Spatio-temporal pattern and changes of evapotranspiration in arid Central Asia and Xinjiang of China

Accurate inversion of land surface evapotranspiration （ET） in arid areas is of great significance for understanding global eco-hydrological process and exploring the spatio-temporal variation and ecological response of water resources. It is also important in the functional evaluation of regional water cycle and water balance, as well as the rational allocation and management of water resources. This study, based on model validation analysis at varied scales in fiwe Central Asian countries and China＇s Xinjiang, developed an appropriate approach for ET inversion in arid lands. The actual ET during growing seasons of the study area was defined, and the changes in water participating in evaporation in regional water cycle were then educed. The results show the simulation error of SEBS （Surface Energy Balance System） model under cloud amount consideration was 1.34% at 30-m spatial scale, 2.75% at 1-km spatial scale and 6,37% at 4-kin spatial scale. ET inversion for 1980-2007 applying SEBS model in the study area indicates： （1） the evaporation depth （May-September） by land types descends in the order of waters （660.24 ram） 〉 cultivated land （464.66 mm） 〉 woodland （388.44 mm） 〉 urbanized land （168.16 mm） 〉 grassland （160.48 mm） 〉 unused land （83.08 mm）; and （2） ET during the 2005 growing season in Xinjiang and Central Asia was 2,168.68x108 m3 （with an evaporation/precipitation ratio of 1.05） and 9,741.03x108 m3 （with an evaporation/precipitation ratio of 1.4）, respectively. The results unveiled the spatio-temporal variation rules of ET process in arid areas, providing a reference for further research on the water cycle and water balance in similar arid regions.

南疆地区水资源问题与对策建议

【研究目的】南疆地区是中国重要的能源矿产基地和诸多国家战略的核心区。该区地处干旱区,水资源短缺是制约社会经济发展和生态环境保护修复的主要因素,查明水资源开发利用中的问题,提出针对性的对策建议是实现水资源可持续利用与环境保护的重要保障。【研究方法】通过系统收集分析前人已有成果,从南疆地区的水资源开发利用现状、存在的问题与对策建议3个方面进行论述。【研究结果】南疆地区的水资源主要形成于山区,山区的降水和冰雪融水是河流的主要补给源。河流出山后,地表水与地下水频繁转化,最终以蒸散发的形式消亡于流域下游。南疆地区多年平均水资源451亿m^(3),其中地表水资源量432亿m^(3),地下水资源量268亿m^(3),重复量249亿m^(3)。近年的开发利用量已达327亿m^(3),开发利用程度超过70%,远超过水资源开发利用的警戒线,总体上已处于过度开发状态。南疆地区的地表水水质总体较好,优于Ⅲ类水的地表水占94%。地下水的水质从山前倾斜平原向盆地腹部,浅层地下水水质逐渐变差,由Ⅰ-Ⅲ类转变成Ⅳ-Ⅴ类地下水(高矿化度水),部分地区常规水化学、有机物含量等超标。水资源开发利用中的主要问题有水资源利用效率和效益偏低、水资源不合理开发利用造成土壤盐渍化和沙漠化等环境问题、生态需水量的估算存在较大不确定性以及气候变化对水资源的影响研究不足等。【结论】针对以上问题,应大力发展节水农业及提高咸水的资源化利用程度,统筹上、中、下游的水资源调度,优化水资源在生活、生态、生产之间的配置,加强南疆地区气候变化对水资源的影响研究以及生态需水量研究。

两种河道洪水演进方法在新疆山区的应用比较

以呼图壁河流域石门水文站以上山区河道为研究区域,利用石门站2015—2019年的日流量观测数据和1978—1983年、2008—2019年的年平均流量数据,以GFS降水资料为WRF-Hydro模型的输入,用其内置的扩散波模式、马斯京根-康吉模式两种河道演算方式进行径流模拟,对比分析模拟径流与实测径流的差异,探讨基于WRFHydro模型的洪水演进方法在新疆内陆干旱区的径流模拟效果。结果表明:扩散波模式模拟效果总体优于马斯京根-康吉模式的模拟效果。分析了WRF-Hydro两种河道演算模式模拟洪水的一些特征,其中扩散波模式模拟结果较好,用时较长;马斯京根-康吉模式模拟结果不太理想,但用时短。

干旱区人居环境系统耦合协调的时空演变及作用机制研究——以新疆为例

干旱区人居环境受到干旱自然条件的制约呈现出系统失衡的态势,如何促进系统耦合协调对干旱区人居环境建设至关重要。为探索系统耦合协调视野下干旱区人居环境的时空演化机制,以新疆14地州市人居环境为研究对象,构建干旱区人居环境系统协调发展评价体系,基于5个子系统的耦合协调度模型,综合运用熵值法、GIS空间分析与结构方程模型,探索2003—2019年新疆人居环境系统耦合协调度的时空演变规律与耦合作用机制。研究表明:(1)在时间维度上,2003—2019年新疆人居环境系统的耦合度与耦合协调度均呈现波动上升趋势,14地州市之间增速不均匀。(2)在空间维度上,形成“中间高、两侧低、北高南低”的空间分布格局,在东西方向由“一字型”向“倒U型”演变,在南北方向由“一字型”向“U型”再到“斜线型”演变。(3)在作用机制方面,主要形成“人类系统→社会系统→居住系统→支撑系统”,以及“社会系统→自然系统”的作用路径,其作用效应依次为0.570、0.972、0.953、-1.189。其中,人类系统是干旱区人居环境协调发展的根本动力,通过社会系统正向或负向地间接作用于其他系统。

新疆干旱区湿地景观格局遥感动态监测与时空变异

为了解和掌握全球变化环境下中国干旱区湿地的分布现状、变化过程和时空格局特征,该文通过多源遥感技术手段,采用面向对象分类方法和目视解译相结合,完成了干旱区湿地信息的多期监测,实现了新疆地区2000、2005和2010年的湿地分布制图,并利用动态度模型和地统计方法计算了近10 a时空变化情况,分析了湿地变化的时空特征。研究结果表明:1)近10 a来全疆干旱区湿地约增加了10.1%,2010年新疆湿地总面积达到22 438 km2,较2000年约增加了2 065 km2;2)在类型构成上,2010年河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地和人工湿地所占比例分别为42.73%、29.43%、17.98%、8.92%和0.94%;3)在空间分布上,南北疆呈现不均衡,南疆湿地约占总体的76%,北疆湿地仅占24%;主要分布在塔里木流域,以河流湿地为主,空间分布差异显著;4)新疆湿地面积总体上呈增多的趋势,不同类型的湿地面积变化幅度差异较大。沼泽湿地和人工湿地的动态度分别为:2.58%、2.43%,河流湿地与湖泊湿地的动态度为:0.59%、0.43%;净增量最大的是沼泽湿地和河流湿地,分别增加了827.92和531.86 km2,占湿地净增量的65.85%。在变化原因上,全球变暖、新疆区域气温升高和降水增多是湿地近年来增加的主要原因;人类活动的干扰,加剧了湿地变化的复杂性和空间差异性。研究结果可为区域生态环境变化研究以及湿地资源的保护规划提供数据支持和结论参考。

干旱区绿洲城镇空间贫困分异特征及其影响因素分析——以新疆南疆三地州为例

空间贫困是通过研究贫困现象与地理资本之间的关系,分析贫困的空间分异特征,研判致贫原因并制定反贫策略。以2015年新疆南疆三地州社会经济发展统计数据为基础,运用Pearson相关性分析、GIS技术、TOPSIS模型并结合熵值法,系统分析了新疆南疆三地州空间贫困分异特征,最后借助障碍度模型进行贫困与地理资本要素的相互关系分析。结果表明:根据各县(市)与最优目标的贴近度,可将研究对象分为三类地区:一级贫困区包括塔县、乌恰县、阿合奇县、和田县、喀什市、和田市、民丰县、叶城县、皮山县、阿克陶县;二级贫困区包括于田县、策勒县、巴楚县、莎车县、阿图什市、墨玉县、洛浦县;三级贫困区包括泽普县、麦盖提县、伽师县、英吉沙县、疏附县、岳普湖县、疏勒县。整体上,自然地理环境恶劣,位置偏远、生产资料匮乏,人均农林牧渔业产值偏低,基础服务设施不完善、社会保障体系不健全、少数民族人口比重高、农村人口比重偏高等对研究区空间贫困的影响较为显著。

新疆内陆干旱区水资源的可持续利用

随着可持续发展理念的深入,有关水资源及其开发利用的很多问题值得进一步研究.摸清水资源及其开发利用存在的主要问题,了解水资源的开发潜力,是实现水资源可持续利用的前提和基础.从整体上分析了目前新疆内陆干旱区水资源及其利用存在的主要问题及开发利用潜力,提出了可持续发展理念下的水资源开发利用对策.

大田滴灌条件下葡萄生育期土壤水盐的平均分布特征

【目的】研究滴灌条件下土壤水盐的分布特征，为土壤水盐的调控提供参考。【方法】以新疆干旱区葡萄为例，对葡萄生育期土壤水盐含量进行测定，分析其生育：朝土壤水盐分布特性。【结果】葡萄生育期内，在垂直方向上覆膜处理土壤含水量的最大值出现在距滴头30cm处，土壤含水量从30cm处向两边递减；在水平方向距滴头30～60cm处土壤含盐量最大，土壤盐分质量浓度与土壤含盐量具有相似的变化规律。灌水周期为7．5d时，红提葡萄生育期内各处土壤均处于干旱状态。【结论】在综合调控土壤水盐分布特征时，必须考虑滴灌技术参数对土壤水盐分布的影响。

新疆的水资源可利用量及其承载能力分析

把新疆划分为伊犁河—额尔齐斯河外流区、准噶尔盆地—天山北坡经济区、塔里木盆地-塔里木河流域区和吐哈盆地诸小河流域区等4个水资源分区。系统分析估算了各分区的水资源总量、水资源可利用量以及水资源的利用现状、水资源的潜力及其承载能力,并参考已有研究结果进行了评述。新疆社会经济可利用的水资源量为598.96×108m3,新疆生态需水量为229.31×108m3;在建立节水型社会后,可以满足新疆社会经济、生态的需水。到2050年人均GDP81697.49元时,可承载的人口规模不低于3 250.8×104人。

干旱区发展的资源环境基础评价:以新疆为例

作为生态脆弱的干旱地区,新疆的社会经济发展受到资源环境基础的极大制约。一方面,资源环境综合评价的结果表明,新疆的资源环境基础脆弱、要素结构的稳定性差。此种特征决定了新疆的现代化发展有赖于资源环境基础的稳定,其中尤以淡水资源来源和农用地(主要为草场和耕地)的稳定最为重要。另一方面,资源环境空间组合的分析结果表明,北疆和南疆的资源环境开发是全疆社会经济发展的关键,东疆生态系统的安全和稳定则决定着全疆资源环境开发的效果和政治稳定。

新疆干旱区农户农地流转行为影响因素分析——基于结构方程模型和对玛纳斯县农户的调研实证

在实证分析的基础上,构建农户农地流转行为影响因素的结构方程模型,旨在探讨对新疆干旱区农户农地流转行为产生影响的因素及其影响强度,并利用对新疆玛纳斯县369户农户调研的实证数据分析理论的科学性。研究结果表明:农户资源禀赋特征、劳动力转移特征、农户家庭经营特征、农地流转组织约束特征及农户家庭基本特征对农户农地流转行为产生了显著的正向影响。诠释上述五方面特征的可观测变量中,户主年龄、有无流转中介组织、农户类型、经营地块总数、经营土地质量状况、非农业劳动力年人均收入、对种植业经营风险认知程度、家庭外出务工劳动力人数、务工地点、户主受教育年限等对农户农地流转行为产生显著影响。得到研究结论:加强对农民的技能培训,实现劳动力的优化配置和合理转移;加大对农村基础设施尤其是水库等灌溉配套设施的投入力度;加强对种植业经营风险的防范及着力培育形式多样的农地流转中介服务组织等举措可以有效推进农地合理有序流转的进程。

新疆荒漠地区C_4植物的生态分布与区系分析

以前人工作为基础,对照已发表的C3、C4植物一览表,及近年国内外陆续发表的资料,综合整理出新疆荒漠地区已知的C4植物名录,共有14科63属的279种植物,同时归纳分析了279种C4植物的分类地位、生活型、地理成分以及区系特点等方面。研究结果表明:藜科最多,其次是禾本科、莎草科、百合科和蓼科等等。所以该区的C4类型中被子植物的双子叶植物多于单子叶植物,蕨类植物和裸子植物就没有C4植物。1年生和多年生植物占优势,C4草本植物对环境的适应能力更强,是荒漠环境中植物适应自然的生物学策略,这与植物的进化密切相关。调查区内C4植物群落优势种占C4种的10%,其中125种C4植物生于沙丘中,103种C4植物生于盐生的环境,有56种C4植物生于湿地或水生的生境。证明C4植物能更好地适应干旱、盐渍等不良环境,体现了C4植物抗逆性强的生物学特点。同时依据中国种子植物属的分布区类型的划分方法,将新疆荒漠区C4植物划分为10个分布区类型,表现出植物区系地理成分的多样性;其中地中海、西亚至中亚成分占优势有13属60种。区系地理反映了物种演化过程的历史气候、地质变化动态。利用C4植物的特点以期为对当前植物抗逆育种、解决我国西北地区的荒漠化问题均具有积极的意义,对今后该地区研究提供科学依据。

新疆极端降水概率分布特征的时空演变规律

依据新疆地区53个雨量站1957-2009年日降水资料,根据研究需要,定义了8个极端降水指标。运用K-S法确定降水指标最适概率分布函数,确定10年一遇极端降水量值;在此基础上,采用Copula非参数估计方法,通过Akaike information criterion(AIC)法确定两降水指标联合分布函数,系统分析1980年以后极端降水单变量极值及降水极值二维联合概率分布特征变化的时空演变特征,研究结果表明:①新疆有湿润化趋势,北疆湿润化趋势比南疆显著;②从降水天数和极端降水天数角度来看,新疆极端强弱降水同时出现的概率减小,从极端降水雨量和强度来看新疆中部、南疆西部、北疆东部及北部极端强弱降水同时出现的可能性减小,而天山西部与南疆北部的可能性增加;③1980年后新疆地区发生涝的概率增大,发生旱的概率减少。

干旱区农业节水灌溉合作组织创建模式

随着节水灌溉技术的推广应用,农民自发地创造了不同的以节水首部工程为连接的灌溉合作组织,在节水灌溉中发挥了积极的作用。通过对新疆典型地区的调查分析,将节水灌溉组织创建模式归纳为3种类型,即首部专管员主导型创建模式、中介组织主导型创建模式和农户自助型创建模式,并对其治理模式、合作机制、利益联结机制、组织治理综合绩效等方面作用和局限性进行了比较,提出了完善节水灌溉合作组织,大力支持农民合作社和创建灌溉服务公司组织模式的建议。

干旱半干旱区土壤含水量反演与验证

基于MODIS遥感影像和表观热惯量法,以新疆为研究区,建立了适用于干旱半干旱区1 m土体的土壤含水量反演模型。模型根据高表观热惯量,高土壤含水量,低表观热惯量,低土壤含水量这一理论,通过日地表温差和宽波段反照率确定土壤含水量的时空变化。假设通过1 m土体的土壤水通量正比于上下底层土壤含水量的差值,利用水平衡方程建立土壤表面和底层土壤含水量关系方程,并利用中国土壤类型特点确定优化模型。通过验证结果表明,壤土和壤质粘土这两类土壤含水量接近真实值,砂土在区域验证中,模拟与实测差值为2.16%,整个模型模拟精度较好,能够准确地从时空上反演干旱半干旱地区1 m土体的土壤水分情况。

新疆农业产值的空间化表达与分析

为使以行政单元为单位的农业产值合理分配到地理单元上,以新疆各县农业用地面积及河流长度为自变量建立多元回归模型,采用面积权重的方法进行农业产值的空间化,实现新疆农业产值1 km?1 km格网模拟。对新疆2012年农业产值的分析表明:1)农业产值与耕地、林地、草地面积及河流长度密切相关。2)农业产值的多元回归模拟效果比较满意,预测值与实际值拟合度达到0.82。3)空间模拟表明,新疆农业产值整体水平较低,大部分地区不足5 000元·km-2;农业产值空间分布整体上呈现带状分布和片状分布相结合的特征,块状高值区主要分布在伊犁地区、塔城地区、天山北坡等,南疆地区普遍较低;带状农业产值高值区主要沿塔里木河上中游、孔雀河流域、叶尔羌河流域,伊犁河谷等分布。同时离道路越近,农业产值越高。4)河流与农业产值的空间分布关系说明水资源是干旱区农业发展的制约因素。5)影响模拟精度的因素有自然地理条件、人文因素、地域差异以及土地利用类型内部生产力差异等。与以往研究相比,本研究结合了干旱区的实际情况,重点突出了水资源对干旱区农业的贡献,这对今后研究具有一定的参考价值。

干旱区城镇化发展与水资源利用耦合协调研究

随着干旱区城镇化的发展,水资源问题日益凸显,水资源永续利用成为干旱区研究的热点。分析了2003—2018年新疆15个行政区城镇化发展综合评价指数、水资源利用综合评价指数以及相对发展度的演变特征,并通过耦合协调度模型分析了城镇化发展与水资源利用耦合协调关系的时空演变特征。结果表明:新疆城镇化发展综合评价指数与水资源利用综合评价指数均显著增大,但城镇化发展综合评价指数增速大于水资源利用的;新疆城镇化发展系统与水资源利用系统耦合度常年处于拮抗阶段,并向着磨合阶段发展;新疆城镇化发展系统与水资源利用系统耦合协调类型分为低度耦合协调、中度耦合协调、高度耦合协调3种。从空间上来看,虽然各行政区起点不同,但都相继达到了高度耦合协调。最后,提出了基于水资源永续利用的城镇化发展模式与水资源利用对策。

新疆北部干旱区湿地蚊虫区系研究

2008—2013年期间，在以额尔齐斯河湿地、伊犁河湿地、布尔根河湿地、额敏河湿地，以及艾比湖平原湖泊湿地为代表的新疆北部干旱区湿地采集蚊虫标本，并研究其种群组成和地理区划。结果共采集蚊虫20728只，隶属5属16种，其中常型曼蚊为新疆首次记录种。额尔齐斯河湿地、伊犁河湿地和布尔根河湿地的优势蚊种为刺扰伊蚊，额敏河湿地的优势蚊种为里海伊蚊，艾比湖平原湖泊湿地的优势蚊种为赫坎按蚊。捕获的16种蚊虫中，古北界蚊类占68.75％（11／16），古北界与东洋界均有分布的蚊种占31.25％（5／16种）。可见新疆北部干旱区湿地蚊虫种类较少，区系组成相对贫乏，并且以荒漠性种类为主。

新疆干旱区成龄核桃滴灌制度优化

科学合理的灌溉制度是提高灌水利用效率的主要因素。该研究采用HYDRUS-2D模型结合寻优模型相结合的方法,研究新疆核桃滴灌优化制度。利用2018年和2019年定点观测土壤水分数据进行模型率定与验证;利用模型设定128种情景进行模拟研究,分析南疆干旱区滴灌成龄核桃不同灌溉制度下的深层渗漏和水分胁迫。应用模型结合灌溉制度寻优函数探求滴灌条件下成龄核桃各灌溉制度土壤水分通量。结果表明:HYDRUS-2D模型模拟土壤含水率精度较高,R2为83.03%~83.73%,均方根误差在0.016~0.017cm^3/cm^3范围。根据模型模拟结果,推荐新疆干旱区核桃滴灌制度为灌水定额35 mm,灌溉11次,灌水周期9 d,灌溉定额385 mm或者灌水定额50 mm,灌溉7次,灌水周期14 d,灌溉定额350 mm,在以上滴灌制度下,可最大限度减少农田水分损失和提高灌水利用效率。该研究可为制定南疆滴灌条件下成龄核桃适宜灌溉制度提供参考。

干旱区绿洲耗水分析

耗水分析是干旱区平原绿洲水资源配置的基础。干旱区平原绿洲耗水分析的基本方法包括断面法、水量平衡法、四水转化模型、遥感模型等。以新疆叶尔羌平原绿洲为例,应用四种方法,分析了叶尔羌平原绿洲2002年水资源转化及消耗,重点是四水转化模型的分析模拟。四种方法的总耗水量分析结果基本一致,四水转化模型、遥感模型还得到了不同分区、不同土地类型、不同月份的耗水结果。分析表明,叶尔羌平原绿洲社会经济与自然生态耗水比例各占50%,自然生态耗水维持一定水平,水资源配置基本合理。