气候变化背景下秦岭南北强降雪与小雪时空变化特征

不同等级降雪变化可反映气候变暖对关键气候变量趋势和极端性的综合影响。基于1970—2018年逐日气象观测数据,辅以湿球温度动态阈值法、趋势分析等气候诊断方法,论文对秦岭南北11月—次年3月强降雪和小雪时空变化特征进行分析,探究3个分区(关中平原、秦岭南坡和汉江谷地)不同等级降雪与气温的响应关系。结果表明:①1970—2018年,秦岭南北11月—次年3月无降水日数增多,固态降水(降雪或雨夹雪)日数明显减少。1998年后,降雪日数比重由前期8.5%下降为5.2%。②秦岭南北小雪降雪量、降雪日数变化显著下降,降雪强度显著上升;强降雪3个指标变化趋势均不显著,说明区域降雪变化以小雪减少为主。③在气温响应关系上,秦岭南北3个子区小雪降雪量、降雪天数与气温显著负相关;关中平原、汉江谷地气温与强降雪量、天数显著负相关,秦岭南坡气温变化与强降雪3个指标相关性较弱。说明河谷平原区是强降雪对气温响应的敏感区。本文研究结论可为理解中国南北过渡带冬季气候响应规律提供理论基础。

1970—2020年秦岭南北夏季昼晴夜雨强度变化趋势及其影响因素

[目的]在陕西3大地理单元中,秦巴山区土壤侵蚀强度仅次于黄土高原。明晰秦岭南北夏季昼晴夜雨强度与气候变暖的响应关系,对区域土壤侵蚀防治具有重要的意义。[方法]基于1970—2020年逐日降水数据,辅以BG分割法、经验正交函数和Lasso回归等方法,对秦岭南北地区夏季昼晴夜雨强度时空变化特征及其影响因素进行分析。[结果]1970—2020年,秦岭南北夏季昼晴夜雨强度呈现显著增加趋势。空间上,秦岭南北夏季昼晴夜雨强度主导模态为全区一致增强。其中,1000 m以下的谷地和平原区,是夏季昼晴夜雨强度变化的敏感区。在影响因素上,秦岭南坡、汉江谷地夏季昼晴夜雨强度变化与气象因子相关性高于关中平原。其中,秦岭南坡夏季昼晴夜雨强度主导气象因子为日照时间,而汉江谷地则受日照时间和平均风速的共同影响。[结论]2003年后秦岭南北夏季昼晴夜雨强度存在突变增强。以白天高温、夜间强降水为侵蚀形态的降水类型,将成为秦岭南北水土保持防治的重点。

中国南北过渡带地理结构与范围研究

东西向横穿中国中部的昆仑—秦岭巨型构造系使得我国自然环境产生了巨大的南北分异,但目前对于中国南北分界线的位置和南北过渡带范围的划分仍存在争议。本文对秦巴山地和江淮地区的自然地理结构与范围进行了深入的分析,从而确定了中国南北过渡带的范围和性质。研究表明,中国南北过渡带由西部的秦岭—大巴山系和东部的江淮低山平原两部分组成,以地带性的常绿落叶阔叶混交林为主要标志,与之对应的主要气候指标是最冷月均温0~4℃、极端最低气温为-10~-20℃;秦岭南坡下部常绿阔叶树种的出现不是亚热带开始的标志,而是南北植物交错区的开始或者严格意义上南北过渡的开始;江淮地区具有明显的夏季高温、冬季低温的特点,冬季气候指标比夏季温度指标更具控制作用;秦巴山地的存在和江淮地区冬季低温是我国南北过渡带形成的主要原因,从而发育了长约1750 km、平均宽度400 km、面积约70万km2的中国南北过渡带。南北过渡带的概念比南北分界线和北亚热带的提法更能够反映秦巴山地和江淮地区的自然地理特点,也更能体现我国自然地理格局的独特性质,对于认识中国地域系统结构与功能具有更重要的科学意义。

气候作用下的中国南北区域分异:生态、生产、生活

从自然生态环境、产业生产活动、个体适生习性3个方面,综述了中国南北区域的分异。在自然生态环境方面,水热组合差异使得秦岭淮河线成为中国亚热带常绿阔叶林和温带落叶阔叶林的分界线,同时还造就了中国南北方土壤发育和河流冰情的差异。在产业生产活动方面,农业种植活动如耕地类型、作物种类和熟制都表现出典型的区域分异。同时,这种南北分异在能源工业、民俗建筑风格和交通运输方式上也表现显著。而在个体适生习性方面,身高体型、性格秉性、服饰风格和饮食习性等都表现出显著的区域分异。

秦岭生态补偿理论研究与实践进展

生态补偿是通过经济手段促进生态保护与受益地区利益共享的制度设计,是促进我国生态文明建设的重要举措。秦岭是我国重点生态功能区,国家重要的生态安全屏障。生态补偿作为协调秦岭地区生态环境保护和社会经济发展的制度安排,有助于推动该区生态环境的保护与可持续利用,对实现秦岭地区社会经济可持续发展、促进人与自然和谐共生具有重要意义。本文系统梳理了秦岭生态补偿相关理论研究与实践,主要包括秦岭在区域调水、森林生态效益、生物多样性保护、矿产资源开发等方面的生态补偿研究,以及秦岭生态补偿相关政策法规制定、南水北调、退耕还林(草)以及生态移民搬迁等具体生态保护工程补偿实践,并从补偿对象、补偿标准、公众参与、补偿方式几个角度探讨了秦岭生态补偿存在的问题,提出了秦岭生态补偿研究的建议与对策。

中国南北过渡带常绿落叶阔叶混交林的地域分异与地带性问题

中国南北过渡带主要的自然地理属性之一就是发育了常绿落叶阔叶混交林,但对于该类混交林的内部结构及地理地带性的认识一直存在较多分歧。根据国家科技基础资源调查专项“中国南北过渡带综合科学考察”获取的野外植被样地调查数据,分析了秦岭—大巴山地区1条东西向样线及3条南北向样线(三门峡—神农架;西安—达州;天水—广元)木本植物的组成结构变化。结果表明:东西方向上,秦岭南麓仅在旬阳段常绿阔叶成分比较多(重要值27.57%),其余各段都很低,尤其是最西端的迭部—白龙江段以及人类活动集中的汉中—洋县段,常绿阔叶成分重要值几乎为零;南北方向上,常绿阔叶木本植物的物种数、多度比例和重要值3个指标自北向南都具有缓慢增加的趋势。总体上,秦巴山地的落叶阔叶树种占据绝对优势,常绿阔叶树种仅在大巴山南部出现较多,但重要值在20%以下。因而,从植被组成结构来看,秦巴山地植被呈现强烈的过渡性质,且树种组成成分更偏向于暖温带属性。秦巴山地以东的淮河两岸广大区域,更容易受到冬季低温的影响,致使在中国大陆中部形成内部结构复杂、过渡性非常强烈的宽大的气候-植被过渡带,明显区别于暖温带落叶阔叶林地带和亚热带常绿阔叶林地带,具有最高级自然地带的属性特征。

秦岭山地温度带划分研究

根据秦岭山地及其周边气象站点的日气象观测数据,遵循地带性与非地带性相结合原则、温度带内发生同一性与区域气候特征相对一致性相结合原则、综合性和主导因素相结合原则、自下而上和自上而下相结合原则、空间连续性与取大去小原则、自然地理景观原则等六个原则,根据前人的研究成果及秦岭山地的地理环境特征,确定了秦岭山地温度带划分的指标,拟对秦岭山地气温突变前后的温度带进行划分,将秦岭山地划分为寒温带、中温带、暖温带、北亚热带、中亚热带五个温度带。

湿球温度动态阈值法在秦岭南北降雪时空规律分析的适用性研究

基于秦岭南北72个气象站点逐日观测数据,对湿球温度动态阈值法在中国南北过渡带降雪研究的适用性进行分析。结果表明:受冬季风、山地地形和下垫面性质等因素影响,秦岭南北降雪判断准确率的时空规律存在两阶段特征。第1阶段为:11月—次年1月,区域降雪判断准确率空间呈现“南北分异”分布,关中平原和秦岭山地,是降雪判断准确率的高值区;第2阶段为:次年2—3月,降雪判断准确率空间呈现“东西分异”分布,汉江流域上游、秦岭山地西段、关中平原东部为降雪判断准确率的高值区。[-2.0℃,2.0℃]气温区间,是秦岭南北降雪类型判断准确的关键温度区间。当区域强烈降温至0℃以下,湿球温度动态阈值法,可准确地识别11月—次年1月关中平原、秦岭山地和汉江流域上游的降雪相态。本研究结论启示,客观降雪相态方法验证研究可借鉴地理时空思维,关注不同时间、不同温度、不同地理单元的组合关系,重视雨雪相态判断准确率的时空差异规律。

南水北调中线工程水源林生态系统对水质的影响——以秦岭南坡中山地带火地塘林区为例

通过对秦岭南坡中山地带火地塘林区大气降水与支沟溪流水和流域出口径流水质的比较分析，以及溪流水和流域出口径流水质与水量的相关分析，发现7—10月份大气降水呈微酸性，经过森林生态系统的调节，径流pH值升高，且不随流量变化而发生变化；森林生态系统对随降水输入的NO3^-、NH4^＋、PO4^3-有很好的净化作用，这种作用对于降低南水北调中线工程取水地丹江口水库水质富营养化的威胁非常有益，对重金属元素Cd、Pb、Mn有固定作用；对K、Na、Ca、Mg、Fe有增加作用，尤其对Ca、Mg含量增幅较大，但这种作用不会对水质产生不良影响，对Fe的调升有利于水质改善；森林生态系统在调减Zn含量方面作用显著；林区径流水质与水量之间并无较大关系，水质不随水量变化而发生较大变化，森林生态系统对水质有很好的稳定作用。

52a来秦岭南北径流变化对比及影响因素

运用集中期、M-K突变检验法、径流系数等数理统计方法,基于1960-2011年马渡王与南宽坪径流数据及气象数据,对比分析灞河与金钱河流域径流变化特征,揭示秦岭南北气候变化差异得出:(1)52 a来灞河与金钱河年均径流深变化趋势相似,金钱河年径流深的变异程度大于灞河;(2)灞河与金钱河流域径流与降水在年内分配上存在滞后效应,秦岭南北从流域降水开始经过停蓄、漫流、河槽集流,然后汇流至金钱河河道大概需要20 d左右的时间;(3)秦岭南北气候因子突变的时间点具有一致性,均发生在1990年左右,该突变可能是由于大尺度的气候变化导致局部地区自然环境变化引起的;(4)径流变化的下降趋势是降水、气温、植被变化和人类活动综合作用的结果。20世纪90年代末的径流突变主要原因是气候变化引起的,人类活动对其影响十分微小,因此,某些明显的突变现象是由于大的气候变化引起的,人类活动的影响是一个长期的过程,所以对自然资源应采取开发与治理同时进行。

陕西秦岭南北年均气温及降水量带的移动

依据秦岭南北地区1970—2009年气象数据,应用空间分析方法对秦岭南北地区年平均气温带、年降水量带的移动及其面积变化特征进行了分析.结果显示:(1)近40a来,秦岭南北地区年平均气温带发生了明显的移动,与标准时期(1971—2000年)相比,21世纪初的10a位置最北,北移0.5°,其余各年代中只有20世纪80年代稍微南移,南移0.15°;12～13℃气温带中面积最大为20世纪80年代,13～14℃带为90年代.(2)近40a来,秦岭南北地区年降水量带也发生了明显的移动,与标准时期相比20世纪80年代北移0.4°,其余年代都略有南移,南移0.15°;600～800mm年降水量带中面积最大时段为20世纪70年代,800～1 000mm带为80年代.(3)近40a来,秦岭南北地区气候暖干化趋势明显,经历了由暖干—冷湿—暖干的变化过程,这种移动变化可能会对该地区的种植制度产生影响.

东天山南北两侧早二叠世沉积演化的差异性对比

在前人研究成果和野外地质调查的基础上,系统研究了东天山南北两侧(准噶尔东缘和吐哈北缘)早二叠世沉积序列、岩相组合、古流向及盆地演化。研究表明,早二叠世准噶尔盆地东缘石人子沟组和塔什库拉组发育枕状玄武岩、流纹岩等双峰式火山岩建造和海相砂、泥质及碳酸盐岩复理石相沉积,并含有大量的海相生物化石,指示了海相裂谷盆地环境。吐哈北缘发育依尔希土组,以安山岩、流纹质火山岩及火山碎屑岩夹陆相碎屑岩为主,表现为陆相裂谷盆地环境。东天山南北两侧古流向及物源显示,东天山北侧,早二叠世古水流指向东南方向,在其南侧古水流指向西北部凹陷区,并且物源主要来自下伏前二叠纪岩石建造,表明早二叠世时期东天山博格达地区为汇水沉积区,且由东至西分别发育陆相和海相裂谷盆地,至早二叠世末期整体演化为陆相坳陷盆地。而导致东天山南北两侧早二叠世沉积环境迥异的原因是,石炭纪博格达裂谷东段祁家沟-天池地区和西段吐哈北缘地区演化的差异,造成随后的闭合阶段中东段早闭合、沉积环境"突变",西段晚闭合和沉积环境"渐变"的不同过程。

秦岭南北地区人口增长对水资源影响的比较研究

采用近30年来(1970-2000)关中地区33个县市、陕南地区26个县市气象观测数据及研究区内各主要县市的近50年来(1949-2000)人口数据,对比分析了人口增长对秦岭南北地区水资源的影响。分析表明近50年来,关中地区每年平均增长人口27.1万人,陕南地区每年增长人口8.9万人,关中地区人口总数和增长速率分别是陕南地区的2倍和3.5倍;关中地区和陕南地区的人均水资源量变化都呈现出下降的趋势,关中地区的下降速率为每年2.1%,陕南地区下降的速率为1.4%;从时间上看,关中地区90年代与60年代相比,人均水资源量减少了46.5%,陕南地区90年代与60年代相比,人均水资源量减少了16.5%;从空间上看,关中地区主要缺水区域位于渭河的中下游,大部分地区人均水资源量在1,400m3以下,而陕南地区只有汉中水资源受人类影响较大人均水资源量在1,400m3以下,其他县市水资源仍然很丰富,人均水资源量在2,800m3以上。由于人口增长迅速,关中地区的水资源较陕南地区在时间和空间上都存在严重的缺乏,前景不容乐观。因此,从人口和水资源两方面考虑陕南地区是支持关中经济发展的重要后方。

全球气候变化下秦岭南北气候生产力时空对比研究

根据秦岭南北60个气象站点1961-2007年气象资料,利用Thornthwaite Memoriai模型计算了秦岭南北关中、陕南地区的气候生产力,分析了其时空分布特征,并对该地区气候生产力的长期变化趋势进行了初步估测。研究表明:秦岭南北气候生产力值介于9525.0～14156.2 kg/hm2.a之间,陕南大于关中;其空间分布由北向南逐步增加,西安、咸阳地区最小,安康地区最大;近半个世纪以来秦岭南北气候生产力呈递减趋势,关中趋势更为明显;就年代变化而言,秦岭南北变化步调一致但幅度有别:60、80年代为正距平,70年代、以及进入21世纪后变化不大,90年代急剧减少;随着气候日益暖干,气候生产力将进一步下降,农作物很可能因高温缺水而减产。

秦巴山地NPP及对气候变化响应的多维地带性与暖温带-亚热带界线

秦巴山地位于我国的南北过渡带,对我国生态地理格局产生重要影响。为了探索秦巴山地植被净第一性生产力(NPP,Net Primary Productivity)的时空格局及其气候响应的多样性和复杂性,为我国暖温带-亚热带界线的具体分布提供新的佐证,基于2000—2015年的MOD17A3的地表植被NPP数据和秦巴山地93个气象站点数据,从经度、纬度、海拔、坡向多个维度研究了秦巴山地地表植被NPP的分布及与气候因子的关系。结果表明:从2000—2015年,(1)秦巴山地中低山地区,自北向南随纬度降低,地表植被多年平均NPP呈现增加的趋势,体现了纬度地带性;年均NPP与温度的关系由负相关变为正相关,转折点出现在汉江;与降水的相关性减弱。(2)自西向东多年平均NPP值先增加后减少,秦岭一线地表植被年均NPP与温度由正相关变为负相关,与降水主要呈正相关,相关性先增加后减少。(3)随高度的增加,秦巴山地多年NPP值及增长率均呈现先增加后减少的趋势。(4)秦岭和大巴山多年平均NPP均呈现增加趋势,但是秦岭增长较大巴山更明显;2000m以下,秦岭南坡增长率明显高于北坡,大巴山北坡增长率明显高于南坡;2000—3000m,秦岭南北坡差异较小,但是大巴山差异明显;中山地区(1000—2500m),秦岭年均NPP与气温呈负相关,而大巴山则呈现正相关或弱相关;秦岭地区年均NPP与降水的相关性整体强于大巴山地区。这就意味着全球变暖、气温升高对秦岭植被尤其是中低山地区的植被产生不利影响,但是对大巴山则有利,而前者植被生长主要与降水增加有关。这也说明了基于汉江为界的秦岭和大巴山无论是地表植被NPP的均值还是其南北坡差异以及对气候因子的响应呈现了明显的差异,而汉江作为中山地区植被NPP与气温相关性由正相关性到负相关的转折点,与降水的关系由弱相关到正相关的转折点,更合适作为南北分界线。

东秦岭古生代生物古地理

秦岭褶皱带位于华北板块和扬子板块结合部位,其在河南省内的部分多划为东秦岭。东秦岭以商南-镇平缝合带分为东秦岭北部和东秦岭南部。东秦岭古生代生物古地理演变可以划分为6个阶段。在寒武纪至中奥陶世早期,东秦岭北部二郎坪海槽的寒武纪放射虫和早奥陶世牙形石与东秦岭南部淅川陆棚北部的寒武纪三叶虫、早奥陶世牙形石和头足类属华南生物省,而淅川陆棚南部的寒武纪三叶虫和早奥陶世牙形石属于华南生物省,兼有华北生物省分子。在中奥陶世晚期至奥陶纪末,二郎坪海槽的腹足类、头足类和珊瑚与淅川陆棚的牙形石、珊瑚、腕足类、头足类和三叶虫均属华北生物省。在早志留世,二郎坪海槽的珊瑚与淅川陆棚的笔石属华南生物省。在中志留世至早泥盆世,东秦岭未发现古生物化石,很可能为陆地,并与华北陆块联为一体。在中泥盆世至早石炭世,东秦岭北部柿树园海槽与东秦岭南部南湾海槽的孢子及淅川陆棚的晚泥盆世珊瑚、腕足类和古植物及早石炭世(虫筳)属华南生物省。晚石炭世至二叠纪末,柿树园海槽的孢子见于华北生物省,东秦岭南部缺乏海相沉积。总之,在古生代,东秦岭经历了由华南生物省→华北生物省→华南生物省→华北陆→华南生物省→华北生物省6个阶段,组成3个演变旋回。东秦岭北部和南部生物古地理具有明显的演变方向的统一性和演变时间的相似性。

不同诱灾因子对秦岭南北旱涝灾害影响

运用旱涝指数模型,计算、分析了不同诱灾因子对秦岭南北旱涝灾害影响。研究表明:①秦岭南北旱涝灾害与太阳活动存在相关性。具体表现为:太阳黑子处于峰年或谷年时关中与陕南地区形成旱涝灾害,且20世纪60-80年代太阳黑子数与旱涝指数呈负相关,80年代以来呈正相关;②厄尔尼诺年与秦岭南北旱涝灾害有一致性。1957-2006年50年中,发生厄尔尼诺事件为15次,在事件当年和次年关中、陕南地区发生旱涝灾害概率分别为:75%与50%,且间隔6年以上的两次厄尔尼诺之间,必有一次干旱年和多雨年;③太阳黑子与厄尔尼诺对关中与陕南影响既具有一致性,又存在差异。

秦岭—大别陆内造山带构造特征及抽拉构造造山模式

秦岭造山带是横贯我国中部著名的大陆造山带,是大陆构造中典型的陆内造山带。这种类型的造山带没有经历洋壳俯冲形成的那种主缝合带性质的造山带;也不是华北与扬子"板块"相互作用形成的对接或碰撞造山带;更不是所谓的复合型造山带。从秦岭造山带的组成、不同深度的结构特征、立交桥构造、盆-山转换中的结构样式、商丹带与勉略带的构造特征以及中央造山系(秦岭)中独特的南北向构造,深入讨论这些特征在秦岭造山带中的非板块构造属性;综合分析这些资料的基础上,建立了秦岭陆内造山带形成的抽拉-逆冲岩片构造(抽拉构造)模式。

秦岭南北两麓旅游地成长与旅游流空间分布对比研究

系统收集了2002—2008年陕西省秦岭南北两麓旅游收入、旅游客流量、旅游资源等级等数据,利用市场占有率、环比增长率、集中度指数对秦岭南北两麓的旅游业成长及空间分布问题进行了定量研究。结果表明,旅游地成长优化度与旅游流空间分布密切相关,秦岭北麓旅游发展的市场占有率高但发展速度相对较慢,南麓的旅游占有率低但发展速度快;秦岭南北两麓由于旅游业发展的起点差距较大,内部极化现象严重;南北两麓的游客集聚度正从北麓逐步向南麓转移。

南水北调中线水源林水质年际变化及趋势--以秦岭火地塘天然林为例

在南水北调中线水源地天然林分布区——秦岭南坡中山地带,选择火地塘林区2个小流域及2个支沟集水区,对8年间径流水化学成分年际变化及其影响因素进行分析。结果表明:火地塘林区径流pH值年际变化总体上呈降低趋势,NO3-、NH4+、Ca、Mg及Cd浓度呈上升趋势,主要与当地汽车尾气排放等交通污染有关;Pb浓度上升为土壤吸附Pb解吸或含Pb矿物的溶解所致;K、PO43-、Na、Mn及Zn浓度呈降低趋势缘于森林植被的逐渐恢复。据此对南水北调中线水源地天然林水质发展趋势进行初步预测,结果表明:中线水源地天然林径流pH值将呈降低趋势,NO3-、NH4+、Ca及Mg浓度会上升,但均不会对水质造成较大的不利影响;K、PO43-、Na、Mn、Zn浓度亦将呈降低趋势,其中PO34-浓度降低有利于缓解丹江口水库水质富营养化的威胁;Cd、Pb浓度可能上升,应引起重视。