三北工程黄土高原丘陵沟壑区森林降温增湿效果研究

生态系统可通过植被蒸腾与土壤蒸发作用调节区域温度与湿度。三北工程黄土高原丘陵沟壑区属于干旱和半干旱区,森林降温增湿功能有助于改善区域生存环境。在分析研究区森林覆被变化基础上,利用Penman-Monteith公式模拟了森林实际蒸散量,研究了森林增湿与降温效果。研究结果显示:(1)1980—2015年研究区森林面积增加了2.25%,主要来自荒草地、耕地和荒漠;(2)1980—2015年研究区森林6—9月实际蒸散总量为1.19×10~(10)—1.40×10~(10) t/a,平均实际蒸散量为219—257 mm,可使区域6—9月绝对湿度每日增加0.47—0.55 g/m~3,相对湿度每日增加2.87%—3.32%;(3)森林通过蒸散作用吸热量为29.15×10~(15)—34.26×10~(15) kJ/a,单位面积蒸散吸热量为53.72×10~8—63.13×10~8 kJ hm~(-2) a~(-1),通过蒸散吸热日降温量为0.92—1.08℃/d;(4)研究区森林蒸散量在1980—2010年逐渐增加,但在2015年明显下降,这主要是由降水减少导致;森林面积较大的山西和陕西森林蒸散降温增湿效果较好。通过对比相同年份不同土地覆被发现,森林实际蒸散量显著高于其他土地覆被类型。因此,未来研究区可在水资源承载能力范围内适当增加森林面积,充分发挥森林调节区域气候的作用。     

1961-2010年陇东参考作物蒸散量时空变化及气候影响因子

基于陇东地区15个气象站点1961-2010年的逐日气象资料,采用气候倾向率、偏相关分析、线性回归分析等方法,结合GIS空间分析技术中的反距离权重法(IDW),对各站不同时间和空间尺度的参考作物蒸散量(ET0)进行定量化分析,并研究其时空变化特征及气候影响因子.结果表明:近50年陇东地区年均ET0呈微弱下降趋势;夏季ET0显著减少,是造成年均ET0下降的主因,春季ET0明显增加,秋、冬季变化趋势不明显;各站点月均ET0变化趋势呈一致的单峰型;本区北部和中部年均ET0较大,西部较小;春季大部分地区ET0呈增加趋势,夏季全区ET0呈减少趋势,秋、冬季各站变化趋势不明显;ET0的变化与相对湿度和降水量呈负相关,与温度、日照时数和风速呈显著正相关;日照时数、风速和相对湿度为影响本区ET0的主要气象因子.     

辽河三角洲湿地生长季蒸散量时空格局及影响因素

蒸散是湿地系统水分损失的重要途径之一,有效量化湿地蒸散量并对其时空格局进行研究具有重要意义。本文以Landsat数据和气象观测数据为基础,利用SEBAL模型估算辽河三角洲湿地1985—2017年共8期植被生长季的蒸散量,并分析其时空格局和影响因素。结果表明:(1)反演得到的蒸散量平均相对误差为9.01%,估测值与实测值相关系数为0.61,基本满足湿地蒸散研究需求;(2)研究区多年日蒸散量均值和相对变化率整体呈双峰态势,极小值出现在2005年,极大值出现在1989年和2014年;(3)日蒸散量具有水陆交界处最低、西部较低、中东部和南部高的趋势,具有显著的空间分异特征;(4)不同土地利用/覆被类型的蒸散量大小依次为:水体区湿地植被区非湿地植被区非植被区(除水体外),多年不同土地利用/覆被类型的蒸散量变化也呈双峰态势,日总蒸散量变化与土地利用转型有关,土地利用/覆被是导致湿地蒸散时空分异的重要因素;(5)平均蒸散量与太阳辐射、气温、风速、相对湿度四个气象因子加权值显著相关,相关系数为0.69,两者年际波动趋势基本一致,蒸散量变化与气象条件变动联系密切。     

西北旱区1961-2011年参考作物蒸散量的时空分异

全球变化背景下分析参考作物蒸散量的变化特征,对于农业生产和水资源管理等有重要指导意义。根据西北旱区152个气象站点1961—2011年气象资料计算参考作物蒸散量(ET0),分析了其空间分布及时间变化趋势,并探讨了其变化原因。1961—2011年西北旱区年均ET0为1100.4 mm/a,但存在空间变异,低值出现在黄土高原南部区域,高值出现在西北部沿东南-西北方向的条带上。ET0整体呈不显著的上升趋势,但64和36个站点分别呈显著的上升和下降趋势;西北旱区ET0发生突变的年份东部较西部晚。ET0的时空变异是气象因子时空变化的组合效应,ET0对相对湿度和最高温度的变化最敏感,但过去50a ET0变化中风速和最高温度的贡献率最大。西北旱区ET0的变化发生了重要改变,由2000年以前的下降趋势转变为目前的上升趋势,可能加剧该区的水资源短缺状况,需引起足够的重视。     

黄土高原1961-2009年参考作物蒸散量的时空变异

基于48个站点的气象数据,对黄土高原1961—2009年参考作物蒸散量的空间分布特征和时间变化趋势进行了分析。结果表明,黄土高原年均参考作物蒸散量为1060.3 mm,西北部高于东南部,最低值出现在西南区。1961—2009年整体呈上升趋势,年均增幅1.3 mm;春季变化最显著,冬季变化最小。ET0在1994年发生上升趋势的突变,之后上升趋势一直非常显著。湿度和温度是最重要的影响因子。ET0不断增长而降水呈降低趋势,这将恶化该区水资源短缺的问题,需要采取一定的措施来减缓气候变化带来的负面影响。     

低丘红壤区稻田实际蒸散特征及其气象影响因素

本研究分析了低丘红壤地区晚稻全生育期田间气象观测数据,阐明了水稻各生育期实际蒸散量特征及规律,采用通径分析方法与Beven敏感性公式对比研究了气象因子对实际蒸散的影响。结果表明:全生育期蒸散实测值为290.6 mm,其中移栽-分蘖期实测蒸散量最大,为96.9 mm,占全生育期蒸散量的33.3%;逐日蒸散整体呈现先增加后逐渐减小的趋势,高峰期出现在水稻分蘖中后期;一天中稻田蒸散逐时动态变化总体遵循"早晚低、中午高"的倒"U"单峰型变化规律,天气条件和生长期不同时也会产生一定的差异;通径分析与敏感性分析表明,净辐射、相对湿度等气象因子具有较高的总贡献系数和敏感性系数,是影响该区稻田蒸散的主要气象因素;其次为最高气温、最低气温、平均温度3个温度因子,而风速对蒸散的影响作用较小;蒸散量变化与气象因子间的关系存在时间尺度差异,相比于逐时尺度,逐日尺度上各气象因子对实际蒸散量的影响效果更为明显。     

浑太流域实际蒸散的时空变化特征及影响因素

基于浑太流域1970—2006年气象、水文资料,采用参数率定后的平流-干旱（AA）模型计算浑太流域蒸散.根据水量平衡法得到的蒸散结果对模型的原始参数进行调整,并在4个子流域进行验证.采用线性趋势分析、滑动平均法、克里金插值、灵敏度分析方法研究浑太流域蒸散的时空变化和影响因素.结果表明： AA模型经验参数（0.75）在浑太流域上的计算误差为11.4%,表明AA模型在浑太流域上是可行的;浑太流域年均蒸散量为347.4 mm,并以1.58 mm·(10 a)^-1的速率略呈上升趋势,但上升趋势不明显,年内呈单峰变化,峰值出现在7月;季节变化上,夏季最大,冬季最小,春季高于秋季;整个流域实际蒸散量呈现从西北至东南逐渐减少的分布特征,但差异不大;净辐射是影响浑太流域蒸散变化的主导因素.
     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅸ.中国农业气候资源时空变化特征

利用中国558个气象台站1961-2007年地面气象观测资料,分析了不同区域农业气候资源变化的差异,并分析和比较了1961-1980年(时段Ⅰ)和1981-2007年(时段Ⅱ)的农业气候资源变化特征.结果表明： 与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ中国年均气温增加了0.6 ℃,喜凉作物生长期内≥0 ℃积温和喜温作物生长期内≥10 ℃积温分别平均增加123.3和125.9℃·d;1961-2007年,年均气温增幅最大的区域是东北地区,喜温作物生长期内≥10 ℃积温增幅最大的是华南地区.对全国而言,与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ在全年、喜凉和喜温作物生长期内日照时数分别减少了125.7、32.2和53.6 h;1961-2007年,长江中下游地区年日照时数的减幅最多,喜凉和喜温作物生长期内日照时数减少量最大的地区分别是华北和华南地区;在全年、喜凉和喜温作物生长期内,中国的降水量和参考作物蒸散量总体均表现为减少趋势,其中,华北地区在全年、喜凉和喜温作物生长期内降水量的减幅均最大,长江中下游地区参考作物蒸散量在全年和喜温作物生长期内的减幅最大,西北地区参考作物蒸散量在喜凉作物生长期内的减幅最大.研究期间,中国气候在全年和喜温作物生长期内总体表现为暖干趋势,其中,喜温作物生长期内西南、华北和东北地区为暖干趋势,长江中下游、西北和华南地区为暖湿趋势,喜凉作物生长期内华北地区为暖干趋势,西北地区为暖湿趋势.     

2000-2015年锡林郭勒盟防风固沙服务功能变化驱动因素分析

防风固沙服务功能是干旱和半干旱地区生态系统提供的重要防护性功能,探索其时空演化及其驱动机制对于区域生态治理具有重要意义;但目前研究对其空间格局形成及演化过程中自然和人为因子的贡献及交互作用仍缺乏准确认知。以锡林郭勒盟为研究区,采用修正风蚀模型评估其2000-2015年防风固沙服务功能时空变化,应用地理探测器模型分析自然和人为因子对该区域防风固沙服务功能空间格局形成及演变过程中的贡献及交互作用。结果表明：①防风固沙服务功能空间分布差异显著,呈现为东南部温带落叶阔叶林、灌丛区域高,东北部草原草甸地区较高,西部荒漠区域低的分布格局;防风固沙服务功能转移以低功能区向中低功能区转移为主;防风固沙量总体上呈增加趋势,增加区域面积为115104 km²,减少区域面积为84756 km²。②土壤类型在锡林郭勒盟防风固沙服务功能空间分布格局中发挥最重要的作用,其P_D,SF值最高且与其它因子具有显著性差异,植被类型、人工造林面积、牲畜数量、年均风速等因子对防风固沙量空间分布影响较强。③防风固沙服务功能变化区域的2000-2015年动态地理探测结果显示土壤类型、植被类型均具有较高的解释力且相对稳定,功能增强区域年均风速、降水量等气候因子的P_D,SF值呈现出减少区域,人为因子表现先增加后减少趋势,功能减弱区域变化趋势大体与之相反,探测因子之间交互作用显著。     

汶川大地震灾害对区域生态系统的影响——以青川、平武和茂县为例

利用Landsat—TM／CBERS遥感数据和1：25万高程数据,分析汶川特大地震灾害前、后土地利用／土地覆被变化。为了研究地震对区域生态系统的影响,定量对比分析了重灾区青川、平武和茂县主要土地利用／土地覆被的特征,计算不同坡度和坡向影响下土地利用／土地覆被类型变化。得出以下结果：（1）地震后造成区域内有林地、草地和耕地面积减少;疏林地面积增加。有林地、草地和耕地分别减少了92．09、46．98km^2和30．81km^2;疏林地增加了98．81km^2。（2）研究区自然和耕地生态系统受地震影响明显。通过对3县自然和农田生态系统分析,青川林地、草地和耕地生态影响最严重;平武和茂县也存在不同程度影响。（3）在不同的坡度下,土地利用／土地覆被类型在〉35°坡度段受地震影响面积变化最大,依次是0～8°、15～25°、8～15°和25～35°坡段。这与震后诱发的崩塌、滑坡、水土流失等次生灾害,促使大量覆被携带山体、岩石整体或局部的、不规则的运动有关。在不同坡向下,土地利用／土地覆被类型在半阴坡坡向受地震影响面积变化最大,其次是半阳坡、阴坡和阳坡;这与区域内不同坡向上的土地利用／土地覆被类型优势度相关。     

泾河流域上游土石山区和黄土区森林覆盖率变化的水文影响模拟

泾河流域上游是黄土高原的重要水源地和退耕还林工程区,在较大空间尺度上定量评价区内森林覆盖增加的水文影响对科学指导林业生态环境建设、保障区域水安全和可持续发展均有重要意义。为了在尽量排除地形、土壤、气候等作用的基础上定量评价森林的影响,将泾河上游划分为土石山区和黄土区,分别制定了多种森林恢复情景,利用分布式流域生态水文模型(SWIM)模拟评价了森林覆盖率及其空间分布变化对流域年蒸散量、年产流量、年地下水补给量、年土壤深层渗漏量及日径流洪峰的影响。土石山区模拟结果表明,增加森林覆盖将增加流域蒸散和减少流域产流,如现有森林覆盖(占全流域面积比例为13.8%)情景与现有森林变为草地(占全流域面积比例为0)情景相比时,流域年蒸散量从445.4 mm变为427.7 mm(减少了17.4 mm和4%);年产流量从42.4 mm变为53.5 mm(增加了11.1 mm和26.3%),年地下水补给量从61.6 mm变为76.9 mm(增加了15.3 mm和24.8%),年深层渗漏量从72.9 mm变为88.3 mm(增加了17.7 mm和24.3%);平均森林覆盖率每增加10%,导致流域年蒸散量增加12.8 mm,年产流量减少8.0 mm,年地下水补给量减少11.1 mm。在比较干旱和土层深厚的黄土区,增加森林覆盖将同样增大流域蒸散和减少流域产流,但变化幅度明显小于降水相对丰富和土层浅薄的土石山区,平均森林面积增加10%导致流域年蒸散量增加9.0 mm,年产流量减少4.5 mm,年地下水补给量减少8.8 mm;此外,在较缓坡面造林的水文影响大于较陡坡面造林。从森林水文影响的年内变化来看时,森林覆盖率升高的水文影响在土石山区和黄土区也有差别,如土石山区5—7月份的蒸散显著增加,5—10月份的深层渗漏均有减少;而黄土区是蒸散量在5—10月均有增加,深层渗漏在7—10月份显著减少。另外,土石山区森林覆盖率增加对日径流峰值的影响不显著,而黄土区则能明显削弱,这可能主要是因土石山区的高石砾含量土壤的渗透性能明显高于黄土区的黄土,而黄土区的森林能够明显改善土壤入渗性能和减少地面径流形成。     

黄龙山森林植被地上碳储量时空变化及驱动力

快速准确地估计植被地上碳储量及其动态变化,对评估森林固碳能力具有重要意义。以陕西省黄龙林区森林为研究对象,基于样地实测和卫星遥感数据,建立黄龙山林区植被地上碳储量模型,实现研究区2000-2021年长时间序列的森林植被地上碳储量的反演及时空分异研究。结果表明：（1）黄龙山森林植被地上碳储量平均值总体呈波动上升趋势,碳储量高于全省平均水平。（2）研究区东部、南部、中部及西北部是植被地上碳储量高值分布地区,且呈增加趋势;而东北部、西部和西南部植被地上碳储量较低,且呈减少趋势,研究区22年间森林植被地上部分固碳量增加,生产力提升。（3）年均温、年蒸散发量、年降水量和海拔是2000-2021年影响研究区森林植被地上碳储量空间分异主要因素;任意两个因子间的交互作用对黄龙山森林地上碳储量影响都大于单个因子,表明黄龙山森林植被地上碳储量在不同时间的空间分布受多种因素共同作用。年降水量对其空间分布影响逐渐减小,森林稳定性提高。研究在信息有限的基础上提出了快速估算地区植被地上碳储量的方法,了解了地区森林植被地上碳储量时空分异情况及其驱动因素,为掌握地区植被地上碳储量信息、评估森林固碳能力提供了重要依据。     

Differences in distribution patterns around river confluences among hydrophilic vegetation groups

In riparian areas, the distribution patterns of plant species are generally considered to depend on their flooding tolerance. Areas around river confluences are known to experience frequent and/or strong flooding events and provide diverse habitats for plants in riparian areas. However, the degree to which hydrophilic vegetation types increase their distribution around confluences may depend on their flooding tolerance. To test this hypothesis, we compared patch numbers and total areas of ten vegetation groups between confluences and single-flow areas. The vegetation groups were classified on the basis of life form and morphology of dominant species. Additionally, we compared total area of natural bare ground (an index of flooding disturbance) between confluences and single-flow areas. We found that patch numbers of annual grass, forb, and vine, perennial grass and forb, and riparian forest vegetation, as well as total areas of annual forb and vine, perennial grass and forb, bamboo and riparian forest vegetation, and natural bare ground, were greater around river confluences than in single-flow areas. On the other hand, patch numbers of shrub vegetation and total areas of annual grass, perennial vine, willow, and shrub vegetation decreased around confluences. These results suggest that confluences enhance diverse, but not all, types of habitat for hydrophilic vegetation. Thus, river confluences are a key element in maintaining diverse riparian vegetation.     

黑河流域植被水分利用效率时空分异及其对降水和气温的响应

植被水分利用效率(WUE)是衡量植被生态系统碳水耦合关系的重要指标,研究其时空分异特征对区域水资源合理利用及配置有重要意义。基于改进的光能利用率模型CASA,模拟估算了黑河流域2000—2013年植被净初级生产力(NPP),结合ETWatch模型估算的黑河流域2000—2013年蒸散数据ET,进一步估算了黑河流域植被水分利用效率WUE。分析了黑河流域NPP、ET和WUE空间格局和时间变化特征,探讨了WUE变化对降水和气温的相关性。结果表明:1)黑河流域空间上植被NPP在2000—2013年多年平均值为81.05 gC m^-2 a^-1,ET平均值为133.38 mm,植被WUE平均值为0.448 gC mm^-1 m^-2。植被NPP、ET与WUE的空间格局基本上类似,均呈现出自上游至下游逐渐减少的分布格局。2)黑河流域2000—2013年间植被平均NPP与平均WUE均呈现显著上升趋势(P<0.05),而ET平均值变化不显著。WUE年际变化斜率与其平均值在空间分布上存在一定的对应关系,空间上植被WU...     

长江流域陆地植被总初级生产力时空变化特征及其气候驱动因子

长江流域是我国重要的工农业生产区和生态安全屏障。深入开展长江流域陆地植被总初级生产力（GPP）时空变化特征和驱动因子研究,对了解变化环境下区域植被生长状况和生物固碳能力、掌握生态环境质量具有重要意义。基于MODIS GPP遥感数据产品、土地利用和气象观测数据,采用趋势分析和偏相关分析法,系统研究了2000-2015年间长江流域陆地植被GPP时空变化特征,探讨了不同二级水资源区内气候因子对GPP变化影响的空间差异,揭示了不同土地利用类型GPP变化特征以及气候因子作用。结果表明：1）长江流域陆地植被覆盖区GPP在0.3-2765 gC m^-2 a^-1之间,均值约990.46 gC m^-2 a^-1,多年平均GPP总量为1.735 P gC;2）近年来,长江流域GPP呈不显著上升趋势,趋势率为2.39 gC m^-2 a^-1。空间上,GPP上升区和下降区分别占总流域面积的68%和32%。各二级水资源区内,除了洞庭湖流域和太湖流域GPP呈下降趋势外,其他区GPP均呈上升趋势;3）不同土地利用类型GPP均值在198.50-1276.90 gC m^-2 a^-1之间。各土地利用类型中除水田GPP呈微弱下降外,其他均呈上升趋势,尤其是高、中、低覆盖度草地GPP上升趋势较为显著;4）不同气候因子对植被GPP变化的影响程度在不同二级水资源区、不同土地利用类型间均存在一定差异,但就长江流域整体而言,GPP年际变化受温度影响显著,其次是蒸发,而降水等其他气候因子的影响不大。     

黄河三角洲湿地不同景观类型影响下植被与土壤因子的空间分布特征

以黄河三角洲湿地为研究区,结合遥感影像和实地调查数据,构建湿地景观类型和主要影响因子的空间分布格局,解析不同景观类型下的植被及土壤因子的空间分布特征以及耦合关系.结果表明:农田、湿地植被区是研究区内面积最大的景观类型,分别占有46.87％、20.6％,而植被覆盖贡献率59.07％、37.62％,生物量贡献率59.08％...     

玛纳斯河流域NPP时空变化及其生物多样性维护功能重要性评价

基于植被净初级生产力(NPP)法开展干旱区流域生物多样性维护功能重要性评价可为区域生态安全建设提供科学依据。基于玛纳斯河流域MODIS13Q1数据和环境数据,利用卡内基-艾姆斯-斯坦福方法模型(CASA)估算2001—2020年流域植被NPP,结合地形因子构建流域生物多样性维护功能重要性评价模型,利用地理探测器分析气候、地形、土壤类型等因子对流域NPP的空间异质性影响。研究结果表明：(1)近20年,流域植被NPP均值呈上升趋势,高值集中于山地区低山丘陵带和绿洲区中部,低值区分布于荒漠生态区;(2)从流域不同土地利用类型的NPP均值看,耕地>林地>草地>建设用地>未利用地>水域;(3)流域生物多样性维护功能的一般重要区、中等重要区、重要区和极重要区的数值范围为：0—0.12、0.12—0.22、0.22—0.47和0.47—0.84,分别占流域总面积的20.17%、20.14%、19.91%和19.85%,山地区低山丘陵带和绿洲区中部是流域生物多样性维护功能的极重要区;(4)年平均降水、土壤类型是流域NPP空间分异解释力最强的因子;各因子的影响呈非线性增强及...     

Climate and vegetation in China III water balance and distribution of vegetation

Distributions of 29 vegetation types in China as a function of climatic humidity or aridity were analysed using Thornthwaite's system, by employing meteorological records from 671 stations in China. The annual potential evapotranspiration and the humidity/aridity indices were calculated for every station, and distribution maps of water deficiency, water surplus and moisture index (Im) were constructed. The Im map showed that arid areas (Im<0) occupied about 56% of the country. The effect of the difference in soil water storage capacity on Thornthwaite's indices was examined, and Im values were found to differ little, although some differences were observed in actual annual evapotranspiration, water deficiency and water surplus values. Correlations between Im values and distributions of 29 vegetation types, identified from a vegetation map with a scale of 1/4000000, were investigated. The distributions of desert, steppe, woodland, deciduous forest and evergreen forest corresponded to Im values of below −40, −40–−20, −20-0, 0–60 and over 60, respectively. In addition, climatic factors delimiting the northern distribution of evergreen broadleaf forest were investigated, and it was clarified that the northern limit was restricted by combined hydrothermal conditions, and not by the low temperature in winter.     

水热积指数的估算及其在中国植被与气候关系研究中的应用

试图利用大气年平均气温、年降水量、可能蒸散和土壤水分平衡之间的关系建立一个水热积指数,并应用年平均气温、年土壤水分盈亏值和水热积指数三个气候变量来限定植物群落组合,构成一个圆形的生命-气候图式。根据全国689个标准气象台站的气候资料,计算了中国8个植被地带和26个亚地带的年平均气温、年土壤水分盈亏和水热积指数,绘制了各气候指标在中国的分布图及散点图,较好表现了中国各植被类型与气候指标的关系和格局,包括寒温带针叶林、冷温带针阔叶混交林、暖温带落叶阔叶林、亚热带常绿阔叶林、热带雨林和季雨林、温带草原、温带荒漠、青藏高原高寒植被,并得到了中国各植被地带的气候指标范围及界限。通过分析可以看出,年平均气温的等值线较好地反映了中国大陆的热量梯度,经度和纬度方向的区分均较明显;年土壤水分盈亏曲线的等值线则比较零乱;综合了热量和水分差异的水热积指数等值线与热量梯度和水分梯度均有一定的对应性,与植被类型的对应也较好。这是在宏观尺度上进行的植被与气候关系研究的一种尝试。