化特征有较强的耦合性,区域气候的持续升温和相对湿度持续降低、以及由此引发的饱和水汽压亏缺持续增强是推动ET_(0)上升的重要原因,而气候由湿润向干旱的突变和平均风速的异常波动是诱发ET_(0)突变的原因。