1960-2011年陕西省年内降水分配非均匀性特征及预测

根据陕西省19个气象站点1960-2011年逐日降水资料,利用反距离加权插值、气候趋势系数、M-K突变检验、Morlet小波分析、相关分析、合成分析和R/S分析等方法对陕西省年内降水集中度和集中期变化特征及其未来变化趋势进行分析.结果表明:1960-2011年,陕西省年内降水集中度为0.44 ～0.66,总的分布特征是南北高、中部低,而年内降水集中期变化于18.32 ～22.37旬,地域差异较小;年内降水集中度呈增加趋势,而年内降水集中期呈提前趋势,且二者的变化趋势均存在明显的区域差异;年内降水集中度在1974年发生减小突变,而年内降水集中期在1962年发生推后突变;年内降水集中度和集中期的变化并没有一个固定周期,而是大、中、小多种周期尺度相互嵌套,具有较强的时频局部特征;年降水量与年内降水集中度在全省表现出一致的正相关,而与年内降水集中期除在陕北的横山呈微弱的负相关外,在其他地区均呈正相关;多水年与少水年降水集中度的空间分布均呈南北高、中间低的特征,而多水年和少水年的降水集中期空间分布差异较大;年内降水集中度和集中期的未来变化趋势将与过去52年的变化趋势保持一致.     

基于年降水、生长季降水和生长季蒸散的高寒草地水分利用效率

水分利用效率是深入理解生态系统碳、水循环间耦合关系的重要指标。以前研究青藏高原的水分利用效率多基于年降水量(AP)来分析, 但植物对水分的利用主要在生长季。该研究采用以AP、生长季降水量(GSP)和生长季蒸散量(ET_gs)分别计算的年降水利用效率(PUE_a)、生长季降水利用效率(PUE_gs)和生长季水分利用效率(WUE_gs), 分析了2000-2010年间青藏高原两种主要植被类型高寒草甸和高寒草原PUE_a、PUE_gs和WUE_gs的差异及其与降水量、蒸散量和气温的关系。结果表明: (1)高寒草甸的PUE_a、PUE_gs均大于高寒草原, 但两种草地类型的WUE_gs无显著差别, 这说明两种草地类型可能存在相似的内在的水分利用效率。(2)从年际动态来看, PUE_a和PUE_gs的波动范围相似, 而WUE_gs的波动范围更大, 说明以蒸散为依据的WUE_gs可能比PUE_a和PUE_gs更敏感, 因而可能更好地反映生态系统的水分利用能力。(3)高寒草甸和高寒草原的PUE_a、PUE_gs和WUE_gs分别与AP、GSP和ET_gs呈单调递减趋势, 表明3种水分利用效率均随降水量或蒸散量的增加而降低。高寒草原的3种水分利用效率中仅WUE_gs随着气温的增加而增加, 而高寒草甸的3种水分利用效率均与气温无显著关系, 这说明相比高寒草甸, 高寒草原的水分利用效率对气温更加敏感。     

长白山阔叶红松林生长季反射率特征

根据长白山阔叶红松林气象观测塔上太阳总辐射和反射辐射资料 ,计算了 2 0 0 1年 5月 2 2日～10月 14日森林下垫面的每日整点反射率 .结果表明 ,森林的反射率与太阳高度角有关 ,在太阳高度角很小的日出和日落附近反射率较高 ,太阳高度角大于 30°时反射率变化不大 ,反射率的日变化曲线为U形 .森林的反射率与天空状况有关 ,晴天条件下低太阳高度时的反射率高值明显 ,U形曲线突出 ,昙天时曲线两端高值相对较低 ,U形曲线也相对平坦 ,阴天的日变化曲线则没有明显的规律 ,在某范围内波动 .生长季反射率的变化特点为 6月上旬较高 ,6月下旬稍有下降 ,7～ 9月较稳定 ,10月上旬则逐渐下降 ,反映了冠层叶片物候变化特征 .     

非生长季降水对青藏高原高寒草甸优势种生物量稳定性的影响

受全球气候变化的影响,青藏高原在过去的几十年间整体上呈现暖湿化的趋势,相比于年际之间温度和降水的变化外,生长季和非生长季气候变化模式的差异可能会对生态系统产生更重要的影响,但相关的研究尚不充分。以青藏高原东部的高寒草甸为研究对象,基于2001年至2017年17年的野外观测数据,包括优势植物紫花针茅的高度、多度以及生物量、次优势物种洽草的生物量,结合生长季和非生长季平均温度和降水量的变化,通过线性回归以及结构方程模型,探究生长季/非生长季不对称气候变化对于青藏高原高寒草甸优势物种生物量稳定性的影响。研究结果表明：1)青藏高原东部年均温和年降水在过去的17年间显著增加,呈现暖湿化的趋势,但是非生长的降水却变化不明显;2)紫花针茅的高度、多度以及生物量在过去17年没有显著的趋势,但是洽草的生物量稳定性显著减少;3)非生长降水结合紫花针茅的高度、多度以及洽草的生物量稳定性促进了紫花针茅的生物量稳定性。研究结果可以为青藏高原高寒草甸在未来气候变化的背景下合理保护与利用提供科学依据。     

1959—2006年长白山地区降水序列的多时间尺度分析

基于长白山地区松江、东岗、长白、和龙、临江和天池6个气象站1959—2006年的月均降水量和年降水量数据,采用Morlet小波分析方法,对1959—2006年长白山地区植被生长季(5—9月)降水量、降雪季(11月至次年4月)降水量和年降水量序列进行多尺度特征分析,并运用Daubechies小波系中的db5小波对各降水序列进行不同层次的分解和低频重构,对重构序列进行了趋势识别和分析.结果表明:研究期间,长白山地区植被生长季降水量存在3～6a、10～13a和24～30a的特征周期;降雪季降水量存在1～2a、5～7a和17～20a的特征周期;年降水存在8～10a、16～20a、25～30a的特征周期;研究区年降水量序列呈现整体下降的趋势.     

基于NOAA NDVI和MSAVI研究中国北方植被生长季变化

利用1982～1999年的NOAA／AVHRRNDVI和MSAVI指数监测了中国北方植被生长季变化规律,主要内容包括：（1）不同植被类型的生长季变化监测。提取植被的1982～1999年NDVI和MSAVI时间序列,利用阈值法和滑动平均法逐年估测植被类型的生长季的开始、结束日期及长度。对估测的生长季开始、结束时间和长度进行一次线性拟合,得到了18a中植被生长季的开始、结束日期和长度的线性变化趋势;（2）不同区域的植被生长季变化监测。将中国北方13省、区按纬向划分为32～36°N,36～40°N,40～44°N,44～48°N,48-52°N等5个区域。基于最大变化斜率法估测了不同年份的生长季开始、结束和长度;（3）研究区域植被生长季的空间变化监测。利用曲线拟合出1982～1999年像元对应的空间位置的植被平均生长季变化,然后讨论了多年平均的植被生长季的空间分异规律,并利用一次线性拟合分析了这18a的植被生长季的变化趋势。结果表明：部分植被类型生长季的开始日期提前,结束日期推迟,而生长季长度延长,提前或推迟的天数不一,如典型草原、荒漠草原、寒温带山地落叶针叶林。而一些植被类型的生长季并没有表现出这样的趋势,而是开始日期延迟或结束日期推迟,如温带落叶阔叶林。不同纬度带的植被生长季变化监测表明,大部分纬度带植被生长季开始日期都表现出不同程度的提前趋势,生长季结束日期表现出推迟的趋势,整个生长季长度表现出延长的趋势。中国北方植被生长季空间变化研究表明,青海、甘肃、陕南地区的植被生长季开始较早。新疆天山、东北北部、青海、甘肃的部分地区植被生长季结束较早。东北、青海、新疆的大部分地区的植被生长季有明显的延长趋势,整个研究区内有一部分地区的植被生长季长度表现出缩短的趋势。     

1959—2006年长白山地区降水序列的多时间尺度分析

基于长白山地区松江、东岗、长白、和龙、临江和天池6个气象站1959—2006年的月均降水量和年降水量数据,采用Morlet小波分析方法,对1959—2006年长白山地区植被生长季（5—9月）降水量、降雪季（11月至次年4月）降水量和年降水量序列进行多尺度特征分析,并运用Daubechies小波系中的db5小波对各降水序列进行不同层次的分解和低频重构,对重构序列进行了趋势识别和分析.结果表明：研究期间,长白山地区植被生长季降水量存在3～6 a、10～13 a和24～30 a的特征周期;降雪季降水量存在1～2 a、5～7 a和17～20 a的特征周期;年降水存在8～10 a、16～20 a、25～30 a的特征周期;研究区年降水量序列呈现整体下降的趋势.     

2000—2015年青藏高原草地归一化植被指数对降水变化的响应

降水变化是造成青藏高原草地植被生长年际变异的重要因素,降水量、分配方式及发生时间是降水变化的重要特征.利用2000—2015年青藏高原及附近区域145个气象站点的降水资料,以年降水量表征降水整体状况,以改进的降水集度(PCI)表征年内降水的分配状况,以定义的降水重心(PC)表征降水的集中时期,分析青藏高原降水变化的时空特征;并进一步以归一化植被指数最大值(NDVI_max)表征植被生长状况,探讨了青藏高原草地对降水年际变化的响应.结果表明: 青藏高原年降水量和PCI存在明显的梯度特征,PC在西藏南部形成中心.青藏高原灌丛草地NDVI_max年际变化对PCI变化响应敏感,降水越均匀越有利于NDVI_max的增加,但受到降水量的限制;高寒草甸对降水特征没有表现出显著的相关关系;草原植被NDVI_max的年际变化同时受PCI和PC的控制;高寒荒漠植被NDVI_max的年际变化主要受降水量的控制.在研究降水变化对青藏高原不同类型植被的影响时,除降水量之外,还需进一步考虑降水的分配格局等特征.     

长白山阔叶红松林生长季热量平衡变化特征

根据长白山阔叶红松林2001年5月下旬至10月上旬微气象梯度观测资料和辐射、土壤热通量资料,用波文比-能量平衡方法(BREB方法)计算了森林的显热通量和感热通量,并计算了森林大气和植被体的储热量,分析了阔叶红松林热量平衡各项的日变化和季节变化,结果发现,热量平衡(净辐射)与太阳总辐射呈线性关系;热量平衡各项都与净辐射有相同的日变化特征,为昼正夜负的曲线．各项的绝对值一般表现为净辐射>潜热通量>感热通量>储热变化．受日照时间的影响,6～10月各分量正值的日持续时间逐渐缩短．月平均结果,白天净辐射6月份最大,10月上旬最小,变化于0～527W·m^-2,夜间的净辐射在0～-121W·m^-2．潜热通量白天和夜间分别在0～441、0～-81W·m^-2,感热通量昼夜分别在0～80、0～-26W·m^-2．储热变化则为0～44、0～-26W·m^-2．白天潜热通量占净辐射的比例8～10月逐渐下降,而感热通量和储热变化的比例9～10月明显上升,特别在严霜后2～3d,出现潜热通量比例突减、感热通量比例突增的现象．文中还对通量观测仪器、方法进行了简要分析．     

青藏高原高寒湿地GPP变化特征及对生长季积温的响应

基于涡度相关系统,利用2004—2016年的涡度相关系统观测资料,做了青藏高原高寒湿地生长季总初级生产力(GPP)在不同时间尺度上对生长季有效积温(GDD)响应的研究。结果表明:高寒湿地生态系统在生长季的日GPP、GDD与月际GPP、GDD都表现为先增大后减小的单峰变化趋势,都在7月或8月达到峰值,在5月达到最小值。在整个生长季尺度上,GPP与GDD变异性较大,没有明显的变化趋势。2004—2016年整个生长季GPP与GDD的均值分别为(458.82±25.78) gC m^-2季^-1和(1060.89±84.07)℃。在日尺度、月尺度、生长季尺度上,GPP与GDD都呈极显著正相关关系(P<0.01)。但是,通过比较生长季分别每个月GPP与GDD的关系发现,5、9月的GPP与GDD没有显著相关性(P>0.05),而在7月相关性最为显著(P<0.01)。整体上看,高寒湿地生态系统植被的总初级生产力与热量条件表现为正相关关系,由此说明在全球气候变暖的背景下,将会提高青藏高原高寒湿地生态系统植被的光合生产能力。     

利用树木年轮宽度资料重建长白山地区240年来降水量的变化

根据长白山地区水曲柳年轮宽度资料,分析了树木年轮宽度与气候要素的关系,重建了1765年来该地区的降水变化。结果表明:长白山地区近240年降水波动明显,1850年以前降水波动幅度较大,1850—1900年波动比较平稳,并且降水量偏低,1900年以后降水的波动幅度明显增大,且湿润和干旱的持续时间增长,特别是1920年以后,降水波动剧烈;降水减少幅度最大的干旱期是1816—1820年,湿润期是1975—1979年;而1925—1936年和1947—1957年的2个干旱期在持续时间上最为显著。周期分析结果表明,长白山地区降水具有显著的2.64～3.03年、5.28～6.96年以及12.13～22.63年的周期。     

长白山高山冻原植被生物量的分布规律

从物种生物量、优势种器官生物量和植被生物量角度,探讨了长白山高山冻原生态系统生物量的空间变化规律．结果表明,在调查的43种长白山高山冻原植物中,单物种生物量排序前5种植物分别是牛皮杜鹃(Rhododendron chrysanthum)(159．01kg·hm^-2)、笃斯越桔(Vaccinium jiliginosum var．alpinum)(137．52kg·hm^-2)、高山笃斯(Vaccinium uliginosum)(134．7kg·hm^-2)、宽叶仙女木(Dryas octopetala var．asiatica)(131．5kg·hm^-2)圆叶柳(Salix rotundifolia)(128．4kg·hm^-2)．它们是长白山高山冻原生态系统的优势种．地下与地上生物量和地下与总生物量之比随海拔升高逐渐增加．植被生物量随海拔升高。总体呈逐渐减小的趋势。植被生物量与海拔高度呈显著负相关．长白山高山冻原生态系统平均生物量为2．21t·hm^-2,对调节长白山小气候、涵养水源、水土保持等生态服务功能的发挥有着重要的作用。同时对固定大气CO2起着汇的作用。     

长白山主要类型森林土壤大孔隙数量与垂直分布规律

利用张力入渗仪测量和计算了长白山自然保护区中4种主要类型土壤(暗棕色森林土、棕色针叶林土、山地生草森林土和山地苔原土)中半径范围分别在≥0.5mm、0.25～0.5mm和0.1～0.25mm的大孔隙数量与分布,并探讨了大孔隙的存在对土壤饱和渗水量的影响.结果表明:暗棕色森林土中大孔隙数量随土壤深度的增加而减少,自地表向下至40cm以内土层的变化较快,在40cm以下土层内的变化较慢;棕色针叶林土和山地苔原土中大孔隙数量随土壤深度的增加而增加;山地生草森林土中大孔隙数量随土壤深度的变化不大.大孔隙占土壤体积的比例虽然很小,却对土壤饱和渗水量的传导起到了重要作用.     

长白山高山冻原生态系统的碳储量

对长白山高山冻原生态系统碳在植被-凋落物-土壤中的分布进行了研究。结果表明,在长白山高山冻原植被亚系统中,碳储量分布规律是典型高山冻原(TT)>石质高山冻原(ST)>草甸高山冻原(MT)>沼泽高山冻原(WT)>石海高山冻原(RT),长白山高山冻原的植被碳储量为3.3457×104t。而生物量分布规律是WT>TT>MT>ST>RT。在长白山高山冻原凋落物亚系统中,平均凋落物量是0.991 kg.hm-2.年-1;凋落物碳储量为1.5043×104t,碳储量分布规律是TT>ST>MT>RT>WT。长白山高山冻原土壤(0~20 cm)亚系统中,有机碳储量为3.162×105t;每年约有1.4105×104t碳通过土壤呼吸释放到大气圈,长白山高山冻原植被-土壤系统现已成为3.6471×105t碳储库。     

长白山森林土壤真菌区系研究

本研究对长白山自然保护区不同海拔、林型、土壤剖面的森林土壤真菌进行分离鉴定,从而为建立森林真菌资源库提供种质资源,并为森林生物资源管理提供科学依据。在该地区6个不同林型中,采用“之”形路线及土壤剖面取样法多点采集土壤样品,按照标准方法初步分离鉴定出真菌28个属,其中包括1个中国新纪录属,即球壳属(Sphaerodes)。研究结果表明,土壤真菌区系与森林(植被)类型、土壤剖面层次密切相关:美人松落叶松林、红松阔叶林和红松云冷杉林土壤真菌的种类明显多于鱼鳞云冷杉林、岳桦林和高山苔原带;土壤不同剖面层次上的真菌种群数量高低依次为落叶层>腐殖质层>土壤层;同一林型下不同土壤层面上优势菌属的组成也具有一定的差异,且不同层面上也存在着其特有的优势菌属。     

降水年内分配不均匀性指标

径流量及其分配过程依赖于降雨特征,它关系到水利设施规模和水资源合理配置。本文借鉴水文界经验,应用降雨集中度、降雨不均匀系数和调节系数概念,并对后2个系数进行修订,使其值域介于0～1。利用中原地区有代表性的4个气象台站1951—2005年的日降雨资料,计算并分析比较了降雨集中度、降雨不均匀系数和调节系数在河南省的适用性。结果表明:降水集中度、降水不均匀系数和调节系数从不同侧面反映了降水量的年内分布特征。3个指标具有一定的可比性,但数值上用同样资料计算的调节系数都要大于不均匀系数;4站候、旬和月的降水不均匀系数有相同的分布规律,随着时段的延长,不均匀系数增大,其变幅也增大,而调节系数则不同,随着时段的延长,降水调节系数减小,而相应的变幅则增大;分别采用候、旬和月的降水资料计算的降水集中度、不均匀系数和调节系数之间具有很好的一致性,最小的相关系数为0.60(P<0.001),说明3个指标间可互为代替;采用候、旬和月计算的降水集中度两两之间呈显著相关,相关系数为0.98;候、旬和月不均匀系数之间的相关系数为0.75;候、旬和月的调节系数之间的相关系数与不均匀系数相当。表明这3个指标在不同时间尺度间具有明显的一致性,在河南区域只应用月降水量就能反应降水的不均匀性。     

长白山岳桦种群过渡带位置的研究

在长白山北坡,由于水、热条件及其组合的垂直分异,植被形成了完整的垂直带谱．从表观上看,各植被带间存在明显的过渡带,但由于多种因素的影响,过渡带的位置确定比较困难,文中采用梯度取样方法,应用分形分析、种群分布格局分析和种间竞争分析对海拔1400～2200m的岳桦种群过渡带进行了定量研究,结果表明,岳桦种群在海拔1650m附近与云冷杉林形成一个森林过渡带;在海拔2080m附近与高山苔原形成一个林线过渡带。     

积雪对长白山阔叶红松林土壤温度的影响

2004-2007年对长白山阔叶红松林林地进行遮雪试验,观测了有雪、无雪覆盖的森林土壤温度和气温.结果表明:积雪对土壤温度变化有明显的缓冲作用,有雪覆盖减缓了土壤温度的变化; 积雪对浅层（0～20 cm）土壤有较好的保温作用,随雪深的增加,保温作用增大,雪深从10 cm 增至20 cm时保温作用的增幅最大,当雪深超过30 cm时,保温作用的增幅不明显; 融雪期土温经历0 ℃左右的恒温期后缓慢上升,恒温期的持续时间主要由冬季的雪深及其时间分布所决定.     

长白山区鸢尾属植物资源及其开发利用

对长白山鸢尾属植物的种类、分布、储量、生境、鉴别及开发利用等方面做了评细地调查研究,为开发长白山区鸢尾属植物资源提供了科学依据。     

长白山阔叶红松林二氧化碳浓度特征

采用红外气体分析仪对长白山阔叶红松林2003年度CO₂浓度特征进行了分层连续监测,并结合同步气象资料进行了分析.结果表明,长白山阔叶红松林CO₂浓度存在明显的日变化、季变化与垂直变化,这些变化与植被生理活动、土壤呼吸及林内湍流交换强度有关.生长季林内全天CO₂浓度最高值出现在凌晨5:00左右的近地面层,最低值出现在午后15:00左右的冠层部位;日出前后,随着逆温层的打破,林下CO₂有一明显的释放过程.观测期间林内O₂平均浓度为377 μmol·mol^-1,月平均最高值出现在1月,为388 μmol·mol^-1,最低值出现在8月,为352 μmol·mol^-1.生长季夜间森林表现为CO₂的排放,日间表现为CO₂的吸收汇;非生长季日间与夜间森林都主要表现为CO₂的排放源,但在午间冠层部位仍有数小时表现为CO₂的吸收过程.