中国北方干旱区土壤湿度的变化特征及其与气候变化的关系分析

本文利用趋势倾向率分析、偏相关分析等统计方法,对中国北方干旱区1961—2010年50年不同深度(0-10 cm、10-40 cm、40-100 cm,100-200 cm)土壤湿度的时空变化特征进行了分析,并探讨了土壤湿度变化与温度、降水之间的关系。结果表明:北方干旱区近50年来呈变暖变湿的趋势,0-10 cm、10-40 cm、40-100 cm的土壤湿度随时间呈增加的趋势,100-200 cm土壤湿度随时间呈减小的趋势。我国北部干燥区域的地表土壤水分季节性波动与降雨量变动呈现出较为明显的同步性,而相对较深的土层水分变动则在对降雨量变动的反应上存在一定程度的延迟性,随着深度增加,滞后时间增加。除了冬天100—200cm的土壤湿度,其他时节和深度的土壤湿润程度与降雨量呈显著正相关关系,而与气温关系则为显著负相关。0-10cm的土壤湿度对气候变化最为敏感。随着深度加大,春天、秋天和夏天土壤湿度与气温的偏相关系数逐步减少。不同季节的气温和降雨对不同深度土壤湿度的影响各异,降雨对土壤湿度的作用普遍大于气温的作用。夏季降水对土壤湿度的影响最为明显,而随着深度的增加,气温和降水对土壤湿度的作用逐渐削弱。在冬季,气温对土壤湿度的贡献最大,而深度加深时,降水和气温对土壤湿度的贡献逐步增加。

北方干旱区优良牧草抗旱性和抗寒性研究进展

干旱和低温是制约北方干旱区栽培草地发展的限制因子。文章对北方干旱区常见的紫花苜蓿、羊草、老芒麦、垂穗披碱草、无芒雀麦和冰草6种牧草的抗寒性、抗旱性的研究进展进行了分析,并从外部形态、生产力、生理生化指标等方面,就不同牧草品种对低温和干旱的适应性以及反馈机制进行了综述,最后对牧草抗性未来的研究方向进行了展望。

中国北方干旱区感热及潜热的异常特征

通过对1949-1999年逐月NCEP/NCAR感热通量和潜热通量再分析资料的分析,发现在我国北方干旱区感、潜热通量的年际变化存在着2～3个敏感区,分别位于西北和华北及内蒙一带。其中以东部的华北-内蒙区最为显著。代表上述两个地区通量的平均年际变化表明,在20世纪60年代后期,感、潜热通量存在一个突变;进入70年代以后,上述两个地区的感热通量保持在一个较高的水平上,潜热通量的变化则呈现出相反的变化。

北方干旱区地下水补给源问题讨论

野外调查表明,内蒙高原、华北平原、东北湿地河流、湖泊的主要补给源来自于泉水,但是河流、泉水中的同位素与当地降水呈现出很大的差异,表明地下水存在外源的补给。通过北方干旱区地下水中的2H、18O与全国降水加权平均值的对比发现,西藏内流区的渗漏水与北方干旱区的河流水、湖泊水具有相同的来源,西藏内流区的河流、湖泊存在渗漏,初步估算渗漏量超过800亿m3/a,其中纳木错湖泊的渗漏量超过90亿m3/a。氚与氟利昂(CFC)测定地下水的循环周期为20～30a,由此推断,羌塘盆地的渗漏水可能通过一种深循环方式补给到了内蒙高原、华北平原、东北湿地等地区,深循环的导水通道沿着西域克拉通、东亚克拉通以及微板块的缝合带分布,据此推断,板块缝合带附近分布的深层承压水与地下水的深循环有关,缝合带中地壳出现的高导低速结构可能是由导水通道所造成的。

中国北方干旱区降雨与相对湿度变化趋势的非一致性研究

降雨量(P)和相对湿度(RH)是反映全球干湿变化最常用的气象因子,掌握二者在不同干旱区、不同时段(全年、雨季和非雨季)的变化趋势及其非一致性规律,对于准确认识全球变暖背景下干旱区干湿变化状况具有重要指导意义。基于中国北方干旱区20个气象站点1951-2018年的日气象数据,采用M-K趋势检验法研究了各站点P和RH在全年、雨季和非雨季时段的长期变化趋势,着重讨论了两者变化趋势的非一致性。结果表明:不同时段P呈增加趋势的站点占总站点个数的70%~100%,其在全年、雨季和非雨季的增幅分别为0.02~4.42、0.01~3.96和0.03~0.84 mm/a;不同时段RH的变化趋势大多与P相反,其在全年、雨季和非雨季呈降低趋势的站点比例分别为85%、85%和90%,降幅为0.01%/a~0.19%/a、0.01%/a~0.17%/a和0.01%/a~0.21%/a;P和RH在全年和非雨季时段的非一致性均高达90%,而在雨季时段的非一致程度较低,仅为65%;且气温T(全年和雨季)及其增量ΔT(非雨季)可能是导致P与RH呈非一致性的关键因子;未来气候变暖背景下,气温的升高将加剧雨季的降雨-蒸散发过程,且这一问题将覆盖越来越多的干旱区。

近10年来北方干旱区水土流失演变趋势分析

以青海、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西和山西6个省区为研究区域,在分析区域近10年水土流失和水土流失治理面积的基础上,首次建立了水土流失面积计算模型,并研究计算出近10年来研究区域水土流失面积变化。研究表明,截至2008年末,研究区域水土流失面积为5 056.63万hm2,与1999年相比,绝对值减少489.29万hm2,相对值减少8.82%。

北方干旱区取水灌区水盐时空分布特征的遥感数据分析研究

水盐空间变化是灌区土壤盐渍地变化主要表征指标。因此结合遥感数据,以辽宁西部某灌区为研究实例,对其取水灌区水盐时空分布特征进行分析。分析结果表明:遥感数据可有效提取灌区地表盐分、土壤含盐量、地表灌水量3个指标,地下水矿化度及地下水埋深通过采样点数据插值分析得到。通过指标分析,地表盐分和地下水矿化度是区域水盐含量空间变化的主要因素。地下水水位降低较大的区域土壤盐渍扩充变化明显。

我国北方干旱区草业的发展方略

论述了我国北方干旱区发展以牧草和灌木为基础的草产业的客观性、必要性、发展方向与模式 。

基于Meta分析的围栏封育和人工植被建设对北方风沙区植物-土壤碳氮磷化学计量的影响

围栏封育和人工植被建设作为两种有效的退化草地生态系统恢复措施,在中国北方风沙区的草地管理中被广泛应用。为明确中国北方风沙区内生态恢复措施对植物-土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征的影响,本文选取了52篇相关文献进行Meta分析,通过亚组分析探讨退化草地采取两种恢复措施(围栏封育和人工植被建设)不同年限(≤5年、5~15年、>15年)后植物-土壤C、N、P化学计量的变化。结果表明:1)围封与人工植被建设均可显著增加土壤有机C、全N和全P含量(P<0.05),各元素含量的增加幅度随着土层加深而降低;围封恢复后植物群落叶片和根系全C含量分别显著增加3.26%和4.72%(P<0.05),叶片全N和全P含量分别显著降低18.41%和44.54%(P<0.05);2)两种措施相比,3种恢复年限尤其是恢复年限>15年时,人工植被建设后土壤有机C含量、全N含量增加幅度更大,说明人工植被建设对土壤的恢复效果更好;3)长期围封(>15年)下C꞉N显著增大38.97%(P<0.05),说明围封措施可能引起土壤中N元素缺乏加剧;人工植被建设后期表层土壤C꞉P和N꞉P分别显著增大116.78%和89.04%(P<0.05),说明人工植被建设可能引起土壤中P元素缺乏。两种恢复措施均能提高土壤质量,但土壤恢复前初始有机C含量低,C元素增长率高于N、P元素增长率,在长期围封与人工植被建设后期分别出现土壤中的N、P元素缺乏,需要向土壤中补充N、P元素,进一步促进退化草地的恢复。

北方半干旱区的PDSI和SPI比较研究

以北方半干旱地区老哈河流域为研究区域,利用流域内及其周边15个气象站1957～2008年的长序列日观测资料,计算逐月的帕默尔干旱指标(Palmer Drought Severity Index,PDSI)和不同时间尺度(1、3、6及12月)的标准化降水指标(Standard Precipitation Index,SPI)。结果表明,52年间分别有6段主要的湿润期和干旱期,持续时间都在1年以上,说明老哈河流域旱涝持续性较强。将不同时间尺度的SPI与PDSI进行对比发现,随着时间尺度的增大,SPI对干旱持续性的表现能力增强,12个月时间尺度的SPI与PDSI一致性较好。

厚层基材喷播技术在北方半干旱区岩石边坡植被恢复中的应用——以京承高速公路(三期)植被恢复工程为例

以京承高速公路(三期)岩石边坡植被恢复工程为例,研究厚层基材喷播技术的施工工艺及植被恢复效果,从抗旱乡土植物的筛选与配置、技术适宜性评价以及养护措施效果方面,综合分析归纳出厚层基材喷播技术,在北方半干旱地区岩石边坡植被恢复中的应用效果及关键技术,对于完善我国裸露边坡植被恢复理论体系,指导裸露坡面工程绿化,都具有非常重要价值。

若尔盖地区湿地萎缩、草地退化沙化与北方沙尘干旱地区因果关系探索

分析若尔盖高原盆地的地质地貌、高原特有的热力学特性、流经此地的季风与控制北方干旱区的西风带的相互关系以及环境退化后下垫面改变引起的地空传递关系变化等因素;对近半个世纪以来若尔盖的降雨等气候条件与北方地区的干旱沙尘天气发生情况进行对比分析,发现北方地区的干旱风沙天气与若尔盖的降水频率存在很大程度上的相互关系。表明沙化中的若尔盖地区是一个潜在的沙源地,并有可能通过季风影响到我国北方主要干旱地区的干旱程度。在研究卫星图片、大量的气象资料的基础上,设计出了探索若尔盖地区与我国北方干旱沙尘地区关系研究的野外考查路线,并组成了多学科的联合研究小组展开了研究工作。

北方干旱半干旱区洪水极值事件多变量频率分析

文章以辽西干旱半干旱区东白城子水文站以上流域作为实例,采用年最大值法选取东白城子站年最大洪峰序列作为洪水极值事件的洪峰序列,采用二维Copula模型对洪水极值和降雨特征变量进行分析,对洪水极值在不同降水条件的联合重现期进行研究。成果对于洪水极值在区域未来气候变化条件下的变化概率提供技术支撑。

北方典型干旱半旱区E-601型与Φ20型蒸发皿蒸发量的转换系数分析

考虑北方典型干旱半干旱区水文资料一致性的问题,为对蒸发量进行统计,需对Φ20型蒸发皿和E-601型蒸发皿蒸发量进行转换。结合两种型号蒸发皿同步观测数据,得到其相应的蒸发转换系数,结果对于北方干旱半干旱区水文站所在流域蒸发量的统计具有参考价值。

北方半干旱集雨补灌旱作区节水农业发展模式

内蒙古准格尔旗集雨补灌旱作节水农业示范区地处黄土高原北部砒砂岩区,是我国水土流失最严重地区之一,集雨补灌是缓解当地干旱缺水的唯一途径.目前该区很多地方雨水收集利用缺乏整体研究,工程规划和生产布局有一定盲目性.在分析准格尔旗示范区生态、经济、社会等条件的基础上,总结出以集雨补灌为中心的旱作增产技术体系,确定了集雨高效种植型、集雨生态畜牧型和庭院集雨经济型3种模式,提出了示范区雨水综合利用需水量标准,并对3种模式在示范区运行3年来的经济、社会和生态效果进行了评价.

北方干旱地区工程造林存在的问题与建议

植树造林是水土保持、恢复生态的重要工程措施之一。以河北丰宁县为例。

基于改进标准化降水指数的北方少雨区干旱频率分析

通过Γ分布概率函数描述降雨量变化,对传统标准化降水指数进行改进,解决传统标准化指数中降雨分布假定是偏态分布,而不是正态分布的局限,并以辽宁西部少雨干旱区为实例,采用改进标准化指数对区域干旱特征进行分析。分析表明:用改进后的标准化指数研究区域干旱评估结果更为合理,与区域实际干旱情况吻合度高于传统标准化指数。

我国北方地下水年龄测定问题讨论

对我国北方地区地下水的各种现行测年方法所存在的问题进行讨论。地下水中的氚元素特征能满足测定地下水年龄的活塞模型,但由于降水初期氚的浓度不易率定,只能定性或半定量确定地下水的年龄。氟利昂是人工合成化合物,自然界中没有天然成分,是一种理想的示踪剂,但氟利昂测定地下水的年龄限制在20世纪40年代之后降水的入渗补给。14C与4He测定地下水年龄的方法由于受到断裂带中排气影响,不易校正,所以不能适用于断陷盆地或活动断层地区。针对内蒙古高原、鄂尔多斯、华北平原地下水中氚浓度值仍然较高的现象进行讨论,认为该地区地下水的补给源区应该靠近我国西部的核试验场。同位素关系表明,渗漏的纳木错湖水与东部的地下水存在相关性,西藏内流区的渗漏水自西向东补给到了内蒙古高原、鄂尔多斯与华北平原。

中国北方干旱半干旱区沙漠化治理对植被格局的影响

中国北方干旱半干旱区是全球变绿的重要贡献者,生态工程的实施是该区植被恢复的重要原因,作为中国北方重要的生态工程,沙漠化治理对植被年际变异的贡献有待研究。基于1982—2021年长时序植被指数(NDVI)、气象和沙漠化分布等数据,分析了北方干旱半干旱区不同自然单元NDVI时空动态变化及其影响因素在沙漠化区与邻近地带植被对照区的差异。结果显示:(1)1975—2020年研究区域沙漠化总面积先增加后降低,2000年沙漠化面积最大,表明2000年后沙漠化治理成效显著。(2)1982—2021年研究区内44.5%的面积NDVI显著增加,5.8%的面积显著减少,即研究区内植被恢复为主,主要分布在河套平原、科尔沁沙地、库布齐沙漠、毛乌素沙地、新疆南部和准噶尔盆地及天山。沙漠化区显著增加面积比例(45.7%)略高于邻近地带植被对照区(41.7%)。(3)1982—2021年沙漠化区年变绿速率(0.0055)显著大于邻近地带植被对照区(0.0036),该结果在2000年前后存在差异,2000年前沙漠化区年变绿速率(0.0043)显著小于邻近地带植被对照区(0.0056)。2000年后与整体结论一致,沙漠化区年变绿速率(0.0073)显著大于邻近地带植被对照区(0.0067)。(4)降水和空气比湿等水分因素是沙漠化区及邻近地带植被对照区NDVI变化的主导因素,个别自然单元风速影响因素更大,且NDVI与风速相关性较高。沙漠化区NDVI与水分的相关性较邻近地带植被区低,风速则相反。研究结果将为沙漠化治理成效的评估和未来沙漠化治理措施的改进提供科学依据。

我国北方半干旱区草地水分供需状况研究

利用半干旱区181个站点40a的气象资料,依据伊万诺夫湿润系数对半干旱区草地进行气候分区,采用计算精度较高的FAO Penman-Monteith方法(1998)计算可能蒸散。在计算不同草地类型草地蒸散系数的基础上,计算半干旱区草地实际蒸散量,通过水分盈亏和水分订正系数等来分析评价不同草地类型的水分供需状况。结果表明:不同草地类型的蒸散系数也不同,草甸草原的蒸散系数最大,荒漠的蒸散系数最小;不同草地类型的实际需水量也不同:草甸草原>典型草原>荒漠化草原>草原化荒漠>荒漠;在半干旱地区实施退耕还草有利于水资源的可持续利用和生态环境的改善。