气候变暖背景下黄河中游晋西黄土高原的植被响应

笔者介绍了黄河中游晋西黄土高原概况,综述了植被分布、植被覆盖、植被物种多样性及植被物候对气候因子的响应。黄河中游晋西黄土高原属于半干旱地带,植被主要为草本、灌木及一些适宜半干旱条件的乔木,水热条件是影响黄河中游晋西黄土高原植被覆盖的主要限制因子。黄河中游晋西黄土高原山地植物物种多样性分布的主要特征是乔木物种多样性、草本物种多样性和系统发育多样性均随海拔升高而递减,灌木物种多样性无明显变化趋势;乔木物种丰富度与生长季节平均温度呈显著正相关。2000年至2015年,黄河中游晋西黄土高原植被物候发生显著变化,植被生长季开始日期提前和结束日期推迟的区域较多。

黄河中游晋西黄土高原近62年气候变化分析

通过对9个地面站的年平均气温和年平均降水量数据进行分析,研究了黄河中游晋西黄土高原近62 a(1957年至2018年)的气候变化情况。结果表明,1957年至2018年,黄河中游晋西黄土高原气温显著升高,年平均增温0.023 0℃。其中,北部区域和中部区域年平均增温为0.028 8℃和0.035 4℃,线性方程达到极显著水平;南部区域年平均增温0.017 6℃,线性方程达到显著水平,增温趋势相对平缓。全区年平均降水量减少0.324 mm,线性方程未达到显著水平,从北向南降水量减少量增加。总体来看,区域气候环境总体趋于暖干化。

黄土高原地区淤地坝拦沙分析方法研究进展

淤地坝是黄土高原地区水土流失治理中行之有效的沟道治理措施,其通过滞洪拦泥淤地的方式在减沙减蚀方面发挥着至关重要的作用。随着流域生态保护的日趋科学合理,有必要对淤地坝在不同阶段的拦沙量进行定量准确分析,以评估其在水土流失治理中真实具体的效益,为黄河流域高质量发展的精准施策提供参考依据。通过查阅国内外淤地坝相关研究,结合野外调查采样、室内上机测试以及后续相关研究经验,系统总结归纳当前淤地坝拦沙量分析的实地调查、地形测绘法、数理归因法、成因分析法、权重系数法、模型模拟法和指纹识别技术7种方法,阐述各方法原理、步骤、适用性、需要解决的问题等,并对未来淤地坝拦沙量分析进行展望,以期能为进一步精准定量分析淤地坝拦沙量提供参考。

台缘裂缝发育特征、成因机制及其对黄土滑坡的意义

黄土滑坡是我国西北地区非常严重的地质灾害现象,后缘裂缝是黄土滑坡典型特征之一。陕西省泾阳南塬自1976年大面积农业灌溉以来,发生了27处50余起黄土滑坡。研究区塬边裂缝发育,滑坡密集分布的太平至蒋刘段目前共分布着28条裂缝,总延展长度为1424m。塬边地形形态控制着裂缝的发育、成因机制,因此,根据裂缝所处塬边地形形态,将南塬裂缝发育模式分为:"U"模式、"W"模式和"Z"模式。裂缝形成后对塬边滑坡的发展产生重要影响,使得坡体土体应力状态接近破坏边界面,只需较小的孔压增量和荷载即可诱发滑坡,同时,改变了地表水的入渗途径,极大地增加了地面灌溉和降雨诱发滑坡的概率。同时,裂缝的形成对于黄土滑坡的演化和群体性分布具有重要的意义。

黄土高原干旱阳坡微地形土壤水分特征研究

黄土高原地区坡面内地表的起伏形成微地形,利用其土壤含水量的差异来提高植被成活率已经成为黄土高原生态恢复建设的重要方向。采用探针式TDR对陕西省吴起县合家沟流域内的微地形及其相应原状坡的土壤含水量进行测定。结果表明,微地形对土壤含水量有显著影响,阳坡各微地形土壤水分顺序为:塌陷>切沟底>缓台>浅沟底>原状坡>陡坎。0—20cm土层土壤水分变异系数最大的是切沟底为0.405,最小的是缓台仅0.226,阴坡原状坡各层的变异系数均小于阳坡的微地形。最后指出黄土高原地区植被恢复建设时,在按传统立地类型划分原则所确定的植被恢复单元内,还应该按照微地形的水分特征有区别地配置植被类型。

黄土滑坡典型工程地质问题分析

黄土滑坡是西北地区最为严重的地质灾害。随着西部经济的发展及工程活动的加强,黄土滑坡成为近年工程地质研究的热点问题。黄土滑坡后缘地裂缝发育,具有高陡的后壁以及演化特征。泾阳南塬自1976年大面积农业灌溉以来,发生了27处50余起黄土层内滑坡。2005年～2007年6月,对南塬黄土滑坡进行了多次现场调查和滑坡特征测量,获得了详实的野外资料。在现场工作的基础上,初步分析了地下水位上升诱发高速远程滑坡机制、塬边地裂缝成因机制、滑坡高陡后壁成因机制及其稳定性评价方法及黄土滑坡演化机制与演化平衡等当前黄土滑坡研究亟待解决的工程地质问题。

1.5 Ma以来黄土高原风尘堆积的岩石磁学记录与中更新世气候转型

通过对黄土高原中部朝那剖面黄土-古土壤序列系统的岩石磁学分析,建立了1.5 Ma以来黄土高原高分辨率岩石磁学指标演化序列.岩石磁学记录表明本区1.5 Ma以来以0.93和0.62 Ma为界经历了3个不同的气候演化阶段.在1.5～0.93和0.62～0 Ma期间各种磁学参数大致呈同步变化趋势,能较好地与深海氧同位素(MIS)曲线相对应,而在0.93～0.62 Ma期间(相当于L9底到L6顶,MIS24-MIS16),尽管磁化率、饱和剩磁强度(Mr)、饱和磁化强度(Ms)与剩磁矫顽力(Bcr)、矫顽力(Bc)曲线的峰谷能与MIS的峰谷相对比,但该阶段的磁学参数变化幅度和形式明显不同于1.5～0.93和0.62 Ma以来的两个演化阶段.磁化率、Mr和Ms在0.93 Ma突然降低,此后变幅很小,反映夏季风较弱且相对稳定,一直维持到0.62 Ma前后.在0.9 Ma前后Bc、Bcr突然增大,可能反映了冬季风突然增强,然后宽幅波动下降.这种变化可能是黄土高原风尘堆积对中更新世气候转型事件的响应.黄土高原岩石磁学记录的中更新世气候转型事件发生于0.93 Ma,结束于0.62 Ma.造成这次气候转型事件的原因除了与全球冰量和太阳辐射变化有关之外,还可能与中更新世青藏高原急剧隆升而激发的亚洲内陆干旱化加剧,从而导致亚洲内陆沙漠的形成与扩张有关.

陇中黄土高原夏季地表能量平衡观测研究

利用2003年6～8月的实际观测资料,分析了陇中黄土高原夏季地表通量特征。在春小麦下垫面,无论晴天或阴天,能量主要消耗于农田蒸散。在裸地下垫面各能量通量表现出同样的变化特征,但由于降雨量的增加,导致潜热占净辐射的比例比春小麦地的还高。在晴天或阴天地气之间能量传输引起土壤温度变化的深度,主要出现50cm以上,其日变化均呈现准正弦曲线形式,50cm以下的土壤温度不存在日变化。在半干旱区云和降水对地表辐射和能量平衡造成的影响不容忽视。波文比在日出以后逐渐增大,到正午达最大值;春小麦下垫面时的波文比大于裸地时的值,两者的极值分别是1.01和0.75。

黄土高原南部全新世黄土-古土壤序列若干元素分布特征及意义

选择黄土高原南部的XJN,XMC和JYC全新世剖面为研究对象。通过对地层中Ca,Ba,Rb和Sr元素分布的研究,发现Ba/Sr和Rb/Sr比值在不同地层中含量差异十分明显,并与成土作用强度显著正相关,可作为良好的气候替代指标;表生环境中Rb和Ba较稳定,Sr和Ca元素十分活跃,易于迁移,其中Ca的迁移能力高于Sr元素;从XJN→XMC→JYC剖面,Rb和Ba元素含量增加,而Sr和Ca元素含量降低,这与区域环境差异有关;全新世中期暖湿的亚热带气候主要出现关中盆地地区,六盘山以西则是暖温带气候。

黄土高原南部缓坡耕地降雨与侵蚀的关系

在前人工作的基础上，就缓坡耕地各降雨参数以及降雨最优组合参数与土壤侵蚀的关系进行了系统分析，除验证了一些基本规律外，还对降雨历时、降雨强度的分段研究进行了深入探讨。证实时段最大降雨量与土壤侵蚀呈指数函数关系。

陕西黄土高原中南部土壤CO_2释放量变化研究

本文根据 NaOH溶液吸收CO_2的方法 ,对陕西黄土高原中南部4个观测点的土壤CO_2释放量时行了昼夜观测。观测结果表明 ,不同地区、不同气候和不同土质土壤CO_2释放量存在差异 ,冷干地区较暖湿地区土壤CO_2释放量少,凉季较暖季土壤CO_2释放量少;粘性硬质土较松散黄土CO_2 释放量少。长武、洛川、西安南郊土壤CO_2释放量变化再次证明 ,在厚层黄土发育的地区 ,土壤CO_2释放量变化相对于大气温度变化具有滞后性,从当日早晨至次日早晨,CO_2释放量具有由低变高再变低的普遍规律。

黄土高原中西部刺槐人工林生态系统碳密度及其影响因子

为阐明黄土高原中西部刺槐人工林碳密度区域分布特征及其主要影响因子,基于野外样地调查和室内样品分析估算了黄土高原中西部4个栽培区域的刺槐人工林生态系统碳密度及其分布特征,并利用相关性分析和主成分分析分析了影响生态系统碳密度的主要因子(林分、地形、土壤和气候等)。结果表明:调查区5个林龄的刺槐人工林生态系统生物量为34.13—133.08t/hm^2,不同区域之间各组分生物量存在显著性差异。植被层平均碳含量为221.93—454.67 g/kg,总体上表现为乔木层平均碳含量高于灌、草层,枯落物层平均碳含量最低,不同区域乔木、灌木、草本平均碳含量均存在显著性差异。刺槐人工林生态系统碳密度均值为106.86 t/hm^2,其中土壤层碳密度占刺槐人工林生态系统总碳密度的64.09%,是刺槐人工林生态系统碳密度的主要组成部分。植被层碳密度为38.68 t/hm^2,其中乔木层碳密度(33.88 t/hm^2)占植被层碳密度的87.58%,灌木、草本、枯落物所占比例依次为1.98%(0.77 t/hm^2)、2.00%(0.77 t/hm^2)、8.43%(3.26 t/hm^2)。不同区域土壤、生态系统碳密度均存在显著性差异。相关性分析和主成分分析表明,刺槐人工林生态系统碳密度与林龄、降水量呈显著正相关关系,与林分密度、平均气温、海拔和坡度的相关关系不显著,上述林分因子、地形因子和环境因子转化的主成分方差累积贡献率为91.07%,其中林龄和降水量是影响刺槐人工林生态系统碳密度的主要因子,方差贡献率为37.22%。

陇中黄土高原冬季地表辐射和能量平衡特征

利用定西试验基地2003年12月至2004年2月获取的地气相互作用观测资料,分析了陇中黄土高原冬季典型天气(晴天、阴天及雪天)和平均状况下的地表辐射能量平衡和土壤温度等微气象特征的日变化规律.结果表明,在典型天气间微气象特征有较大差异,但冬季的平均特征与晴天比较接近,云和降雪的扰动影响有限.冬季地表能量平衡以感热输送为主,土壤热通量为辅,且普遍存在不平衡现象.冬季初的2/3时段净辐射及土壤热通量日总量基本为负值,之后的1/3时段为正值,冬季地面加热场为热源.冬季土壤温度在地表及20 cm土壤层存在日变化,30 cm及以下土壤温度日变化很小.冬季地表日平均反射率基本在0.20～0.25之间变化,平均值为0.22.

泾阳南塬黄土滑坡特征参数统计分析

1976年泾阳南塬大面积提水灌溉以来,沿泾河右岸诱发了27处、50余起黄土层内滑坡,使得台塬面积不断缩小、水土流失加剧。本文在对南塬黄土滑坡特征参数测量的基础上,对其进行了统计分析,主要包括滑坡后壁陡坎高度、整体坡度、地裂缝发育情况以及滑距坡度等。分析表明:①滑坡后壁陡坎高度与马兰黄土厚度一致,受黄土垂直节理控制;后壁总体坡度较大,是黄土滑坡演化的重要因素;②裂缝发育规模总体偏小,但活动特征明显;③滑距坡度可作为研究区远程、短程滑坡划分的一种依据。同时,对滑距坡度在黄土滑坡滑距预测及危险性区划中的应用前景进行了探讨。

泾阳南塬多序次黄土滑坡特征参数与成因

泾阳南塬黄土滑坡表现出典型的多序次破坏特征,已造成了严重的土地资源损失及经济林地破坏。以泾阳南塬多序次黄土滑坡为研究对象,根据现场调查结果对黄土滑坡的多序次特征参数进行统计分析发现,随滑动序次的增加,滑坡表现出体积递减、滑距缩短、剪出口升高以及后缘两侧易滑等特征。进一步通过剪切试验及数值仿真实验,对滑坡的多序次成因机制进行了初步探讨,结果表明:灌溉导致地下水位持续上升是研究区黄土滑坡形成的主要原因,其力学机制可概括为土体在排水条件下,因孔压激增引发不完全排水行为,从而发生的静态剪缩破坏;前序次滑坡的形成改变了斜坡原有的结构形态,为后序次滑坡的孕育和发展提供了良好的滑动条件,主要表现在堵水促滑、凸坡促滑以及液化分异三方面影响。

陇中黄土高原植被覆盖和裸露下垫面地表通量和总体输送系数研究

通过对陇中黄土高原地区地表观测资料的分析,研究了该地区地表能量收支各项的平均日变化、小麦不同生长阶段的热通量日变化、总体输送系数平均日变化及其与稳定度的关系。结果表明:该地区白天潜热通量在净辐射通量的分配中所占的份额最大,其次为感热通量,土壤热通量最小;随着小麦的生长,潜热通量在净辐射通量的分配中所占的份额增加,感热通量则呈下降趋势,波文比呈下降趋势;在10m高度处,在小麦地动量总体输送系数Cd的平均值为6.03×10-3,感热总体输送系数Ch的平均值为3.40×10-3;在裸地,动量总体输送系数Cd的平均值为5.18×10-3,感热总体输送系数Ch的平均值为4.08×10-3。在同一观测高度上,Cd小麦>Cd裸地,Ch小麦<Ch裸地。

陇中黄土高原地表能量不平衡特征及其影响机制研究

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)2008年夏季的观测资料,分析了陇中黄土高原地表能量不平衡特征及其影响机制,计算了地表和5 cm深处土壤热通量板之间的热储存,并对地表能量不平衡特征重新进行了计算和评价。当把土壤热储存作为地表能量收支的一部分考虑后,不平衡差额绝对值平均降低了23 W.m-2,能量不闭合度平均减小了0.104,利用最小二乘法(OLS)进行线性回归得到的平均不闭合度减小了0.085。从白天和晚上的能量不闭合度频率分布也能够看出,土壤热储存对地表能量收支平衡有很大改善。但即使考虑了土壤热储存项,地表能量不闭合仍然很明显。除了土壤热储存,边界层大气不同形式的输送能力作为对地气能量通量交换过程中的重要因素,对能量不平衡也会产生深远影响。结果显示,地表能量不闭合度分别与垂直速度w、水平风速u和对流速度尺度w*有较密切的关系。涡动相关法通量计算中常通过坐标旋转强迫垂直速度变为零,然而非零的垂直速度和垂直平流是真实存在的,忽略垂直平流热量输送是产生地表能量不平衡的重要原因。

黄土高原典型流域生态问题诊断与系统修复实践探讨——以山西汾河中上游试点项目为例

流域生态系统涵盖山、水、林、田、湖、草等自然生态各要素,对流域生态系统进行总体保护、系统修复和综合治理,是践行习近平总书记生态文明建设理念的重要抓手。黄土高原地处半干旱半湿润气候带,水土流失严重,生态环境脆弱,探索黄土高原典型流域生态保护修复的理论与实践,对于实现国家生态文明建设具有重要作用。从黄土高原典型流域生态系统特征及存在的生态问题出发,提出流域生态系统修复治理的四大核心理念:(1)宏观规划调控与局地修复调整相结合理念;(2)区域生态功能提升与社会经济发展相协调理念;(3)由"头痛治头、脚痛治脚"转向"整体把脉,系统治疗"理念;(4)由"开刀治病"工程治理向"健康管理"自然恢复逐步引导理念。以山西省汾河中上游为例,在梳理山水林田湖草生态保护修复工程项目实践设计思路的基础上,详细介绍了汾河中上游五大生态保护修复分区(管涔山汾河源头水源涵养及生物多样性保护区、汾河干流中上游水生态保护修复区、水土保持生态保护修复区、汾河上游水源涵养生态保护修复区和矿山生态环境治理修复区)及其修复任务。总结山水林田湖草生态保护修复基本经验,并对完善黄土高原典型流域生态保护修复体制建设与技术服务进行展望,以期为黄土高原乃至全国区域开展流域生态保护修复工作提供借鉴和参考。

泾河下游台塬区黄土滑坡类型与时空分布规律

泾河下游台塬区黄土滑坡频繁发生,曾造成严重的人员伤亡和经济财产损失。以"泾河南岸泾阳段黄土滑坡调查评价"项目为依托,对区内滑坡的类型及分布情况进行了较为详细的野外调查。根据调查结果将黄土滑坡按诱发因素及运动特征划分为灌溉流滑型黄土滑坡、灌溉滑动型黄土滑坡、侵蚀滑动型黄土滑坡、侵蚀滑塌型黄土滑坡及开挖垮塌型黄土崩塌5个类型。在此基础上对黄土滑坡的时空分布规律进行了研究,结果表明:区内黄土滑坡的时间分布特征表现为黄土滑坡日趋频繁和春季多发,空间特征表现为黄土滑坡多塬段群发和区域破坏模式差异,这些特征系人类工程活动与其它地质环境条件耦合作用的结果。灌溉诱发型黄土滑坡具有典型的多序次破坏特征,从一定程度上体现了滑坡在时间与空间上的相互关系。

泾阳南塬黄土滑坡的运动规律与液化效应

[目的]查明滑坡的运动特征及其影响因素,探讨滑坡的运动规律与内在机制,为区域防灾减灾工作提供理论借鉴。[方法]以泾阳南塬黄土滑坡为例,通过现场调查及槽探查明了滑坡的运动特征,采用统计学方法分析了滑坡的运动规律,在此基础上,探讨引起滑坡运动特征分异的"液化效应"。[结果]按照运动特征将泾阳南塬黄土滑坡划分为流滑型和滑动型两类,流滑型滑坡的滑距一般为坡高的4倍,滑动型滑坡的滑距约为坡高的2倍。1.50×10~5 m^3可近似的认为是研究区内"足以形成最大液化程度的最小滑体体积"。[结论]滑体体积及边界条件对滑坡运动液化影响显著,一般情况下滑坡体积越大、滑动边界越简单,运动液化程度就越高,运动距离也就越远;而体积越小、滑动边界越复杂,运动液化程度就越低,运动距离也就越近。