黑河绿洲区不均匀下垫面大气边界层结构的大涡模拟研究

采用RAMS模式中大涡模拟的方法,加入高分辨率的植被和土壤资料,模拟了黑河绿洲区(张掖地区)不均匀下垫面条件下大气边界层演变过程。分析了模拟的地表通量、边界层的平均结构和湍流二阶量,并用黑河试验的观测资料检验了模式的模拟性能。结果表明,模拟的平均结构较好地展现了不均匀下垫面条件下边界层内从稳定层结到混合层发展,夹卷层形成,底层逆温层出现,混合层过渡到残留层等的演变过程,呈现出了从初始的稳定边界层发展到对流边界层,最后又形成夜间稳定边界层的日变化规律。湍流二阶量的分析显示,在非均匀下垫面条件下边界层内湍流二阶量的垂直分布与边界层的发展相对应,白天湍流二阶量出现两个峰值,分别位于近地层和混合层顶。与观测资料和现有研究的对比表明,RAMS中陆面模块(LEAF)地表参数不能较好地反映黑河地区的植被特征,模拟的白天地表感热和潜热通量偏小,气温白天偏低、夜间偏高,相对湿度也有偏差。

黑河绿洲区耕作土壤有机碳及其活性和非活性组分固碳潜力研究

土壤有机碳固碳潜力研究是陆地生态系统碳循环中的前沿领域，可为区域农业碳管理和温室气体减排提供依据。以黑河绿洲区水田为研究对象，采用实地土壤样品采集、室内指标分析和模型模拟方法，研究了表层0-20cm土壤不同粒径与土壤TOC、AOC、NOC之间的关系，在此基础上建立了土壤TOc、Aoc和NOC物理化学固碳潜力模型并估算固碳潜力。结果显示绿洲农田土壤存在较大的固碳空间，TOC、AOC、NOC固碳潜力平均值分别为0．75％、0．14％、0．56％。并以中游绿洲水田为例，计算了土壤TOC、AOC、NOC碳密度、碳储量及其潜力，其中水田TOC、AOC、NOC碳密度的潜力分别为0．18、O．03、0．15g／cm^2，水田中TOC、AOC、NOC碳储量的潜力分别为7．12Tg、1．13Tg、5．79Tg。分析发现水田中NOC的碳密度和碳储量提升的空间明显高于AOC，说明NOC的提高是TOC固碳的关键。

黑河绿洲可持续发展水平诊断与实力评估

本文通过因子分析方法确定出黑河绿洲可持续发展水平的诊断因子,并对其进行实力评估。经济影响因子(F1)、社会影响因子(F2)和资源影响因子(F3)在主成分中累计贡献率最大,为黑河绿洲可持续发展水平的三个主要诊断因子,其中以经济和社会影响因子的贡献率最高,为可持续发展的首要因子。资源影响因子为可持续发展的支持因子,反映可持续发展的潜力。黑河绿洲可持续发展水平的综合实力评估空间上表现出中间高,两头低的特点。而结合F3影响因子分析,黑河绿洲可持续发展水平的潜力在空间上则表现为从上游到下游递减趋势。最后基于实力评估提出绿洲可持续发展的主要对策。

1967~2020年黑河中游绿洲气候变化对玉米产量的影响——以临泽县为例

【目的】探究黑河中游绿洲气候变化特征对玉米产量的影响,并提出相应管理对策。【方法】采用线性回归分析、产量分解等方法分析了张掖市临泽县1967~2020年气候变化和玉米产量变化的趋势,并运用多元线性回归分析方法建立了玉米气象产量与各气象因子的相关性模型。【结果】1967~2020年黑河中游绿洲平均气温、累计降水量和累计日照时长均呈上升趋势,上升幅度分别为0.38℃/10 a、3.01 mm/10 a、2.02 h/10 a;玉米气象产量呈现出不规则且幅度较大的波动,玉米气象产量与降水量、累计日照时长2个气象因子呈现正相关关系,与气温呈现负相关关系,偏回归系数分别为0.295,0.354和-0.405;根据多元回归分析模型预测,至2030年玉米气象产量将达到-47.85 kg/hm^(2),气象条件将成为制约玉米产量提高的主要因素。【结论】在黑河中游绿洲特殊的区域气候条件下,提高灌溉效率、引进抗逆抗旱品种、加强田间管理技术研究等是玉米产量稳步提高最为有效的措施。

黑河绿洲区耕作影响下的土壤粒径分布及其与有机碳的关系

选取黑河绿洲区典型土壤类型为研究对象,分析耕作对土壤粒径分布及其与土壤总有机碳、活性有机碳、惰性有机碳关系的影响。结果显示:非耕地(灰钙土、灰褐土、栗钙土)转变为耕地后,改变了10～50μm粗粉粒、50～250μm细砂粒、250～1000μm粗砂粒的含量,对<5μm的粘粒含量影响小。而风沙土变为耕地土壤后,土壤颗粒出现了细化现象。土壤粒径分布的变化也波及到了土壤颗粒与有机碳的关系,耕地与非耕地中存在异同点。相同之处在于,以50μm作为分界点,土壤总有机碳、活性有机碳、惰性有机碳与<50μm的粉粒、粘粒土壤颗粒含量呈正相关,与>50μm的砂粒呈负相关。不同之处为:耕地中土壤有机碳仅与5～10μm、10～50μm、50～250μm有关;非耕地中土壤有机碳与<1μm、1～5μm、5～10μm、10～50μm、50～250μm、250～1000μm的含量有关。分析表明,耕作是引起土壤活性有机碳增加及土壤有机碳与土壤粒径之间的关系发生变化的内在原因。

夏季黑河中游绿洲样带蒸散量遥感估算

黑河中游绿洲集中了全流域95%的耕地,利用了全流域68%的水资源,绿洲农田蒸散是水资源的主要支出项。为了解绿洲生态系统不同景观单元的耗水规律,高效管理区域水资源,该文利用2011年6-8月的7期Landsat TM影像,结合地面气象、物候数据和土地覆盖类型,基于SEBAL-METRIC模型估算了夏季黑河中游样带尺度不同土地覆盖类型蒸散量,并利用涡度观测数据对卫星过境日模型估算的蒸散量进行验证,发现遥感估算值与实测值具有较好的一致性。结果表明:由于土地覆盖类型和灌溉的差异,黑河中游样带尺度内蒸散量空间变化较大,6-8月农田平均总蒸散量是340 mm,林地是328 mm,草地的平均值是214 mm,荒漠区只有97 mm;夏季不同土地覆盖类型蒸散量均保持在较高水平,农田日蒸散量在6月底达到最大值,荒漠日蒸散量于7月中旬达到最大值,草地6月和7月平均日蒸散值较8月大,林地蒸散量月际变化较小。另外,荒漠与绿洲土壤类型差异较大,在荒漠区与绿洲区分别选取"热点"可有效提高模型估算精度。研究对于干旱半干旱区域水资源利用与管理有参考价值。

气候暖湿变化对黑河流域绿洲农业生产的影响

利用黑河流域上中游6个气象台站1959—2009年气象资料,黑河50年流量资料及张掖市30年小麦、玉米生育资料,探讨流域气候变暖、增湿背景下农业气候条件、水文特征变化对农作物种植结构、作物布局、生育期进程和产量的影响。研究表明:近50年黑河流域增温趋势明显,中、上游地区增温趋势尤为显著,其上游地区倾向率最大,达0.53℃·10a-1,中游地区达0.35℃·10a-1;热量条件好转,≥0℃积温,上游、中游、中下游分别比60年代增加151.1℃、387.6℃、247.3℃;降水趋势中游地区变化平缓,中、上游地区秋、冬两季明显增加,其倾向率中游地区达3.38 mm·10a-1,上游地区达13.87 mm·10a-1;气候变暖、增湿有利于农业生产发展,使农业生产潜力增大,但水、热不同季,时空差异大,使易受春旱和春末夏初干旱威胁的高耗水、喜温凉气候的春小麦、水稻等作物产量增长趋势变缓,生育进程加快,发育期缩短,近10年春小麦发育期比20世纪80年代平均缩短了4 d,适宜种植区面积减小,品质下降;而品质好,经济效益高且喜温的玉米、棉花适宜种植区面积扩大,种植海拔上限提升,玉米中晚熟品种种植适宜区上限高度已由海拔1 500 m提升到海拔1 800 m左右,作物发育期延长,近10年发育期比20世纪80年代延长了13 d,产量提高;气候湿润指数呈周期性波动性变化,20世纪80年代中期以前呈波动性上升趋势,以后由于流域内增温幅度大于增湿幅度,水、热增长趋势失衡,使得气候湿润指数缓慢下降。导致高山冰川、积雪融化速度加快,河流来水量增加,水资源过度消耗,对流域内绿洲农业可持续发展影响巨大。

基于遥感的黑河中游绿洲区玉米物候及其动态研究

基于Savitzky-Golay滤波,利用相对阈值法和绝对阈值法,分析2001—2016年黑河中游绿洲区玉米的物候信息,对玉米的生长季开始日期、生长季结束日期和生长季长度3个物候参数开展分析。结果表明,相对阈值法与绝对阈值法相比,判断结果更加准确;2001—2016年的玉米生长季开始日期大约推迟14 d,生长季结束日期大约提前5 d,生长季长度大约缩短20 d;玉米生长季长度与生长季内积温呈负相关,随着积温的增加,生长季长度越来越短。

黑河下游内蒙古额济纳绿洲生态抢救和保护建设刻不容缓

黑河是我国西北地区较大的内陆河 ,由于下泄水量逐年减少 ,致使黑河下游额济纳绿洲生态环境急剧恶化。通过对近几十年来额济纳绿洲生态环境状况及发展变化趋势的描述 ,阐明了抢救和保护其生态环境的紧迫性 ,并提出了以水为前提 。

黑河中游绿洲地下水位空间变异性研究

我国西北黑河流域中游干旱缺水,地下水资源是粮食安全和生态健康的基本保障,了解当地地下水位的空间分布规律及其动态变化有助于地下水资源的可持续开发利用。本文采用线性回归方法对黑河中游地下水位进行回归分析,并采用地统计学方法对当地地下水位的空间变异规律进行分析,对比分析了普通克里金方法、克里金平滑效应修正法以及泛克里金方法在当地地下水位空间插值中的适用性。结果表明:在1985—2010年间,当植被覆盖稳定时,黑河中游各月地下水位与其测点空间坐标呈线性相关;黑河中游各月地下水位具有很强的空间相关性;对于局部变化剧烈的地下水位,克里金平滑效应修正法可明显减小克里金插值所带来的平滑效应,但整体插值精度略低于普通克里金与泛克里金方法。

耕作历史和种植制度对绿洲农田土壤有机碳及其组分的影响

耕作历史和种植方式是影响黑河绿洲农田土壤总有机碳及其组成的重要因素。研究结果显示,随着耕作时间的延长,土壤总有机碳(TOC)、活性有机碳(AOC)、惰性有机碳(NOC)的含量均呈增加趋势,但AOC、NOC的增幅存在差异,AOC因性质活泼,对农业活动等措施引起的变化较NOC有较快响应,因此,在耕作的初期(0～5 a),AOC的增幅高于NOC,而20 a的耕地NOC增幅大于AOC,之后达到AOC与NOC的增幅接近(>100 a)的动态发展趋势,表明总有机碳含量积累的过程是AOC与NOC增幅逐渐接近、NOC积累增速的过程。>100 a的耕地,因种植方式不同,剖面上TOC、AOC、NOC含量呈现出:油菜地>普通玉米地>制种玉米地>小麦地。分析发现,绿洲区近年来大面积种植制种玉米引起TOC、AOC、NOC发生改变,增加秸秆或牲畜粪便的归还量是提高土壤有机碳的有效途径。