伊犁河谷植被物候变化特征及其对气候变化的响应

本文基于2001—2021年MODIS NDVI数据和气象数据,利用TIMESAT软件提取伊犁河谷植被物候参数,结合Sen趋势分析、M—K检验和偏相关分析等方法,研究伊犁河谷植被物候变化特征及其对气候(气温、降水)变化的响应。结果表明:伊犁河谷植被生长季始期(Start of the growing season,SOS)、生长季末期(End of the growing season,EOS)、生长季长度(Length of growing season,LOS)主要集中在45~113 d,290~335 d,186~279 d,海拔每上升100 m,SOS约推迟1.9 d,EOS提前1 d,LOS缩短2.9 d。SOS呈提前的像元占79.91%;EOS呈推迟的像元占81.64%;LOS呈延长和缩短的像元占31.89%,26.39%。1000 m以下草原SOS最早且提前天数最多(61.5 d);1000 m以上草原EOS提前天数最多(34.8 d),阔叶林仅提前7.6 d。SOS受2,3月气温及1,2月降水影响,3月气温升高使SOS提前;EOS与8月气温正相关,与9月降水负相关。本研究为伊犁河谷的植被资源保护与生态环境可持续发展提供科学依据。

伊犁河谷林下散养鸡疫病防控措施

林下散养蛋鸡属于绿色生态循环的养殖模式,利润空间大,但该模式是一种开放式的饲养模式,养殖管理难度大,一旦发生疫病,未以及时救治,损失严重,需要养殖人员给予高度的重视,采取科学的方法策略合理防控。结合伊犁河谷林下散养鸡现状,探讨了林下散养蛋鸡常见病的预防和治疗方法。

基于BPNN-SHAP模型的滑坡危险性评价:以伊犁河流域为例

为进一步提高滑坡危险性预测模型精度、增强模型可解释性,本文以新疆伊犁河流域为研究区,选取8个影响滑坡发生的危险性因子,在反向传播神经网络(BPNN)基础上,借鉴博弈论思想,构建一种可解释BP神经网络模型(BPNNSHAP),解决神经网络滑坡危险性评价的“黑箱”问题。将数据集分为70%训练集和30%测试集,采用5折交叉验证提高模型稳定性,对比深度神经网络(DNN)、随机森林(RF)和逻辑回归(LR)3个模型的评价精度,并探讨BPNNSHAP预测结果的可解释性,完成区域滑坡危险性评价。研究结果表明:相较于其他模型,BPNN-SHAP模型的5个精度评价指标均为最高,分别是:准确率(A)=0.904、精准度(P)=0.911、召回率(R)=0.919、F1分数(F1_(Score))=0.915、曲线下面积(SAUC)=0.901;研究区滑坡极高、高危险区分别占比11.96%、15.53%,其中新源县和巩留县极高、高危险区占比最高,分别为51.1%、45.6%;滑坡主控因子为高程、坡度、降雨量和峰值地面加速度(PGA),定量揭示高程在1500~2000 m、坡度大于14°、年降雨量在260~310 mm、PGA大于0.23 g的区域对滑坡发生起促进作用,表明该区域滑坡可能为高程和坡度主控的降雨型、地震型滑坡。本研究方法可为滑坡危险性评价提供新的技术参考,为伊犁河流域防灾减灾韧性建设提供理论支撑。

基于综合干旱指数的伊犁河流域干旱多变量概率特征研究

基于D-Vine-Copula函数,联合降水和VIC模型模拟的蒸散发、径流和土壤水等要素,构建了一种能表征气象-水文-农业干旱特征的新型综合干旱指数SWCI,以伊犁河流域为研究区,分析干旱多属性概率特征及其空间分布规律,以期为干旱区划及旱灾风险评估提供科学依据。结果表明:(1)构建的SWCI指数能很好地捕捉到不同类型干旱特征,具有较好的适用性;(2)1960—2010年,伊犁河谷东部共经历了43次干旱事件,干旱发生频率较高但程度较轻;河谷西部和南部山区分别发生干旱事件38、39次,干旱频率较河谷东部低但旱情偏重;(3)各区域多维干旱联合概率与干旱历时、烈度、峰值呈负相关关系,表明干旱历时、烈度和峰值越大,综合干旱发生的概率越小;(4)从二元条件概率可知,干旱历时(干旱烈度)的条件概率随干旱烈度(干旱历时)的增加而增大,但当干旱烈度(干旱历时)为某一固定值时,随着干旱历时(干旱烈度)逐渐增加,干旱烈度(干旱历时)的条件概率逐渐减小。(5)研究区的干旱高风险区主要集中在河谷西部和南部山区,其他区域为低风险区。

伊犁河谷草地生物量碳的变化研究

通过研究不同海拔高度下草地生物量碳的分布规律,可以评估不同海拔高度下生态系统的碳储量,为生态系统碳平衡和碳管理提供科学依据。探究了伊犁河谷不同海拔高度下草地地上生物量碳与土壤环境因子的分布特征及相关关系,结果表明:①随着海拔上升,土壤温度呈现波动下降趋势,土壤含水量与盐分呈波动上升趋势。H1-H10(海拔1000~2500 m)土壤温度、含水量与盐分分别处于10.87~19.97℃、8.42%~40.17%与0~1.31 g/kg。②草地地上生物量碳储量在5月份随着海拔的升高,呈“降低-增加-降低”的变化趋势,H9(海拔2100~2200 m)时最大,为234 gC/m^(2),7月份呈“增加-降低-增加”的变化趋势,H2(海拔1200~1300 m)时最大,为296.44 gC/m^(2);空间分布上,5月份地上生物量碳储量呈现“西高东低”分布,7月份呈相反趋势。③H8(海拔2000~2100 m)时地上生物量碳储量与土壤温度呈显著负相关,与土壤水分和植被叶面积指数都呈显著正相关(P<0.05)。

伊犁河谷生态效率时空演变及影响因素

采用Super-SBM模型对伊犁河谷2000—2017年生态效率进行测算,从时间序列、空间演变和空间关联性3个方面分析伊犁河谷生态效率的时空特征和演变规律,运用Tobit模型验证伊犁河谷生态效率的影响因素及影响程度.结果表明:①伊犁河谷生态总效率呈现“WV”型;纯技术效率呈现“V”型;规模效率呈现“WV”型;②生态效率空间格局随时间的变化和地区间的差异呈现不同的变化,2016年察布查尔锡伯自治县从冷点区迁移到热点区,伊宁市、霍城县、察布查尔锡伯自治县、昭苏县和尼勒克县处于热点区;③生态效率全局空间关联度呈逐渐增大的趋势,察布查尔锡伯自治县、特克斯县和伊宁县集聚趋势较明显,空间格局变化主要发生在H-H、L-H、L-L集聚区;④伊犁河谷生态效率的影响因素对各效率的作用存在明显差异,建成区面积、用气普及率和固定资产投资对生态效率产生显著的正向影响,而单位从业人员数量和工业烟尘排放量对生态效率产生显著的负向影响.

地形驱动下伊犁河谷草原生物灾害的分布效应

【目的】探究伊犁河谷草原生物灾害空间分布对地形因子的响应程度,为林草部门进行草原生物灾害防治工作与草原健康发展提供理论支持。【方法】结合实地调查技术与地理信息技术在地形的视角下对伊犁河谷草原鼠害、虫害、毒草害空间分布进行分析,并基于地理探测器分析地形对草原生物灾害的驱动机理。【结果】①伊犁河谷草原鼠害在海拔900~1200 m和1600~2100 m区间大面积分布;虫害主要集中在海拔800~1900 m区域内;毒草害在垂直空间上规律明显,主要集中在海拔1800~2500 m区域,随着海拔升高,毒草害面积增大,在海拔2000~2100 m达到峰值后面积开始减小,在较高和较低处几乎没有毒草害分布。草原生物灾害在坡度空间上主要集中在坡度6°~15°的缓坡,绝大部分生物灾害分布在平坡、缓坡、斜坡等坡度较小的空间内,少部分分布在急坡,陡坡和险坡几乎没有生物灾害分布。草原生物灾害各坡向均有分布,且不同坡向灾害分布面积差异不明显。②坡度对鼠害和虫害影响明显,坡向对3种生物灾害影响都不明显。③草原生物灾害分布受多地形因子共同作用,海拔与坡度之间交互作用显著,海拔与坡向的交互作用不显著。④海拔与坡度、坡向和坡度与坡向对草原鼠害、毒草害分布的影响存在显著差异;海拔与坡度对草原虫害分布的影响不存在显著差异。伊犁河谷草原生物灾害受地形影响显著,不同生物灾害类型对地形有不同响应程度,海拔和坡度交互作用呈现对草原生物灾害分布的非线性增强影响。【结论】伊犁河谷不同的草原生物灾害空间分布对地形因子的响应程度不同,交互地形因子对水热条件的调控机理是影响草原生物灾害空间分布的直接原因。通过对伊犁河谷草原生物灾害地形驱动机理的研究,可为今后伊犁河谷草原保护方案的制定与实施提供一定的科学指导与理论依据。

2001—2020年新疆伊犁河谷植被主要生长季NDVI时空变化与水热因子关系研究

利用MODIS-NDVI数据,采用Theil-Sen中值趋势分析、Mann-Kendall检验及变异系数方法,对2001—2020年伊犁河谷植被主要生长季(5—9月)归一化植被指数(NDVI)的时空变化特征进行研究,结合气温降水数据采用相关性分析的方法,探究植被主要生长季的影响因素。结果表明:(1)伊犁河谷植被主要生长季NDVI在空间上存在明显的差异性,NDVI多年均值较高。(2)区域尺度上,NDVI年际变化趋势较为平缓;像元尺度上,微量减少和微量增加的面积占比较大,显著增加与显著减少的区域较集中,占比较小。(3)伊犁河谷生长季植被的稳定性较好,CV≤0.10基本分布在整个区域,0.3<CV≤1分布较集中。(4)伊犁河谷气温呈现上升的趋势,降水量呈现缓慢下降的趋势;NDVI年均值与年降水量显著相关(r=0.7644),与气温无显著相关;NDVI月均值与月气温均值极显著相关,与月降水量相关性不显著。

伊犁河谷春季极端暴雨水汽特征与不稳定机制分析

2022年5月4—6日,新疆伊犁河谷出现极端暴雨天气,多站降水量突破历史极值。使用地面自动站逐时降水资料、美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,NCEP/NCAR)1°×1°再分析资料,分析此次极端暴雨事件的水汽特征和不稳定机制。结果表明:1)在500 hPa中纬度短波和低层辐合切变环流背景下,伊犁河谷可能发生极端暴雨天气,向西开口的“喇叭口”地形特征导致地形辐合和强迫抬升,增强了局地暴雨发生的动力触发机制。2)水汽主要来源于地中海、红海及里咸海地区,存在偏西和西南两条主要输送路径。低层偏西路径水汽输送强度大于中高层的西南路径,西边界为主要水汽输入边界,水汽输入贡献比约为85%,且从地面至700 hPa的强水汽辐合有利于水汽快速积聚。3)降水前对流层低层存在对流不稳定为暴雨天气积聚不稳定能量,对强降水的发生起重要作用;降水期间,对流层低层受对流不稳定影响,而对流层中高层受条件对称不稳定影响,这两种不稳定机制共同作用造成此次极端暴雨事件的发生。

3个桃品种在伊犁河谷的引种试栽

【目的】引进618、瑞蟠21、48油桃共3个桃品种,研究桃新品种在伊犁河谷的生长表现及适应性,为伊犁河谷林果业提质增效、促进果农增收提供优质品种资源。【方法】观察不同桃品种物候期、果实经济性状、生长结果习性、适应性,筛选出适合伊犁河谷自然气候条件栽培的桃品种。【结果】瑞蟠21在伊犁河谷表现良好,果实扁平形,大小均匀,果顶平、果面中间红,着色率60%,果底绿,单果质量达157.07 g。果实硬度为16 kg/cm^(2),粘核,口感脆甜,可溶性固形物质量分数16.2%,比原产地北京(13.5%)高2.7%。在伊犁河谷9月下旬10月初果实成熟,比瑞蟠4号晚半个月左右,抗寒力较强,平均成活率达85.8%,可抢占晚熟桃市场。【结论】瑞蟠21引入伊犁河谷以来能适应该地气候环境,晚熟、抗逆性好、丰产性好,在试验地表现出很好的适应性,适宜在伊犁河谷推广种植。

基于DEM的伊犁河谷气温空间插值研究

为了研究伊犁河谷地区气温空间变异性,提出基于DEM修正的空间插值方法,以1961—2008年伊犁河谷地区及周边19个气象站点月平均气温数据为基础,分析多年平均气温与海拔的相关关系,并与反距离权重法(IDW)、克里格插值法(Kriging)等传统方法计算结果进行对比。结果表明:该研究区的气温直减率为0.564℃.100 m-1;根据交叉验证比较结果发现,基于DEM修正模型的精度明显优于其他两种方法,IDW模型在对年均最低温度的模拟效果比Kriging模型略好。结合DEM数据,该研究成了伊犁河谷地区90m空间分辨率的格网温度场,其插值结果客观地表达了气温随地形变化的趋势,反映了气温的空间变异性。

太湖流域宜溧河酚类内分泌干扰物的空间分布及风险评价

以NP(nonylphenol,壬基酚)、4-t-OP(4-t-octylphenol,辛基酚)和BPA(bisphenol A,双酚A)为目标物质,研究酚类EDCs(内分泌干扰物)在太湖流域宜溧河地表水体和悬浮物中的空间分布特征及风险评价.结果表明,太湖流域宜溧河地表水体中ρ(NP)、ρ(4-t-OP)和ρ(BPA)分别为156.2～434.0、11.8～19.4和89.8～353.8 ng/L,悬浮物中w(NP)、w(4-t-OP)和w(BPA)分别为520.0～9 818.2、52.0～454.5和39.0～2 454.5 ng/g.流域内生活及工业污水排放可能是宜溧河流域水体中酚类EDCs的主要来源,ρ(NP)与ρ(NO3-)呈显著正相关(R=0.860,P<0.01).宜溧河水系中酚类EDCs在水相-悬浮物相的有机碳标准分配系数为4.14～6.41,表明悬浮颗粒物的吸附是水体中EDCs迁移的一个重要途径.研究区域中NP、4-t-OP和BPA的入湖量分别为506、57.9和297 kg/a.风险评价结果表明,该地区部分河段ρ(EDCs)具有潜在的生态风险.

伊犁河流域水资源承载力的综合评价

水资源承载力是关系到一个地区经济可持续发展和群众生活的主要物质基础之一,其平衡与否关系到地区总体规划能否完成。能否合理的利用水资源承载力,使水资源持续利用,是达到地区社会、经济和生态环境不断优化的关键。本文运用模糊综合评价的水资源承载力评价方法,选取了人均水资源可利用量、人均实际供水量、水资源利用率、耕地灌溉率、供水模数、需水模数、生活用水定额、生态用水率等8个主要因素作为评价因素,综合评价了伊犁河流域现状和不同水平年的水资源承载力。结果表明:目前伊犁河流域水资源已达一定规模,但其开发的潜力还比较大。但是随着社会经济的发展,水资源供需矛盾突出,其水资源承载力不断下降,最后提出了提高水资源承载力的途径。

太湖地区农业源对水体氮污染的贡献——以宜溧河流域为例

宜溧河流域是太湖上游的主要集水流域,该流域的污染物排放是太湖污染负荷的重要来源。重点针对种植业、畜禽养殖业和水产养殖业三种农业污染源,基于统计年鉴、遥感解译、野外监测和调研等多种手段,对种植业、水产养殖业和禽畜养殖业分行业进行了氮污染负荷核算。结果表明,2013年宜溧河流域主要农业源氮污染负荷总量为6861 t,单位排放强度为22.2 kg·hm^(-2);种植业和禽畜养殖业是宜溧河流域氮污染的主要来源,其中种植业源TN排放量最大,为3832t,占总负荷的55.9%,种植业中蔬菜地对氮污染的贡献较大,TN排放量占总农业源负荷的18.7%;禽畜养殖业源TN排放量次之,占总负荷的34.4%;水产养殖业源TN排放量最小,占总负荷的9.8%。因此,针对宜溧河流域农业源氮污染的治理,在考虑禽畜养殖和水产养殖的同时,应以种植业污染尤其是菜地作为重点研究对象,制定合理的控制措施。

伊犁河谷“7.31”极端暴雨过程不稳定性及其触发机制研究

2016年7月31日至8月1日新疆伊犁河谷发生了一次极端强降水事件,多站突破降水极值。利用NCEP/NCAR 0.25°×0.25°再分析资料、中国地面卫星雷达三源融合逐小时降水产品及国家基本地面观测站逐时降水资料,通过天气研究和预报(WRF)数值模拟和诊断分析强降水期间大气的不稳定性及其触发机制,证实了不同尺度系统相互作用以及复杂地形的影响是干旱、半干旱地区极端暴雨形成的重要因子,并得出以下结论:(1)降水前河谷低层高对流有效位能积累,低层锋面东移触发对流有效位能释放,造成河谷第一阶段短时强降水天气;前期对流性降水释放湿对流不稳定能量,低层大气对称不稳定性逐渐增强,在对称不稳定作用下维持和加强了伊犁河谷第二阶段强降水天气。(2)第一强降水阶段期间大气低层为对流不稳定性层结,降水初期和第二阶段强降水期间大气均为条件对称不稳定性层结,对称不稳定的产生主要来自于湿位涡斜压分量(Mpv2),其中降水初期低层Mpv2变化由大气的湿斜压性和低层水平风的垂直切变所造成,第二阶段强降水低层Mpv2变化主要由大气湿斜压性造成。(3)第一阶段强降水期间,低层锋面和地形抬升,垂直运动迅速发展,造成河谷南、北部山前降水;河谷东侧中尺度气旋在地形阻挡下稳定少动,是东部地区短时强降水天气发生的直接启动机制。第二阶段强降水期间,中、低层锋区叠加爬坡,冷锋锋生,中、低层风场辐合区叠加,河谷东北部形成垂直环流圈,上升运动进一步发展,是造成河谷第二阶段暴雨的重要原因。

伊犁河流域降水和气温的若干特征

本文详细分析了天山山区伊犁河流域中低山区降水和气温的变化规律。结果表明，夏季中低山带的降水和气温与其对应高度的关系较好，且梯度值较大；不同年份降水量越大，降水梯度值亦越大。在此基础上结合邻近地区高山区观测资料，获取了伊犁河流域高山区的降水和气温。

伊犁河谷苦豆子C、N、P含量变化及化学计量特征

研究苦豆子不同器官中碳、氮、磷元素的化学计量特征的季节变化有助于深入了解该植物蔓延的生态学机制。系统分析了伊犁河谷苦豆子根、茎、叶的碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征及其季节动态变化。结果表明∶苦豆子C、N、P含量均值分别为391.40、13.17、1.51mg/g,C∶N、N∶P、C∶P均值分别为45.61、8.52、326.38。苦豆子根、茎、叶在整个生长季内C、N、P均值含量变化一致,为叶>茎>根。在生态化学计量特征的分析中规律则不同,C含量随着生长时期的增加而增加,N和P的含量则随着生长时期的增加而减少;苦豆子根系中的C、N、P含量有随着深度变化而递减的趋势;器官间的差异性说明植物在不同生长时期,各器官对C、N、P的吸收利用具有特异性。植物叶片中C、N、P含量和N∶P普遍较低,苦豆子生长受N、P的共同限制,更容易受到N元素的限制。

新疆伊犁河周丛藻类群落结构及其水质生物学评价

周丛藻类是新疆跨境河流土著、特有鱼类重要的基础饵料资源,研究其种群结构及评价水质,以保护该地区渔业资源与生态环境。2013年5、7、9、10月,在新疆跨境河流——伊犁河全流域选择8个样点,对周丛藻类群落结构进行了系统的调查分析。结果表明,伊犁河周丛藻类隶属5门41属145种,其中硅藻门种类数最多,113种(占77.9%),依次是蓝藻门14种(9.7%)、绿藻门13种(9.0%)、裸藻门4种(2.8%)和黄藻门1种(0.7%)。优势种主要为硅藻门的嗜盐舟形藻、偏肿桥弯藻、普通等片藻以及蓝藻门的皮状席藻等。研究期间,伊犁河周丛藻类的密度和生物量的均值分别为1331.7×106ind/m2、1908.5 mg/m2。Simpson多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数的平均值分别是0.73、3.24、0.60和3.91。Pearson相关性分析显示,伊犁河周丛藻的密度与流速呈极显著的负相关,与总氮呈极显著的正相关,与水温、盐度、氟化物、总硬度、钙离子呈显著的正相关;周丛藻类的生物量与流速呈极显著的负相关,与水温、硝态氮、氟化物、总氮呈显著的正相关。基于生物多样性指数(Shannon-Wiener、Margalef、Pielou)、指示生物法与硅藻耐受性指数等方法的水质评价结果大体上一致,综合评价结果:昭苏解放大桥、雅玛渡和伊犁河大桥水质相对较差为β-中污型,其余采样点水质均处于较好状态为寡污型。整体上伊犁河流域水质趋于良好。

不同规模山谷冰川及其径流对气候变化的响应过程

以天山伊犁河流域为背景 ,通过冰川动力模型模拟 ,研究了统计意义上不同规模冰川及其径流对气候变化的响应过程的差异性 .结果表明 ,不同规模冰川对气候变化的敏感性有较大差异 ,冰川径流变化与气候的变化亦不一致 .在气温变暖、冰川退缩的过程中 ,冰川径流有一个增大的过程 ,冰川径流的峰值大小和出现时间取决于冰川大小和升温速率 .根据径流峰值出现时间与升温过程的一致与否 ,提出冰川径流增大的临界升温速度概念 .

水化学在新疆伊犁河谷地下水循环中的指示作用

在分析研究区水文地质条件基础上,沿地下水运动方向,重点研究典型剖面水化学在地下水循环演化的指示意义。结果表明:"1号剖面"潜水主要水化学组分浓度在地貌类型(强倾斜砾质、缓倾斜含砾细土、冲洪积细土平原区)分界部位浓度上升,出现峰值。由北向南水化学类型依次为HCO_3—Ca、HCO_3·SO_4—Ca·Mg、HCO_3·SO_4—Ca·Na。"2号剖面"主要阳离子与阴离子具有相同的变化规律,在沿程变化图中出现了一个明显的拐点,即水样F4W04点。从水样点YN01W20到F4W04点,如Ca2+从188.4 mg/L降至48.1 mg/L等。由北向南水化学类型依次为HCO_3·SO_4—Ca·Na、HCO_3·SO_4—Ca·Mg、HCO_3—Ca。水化学结果指示了存在局部循环系统、中间循环系统,地下水以水平方向运移演化特征为主,循环交替强度由北向南逐步减弱,并且地下水循环速率与所处地貌类型紧密相关。