1982—2012年北半球荒漠草原过渡带植被物候特征及其与气候因子的关系

基于GIMMS(global inventory modeling and mapping studies)NDVI 3g数据,在提取北半球荒漠草原过渡带每年植被物候期的基础上,研究了1982—2012年物候期的时间演化趋势及空间分异特征,并结合全球气候再分析资料,探讨了物候变化的气候驱动因素。结果表明:在1998年之前,荒漠草原过渡带植被物候期变化地区间差异较大,而在1998年之后,北半球荒漠草原过渡带生长季结束期整体提前,平均提前0.41 d/a;同时,除萨赫勒以外的各地区植被生长季长度普遍缩短,平均缩短0.88 d/a。植被物候期与气候因子的相关分析发现,荒漠草原过渡带植被物候变化受气候变化影响显著,且空间差异明显。在中高纬度地区,气温是限制植被活动的关键因子,温度升高可以促进生长季开始期的提前,而降水增加则会妨碍植被生长;在较低纬度地区,水分是影响植被活动的关键因素,高温造成的水分亏缺会导致植被生长季缩短。从植被物候期对各气候因子响应的时滞性来看,荒漠草原过渡带植被的物候期对气温变化的响应最迅速,对蒸散的响应存在一定的滞后性,而对降水的响应不存在时滞差异。

CLM4.0模式对干旱区荒漠草原过渡带快速变化陆面过程的数值模拟研究

利用2012年7-9月微气象蒸发观测实验的观测资料和陆面模式CLM4.0,对荒漠草原过渡带快速变化的陆面过程进行了单点数值模拟试验,通过比较模拟值与观测值来检验模式的模拟能力。结果表明:(1)CLM4.0模式能较好地模拟下垫面快速变化的辐射通量、湍流通量、土壤温度及土壤含水量的变化特征,但模拟值较观测值还存在一定偏差。在干旱及湿润地表状况下,CLM4.0模式模拟的反射辐射与观测值的偏差较小,而草地地表时模拟值较观测值偏高;CLM4.0模式较好地模拟了地表长波辐射的变化趋势,但是在正午和夜间偏差较大。(2)CLM4.0模式模拟的湍流通量与观测值之间的相关系数达0.85以上,但模拟值较观测值偏高。(3)CLM4.0模式模拟的土壤温度及含水量较观测值偏小,且对强降水引起的土壤含水量的变化过程的模拟性能较差。发展适用于干旱荒漠草原过渡带的土壤孔隙度参数化方案,进而通过改善土壤热导率、导水率的模拟有助于提高该类下垫面土壤温度及土壤含水量的模拟性能。

干旱区荒漠草原过渡带快速变化的陆面过程特征观测分析

干旱区荒漠草原过渡带下垫面受降水影响而变化，在短期内由沙漠转化为草地，因而其陆面过程特征快速变化十分显著，可能对区域天气或气候造成一定影响。本文利用2012年7～9月在腾格里沙漠南缘的荒漠草原过渡带开展的“微气象蒸发观测实验”的观测资料，通过分析强降水前后土壤温度、含水量、辐射及湍流通量，研究快速变化的陆面过程特征。结果表明：40cm以上的浅层土壤温度在降水后降低，随着降水辐射效应的消失，土壤温度升高；而深层的土壤温度变化较小。土壤含水量对降水有明显的响应，20am以上的浅层土壤含水量迅速增大，而后缓慢减小；30、40cm的土壤含水量先增大后迅速下降。7、8月的净辐射变化不大，在一50—450W·m-2间变化。降水发生后，反射辐射和地表长波辐射较干旱荒漠有所降低，2～3d后又恢复到干旱荒漠的量级。地表反照率在降水后先降后升，荒漠草地的地表反照率日均值较大，与地表含水量、太阳高度角及植被生长参数密切相关。感热和潜热在降水前后变化显著，潜热增大而后减小，感热减小而后增大，干旱荒漠地表能量传输以感热通量为主，强降水发生后，潜热通量占主导地位，而后由于蒸散发使土壤含水量减小，潜热的主导地位逐渐被感热代替。

气候变暖与荒漠-草原过渡带植物动态响应灰色分析——以美国新墨西哥州Sevilleta生态过渡带为例

在当前全球气候变暖的形势下,地表生态系统表现出不同的响应。干旱半干旱地区的生态过渡带的生物反应更为敏感。美国新墨西哥州中部的荒漠草原生态过渡带是监测全球气候变化和人类活动对生物影响的重要区域之一。本文以Sevilleta荒漠草原生态过渡带为例,运用灰色系统分析方法,研究在当前全球气候变暖的条件下,1989～1998年10年间该生态过渡带的两种共存的植物优势种(Boutelouaeripoda)和(Boutelouagracilis)历年的种群密度、组合形式和变化趋势,分析引起这些变化的主要气候因子。结果表明,Sevilleta生态过渡带中来自荒漠草原的优势物种Boutelouaeripoda的密度有上升的趋势,来自大草原的优势物种Boutelouagracilis的密度有下降的趋势,它们的密度比大于1且有上升的趋势;在影响种群密度变化的降水、最高温度、最低温度、湿度的4个气候因子中,温度因子起着重要的作用。由此可以认为,随着气候的变暖,本区来自荒漠地区的优势植物种在荒漠草原群落过渡带中将逐渐处于强优势地位,生态过渡带将有可能被荒漠草原所替代。

黄河北岸兰州段荒漠-草原过渡带土壤粒径分形特征

研究土壤粒径分形特征,可为地区土壤质量评价提供科学依据.利用分形理论分析了黄河北岸兰州段荒漠-草原过渡带土壤粒径分形特征.(1)区域土壤颗粒主要为粉粒和极细砂粒,随荒漠化加重和土壤深度增加,土壤粗粒化,质地均匀性降低,粒径分布(PSD)频率曲线异质程度增大;(2)荒漠化加重和土壤深度增加降低了单重分形维数D_(v)和多重分形谱参数D_(1)、D_(1)/D_(0)、D_(2)、△α、△f;(3)D_(v)、D_(1)、D_(2)、D_(1)/D_(0)、△α和△f同黏粒、粉粒呈正相关,同砂粒呈负相关;黏粒、粉粒、D_(v)、D_(1)、D_(2)、D_(1)/D_(0)、△α和△f与荒漠化减弱程度呈正相关,砂粒与其呈负相关.土壤分形维数能反映区域土壤结构和变化,可为地区生态治理与巩固提升提供技术指导.