蒙山峨峪口砾石堆积堤的年代学研究

准确界定蒙山峨峪口砾石堆积堤的形成时代,对于探明其成因、澄清山东中低山丘陵第四纪冰川有无之争,是一个需要解决的科学问题。峨峪口堆积垄岗砾石组构、沉积构造、地貌组合等标志,均指向其为山洪泥石流堆积物,且为暴发频率极低、发展周期较长的水石流或稀性泥石流堆积。其下伏第四纪沉积物OSL埋藏年龄和AMS14C年龄可作为砾石堆积堤形成时代的最老约束参考年龄,当地村民迁居此地的历史可作为最小约束参考年代。OSL测年结果为2.1~2.3 ka BP,AMS14C测年结果为951~1522 cal AD,证明砾石堆积堤为数百年前形成的历史泥石流遗迹。

基于活力-组织力-恢复力的黑河源区高寒湿地景观生态健康评估

黑河源国家湿地公园作为典型高寒河源湿地,其生态系统健康状况是衡量高寒湿地当前及未来发展状态的重要依据。本研究基于土地利用数据,引入景观生态脆弱性指数,从生态系统活力、组织力、恢复力和生态系统服务价值4个方面构建高寒湿地生态健康综合评价体系,定量评估2014—2021年黑河源区生态健康时空变化特征。结果表明:(1)草地是黑河源区最主要的土地利用类型,高、中和低覆盖度草地呈镶嵌式分布;其次是未利用地,主要分布在河流两岸及西北部。(2)黑河源区以低脆弱区和较低脆弱区面积为主,整体景观生态脆弱性较低。(3)黑河源区以健康和中等健康为主,整体生态环境健康水平较高。综合来看,黑河源区2014—2021年生态系统较为健康,今后黑河源区应该以生态功能为主,兼顾牧业生产,保证生态系统朝着“生态和谐”的健康方向发展。

论冰川颤痕

颤痕是冰川作用地区由冰川携带岩屑做周期性或间歇性运动在冰床基岩和冰碛石表面形成的新月形或弧形破裂形态,特征尺度一般不大于1 m。其主要形成机制类似Riedel构造模式中的(R)剪切破裂和(T)拉张破裂,且遵循脆性破裂原理。根据国内外文献报道和野外考察,从术语学角度将冰川颤痕分为狭义和广义两种。广义冰川颤痕,包括曲锥形擦口(狭义颤痕)、半月形裂口、新月形凿口、新月形裂纹和新月形断口5种。测量统计结果显示,23组新月形断口的排列间距,KS和JB检验均符合正态和伽玛分布(置信度95%),与岩石节理(破裂)的间距特征一致;25组新月形凿口和35组新月形裂纹的排列间距,KS检验符合正态分布和伽玛分布,JB检验不符合正态分布(置信度95%)。证明颤痕在空间分布上大体保持相等的破裂间距,基本符合饱和模式理论。颤痕的定向性、成组特征具有明确的环境意义,与擦痕、擦面的地貌组合是重要的冰川遗迹判别标志。缺少冰蚀地貌组合的孤立“颤痕”,不具有指示冰川作用的价值。近年报道的山东鲁山没有“颤痕”等冰川遗迹。

多时间尺度下黄河上游径流复杂度变化特征研究

研究黄河上游径流复杂度变化特征,对揭示区域径流演化规律具有重要意义。同时采用灵活样本熵和多尺度熵对该区域干、支流12个水文站1956-2015年的年、汛期及非汛期径流复杂性进行测度,分析不同时间尺度下径流复杂度变化特征。结果表明:黄河上游干流的年径流呈不显著减小趋势,汛期径流减小的同时非汛期径流增大。支流除湟水民和站外,其他站年、汛期及非汛期径流均呈显著减小趋势。在不同时间尺度下,黄河上游干流贵德站至兰州站、支流湟水民和站的年、汛期和非汛期径流复杂度差异明显,径流复杂度变化具有指示人类活动影响的作用。人类活动在单一时间尺度下对年和非汛期径流的影响作用强于汛期,在多时间尺度下对汛期径流的影响作用强于年和非汛期,而对湟水民和站径流的影响在不同时间尺度和不同时段下差异较大。同时使用灵活样本熵和多尺度熵能详尽测度径流复杂度的变化特征,识别人类活动影响强度的差异。基流对黄河上游年径流和非汛期径流的补给比例大于全流域,其变化对年径流有重要影响。

基于生态系统服务价值和景观生态风险的生态分区识别与优化策略——以祁连山国家公园青海片区为例

生态空间分区识别是支撑自然保护地生态资产管理的前提性和基础性工作。以祁连山国家公园青海片区(以下简称为“园区”)为例,集成遥感技术、地理信息模型方法、景观生态学方法、GIS格网法,分析了园区1998—2018年土地利用、生态系统服务价值、景观生态风险的时空演变特征,选用Z-score标准化构建了四类生态分区。结果表明:(1)草地占园区面积的55.00%以上,30年间(1998—2018年)园区土地利用之间转移总面积为102.49 km^(2)。(2)3个时期(1998年、2008年、2018年)园区生态系统服务价值(ESV)约为274亿元/a,单位面积ESV为172.94万元/km^(2)。不同ESV等级呈现“大分散、小集聚”的镶嵌交错分布格局,高寒河源湿地区和寒温带针叶林区为ESV的高值区。(3)3个时期园区景观生态风险指数(ERI)分别为0.2287、0.2286和0.2310,生态安全状态整体较好,景观生态风险以低生态风险等级和较低生态风险等级占主导地位,占园区面积的90.00%左右。人工牧草地、旱地、建设用地的景观生态风险等级较高。(4)结合生态系统服务价值和景观生态风险两个维度将园区划分为生态保障型生境修复区(I)、生态脆弱型特别保护区(II)、生态改良型发展利用区(III)和生态预防型保育涵养区(IV)四类生态分区,并提出差异化管控方案。

山地-绿洲“共轭型”生态牧场理念源起、概念框架与发展模式——以祁连山牧区为例

区域协调发展空间布局及耦合效应是国土空间治理现代化、区域生态保护和高质量发展绕不开的重要命题。本研究利用146户牧户访谈和21次管理部门调研资料,结合卫星遥感数据和文献资料,从“三生”(生产、生活、生态)视角爬梳祁连山草地畜牧业、河西走廊饲草种植业、牧户生计路径策略的历史源起和发展历程。在生态系统服务流理论指导下深入刻画了祁连山与河西走廊农牧耦合系统的空间联系,诠释了祁连山-河西走廊“共轭型”生态牧场概念框架与发展模式。研究认为:(1)2011年“草原生态奖补政策”实施以来祁连山地区植被覆盖度增加显著(P<0.05);传统牧业户、生态移民户的生计多样化指数分别是2.22和2.69,生计能力脆弱;外购草料、舍饲养殖、人工种草、异地借牧(秸秆补饲)、流转草原等是牧户落实草畜动态平衡的基础性生计策略,实现了祁连山草地畜牧业由超载过牧到“超载不过牧”的跨越式转型;(2)祁连山山地系统将生态系统服务(淡水资源供给)外溢至河西走廊绿洲系统以支撑饲草种植业发展,河西走廊饲草种植业提供优质饲草“反哺”祁连山草地畜牧业发展,二者构成了山地-绿洲“共轭空间”;借助外界物质能量输入路径的“虚拟草场”模式将祁连山牧业系统和河西走廊农业系统有机链接起来,既发挥了祁连山草地生态功能,又提升了祁连山牧区牧户维持可持续生计的能力,通过重构“生态-生产-生活”多功能协同权衡机制维持了祁连山生态畜牧业的高质量发展;(3)山地-绿洲“共轭型”生态牧场包括草地畜牧业、饲草种植业、“虚拟草场”三个子系统,通过构建子系统间的多维耦合、虚实交融和同生共存,实现了祁连山-河西走廊“共轭空间”农牧耦合系统的资源共享、优势互补和效益联动,是一种依据自然规律和经济规律探索出的迭代创新式生态牧场发展模式。

1960-2016年甘肃省极端气候事件变化特征

利用1960-2016年甘肃省31个气象站点的逐日平均气温、最高(最低)气温及日降水量资料,采用线性倾向估计法,根据选取的27个极端气候指数,分析了研究区域极端气候事件的时间变化趋势和空间分布规律.结果表明,霜冻日数、冰封日数、冷夜日数、冷昼日数、异常冷昼日数分别以-2.94、-2.16、-7.85、-4.5和-1.17 d/10 a的趋势减少;夏季日数、热夜日数、生长期、暖夜日数、暖昼日数、异常暖昼持续日数分别以5.69、6.23、5.23、7.05、5.57和0.89 d/10 a的趋势增加;月极值指数整体表现为增加趋势,月平均气温日较差整体表现为下降趋势.各极端气温指数的空间分布差异比较明显,甘肃中南部极端气温变化幅度明显大于西北部,河西走廊地区整体变化幅度较小.强降水量、特强降水量及降水强度均呈增加趋势,中(大)雨日数、持续干(湿)期与年总降水量均呈较小的减少趋势.河西走廊极端降水总量和强度表现为增加趋势,河东地区极端降水指数大部分呈下降趋势且变化幅度大,年总降水量减少趋势以陇中地区最为明显.

气候变化和人类活动对黄河上游径流影响的时空差异

在运用灵活样本熵测度黄河上游干支流12个水文站1960-2015年径流复杂性的基础上,量化多时间尺度下气候变化和人类活动对径流影响的贡献率,结果显示,近60 a来,黄河上游径流总体呈下降趋势,仅在部分时段和站点呈上升趋势.年径流量一致在1980年代中期到90年代初、2010年前后发生突变. 1986年后,气候变化和人类活动对黄河上游径流的影响时空差异显著,汛期、丰水期、春夏秋季径流在所有站点均以气候变化影响为主.年、非汛期、枯水期在干流贵德站至兰州站、支流湟水民和站以人类活动影响为主.复杂性测度适用于检测径流序列宏观突变和微观变化,据此量化气候变化和人类活动对径流影响的贡献率具有很好的可靠性,但各影响因子的贡献率和机制需深入分析.

近60a甘肃省旅游气候舒适度变化分析

基于甘肃省26个气象观测站1955-2015年平均气温、平均风速、相对湿度及日照时数等累年逐月数据,运用温湿指数、风效指数、着衣指数及综合舒适指数,分析了甘肃省气候舒适度时空变化特征.结果表明,近60 a来,甘肃省的温湿指数、风效指数及着衣指数的变化均朝着更宜旅游的方向发展;全省综合舒适指数共上升3.8,春、秋两季气候舒适性增强,夏季舒适性减弱;全省温湿指数、风效指数及着衣指数的变化规律具有空间差异性;除敦煌外,各地年综合舒适指数均为上升,且舒适度变幅随纬度升高表现出微弱的降低趋势;不同季节的综合舒适指数变化具有不同的空间特征;全省气候舒适度各等级的持续天数均发生变化,其中舒适等级增加13 d,不舒适等级减少14 d,适游期延长,不适游期缩短.

巴丹吉林沙漠高大沙山近地层温湿廓线与能量交换特征

利用兰州大学冰川与沙漠研究中心科学观测实验站2015—2016年获得的高大沙山微气象数据,分析了巴丹吉林沙漠温湿廓线结构、土壤分层温度、辐射通量等特征,利用组合法和一维热传导方程分别计算了湍流通量及土壤热通量。结果表明:(1)近地层大气自下而上呈现近似等温或逆温分布,冬季逆温层厚度大于夏季。(2)初次观测到逆湿现象,比湿夏季最大,冬季最小,秋季和春季次之,全年平均约为4.2 g·kg-1,高于塔克拉玛干沙漠。(3)土壤热通量在2月底至5月初振幅较大;感热通量具有显著的平均日变化特征,潜热通量平均日变化平稳,以0 W·m^(-2)为中心上下波动。能量交换以感热通量为主,陆-气温度差异是沙山感热通量变化的主要影响和控制因子。

基于地下水动态和经验模型的巴丹吉林沙漠潜水蒸发量级——以苏木吉林湖区为例

为确定巴丹吉林沙漠腹地湖区潜水蒸发对地下水排泄的贡献量级,以沙漠腹地的苏木吉林湖区为研究区,使用高分辨率影像、DEM和实测的地下水埋深提取了研究区湖泊水面、不同类型植被区及不同地下水埋深区的范围,基于地下水动态信息法和潜水蒸发经验模型分别计算了植被覆盖区和裸地的潜水蒸发量。结果表明:(1)同时期内芦苇观测点潜水蒸发量大于芨芨草-白刺观测点,且两者分别在生长中期、前期达到峰值。(2)同等大气蒸发条件下,苏木吉林湖区有植被覆盖的潜水蒸发总量比无植被覆盖条件下多16%~18%,仅使用裸地潜水蒸发经验模型计算会产生较大误差。(3)苏木吉林湖区潜水蒸发总量占湖区地下水排泄总量的11.3%~13.2%,证明潜水蒸发是巴丹吉林沙漠湖区水量平衡研究中不可忽略的关键因素之一。

巴丹吉林沙漠典型湖冰冻结-消融的空间模式差异

利用多源遥感数据解译、野外考察、原位观测等方法,分析了巴丹吉林沙漠腹地湖泊群湖冰冻结-消融空间模式及其差异的主要影响因素。结果表明:该沙漠存在4种冻结-消融空间模式,湖冰自湖岸蔓延至湖心、冻结早的区域融化晚;湖冰自湖岸蔓延至湖心、冻结早的区域融化早;湖冰自湖泊一岸扩展至另一岸、冻结早的区域融化晚;湖冰自湖泊一岸扩展至另一岸、冻结早的区域融化早。大部分面积较小湖泊的冻结-消融空间模式为从湖岸冻结至湖心,冻结早的区域消融晚。不同冻结-消融空间模式之间的差异反映了泉水与地下水对湖泊的补给作用,同一盆地内部或同一沙山两侧孪生湖泊湖冰物候特征的差异主要受湖泊形态特征、湖泊溶解性固体总量(TDS)、局地气候条件的影响,有泉水或地下水出露、TDS越低、水位越浅、风力越小的区域冻结越早。泉水、地下水与湖水混合后使湖水TDS降低,更易于冻结,这是巴丹吉林沙漠大部分湖泊冰的最初生成形式,表明巴丹吉林沙漠湖冰物候在一定意义上是湖泊群接受区域深层地下水补给的直接反映。

巴丹吉林沙漠湖泊对浅层沙含水量的影响

湖泊与高大沙山共存是巴丹吉林沙漠独特的自然景观,对其形成机制尚未形成共识。已有研究发现沙层含水量偏高的现象可能在高大沙山的形成中发挥了重要作用,但对其水分来源的研究尚不充分。本研究通过对沙漠腹地3个湖盆内气象要素和浅层沙含水量时空分布的对比,结合前人对水同位素和水分运移规律的研究,发现湖泊的存在大大增加了湖盆内空气相对湿度和浅层沙含水量的变化幅度,并影响了浅层沙含水量随高度的分布特征;相关分析表明,控制有湖湖盆浅层沙含水量变化的主导过程是气温升降引起的水分损失与补充,而干湖盆浅层沙水分补给主要来自风的平流输送。尽管沙丘分层含水量的长期定量观测仍有待开展,但现有证据表明巴丹吉林沙漠高大沙山沙层含水量偏高的现象很可能是湖泊蒸发的水汽以土壤吸附水汽或凝结水等形式逐渐运移至沙层内而形成,是湖泊-沙山体系长期共存、形成局地水汽平衡的结果。这为沙层水分来源研究提供了新的视角,也对沙漠腹地水资源开发利用有一定的参考意义。

基于土地利用变化的西宁市景观生态风险识别及优化策略

景观生态风险评价作为国土资源空间优化配置与生态资源管理决策设计的综合手段,为区域生态安全定量化评估提供了新思路。本研究分析了1980—2020年西宁市土地利用时空演变特征以及景观生态风险时空分异特征。结果表明:(1)草地占西宁市总面积的51%以上,以中/低覆盖度草地为主,1980—2020年耕地面积减少97.42 km^(2),建设用地增加103.89 km^(2)。(2)2000年以前土地利用结构相对稳定,2000年以来土地利用变化程度活跃。40年间耕地转出面积最大,为109.69 km^(2),建设用地转入面积最大,为104.44 km^(2)。(3)5个时期西宁市景观生态风险指数均在0.288左右,景观生态安全状况总体稳定,景观生态风险等级以低生态风险等级和较低生态风险等级为主,占西宁市面积的70%以上。(4)5个时期西宁市景观生态风险全局Moran’s I值分别是0.712、0.720、0.724、0.741、0.764,呈现以低-低聚集和高-高聚集为主的空间分布格局,空间自相关程度逐渐增加,空间趋同趋势不断增强。土地资源优化配置路径包括:科学估算土地利用结构中生产、生活、生态用地的规模阈值,避免生产、生活用地过度开发利用挤占生态空间,修复和改善草地、耕地资源质量,强化和提升林地资源生态功能和价值溢出效益,合理规划建设用地开发规模和强度,培育水域、建设用地景观生态廊道,适度增加建城区生态用地规模,可以保障西宁市生态安全格局健康稳定。

·干旱区内陆湖盆沙尘水平通量及粒度特征——以青土湖地区为例

内陆季节性湖盆是干旱区重要的粉尘来源地,其沙尘的排放会通过一系列的陆地-大气相互作用对区域气候及生态环境产生重大影响。以青土湖、南湖和红沙岗为研究对象,利用BSNE型沙尘仪采集沙尘物质,探讨不同地区沙尘水平通量和粒度特征。结果表明:5个测点平均沙尘水平通量表现为青土湖北(612.1 kg·m^(-2)·a^(-1))>青土湖南(84.6 kg·m^(-2)·a^(-1))>青土湖东(35.2 kg·m^(-2)·a^(-1))>红沙岗(11.0 kg·m^(-2)·a^(-1))>南湖(10.7 kg·m^(-2)·a^(-1)),随着高度增加,青土湖北和青土湖东沙尘水平通量快速降低,青土湖南和红沙岗的下降速度分别在0.5 m和1 m高度以上放缓,南湖先降后增;沙尘颗粒物主要为粉沙和极细沙,其次为细沙和黏土,除青土湖南外,其余测点随着高度的增加呈粉沙含量递增、细沙含量递减、平均粒径变细的趋势;5个测点总体表现为青土湖北平均粒径最粗,分选最好,峰态最窄,局地物质含量最高,随后依次为青土湖东、南湖、青土湖南、红沙岗。不同测点的沙尘水平通量和粒度特征存在差异主要是因为下垫面和沙尘来源不同,而风速、风向以及植被状况是导致沙尘水平通量和粒度特征随时间发生变化的重要原因,随风速增加,沙尘水平通量逐渐增加,平均粒径变粗。