近60a来内蒙古降水量时空变化分析

利用内蒙古自治区101个气象站点1960-2018年的逐月降水量数据,采用距平法、Mann⁃Kendall突变检验、滑动T检验和小波分析法,讨论全区降水量变化趋势、突变、周期及时空变化格局。结果表明:近60 a平均降水量为330.1 mm,以0.56 mm/10 a的速率缓慢上升,但季节分配极不均匀,主要集中在夏季,占全年的66.9%;空间上,全区年和夏季降水量趋势呈西部、东北局部上升,中部和东部大部分地区下降的格局;全区年和夏季降水量突变点一致,均出现在1989年、1998年和2011年,导致1990-1998年和2012-2018年间降水量偏多,而1960-1989年和1999-2011年间偏少;在相对湿润的1990-1998年间,400 mm等降水量线从新惠镇向北扩张约370 km,而在相对干旱的1999-2011年间,其由上都镇向东萎缩约480 km;年和夏季降水量经历了6次丰枯交替,主周期主要集中在8 a-11 a,占比28.9%;降水量偏多时段主要受到西北太平洋气旋式环流的水汽输送和内蒙古东北部冷涡活动的共同作用,偏少时段主要是受到蒙古国上空反气旋式环流增强的影响,削弱了东亚夏季风的北进。

基于GEE的大青山国家级自然保护区NDVI变化及影响因素分析

区域植被动态变化研究是国家级自然保护区生态环境效益评估的重要手段之一。基于谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE)云平台,使用Landsat遥感影像提取1995—2020年内蒙古大青山国家级自然保护区逐年植被生长季归一化植被指数(Normalized difference vegetation index,NDVI)数据集,采用皮尔逊相关性、残差分析和Lindeman-Merenda-Gold(LMG)模型等方法对该保护区设立前后的NDVI时空变化特征及其影响因子进行了分析。结果表明:(1)1995—2008年NDVI呈下降趋势的区域面积占比为69.04%,而在2008—2020年NDVI呈上升趋势的区域占比高达94.98%,研究区成为国家级自然保护区以后植被明显好转。(2)1995—2008年负向人类活动与气候暖干化趋势导致实验区植被NDVI的减少,其中气候暖干化趋势是主导因素。(3)降水量的增加和正向人类活动驱动了2008—2020年实验区植被NDVI的增加。其中,以生态环境保护工程为代表的正向人类活动是该时间段植被恢复的主要原因。研究结果可为大青山国家级自然保护区环境治理与生态工程建设提供科学依据。

ERAERA5、GLDAS和FLDAS土壤湿度数据在内蒙古地区的适用性评价

土壤湿度是地球系统模拟的重要参数之一,在气候变化和干旱研究中起着不可忽视的作用。利用2011-2013年内蒙古农作物生长发育和农田0~10 cm土壤湿度旬值数据,结合相关系数、偏差、均方根误差和DISO等统计指标,评估美国全球陆面数据同化系统(GLDAS)、欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料(ERA5)和美国国家航空航天局NASA发布的全球高分辨率陆面数据同化系统(FLDAS)等三套土壤湿度数据在内蒙古的适用性,旨在选出一种适用于研究内蒙古土壤湿度时空特征的大范围、长时间序列的替代资料。结果表明:在年尺度上三套产品数据空间分布与观测数据基本一致,均能体现内蒙古土壤湿度东湿西干的空间分布格局。其中ERA5与观测数据的相关性最高,但是误差较大;在月尺度上ERA5和GLDAS两套数据均能较好地捕捉和刻画土壤湿度随时间的变化特征。ERA5数据在各月与观测值的相关性较好,而GLDAS数据的误差更小;整体上来看,GLDAS、FLDAS、ERA5与观测数据之间的相关系数分别为0.93、0.68、和0.96,NAE分别为0.031、0.013、0.022,NRMSE分别为0.032、0.014、0.023。ERA5与观测数据之间的DISO距离值最小,为0.045,其次是GLDAS,FLDAS数据最差。研究结果可为内蒙古土壤湿度研究及应用提供理论依据。

干旱对锡林郭勒草原植被净初级生产力的影响

为了探讨干旱对锡林郭勒草原植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的影响,本文基于2000~2020年12个月尺度的标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)和同一时期的MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)NPP数据,运用Theil-Sen趋势分析和Mann-Kendall非参数检验方法对干旱与NPP时空变化特征进行分析,并采用相关分析方法探讨干旱对锡林郭勒草原NPP的影响。结果表明:锡林郭勒草原气候整体呈湿润趋势,东部较西部更为明显;NPP呈增加趋势,由东北向西南递减;SPEI与NPP呈正相关的面积达99.88%,说明植被状况随着干旱的缓解整体趋于好转;时间上,SPEI与不同植被类型NPP均呈显著正相关,其中相关性最大的是典型草原;干旱的发生会造成NPP损失,其减少幅度随干旱强度和面积的增加而上升。研究结果可为应对气候变化、抗灾减灾等工作提供科学依据。

基于GEE的翁牛特旗土地沙漠化遥感监测

基于谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE),通过提取归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)和地表反照率(Albedo)两个参量,构建NDVI-Albedo特征空间,对翁牛特旗1991—2015年沙漠化进行监测,并利用地理探测器结合自然和人为因子分析翁牛特旗沙漠化驱动因子及其影响力。结果表明:(1)翁牛特旗土地沙漠化经历了先发展后逆转的演变进程。1991—2000年为发展期,沙漠化土地总面积增加了2130.29 km^(2);2000—2015年为逆转期,沙漠化土地总面积减少了3364.61 km^(2)。(2)翁牛特旗沙漠化严重的区域主要是分布在中东部以及北部的西辽河平原地区,而西南区域的冀北辽西山地大部分区域沙漠化程度较轻。(3)自然因子和人为因子共同驱动翁牛特旗沙漠化演变过程。地形和沙源是翁牛特旗沙漠化土地空间分布格局形成的主要原因;翁牛特旗1991—2000年沙漠化发展是在自然条件不利的背景下人口增加所带来的环境压力造成的结果,而2000—2015年沙漠化逆转是在自然条件利好的背景下一系列防沙治沙政策有效实施的结果。

基于GEE的奈曼旗植被覆盖时空演变及驱动力分析

借助谷歌地球引擎平台(GEE),计算1991-2020年奈曼旗植被覆盖度(FVC),并利用Sen氏斜率趋势分析方法对FVC时空演变特征进行分析。结合同期气象数据,运用偏相关与残差分析方法,定量评估FVC对气候因子、人类活动的响应关系。结果表明:1991-2020年奈曼旗FVC呈波动上升趋势,空间上FVC呈现南北高、东西低的分布格局;1991-2020年奈曼旗植被覆盖各个等级相互转化,植被覆盖“低转高”的面积远大于“高转低”,表明奈曼旗植被恢复状况良好;气候因子并非研究区FVC变化的必然结果。相反,人类活动则是30年间FVC变化的主要驱动因素。研究结果可为奈曼旗生态环境建设和可持续发展提供科学参考依据。

基于核温度植被干旱指数的内蒙古植被生长季生态干旱监测

生态干旱监测对区域生态系统水资源状况评估和保护十分重要。本研究以内蒙古为研究区,使用核归一化植被指数(kNDVI)改进温度植被干旱指数(TVDI),构建了一种新的生态干旱指数——核温度植被干旱指数(kTVDI),基于此,利用分段线性回归模型、Sen趋势分析(Theil-Sen median)、曼-肯德尔检验(Mann-Kendall)和赫斯特指数(Hurst)等方法分析2000—2022年间内蒙古生态干旱的时空分布特征和未来变化趋势。结果表明:相较于TVDI,kTVDI的生态干旱监测能力更强;2000—2022年间,内蒙古植被生长季kTVDI呈下降趋势,但变化不显著,在2016年发生突变,突变后的湿润趋势更为明显;研究期间,内蒙古23.6%地区的生态干旱呈加剧趋势,46.5%地区的生态干旱缓解;未来,生态干旱在内蒙古东部地区存在加剧、在中西部地区存在缓解的可能。

放牧强度对内蒙古典型草原土壤磷素的影响

以内蒙古阿巴嘎旗典型草原为研究区,在长期轻度、中度和重度放牧3个放牧草场采集0-30cm深度土壤样品,并以禁牧17a的草场样品为对照,通过实验室测试并分析2010和2016-2021年土壤速效磷和全磷含量的变化及其影响因素。结果表明,绝大多数年份的土壤速效磷含量随着放牧强度的增加而减小,随着土层深度的增加而降低;而土壤全磷含量不随放牧强度变化。相关分析显示,放牧强度与土壤速效磷含量呈显著负相关(P<0.05),与全磷无显著相关性。可见,重度放牧不利于土壤速效磷的积累。

放牧强度对典型草原土壤团聚体机械稳定性的影响——以内蒙古阿巴嘎旗草原为例

以内蒙古锡林郭勒盟阿巴嘎旗草原为研究区,分析了围栏禁牧(17a)、轻度放牧、中度放牧和重度放牧对土壤团聚体粒径组成及土壤团聚体机械稳定性的影响。结果表明:1)在各放牧草场中,粒径>0.25mm的土壤大团聚体含量(70%-95%)远高于<0.25mm的微团聚体含量,而且随着放牧强度的增加,大团聚体含量呈递减趋势。2)在0-50cm各土层中,中度放牧草场的土壤团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)高于其它放牧强度草场,有利于维持土壤大团聚体稳定性;土壤团聚体分形维数(D)则随着放牧强度的增加而增大,重牧草场的分形维数达到最大,说明土壤团聚体稳定性差;中牧草场粒径>1mm土壤团聚体含量与团聚体稳定性之间显著相关。因此,从土壤结构角度而言,中度放牧是内蒙古典型草原适宜的放牧强度。

乌兰布和沙漠晚第四纪以来环境演化研究进展

乌兰布和沙漠晚第四纪以来环境演化呈现湖泊与沙漠多次反复的更替模式,湖相层与松散风成砂层迭覆出现。湖泊发育时间段为120—90 ka、60—50 ka、40—20 ka和8—5.5 ka;沙漠扩展时间段为150—130 ka、90—60 ka、50—40 ka、20—10 ka和5.5 ka—近现代时期。由于时空尺度差异,构造活动、气候变化和黄河变迁是更新世以来乌兰布和沙漠环境演化的主要原因,直到全新世晚期人类活动加剧了沙漠的进一步扩张。乌兰布和沙漠环境变化剧烈,成为中国北方地区的关键地带。未来研究需准确提炼科学问题,丰富时空尺度和测年方法,将湖岸阶地剖面与岩芯相结合,以准确认识复杂的沙漠化过程,这在应对气候变化、生态文明建设和区域可持续发展等方面将发挥关键作用。