天山北坡西部雪岭云杉海拔梯度生态弹性变化

基于天山北坡西部温泉哈夏林区间隔100 m海拔高度采集的雪岭云杉梯度样本的断面积生长量资料,分析树木生态弹性变化。干旱事件是区域生态弹性最主要的干扰因子,高温事件也是干扰因子之一。干扰因子的强度会造成生态弹性梯度特征的变化。在极端干旱年份,哈夏林区梯度生态弹性特征最显著,即中高海拔为强抵抗力和弱恢复力,而低海拔则呈相反态势,并出现生长衰退现象。中旱事件时不同海拔均为强抵抗力和较强的恢复力,高温年份低海拔呈现弱抵抗力和弱恢复力。在发生持续干旱时,不同海拔高度的树木生长均受到遏制,但低海拔衰退强度大于高海拔区域,高海拔区域树木对干旱的适应能力要强于中低海拔。

利用树木年轮重建阿勒泰地区1794-2012年降水量

利用阿勒泰地区3个采样点的西伯利亚云杉（Picea obovata）树轮样本,建立了区域树轮宽度标准化年表。单相关普查发现,阿勒泰地区区域树轮宽度标准化年表与该区域5个气象站上年7月至当年6月降水量相关显著（R=0.714,P〈0.00001）。用区域树轮宽度标准化年表可较好地重建该区域上年7月至当年6月的降水量,解释方差达51.0%,验证表明降水重建序列是可信的。重建序列经历了4个偏湿期和4个偏干期。存在2.2～2.5a的显著周期（P〈0.05）及146、2.8、2.1、2.0a的较显著周期。在1889年发生从少到多的突变。空间相关分析表明重建结果对阿勒泰地区降水具有较好的代表性。重建结果与阿尔泰山、天山中部地区、吉尔吉斯斯坦东部天山北坡的降水变化趋势和干湿阶段具有较好的一致性,与PDSI变化趋势也有较好的一致性。

2009年夏秋季乌鲁木齐黑碳气溶胶观测研究

利用乌鲁木齐2009年6-11月黑碳气溶胶（BC）质量浓度观测资料，结合国内外其它地区的观测结果，给出了鸟鲁木齐市夏秋季节BC浓度变化特征。结果表明：（1）乌鲁木齐市夏秋季大气BC日平均浓度为3843±3095ng·m^-3，变化范围为688～15181ng·m^-3；BC浓度变化趋势与API变化趋势接近，相关系数为0．55。（2）夏秋两季BC浓度的日变化存在明显的峰值区和谷值区，峰值区主要出现在上午和夜间，谷值区出现在凌晨和下午；周BC平均浓度的变化特征为，周一至周四呈总体降低趋势，星期四达到一周的最低值，周五开始增加，但总体变化幅度不大，工作日和周末差别不大。（3）夏季BC瞬时低值浓度远高于秋季，秋季BC污染重于夏季；鸟鲁木齐城市BC浓度低于国内外部分城市，明显高于较为洁净的边远地区。

乌鲁木齐冬季黑碳气溶胶污染特征初步研究

利用2010 年2月乌鲁木齐大气成分观测站黑碳仪观测数据,结合散射系数及常规观测资料,对乌鲁木齐冬季黑碳气溶胶（BC）浓度变化特征进行了分析,并通过气流后向轨迹进行了来源分析.结果表明：（1）观测期间BC质量浓度日平均值为12 7074 673 ng·m^-3,浓度变化范围为4 916-22 997 ng·m^-3,散射系数日均值为1 086依561 Mm^-1,变化范围为350-2 232 Mm^-1.BC 质量浓度和散射系数日均值变化趋势基本一致;（2）BC 质量浓度日变化具有明显的峰值和谷值,峰值分别出现在09-11 时和20-22时,谷值分别出现在04-06 时和16-18 时,散射系数与BC 质量浓度日变化趋势基本医院致,相对其有一定的滞后.春节期间燃放烟花爆竹对空气污染物浓度上升有明显作用,显著影响BC 质量浓度日变化规律;（3）乌鲁木齐冬季大气层结稳定,污染物不易扩散,风速和降水对黑碳气溶胶浓度具有明显的稀释作用.在乌鲁木齐特殊的地形和气象条件下,本地源排放与来自周边城市群污染物输送的叠加使得污染更加严重.

融雪期中国天山西部山地表层积雪能量收支特征

表层积雪的能量收支特征对积雪物理特性变化和融雪等过程具有重要影响。本研究利用2010年融雪期在中国科学院天山积雪雪崩研究站内的雪层密度、含水率、雪层温度以及热通量等观测数据,分析在距雪表40 cm范围内雪层能量收支的时空变化特征。结果表明:表层积雪的能量交换主要发生在距雪表20 cm范围内,短波穿透辐射是表层积雪最重要的能量来源。热传导、短波穿透辐射和潜热均随时间逐渐增加。在过渡期和融雪前期,表层积雪的平均总能量为负,融雪主要发生在积雪表层。由于夜晚潜热影响使得融雪后期表层积雪总能量为正值。融雪能影响整个雪层。

赛里木湖流域雪岭云杉(Picea schrenkiana)树木径向生长对气候变化的响应

选用赛里木湖流域海西沟雪岭云杉(Picea schrenkiana)树轮宽度标准化年表与温泉气象站历年逐月降水(月降水量,降水量≥0.1mm、≥1mm、≥2mm、≥5mm日数)、温度(月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温、平均地温)、积雪(积雪日数,积雪深度≥1cm、≥5cm、≥10cm日数)、月平均相对湿度、日照百分率及日照时数等主要气候因子,以相关函数法分析赛里木湖流域树轮宽度对气候变化的响应。结果表明:海西沟树轮宽度标准化年表与气候要素相关较好的月份集中在上年7月、上年8月、当年1月及当年7月,与降水、积雪、相对湿度正相关,而与温度、日照百分率、日照时数负相关。对器测资料上年1月到当年12月所有不同时段的顺序组合与海西沟树轮宽度标准化年表的年轮指数序列进行相关普查分析表明,在所有组合中上年8月至当年7月的降水量及降水≥5mm日数与树轮年表的相关性最好,相关系数分别为0.630和0.708,上年8月至当年7月的降水可能是该地区树轮径向生长的主要限制因子,海西沟树轮标准化宽度年表与周围的降水和PDSI均具有较好的相关性,该年表对天山北坡和中亚部分地区的降水及PDSI有较好的代表性。

2009年冬季乌鲁木齐大气中黑碳气溶胶观测

黑碳气溶胶（BC）是大气气溶胶的重要组成部分,其粒径一般在0.01—1μm之间,来源于任何含碳物质的不完全燃烧.其主要来源可分为自然源和人为源两种,自然源排放如火山爆发、森林大火等具有区域性和偶然性;而人为源排放,如煤、石油等化石燃料燃烧、生物质燃烧、汽车尾气等是长期和持续的,也成为大气中BC的主要来源.有研究证实BC的直接辐射驱动因子超过了CH4,对全球气候变暖贡献了15%—30%,成为全球大气系统中仅次于CO2的增温组分.

乌鲁木齐市不同天气条件下TSP水溶性离子特征分析

利用2009年乌鲁木齐4个大气总悬浮颗粒物（TSP）观测站点样品，采用离子色谱仪测定了不同天气条件下TSP中水溶性离子成分，分析了水溶性离子变化特征及影响因素，结果表明：不同天气条件对乌鲁木齐市TSP中的NH4＋、Ca2＋、N03-和S04（2-）浓度具有明显的影响。降水对离子有清除作用，使其在TSP中浓度减小。大风及沙尘天气使TSP中ca2＋浓度大幅增加，其它离子增加幅度很小。连续污染日，各离子在大气中累积至较高浓度，是同期晴天条件下的2～7倍。气象因素对采暖期TSP离子浓度变化影响较大。非采暖期乌鲁木齐市TSP离子浓度主要受到自然因素引起的土壤尘和建筑尘的影响。

乌鲁木齐降水化学成分及来源分析

降水是大气中主要和次要污染物的重要收集器,是清除大气中颗粒物和气态污染物最好的清除剂。为了了解乌鲁木齐降水特征,本文利用离子色谱分析了2010年降水样品,研究表明,该区降水pH值在5.6~7.77之间,年均值为6.19,电导率变化范围为18.7~172.5μs·cm^(-1),年均值为57.73μs·cm^(-1)。降水中主要离子浓度排序为Ca^(2+)>SO_4^(2-)>NH_4^+>Na^+>Mg^(2+)>Cl^->NO_3^->K^+>F^-,Ca^(2+)是最主要的阳离子,SO2-4是最主要的阴离子,表明乌鲁木齐降水中的致酸物质主要是硫酸盐。总离子浓度季节变化特征表现为秋季高,冬季低。FA平均值为0.001,表明99.9%的降水酸度被碱性成分中和,NF计算结果表明Ca^(2+)具有很强的中和能力。从相关分析、富集因子来看,SO_4^(2-)和NO_3^-主要受人为源的控制,K+主要存在于土壤扬尘或生物质燃烧产生的细颗粒物中;Mg^(2+)主要来自陆源的土壤扬尘等;Cl^-主要来自海相输入,生物质燃烧、人类生活污水排放以及化工厂排放对Cl-也有很大贡献。

阿拉木图与乌鲁木齐夏季降水变化趋势对比分析

基于哈萨克斯坦阿拉木图站和新疆乌鲁木齐站的1967—2009年夏季降水资料,采用一元线性回归、Mann-Kendall突变检验和Morlet小波分析的方法,分析了两地夏季降水的变化趋势特征。结果表明:阿拉木图和乌鲁木齐夏季降水均呈增加趋势,20世纪70和80年代降水偏少,90年代至2009年降水偏多。乌鲁木齐夏季降水于1982年出现了突变点,阿拉木图夏季降水没有发生突变。2000年以前阿拉木图以6—8 a左右的短周期变化为主,2000年后以15—16 a左右的长周期变化为主,乌鲁木齐在1987年以前以4—6 a的短周期变化为主,在1987年以后以16 a的长周期变化为主。

乌鲁木齐市TSP微观形貌特征分析

利用环境扫描电镜(SEM/EDS)分别对2009年四季在雷达站、卫星站、年轮实验室和白杨沟站采集的TSP样品进行微观形貌和能谱分析,结果表明:乌鲁木齐市TSP形貌具有明显的时空分布特征。春季TSP颗粒较大,形状不规则,可能来源沙尘;夏季TSP中颗粒少且小,可能含有土壤扬尘和植物花粉;秋季TSP颗粒多为蓬松链状,可能是烟尘聚集体;冬季TSP颗粒较大,形状规则的颗粒增多且多为圆形,是典型的燃煤飞灰形态。北郊、市区TSP中颗粒物数量高于南郊山区的白杨沟站,秋冬季燃煤对北郊和市区TSP形貌影响较大。TSP主要含Si、S、Ca、Al、Fe、Mg、Cl、Na,说明TSP来源广泛,并且由多种颗粒混合而成。春夏季乌市TSP中Si、Ca Al、Na、Mg含量较高,秋冬季Si、S、Ca、Al、Fe、Cl含量很高。市区TSP中S、Fe、Al较白杨沟同期所占比重大,白杨沟TSP中元素种类较少,S、Fe含量不高,表明燃煤、工业排放影响不大。

阿拉木图、乌鲁木齐和伊宁一月份降水对比分析

基于哈萨克斯坦阿拉木图站和新疆乌鲁木齐站、伊宁站的1967-2009年1月份的降水资料，利用一元线性回归法、Mann-Kendall突变检验和Morlet小波分析的方法，分析了该区域降水的变化特征，结果表明：阿拉木图和伊宁1月份降水变化不明显，呈微弱的下降趋势；乌鲁木齐降水呈显著增加趋势。阿拉木图降水年代际变化不明显，乌鲁木齐于20世纪80年代以前降水偏少，此后降水逐渐增多，伊宁和乌鲁木齐年代际变化相似。阿拉木图1月份降水没有发生突变，在1980年以前存在6—7年的短周期变化，此后存在10—15年的长周期变化。伊宁1月份降水没有发生突变，1980年以前存在6年的短周期变化，此后存在8年和11年的周期变化，变化周期不稳定。乌鲁木齐于1978、1981发生了突变，存在6年左右和12年周期变化。

新疆天山西部伊犁河流域不同海拔雪岭云杉生长衰退特征

本文以新疆天山西部伊犁河流域优势树种雪岭云杉为对象,采用树轮指数(TRI)和生长变化百分率(GC)的方法研究不同海拔(1800、2300和2800 m)雪岭云杉的衰退特征,分析不同海拔雪岭云杉生长对干旱事件的响应差异,揭示该地区海拔对树木生长衰退的影响。结果表明:低海拔(1800 m)雪岭云杉呈现多次衰退,但树轮指数法和生长变化百分率法判定的衰退时间存在差异。树轮指数表明,低海拔雪岭云杉在1927—1933、2007—2014年期间出现了2次的持续大规模衰退;生长变化百分率表明,低海拔雪岭云杉在1891—1893、1924—1926、1973—1975、2004—2009年期间出现了4次生长衰退。上一年生长季帕尔默干旱指数(PDSI)显著影响不同海拔雪岭云杉径向生长。随着海拔上升,当年生长季PDSI对雪岭云杉径向生长的作用呈现先显著增强再减弱的趋势。在极端干旱年份(1917年),雪岭云杉生长衰退程度随海拔增加呈现增强趋势,低海拔处(1800 m)树轮指数为0.65,比平均水平低35%,而中(2300 m)、高(2800 m)海拔则分别为0.56和0.54,显著低于平均水平40%。1917年的干旱事件对不同海拔雪岭云杉生长均存在2年的遗产效应,1920年树轮指数达到0.9以上,接近正常水平。海拔因素对干旱导致的森林衰退具有重要影响,分布在水热条件相对较差的低海拔处的树木生长更易受到干旱事件的抑制作用,进而引发了次数多、规模大的衰退事件。但在面对极端干旱时,水热条件较好的中、高海拔处的树木也会出现更大程度的衰退事件。

树轮记录的新疆阿尔泰山1579—2009年初夏温度变化

对新疆阿尔泰山中段森林上树线西伯利亚落叶松(Larix sibirica)树轮宽度标准化年表与区域气候要素进行相关分析,发现6月平均气温与树木径向生长存在显著相关关系(r=0.658,P<0.001)。据此重建的该地区1579—2009年间初夏温度变化曲线(解释方差为43.2%)表明,在过去431年,该地区经历了8个偏冷阶段和8个偏暖阶段,且对整个阿尔泰山有较好的空间代表性。功率谱分析表明,重建温度序列存在2.3a、2.4a的显著周期和3.9a、71.5a、95.3a的较显著周期。

基于CRU资料的中亚地区气候特征

基于中亚地区1971—2000年的CRU资料,利用一元线性回归法,分析中亚地区30 a的气候变化特征。结果表明:土库曼斯坦和乌兹别克斯坦的沙漠地区是中亚最为干旱的地区,也是气温最高的地区。塔吉克斯坦和吉尔吉斯斯坦冬季和春季降水多,夏季和秋季降水少,气温变化幅度相对较小。哈萨克斯坦的降水呈现西多东少,且主要集中在夏季,气温变化幅度较大,且西暖东冷。中亚地区气温年较差较小。新疆与中亚五国的气候有明显差异,新疆降水主要集中在夏季的天山山区,气温增暖明显,最高和最低气温与中亚西部的变化趋势相反。

乌鲁木齐大气总悬浮颗粒物(TSP)离子化学组分及影响因素

利用2009年乌鲁木齐4个大气总悬浮颗粒物(TSP)观测站点资料,采用离子色谱仪分析了TSP中水溶性离子成分。结果表明:①2009年乌鲁木齐市区3站总离子浓度为151.28μg/m3,白杨沟为40.83μg/m3。4站NO3-/SO24-比值较小,表明乌鲁木齐大气污染主要来自于固定污染源。②2009年乌鲁木齐4站TSP中SO24-、Ca2+、NO3-和NH4+的浓度高于其他各离子,各站离子浓度有明显的季节变化特征,采暖期各离子浓度明显增加,SO24-、NO3-增幅最大。③对各主要离子进行相关性分析,得到NH4+与SO24-的相关系数为0.828,与NO3-的相关系数为0.659,说明铵盐化合物主要以硫酸铵和硝酸铵的形式存在;SO24-与NO3-的相关性很大,相关系数为0.973,表明二者主要来自二氧化硫和氮氧化物,排放方式与在大气中的传输途径较一致;地壳元素Ca2+和Mg2+有很好的相关性,相关系数是0.914,表明二者来源相似,可能主要来自风沙土壤尘、道路尘和建筑尘。

2009年塔里木盆地总悬浮颗粒物时空分布及无机离子浓度特征分析

利用2009年塔里木盆地的塔中、铁干里克、喀什和民丰4个观测站采集的总悬浮颗粒物(TSP)观测资料,同时结合水溶性无机离子成分分析,研究了塔里木盆地TSP时空分布特征及无机离子浓度特征。结果表明:①塔中、铁干里克、喀什和民丰观测站TSP月平均质量浓度具有相同的变化趋势,峰值区都在4—5月,而低值区为11—12月,季平均质量浓度变化趋势为春季最高,夏季和秋季次之,冬季最低。②TSP中水溶性无机离子年均总离子浓度为塔中>铁干里克>民丰>喀什;SO24-浓度分别为总离子浓度的58%、50%、54%和51%;Ca2+浓度分别为总离子浓度的13%、16%、16%和11%;Na+浓度分别为总离子浓度的12%、13%、10%和12%;Cl-浓度分别为总离子浓度的12%、16%、11%和22%;所以硫酸盐、钙盐、钠盐及氯离子是塔里木盆地TSP中主要无机成分。③铁干里克、民丰、喀什和塔中的阴阳离子相关系数分别为0.99、0.99、0.25和0.91;阴离子平均浓度分别为阳离子平均浓度的2.57、2.12、2.15倍和3.02倍,说明4个观测站的阴阳离子都不平衡。④4个观测站SO24-/NO3-比值远大于燃煤排放的SO24-/NO3-的比值,所以4个观测站所在地区的固定排放源对大气环境的影响程度远大于移动排放源。

乌鲁木齐冬季大气细颗粒物水溶性离子特征及来源

为了探讨乌鲁木齐冬季大气细颗粒物的污染水平及其水溶性离子的特征,于2013年1—3月采集大气PM2.5样品,并利用离子色谱仪分析其中的水溶性离子,采用硫转化率、离子相关性分析及后向轨迹模型对其可能来源进行了讨论。结果表明:观测期间采样点PM2.5平均质量浓度为170.13±51.39μg·m-3,水溶性离子总浓度平均值为53.47±23.76μg·m-3,其中3种二次离子(SO2-4、NO-3和NH+4)是水溶性离子的主要组分;不同天气类型下PM2.5和离子浓度差异较大,雾、霾天气二次离子浓度占总浓度的81.99%和86.24%,硫转化率均大于0.1;春节期间由于燃放大量的烟花爆竹,使得PM2.5可溶性离子K+和Cl-浓度急剧上升;NH+4与SO2-4、NO-3相关系数分别为0.975和0.748,(NH4)2SO4、NH4HSO4和NH4NO3是细颗粒物水溶性组分的可能结合方式,Cl-和K+的相关性显著,说明两者具有同源性;固定排放源仍然是乌鲁木齐大气污染物的主要来源,局地大气输送会使大气污染加重。