甘肃省民勤县荒漠绿洲过渡带典型灌丛植物的滞尘量效应

[目的]开展荒漠绿洲过渡带典型灌丛滞尘研究,为区域防风固沙树种滞尘效益评价和绿洲防护体系建设提供依据。[方法]通过野外调查采样,室内水洗过滤等方法,定量分析了荒漠绿洲过渡带梭梭(Holoxylon ammodendron)、柽柳(Tamarix chinensis)、白刺(Nitraria tangutorum)3种植物在3月上旬(冬态)和6月下旬(夏态)滞尘量和滞尘粒度沿荒漠至绿洲4 km范围内的时空变化特征。[结果]滞尘量从荒漠到绿洲逐步递减,3月上旬梭梭、柽柳、白刺平均递减20.74%,16.13%,14.72%,6月下旬平均递减14.37%,9.23%,26.54%。3月上旬梭梭的滞尘量最大,约为172.36 g/株~、6月下旬柽柳的滞尘量最大,约为345.16g/株。3月上旬3种灌木所滞尘土的粒径主要为20~50μm,约占41.00%,梭梭有少量滞尘的粒径为500~1000μm,约占总量的15.00%;6月下旬所滞尘土的粒径大量分布于100~200μm,少量分布于5~10μm。[结论]在3月和6月,3种灌木的滞尘量从荒漠到绿洲均呈现出递减的趋势,灌丛植物的滞尘量、滞尘粒径受时间、空间及植物叶表面特征的共同影响。

西北干旱区绿洲系统小气候效应研究

西北干旱区绿洲具有特殊的小气候特征。以金塔绿洲为例,选用“绿洲系统非均匀下垫面能量水分交换和边界层过程观测与理论研究(2007—2010)”的“金塔高分辨率资料同化再分析产品数据资料”进行绿洲系统小气候分析,重点对绿洲与周边沙漠做平均日变化的比较,研究再现了中国西北干旱区绿洲小气候特征。结果表明:干旱区绿洲系统下垫面的非均匀性致使沙漠和绿洲受热增温幅度不同。沙漠气温日变化幅度较绿洲偏大。绿洲上空气温较周围沙漠低,湿度较沙漠大,绿洲表现出明显的冷岛、湿岛效应,这在模拟图上有很好的体现。此外,空气相对湿度的最低值出现在08:00,表现出夜间是水汽聚集过程,白天是水汽耗散过程。

夏季金塔边界层风、温度和湿度结构特征的初步分析

利用2004年6～7月在河西走廊金塔陆-气相互作用试验的观测资料,分析了该地区夏季夜间和中午风、温、湿的垂直结构特征,结果表明:夏季夜间,当地面风较小时,金塔绿洲高空可能为偏西风气流,夜间稳定层高度大致在100～190 m.夏季中午,当低空为偏东风时,风速随高度的变化比较复杂.总的来说,存在着东风急流,急流高度在1000～4000 m之间,大气边界层顶盖(即逆温层底)约在3000～3600 m高度,在500～800 m高度以下存在绿洲内边界层;当低空为偏北风或西北风时,高空都为偏西风或西北风气流,低空风速随高度的变化比较平缓,风速有时存在极大值,大气边界层顶盖(即逆温层底)在3500 m左右,在1200 m以下可能存在绿洲内边界层,绿洲内边界层高度有时会很低.

金塔绿洲不同下垫面辐射特征对比分析

利用2005年在甘肃省金塔绿洲开展的“绿洲系统能量与水分循环过程观测试验”所取得的资料，系统的分析了夏季晴天金塔地区不同下垫面的辐射收支特征，结果表明：地表反照率呈“U”型分布，戈壁的最大，日平均为0．23，依次为沙漠点0．2、绿洲点0．19、临近沙漠的绿洲点0．18。4个观测站的太阳总辐射基本相近，在观测期内未出现超太阳常数的现象。向下和反射的短波辐射具有相同的日变化规律。4站大气逆辐射全天约在300～400Wlrn2之间。绿洲的地面向上的长波辐射强度小，日变化也不明显，白天略大于夜间；戈壁和沙漠的向上长波辐射强度较大，日变化较明显，其峰值远大于绿洲和临近沙漠的绿洲上的。绿州地表放射的净长波辐射与短波吸收辐射之比分别为25％和33％，远小于沙漠和戈壁地区的比值57％、60％，仅为沙漠和戈壁地区的比值的50％左右。在辐射平衡中地表长波贡献最大，大气逆辐射次之，总辐射第三，净辐射第四，反射辐射最小。绿洲上的净辐射可达总辐射的一半以上，而戈壁和沙漠上则仅略大于30％。

基于遥感和GIS的干旱区绿洲景观破碎化分析——以金塔绿洲为例

以2个时期的遥感图像所解译的土地利用数据为基本信息源,基于GIS工具,选用斑块密度、廊道密度、斑块破碎度、分离度和斑块面积变异系数5个指标对金塔绿洲的破碎化程度进行了分析。结果表明:(1)1990—2000年,金塔绿洲总体的景观破碎化程度轻微地降低。(2)从景观类型上看,基质的破碎化程度增强;水浇地面积增大,趋于集中分布,破碎化程度降低;城镇用地破碎度增加,分离度减小。这些变化与人类开发利用活动的程度和方式有关,体现了荒漠基质受人类影响而逐步形成的典型农业型绿洲的特点。

夏季不同天气背景条件下黑河中游不同下垫面的辐射特征

利用2005年"绿洲系统能量水分循环观测实验"(JTEX)获得的资料分析了夏季晴天和阴天西北干旱区金塔绿洲不同下垫面的辐射收支特征。结果表明:由于下垫面的水热特性不同,绿洲与沙漠、戈壁的辐射特征有很大差异,而沙漠和戈壁的差异则较小。相同天气背景条件下,不同下垫面的向下辐射基本一致,绿洲的向上辐射最小,净辐射最大。地表辐射特征会随天气状况有较大变化。

夏季金塔绿洲冷岛效应的数值模拟

利用中尺度数值模式MM5对金塔绿洲2003年7月31日～8月2日的观测资料进行了模拟研究,分析了金塔绿洲的温、湿、气压、风场演变.结果表明,绿洲上白天为湿冷中心,气压场表现为低层(850 hPa)高压,高层(700 hPa)低压.受背景场影响,温、湿、气压中心偏离绿洲中心,风场向背景风的垂直向辐散.但绿洲上的感热和潜热场形状不受背景风场影响,不产生变形、偏离,同绿洲形状重合.

金塔绿洲的辐射平衡特征和地表能量研究

利用2005年5月23日～7月8日在甘肃省金塔绿洲开展的"绿洲系统能量与水分循环过程观测实验"所取得的资料,分析了金塔绿洲不同天气条件的辐射平衡、地表能量收支和土壤温度的日变化规律,并将研究时段内各量的平均值与晴天进行了对比。结果表明:不同天气条件下,辐射平衡和地表能量平衡各分量昼间变化差别较大,夜间也存在一定的差异;土壤温度随净辐射能的变化而变化,随着深度的增加,土壤温度受太阳辐射的影响变小;观测期间辐射平衡、地表能量和土壤温度平均的变化形态与晴天比较接近,云和降水的扰动削弱了除潜热通量外的其它量。

WRF模式对金塔绿洲-戈壁辐射收支的模拟研究

利用WRF中尺度气象模式结合卫星反演的下垫面土地利用/植被类型资料对夏季金塔绿洲辐射和能量传输过程进行模拟,并用2008年"绿洲系统非均匀下垫面能量水分交换和边界层过程观测与理论研究"加强期外场试验所取得观测资料进行验证。结果表明:晴天状况下WRF模式能较好地模拟出辐射各分量和热流密度的变化,阴天和雨天次之;向下长波辐射以外的各辐射分量观测值与模拟值的相关性很好,相关系数都在0.9以上,均方根偏差在86.6W.m-2以下,平均绝对误差都在24%以下;绿洲能量传输主要为潜热输送,戈壁为感热输送;绿洲潜热、感热和地表热流密度分别占净全辐射的87.1%、9.1%和11.1%,研究结果可为合理配置绿洲太阳辐射资源提供参考。

金塔绿洲大气边界层特征的数值模拟研究

利用美国NCAR中心的天气研究与预报模式WRF(WeatherResearchandForecastModel),对金塔绿洲的环流场、温度场及湿度场结构及其日变化进行了较为全面细致的模拟研究,WRF模式很好地模拟出了绿洲—沙漠环流的日变化特征和这种局地热力环流的空间结构,模拟再现了绿洲"冷岛效应"和邻近绿洲的沙漠"逆湿"等边界层特征,模拟还发现了白天绿洲湿度场"凹型槽"式分布的特征。

乡镇尺度金塔绿洲时空格局变化

基于遥感、GIS技术和1990、1999、2006和2009年4期Landsat TM/ETM+遥感影像等,利用绿洲变化幅度、动态度模型、绿洲变化趋势指数模型及绿洲化荒漠化转移矩阵,开展乡镇尺度上金塔绿洲时空变化及分异研究。结果表明:1990—2009年间,金塔绿洲不断扩张,荒漠面积呈现减少趋势,绿洲净增长面积达199.49 km2。金塔绿洲整体处于非平衡状态,不同乡镇绿洲变化程度不同,乡镇绿洲规模变化强弱顺序为羊井子湾乡>场站机关辖区>东坝镇>三合乡>古城乡>金塔镇>中东镇>大庄子乡>西坝乡。金塔绿洲聚集度增加,景观破碎化程度减少,荒漠基质优势度降低。绿洲扩张区主要有羊井子湾乡、场站机关管辖区、东坝镇、金塔镇、古城乡和三合乡等。近20年来,金塔绿洲变化主要受人文与社会因素的影响,水资源的开发利用是绿洲扩张的前提条件,人口(含移民迁入)、经济发展、政策和科技进步是主要的驱动因素。

夏季晴空金塔绿洲温度场的初步分析

利用2004年6～8月在甘肃省酒泉金塔地区开展的“绿洲-沙漠能量和水分循环的野外观测试验（JTEX）”的温度场资料，分析了该地区的温度场结构。结果表明：绿洲在白天（夜晚）相比周围环境是冷（暖）中心。沙漠和绿洲的相互影响同沙漠与绿洲的边缘和形状有关。由于各观测点所处的位置和站点的土壤特性不同，地表温度的量值有较大差别，但总体来说，绿洲的地表温度比沙漠的低；土壤温度的垂直变化一直可活跃到大约20cm深处，40cm深土壤温度基本无日变化，不同层间的土壤温度在一天内有两次相交。深度越深，出现的时间越靠后，沙漠上出现不同深度间温度交叉的时间比绿洲靠后。沙漠上各层的温度都始终高于绿洲上的，沙漠的日变化也大于绿洲上的。

环境风场对绿洲冷岛效应影响的数值模拟研究

利用中尺度数值模式MM5对模拟的金塔绿洲效应偏离进行了敏感性试验研究,发现环境场对造成绿洲冷岛、高湿中心的偏离的作用起着非常重要的作用,而同时绿洲的存在对于冷岛、高湿起决定作用。模拟结果显示风场风速越小,冷岛效应越显著;风速越强,偏离中心程度越大,但增大至一定量值后,冷中心将无法激发,即不再呈现出冷岛作用。

夏季晴天不同土壤湿度条件的绿洲辐射特征

利用2005年在甘肃省金塔绿洲开展的"绿洲系统能量与水分循环过程观测试验"所取得的资料,分析了夏季晴天金塔绿洲不同土壤湿度条件下的辐射收支特征。结果表明:向下短波辐射不受土壤湿度的影响;当植被处于同一生长期,土壤湿度越大,向上的辐射就越小,净辐射就越大;当空气中的水汽含量相差不大时,土壤较湿润则大气逆辐射白天较小,夜晚较大。但当水汽含量差别较大时,水汽含水量起主要影响作用,空气越湿润,大气逆辐射越小。

夏季金塔绿洲近地层通量足迹及源区分布特征分析

选取2005年5月24日-6月18日在金塔开展的“绿洲系统能量与水分循环过程的观测实验”中的3层CSAT3的实验数据，应用Schmid的FSAM（The Flux-Source Area Model）模型，分析了不同观测高度的通量贡献源区分布以及观测高度对通量贡献源区分布的影响，同时分析了不同大气层结条件下源区的分布以及稳定度对通量贡献源区分布的影响。结果表明,稳定条件下的通量贡献源区大于不稳定条件下的通量贡献源区，并且随着观测高度的增加通量贡献源区会显著增大。

1963-2009年金塔绿洲变化对绿洲景观格局的影响

内陆河流域绿洲与荒漠景观之间的相互作用与影响机制是干旱区景观地理学的重要内容之一。绿洲时空变化及其对区域景观格局影响的研究,对流域绿洲管理和环境保护具有重要的指导意义和科学价值。以中国西北干旱区内陆河流域水土资源开发的典型代表区域——金塔绿洲为例,基于5期不同的卫星遥感数据,利用数理统计模型及景观指数等方法开展绿洲变化过程、趋势、空间分布格局和景观结构特征变化研究。结果表明:(1)1963—2009年间金塔绿洲主要以扩张为主,绿洲面积增加了167.37 km2,绿洲与荒漠间相互转化剧烈,呈现出非平衡-平衡-极端不平衡的趋势状态。绿洲变化主要体现在西坝乡、羊井子湾乡的绿洲外延扩张和在三合乡-中东-大庄子乡、金塔镇-中东镇、古城乡等地的绿洲内部填充合并。(2)近46 a来金塔绿洲景观的分形特征、离散程度和破碎化程度趋于减小,各景观斑块则趋于简单和均匀化。(3)绿洲变化在一定程度上影响着绿洲景观格局,导致景观结构趋于均匀化和密集化,绿洲斑块镶嵌体表现出散布-扩张-破碎-融合扩展的变化过程。

使用LANDSAT-5TM数据反演金塔地表温度

使用Landsat-5 TM的热红外波段资料,用Weng等、Qin等及Jimenez Mu^noz等三种不同的方法对金塔地区地表温度进行反演,并将反演得到的结果与实测值进行比较。结果表明,三种方法均能较好地反演出金塔绿洲地表温度的分布状况,其中,Weng等及Qin等的反演方法反演的结果较好,绝对误差均<1.9°C;而Jimenez Mu^noz等的方法反演的结果较差。

金塔绿洲地表特征参数遥感反演研究

TM影像是陆地资源卫星(Landsat)携带的专题绘图仪(ThematicMapper,TM)扫描计获取的遥感图像,近年来,该数据得到了广泛的应用。本文使用Landsat-5TM数据推算了金塔地区的地表参数,包括标准化差值植被指数NDVI、修正的土壤调整植被指数MSAVI、植被覆盖度、地表反射率及地表温度。并将地表反射率、地表温度的反演值与观测值进行对比,结果表明:地表温度反演结果的相对误差在9%以内,地表反射率反演结果的相对误差在8%以内。

WRF模式对金塔绿洲效应的数值模拟

利用美国NCAR中心的天气研究与预报模式WRF,对金塔绿洲的温度场、环流场、能量场的结构及其日变化特征进行了较为细致的模拟研究。结果表明,WRF模式能较好地模拟出非均匀下垫面上绿洲和戈壁的近地面温度、风场、净辐射、感热和潜热等要素的变化特征及日变化规律,较为完整地呈现出绿洲"冷岛效应",模拟的近地面风向和观测值吻合较好。通过对能量场的时空分析,发现下垫面的植被类型、土壤类型和土壤湿度对绿洲白天感热、潜热、土壤热通量和净辐射等有很大影响,绿洲白天净辐射峰值比戈壁大,潜热通量比感热通量大;白天大气向地面传输热量,绿洲地表获得的热通量大;而夜间地表向上传递热量,绿洲释放的热通量比戈壁大。更加细致地研究这些现象对深入了解绿洲气候的形成和维持机理具有重要的意义。

基于参与式调查与主成分分析的金塔绿洲变化驱动力分析

内陆河流域绿洲变化驱动机制是旱区绿洲学研究的核心内容之一。利用1963-2010年的Keyhole存档相片、KATE-200卫星航片、Landsat遥感影像等多源数据,获取了金塔绿洲空间分布及面积变化信息。在此基础上,结合参与式调查和主成分分析方法定量分析绿洲变化的驱动机制。研究表明：近47 a来金塔绿洲总体呈现增长的趋势,绿洲规模不断扩大,至2010年绿洲面积高达539.47km^2。其主要原因是气候变化、人口增加、水资源的开发利用与科技进步、社会经济发展及政策等因子的相互交织作用。气候变化是背景因子,人文因子是绿洲变化的主成分因素,且在不同历史社会背景下,其主导人文因素也不同。