模拟CO_2浓度升高和降雨量变化对红砂生物量分配及碳氮特征的影响

以荒漠优势植物红砂2年生苗木为试材,采用盆栽试验和开顶式CO_2控制气室模拟CO_2浓度变化(350μmol/mol和700μmol/mol)研究了红砂生物量分配及碳氮特征对降水变化减少30%、减少15%、自然降水、增加15%和增加30%(-30%、-15%、0、15%、30%)的响应。结果表明:(1)CO_2浓度上升显著性的促进红砂地上茎叶和地下的根生物量,降雨量增加或减少也显著性的促进或抑制了这一作用;CO_2倍增时,红砂的地上生物量在降水增加30%时平均增加了61.28%(P<0.05),而根生物量在降水增加或减少30%时均分别增加了84%(30%)和3.21%(-30%),这种响应导致红砂根冠比在降水减少时大于降雨量增加时,CO_2倍增显著地抑制了这一作用。(2)CO_2浓度上升显著性地促进了红砂根、茎、叶中的碳含量,显著性地抑制了红砂根、茎、叶中氮含量,降雨量增加或减少也显著性的促进或抑制了这一作用;这种响应导致红砂根、茎、叶的C/N在降雨减少30%时增加80.22%(根)、103.02%(茎)和199.88%(叶)(P<0.05),在降雨增加30%时增加24.99%(根)、30.27%(茎0)和104.45%(叶)(P<0.05),CO_2浓度倍增显著性地促进了这一作用。(3)以上结果表明,未来全球CO_2浓度升高时,在降雨量增加地区红砂因充足的碳源和水分而得以恢复;在降雨减少的地区,CO_2的升高对降雨减少造成的干旱胁迫有一定的补偿作用,红砂则以较高的根冠比来维持其在荒漠生态系统中地位。

黄土高原藓结皮土壤呼吸速率对降雨量变化的响应

全球气候变化加剧背景下,干旱和半干旱地区的降雨模式将进一步改变,其造成的土壤水分波动是引起土壤呼吸动态变化的重要因素,但生物结皮土壤呼吸响应降雨模式变化继而影响陆地生态系统碳源/汇功能的机制尚不明确。针对黄土高原风沙土发育的藓结皮,以自然降雨量为对照,分别进行幅度为10%、30%、50%的模拟增雨和减雨处理,并利用便携式土壤碳通量分析仪(LI-8100A)测定了模拟增减雨后的藓结皮土壤呼吸速率,对比分析了其对降雨量变化的响应及机制。结果表明:(1)整个实验周期(2018和2019)增雨和减雨分别显著提高(增幅分别为17.9%—48.2%和27.1%—54.2%)和降低了(降幅分别为1.8%—26.8%和5.2%—20.8%)土壤含水量,但对土壤温度的影响不显著;(2)增雨抑制了藓结皮土壤呼吸速率(降幅分别为7.8%—31.7%和14.7%—39.4%),且随梯度增大抑制作用越明显;减雨则取决于减雨梯度,减雨10%和30%会促进土壤呼吸速率(增幅分别为27.5%、9.6%和23.6%、9.7%)而减雨50%具有抑制作用(降幅分别为15.6%和18.5%)。不同实验周期和不同降雨处理间藓结皮土壤呼吸速率大多差异显著;(3)增雨和减雨下藓结皮土壤呼吸速率与土壤温度均成显著指数正相关关系,同时,低含水量时(小于约15%)与土壤含水量均成显著线性正相关关系,而高含水量(大于约15%)时增雨下成显著线性负相关关系。综上,黄土高原藓结皮土壤呼吸速率对降雨量变化具有明显响应,降雨量整体波动减小时其可能成为一潜在碳源。因此,未来黄土高原土壤碳源/汇功能研究中应考虑降雨模式改变对生物结皮土壤呼吸的影响。

考虑降雨量数值变化的山洪灾害动态预警方法研究

常规的山洪灾害动态预警方法主要使用静态预警评估因子计算致灾危险性,易受动态环境感知作用影响,导致有效预警子流域占比偏低,因此,需要考虑降雨量数值变化,设计一种全新的山洪灾害动态预警方法。即考虑降雨量数值变化,获取并修正山洪灾害预警数据,再确定山洪灾害动态预警等级,从而实现山洪灾害动态预警。实例分析结果表明,考虑降雨量数值变化的山洪灾害动态预警方法,在不同风险等级下的有效预警子流域占比均在93%以上,最高可达到96%,有效预警子流域占比较高,证明预警效果较好,具有应用价值。

降雨量和温度变化对麻花艽叶片光合作用及相关生理参数的影响

以人为控制降雨量和LI-6400便携式光合测定系统控制温度方法,测定分析了降雨量和温度变化对高寒草甸典型组成植物——麻花艽叶片净光合速率及相关生理参数影响。结果显示：麻花艽叶片净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率在降雨量增加下较高、自然降雨量下次之、降雨量减少处理下较低;水分利用效率在降雨量增加下较低、自然降雨量下次之、降雨量减少下较高,温度为25℃与15℃下差异不显著。麻花艽叶片净光合速率在光合有效辐射强度为0-800μmol·m^-2·s^-1时随光合有效辐射强度增加而增加,800-1200μmol·m^-2·s^-1时达最大,1200-3000μmol·m^-2·s^-1时变化不大;气孔导度和蒸腾速率随光合有效辐射强度增加而增加;胞间CO2浓度在光合有效辐射强度为0-800μmol·m^-2·s^-1时随光合有效辐射强度增加而下降,800-3000μmol·m^-2·s^-1时变化不大;水分利用效率在光合有效辐射强度为0-800μmol·m^-2·s^-1时随光合有效辐射强度增加而增加,800-3000μmol·m^-2·s^-1时呈现下降趋势。降雨量减少将使高寒草甸植物叶片净光合作用速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率降低。

高关水库流域主汛期降雨量的预测

依据高关水库流域1971—2011年主汛期实测降雨量资料，应用均值标准差法建立5级分级标准。针对降雨量为相依随机变量的特点，以各阶自相关系数为权重，运用马尔可夫链模型预测未来一年的时段降雨量状态，由于采用此方法得到的是一个区间值而不是一个确定的数值，因此，不但扩大了预测的范围，最重要的是能够很好的指导现实的工作。该方法具有直观、预测准确、计算简便的优点，为区域降雨量的中短期预测提供了新的分析途径。

模拟CO_2浓度升高及降雨变化对荒漠灌木红砂光合及生长的影响

【目的】未来大气CO_2浓度显著升高将引起降雨格局的变化,必将对荒漠生态系统产生严重影响。研究CO_2浓度及降水变化对荒漠优势植物光合特性及生长的影响有助于预测荒漠生态系统对全球气候变化的响应。【方法】以荒漠优势植物红砂2年生苗木为试材,采用开顶式CO_2控制气室模拟CO_2浓度(350和700μmol·mol^(-1))变化,研究降水变化减少30%(-30%)、自然降水0、增加30%(+30%)及其与CO_2的协同作用对红砂光合速率、蒸腾速率等光合生理参数以及株高、生物量和根茎比等生长特性的影响。【结果】1)CO_2浓度倍增可显著提高红砂的光合速率,降低蒸腾速率和气孔导度(P<0.05),降水增加30%对高浓度CO_2下红砂叶片的光合速率有显著促进作用,对蒸腾速率和气孔导度的降低有一定补偿效应。2)长期高浓度CO_2处理使红砂存在光合适应现象,光合能力下调。3)CO_2浓度倍增和降雨量增加可显著增加红砂的株高、地上生物量和总生物量,且CO_2浓度增加可以减缓因降雨量减少而引起的红砂生长量减小。4)降雨减少,红砂的根生物量增长,导致根茎比增加;CO_2浓度升高则显著促进地上部分生长,导致根茎比减小。【结论】未来CO_2浓度升高条件下,降雨量增加地区红砂因充足的碳源和水分而得以恢复;降雨减少地区,CO_2浓度升高对降雨减少有一定的补偿作用,红砂以较高的根茎比来维持其在荒漠生态系统中地位。

黄河花园口断面近60年来水量变化分析

根据《黄河水资源综合规划》中1956-2000年和《黄河水资源公报》中2001-2015年黄河花园口断面以上区域降水量,断面实测径流量、天然径流量和水资源总量组成的1956-2015年60年系列花园口断面来水数据,分析60年系列来水过程并对比1956-1979年、1956-2000年、1956-2015年、1980-2000年、1980-2015年和2001-2015年系列平均断面以上区域降水量、断面实测径流量、天然径流量、水资源总量数据成果。1956-2015年60年间,花园口以上区域年降水量年际变化不大,其中1980-2000年系列平均降水量相对偏小;花园口断面实测径流量、天然径流量和水资源总量年际变化大且总体渐次减少,临近近期且均值系列最短的2001-2015年,平均实测径流量、天然径流量和水资源总量均为各系列平均最小值。1990年左右以来,经济社会用水量增加、包括退耕、禁牧和矿山开采等带来的下垫面条件改变,已成为花园口断面来水量渐次减少的主要影响因素。

马尔可夫链在水库主汛期降雨状态预测中的应用

依据漳河水库流域1963～2008年主汛期实测降雨量资料,应用均值标准差法建立5级分级标准。针对降雨量为相依随机变量的特点,以各阶自相关系数为权重,运用马尔可夫链模型预测未来一年的时段降雨量状态,结果表明,该方法直观、预测准确、计算简便,为区域降雨量的中短期预测提供了新的分析途径。

巴音河流域德令哈市气象站近60年来降水变化特征分析

基于1956-2013年德令哈气象站逐月降水资料,借助标准化降水指数(SPI)表征干旱,运用线性趋势分析、Mann-Kendall趋势检验、Mann-Kendall突变检测、滑动t突变检验、Morlet小波变换、R/S分析等方法,分析近60年来其降水及干旱特征。结果表明:20世纪80年代之前处于降水偏少期,20世纪80年代至今处于降水偏多期,且呈现出上升趋势,冬季降水变化相对平稳,秋季降水波动较大;近60年来,年及各季节降水量呈显著上升趋势,年降水量上升率为21.16 mm/(10a),夏季降水量上升趋势明显,上升率为12.35 mm/(10a);年及各季降水量存在显著的3~9年的短周期和18~28 a的长周期变化;降水距平和SPI显著相关,干旱呈减弱趋势,干旱变化的周期为5 a和18 a。巴音河流域降水量的变化具有持续性,未来降水将保持增多趋势,干旱呈减弱趋势。

漳河水库流域降雨序列变异点分析

依据漳河水库流域1963-2008年降雨资料,采用Mann-Kendall参数秩次相关检验法对其未来变化趋势和变异点进行了分析,结果表明:(1)在显著性水平α=0.05下,漳河水库流域年降雨量总体上呈缓慢下降的变化趋势;(2)降雨量的显著变化点在1995年,以1995年为分界线,前后两个系列的水文统计特征值具有明显差异,已经不符合"一致性"的要求;(3)流域地区1月和7月的降雨量变化趋势的随机性成份很大,应采取相应对策和措施,以应对未来可能出现的干旱或暴雨洪涝等自然灾害;(4)流域人类活动日趋频繁,使得流域下垫面条件发生了较大的变化。

莱芜市降水变化小波分析研究

利用莱芜市1957～2010年降水量资料,采用Morlet小波分析方法,对莱芜市54a降水量的多时间尺度特征进行了分析,并采用M-K方法进行了突变检验。结果表明:春季降水量呈现微弱的上升趋势,夏、秋季和冬季降水量呈现下降趋势,年降水量呈下降趋势。从整体上看,春季降水量有3a和5a的主周期;夏季降水量有3a和5a的主周期;秋季降水量有3a的主周期;冬季降水量有3a和5a的主周期。