黑河流域土地覆盖分类数据的建立及其影响的模拟

基于黑河流域1:100000土地覆盖分布图, 融合了1:1000000植被分类图, 按照美国地质调查局(USGS)提出的土地覆盖分类标准, 合成了与全球土地覆盖类型分类标准相同的空间分辨率为1 km黑河流域土地覆盖类型分布(简称综合分类).将综合分类数据与USGS全球土地覆盖类型数据在黑河流域范围内进行对比, 发现土地覆盖类型分布变化区域主要集中在流域中游的绿洲区, 许多绿洲在全球数据中体现为草地, 在综合分类中为灌溉农田, 同时综合分类数据中较全球数据增加了许多城镇用地.利用两套土地覆盖类型分布数据对2003年黑河流域中上游大气要素进行了模拟, 比较了不同土地覆盖类型分布对气温等大气要素的影响, 结果显示, 土地覆盖参数中地表反照率和比辐射率的空间分布与近地层大气要素和土壤温、湿场分布的空间相关性高;比辐射率和粗糙度变化对局地大气、土壤要素影响较大, 绿洲区土地覆盖类型大多由草地变为灌溉农田, 导致了气温升高, 其中不排除城市化的影响, 无论从特征参数变化与大气要素模拟值变化场的空间相关性还是特征参数变化引起的气温变化的关系看, 气温变化与比辐射率变化关系较密切.在黑河流域中上游可以通过增大灌溉农田比辐射率来提高气温模拟的准确性, 这一结论还需要更多的观测与模拟的验证.     

黑河流域生态环境气象卫星遥感监测研究

根据甘肃降水资料和农业气象资料得出1989年和1998年为相似年景，利用1989年和1998年NOAA气象卫星AVHRR晴空资料，判识出黑河流域植被，积雪和水体，并根据相应的计算方法得出植被指数，积雪面积和水体面积，对10年来黑河上游地区的植被和积雪，中游地区绿洲植被和下游地区植被和湖泊变化进行分析。结果表明，10年来黑河上游和下游地区植被在退化，中游地区绿洲面积增加，植被指数增高；1989年与1998年黑河上游山区积雪面积变化特征一致，但1998积雪融化明显快于1989年；下游湖泊面积1998年较1989年严重退缩。     

黑河流域土壤质地分类数据建立及其模拟效果检验

原全球土壤质地类型分布在黑河地区的数据(下称原全球数据)不能体现该流域不同海拔高度土壤分布的非均匀性特征,为了定量表征研究区土壤的非均匀分布,在流域范围收集了53个土壤亚类剖面数据,对照土壤三角,与国际通用的STASGO 30 s土壤质地类型分类标准对应,基于黑河流域1∶100000土壤亚类分布图,建立了黑河流域30 s分辨率的土壤质地类型分布图(黑河数据)。这套数据可以描述出原全球STASGO 30 s数据不能表现出的山区和绿洲区的土壤非均匀分布实际。分别使用黑河数据和原全球数据作为下垫面土壤分布,运用耦合了陆面过程的中尺度大气模式,对黑河流域中上游区域进行了模拟,检验了两套数据对气温模拟的准确性,讨论了土壤分布变化对环境要素模拟的影响。结果表明,使用黑河土壤分布数据对上游山区的气温模拟性能好于原全球数据,中游绿洲区使用两套土壤分布数据的模拟值都偏高,大部分站点使用黑河土壤分布数据的模拟值略高于使用原全球数据的模拟值。这可能与模式中使用的全球土壤水、热参数在研究区的代表性以及中游区的人类活动加剧了土壤温、湿度的时空异质性有关。因此,黑河流域土壤水、热参数以及高分辨率的土壤温、湿度分布是提高该区域土壤—大气相互作用数值模拟性能的重要途径。环境要素变化与土壤类型分布变化呈非线性关系。气温模拟值对土壤分布变化最为敏感。     

气候变化适应行动实施框架——宁夏农业案例实践

宁夏是我国生态脆弱区和贫困区之一,以宁夏为例开展农业适应行动实践具有一定的代表性和示范作用。根据气候变化适应行动实施框架,研究结果表明：宁夏未来气候干旱风险将增加,水资源短缺矛盾加剧,极端气候事件频率和强度加大。未来宁夏北部灌区农业应以发展节水灌溉和高效种植为主,中部以设施农业和牧业为主,南部以发展特色农业为主。气象部门和水利部门对适应技术的适应效果持乐观态度,农牧业部门和林业部门则态度谨慎。适应措施能否实施的首要条件是措施符合国家和地方的政策方针,其次是成本效益;在实施条件中,要求相对比较弱化的是公众对气候风险的认知程度以及措施的灵活调整性。在适应措施选择上,气象服务和种植结构调整成为首选的适应技术,而覆盖技术、节水技术由于更倾向于传统的技术范畴,虽然效果较好,但对其适应优先性选择存在影响。     

甘肃省河西内陆河径流量对河西地区春小麦产量的影响

利用甘肃省河西地区3条主要内陆河昌马河、黑河、西营河流量以及酒泉、张掖、武威3个地区的春小麦产量资料,分析了甘肃省河西地区内陆河流量对河西地区春小麦产量的影响。结果表明：河西的粮食产量除了受灌溉水利发展、农业技术和优良品种等生产力水平提高,呈现波动上升趋势外,还受到灌溉水源的影响。春季径流的差异会导致春小麦单产的明显年际波动。年径流短期波动对产量影响较小,但径流长期波动的影响要大于短期波动。特别是春季径流的长期趋势决定着调节水库的蓄水量多寡,这在一定程度上反映出目前的农业生产仍受气候变化的影响。     

黑河流域土壤参数修正及其对大气要素模拟的影响

根据Cosby等1984年总结的土壤特征参数计算方法和基于黑河流域53个土壤剖面数据,得到对应于美国农业土壤分类标准的黑河流域6类土壤的平均粘、砂含量,计算了黑河流域各类土壤的特征参数,分别采用Cosby等计算的土壤参数以及黑河土壤剖面数据计算的土壤参数,运用耦合了NOAH陆面过程模型的大气中尺度模式(Mesoscale Model version 5,MM5)模拟土壤参数变化对黑河流域中上游大气要素模拟的影响。结果显示:b参数和饱和导水率改变对局地能量变化影响很大,饱和土壤水势以及孔隙度对局地水分传输变化影响较大。特征参数变化引起的温度场变化位于砂质土壤和粉壤土覆盖范围,而湿度相关要素场变化则主要位于中游绿洲粉壤土、粉土覆盖区。通过与观测值的比较发现,除阿拉善右旗外,使用Heihe数组土壤参数后模拟的气温、湿度及风场都有一定改进。     

气候变化适应行动实施框架——宁夏农业案例实践

宁夏是我国生态脆弱区和贫困区之一,以宁夏为例开展农业适应行动实践具有一定的代表性和示范作用.根据气候变化适应行动实施框架,研究结果表明:宁夏未来气候干旱风险将增加,水资源短缺矛盾加剧,极端气候事件频率和强度加大.未来宁夏北部灌区农业应以发展节水灌溉和高效种植为主,中部以设施农业和牧业为主,南部以发展特色农业为主.气象部...     

气候变化和人类活动对石羊河流域水资影响评价

石羊河流域的年平均气温(最高、最低气温)自1951年以来总体呈上升趋势,增温速率为0.22℃/10a,增幅达1.2℃。1992年是年平均气温显著变暖的年份,与显著变暖前相比,年平均气温上升了0.85℃,低于近51年1.1℃的增幅水平。在近55年中,石羊河流域的年降水总体上在增加,出山口径流量在减少,流域尾闾民勤绿洲的地下水位在快速下降。气温显著变暖后,年降水量增加了约18.2 mm,增幅达5.8%,出山口径流量减少了4.1×108m3,民勤绿洲的地下水位下降了1倍~2倍。水资源变化的成因分析表明,出山口径流量的减少源自径流补充之一的上游山区降水的减少,而红崖山水库入库径流量的持续快速减少则是民勤地下水位快速下降的主要原因之一。受气候变化的影响,石羊河流域出山口径流量峰期有所提前,而人类活动严重地影响了石羊河流域中游地表径流利用量和下游可利用量分配比例。     

21世纪黑河流域降水统计降尺度及预估北大核心CSCD

借助第五阶段国际耦合模式比较计划(CMIP5)多模式集合数据、欧洲中期预报中心再分析资料及黑河流域站点观测记录等,检验了模式降水估计偏差,设计了3种降尺度方法,对2011~2100年模式集合预估降水做了降尺度偏差订正。结果表明,即使去掉模式气候飘移,在黑河流域的模拟或估计降水偏差依然较大。本文选用15个CMIP5模式集合做降水预估。依据贝叶斯模式平均(BMA)和多元线性回归(MLR)构造降尺度模型,其因子有700 hPa位势高度场、经向风和比湿等。检验表明,两种降尺度模型各有优缺点,BMA降尺度降水平均值精度较高,但方差和相关系数较低;MLR的方差和相关系数均较高,但在黑河下游极端干旱区或少雨季节易出现“负降水”偏差。在降尺度模型中加入模式降水因子后,BMA的降水方差和相关系数均有明显提高,MLR的负降水问题得到一定程度抑制。BMA模型在黑河上游最优,MLR在中、下游及整个流域最优。因此,选用BMA和MLR对RCP4.5情景下2011~2100年的降水预估做降尺度偏差订正,结果表明,经BMA和MLR降尺度后预估的整个黑河流域降水呈下降趋势,相对于1971~2000年参考期,流域前期(2011~2040年)、中期(2041~2070年)、后期(2071~2100年)降水下降率依次为−9.7%、−12.5、−12.1%,即前、中期降水明显减少,后期变化不大。其中上游降水有一个弱的增加趋势,其变化率依次为1.4%、1.6%、2.3%;中游降水呈明显减少趋势,其变化率依次为−16.3%、−21.4%、−22.6%;下游降水前期减少,中、后期明显增加,其变化率依次为−13.0%、4.2%、21.4%。该预估结果表明,随着全球气候暖化,黑河上游祁连山区降水会缓慢增加,但中游农耕区降水明显减少,流域水资源供需矛盾可能会进一步加剧。因此,黑河流域未来的分水方案及相关的生态、农业、经济等发展规划需要据此做一些调整,以适应未来气候和黑河流域水资源的可能变化。     

气候变化对黑河流域生态环境的影响

本文介绍了黑河流域的气候概况，分析了近40a流域内以气温和降水为主的气候要素变化，得出黑河流域发生了以“增暖”为主要特征的气候变化。流域生态环境受气候变暖的影响明显。在灾害性天气强度、森林面积、土地荒漠化、湖泊萎缩、草原退化等方面日趋恶化。并就如何保护黑河流域生态环境提出了建议。     

棉田干旱指标研究进展

干旱是影响作物生长发育的主要非生物胁迫因素之一,水分亏缺所造成的危害超过了一切逆境因子的总和,严重影响作物产量及农业生产。作为全国重要优质棉区之一的新疆,干旱及水资源缺乏也成为棉花产业发展的重大限制因素之一,棉花种植几乎完全依赖灌溉,而棉花或棉田是否需要灌溉,可根据土壤含水量以及植株本身受旱程度特征等指标来判断。本文从棉花干旱形态变化、生长发育进程、生理生态特征、产量结构差异、土壤水分变化、气象干旱等不同方面对绿洲棉田干旱指标研究的现状和进展进行总结,并对进一步开展滴灌模式下棉田干旱发生发展过程以及干旱敏感性指标研究提出建议。     

基于GRACE数据的天山阿克苏河流域水储量变化分析

水储量变化可视为气候变化对水文系统影响的指示器。基于GRACE数据,结合气候数据和冰川积雪数据,分析了近10 a年来阿克苏河流域的水储量变化。研究结果表明:(1)过去10 a间阿克苏河流域的水储量呈递减趋势,减少速率为-0.12±0.85 cm/a,且春季表现为正距平,而秋季表现为负距平;(2)山区冰川退缩和积雪消融是该流域山区水储量减少的主要原因,近半个世纪以来冰川物质平衡为负平衡,同时近十年来积雪面积递减速率为-24 km~2/a;(3)阿克苏河流域的耕地面积的迅速增加导致了地下水过度超采,是绿洲区水储量减少的主要驱动因子。     

阿克苏河灌区作物需水量对气候变化的敏感性分析

阿克苏河灌区是中纬度干旱区典型的绿洲灌溉系统,同时也是新疆第二大灌区,了解灌区作物需水量可为灌区种植结构调整、水资源优化配置提供科学依据。本研究基于联合国粮农组织(FAO)的Penman-Monteith蒸散发模型,结合作物系数法估算了阿克苏灌区作物需水量的时空变化及其对气候因子和作物种植结构的敏感性。结果表明,1960—2015年阿克苏灌区多年平均作物需水量为586 mm,且呈显著上升趋势,上升速率为38.43 mm/10 a。随着气候变化和作物种植结构的改变,1990—2015年间作物需水量急剧增加,增加速率高达99.37 mm/10 a。对于不同作物类型,果林的需水量最大,高达829.8 mm,其次是棉花、水稻和玉米,小麦需水量最低。阿克苏灌区的作物需水量对日最高气温和日照时数较为敏感,而对最低气温、风速和水汽压的敏感度较低。当日最高气温升高2℃时,作物需水量增加4%,当日照时数增加10%时,作物需水量将增加3.2%。另外,作物需水量对作物种植结构非常敏感,当果林的种植面积比例增加10%时,作物需水量增加了12.1%。     

内蒙古河套灌区春玉米作物系数试验研究

作物系数曲线是估算作物生长季耗水量变化的重要参数。基于2013年4—9月内蒙古巴彦淖尔市临河区田间水分试验和1994—2013年气象站观测资料,利用水量平衡法反求春玉米作物系数,分析生长季内的变化规律, 建立动态模拟方程,并与联合国粮农组织 (FAO) 分段直线法结果进行比较, 提出胁迫条件下作物系数的叶面积修正方法。结果表明:玉米作物系数随发育进程可用三项式曲线描述,变化趋势与产量水平无关, 但随产量增高而变幅增大;以出苗后相对积温为时间变量建立模拟方程效果较好,决定系数 (R2) 均在0.92以上;模拟计算出各站点最大 (1.30~1.48) 和平均 (0.831~0.919) 作物系数,与FAO分段直线法计算的典型值和区间值基本一致,生长中期平均相对误差为3.4%~7.2%;提出利用相对叶面积指数修正作物系数的计算方法;通过2014年实例检验,土壤水分模拟值与实测值的平均相对误差为6.3%,相对误差小于15%的占95.8%。     

Climate Change Impacts for the Conterminous USA: An Integrated Assessment

During this century global warming will lead to changes in global weather and climate, affecting many aspects of our environment. Agriculture is the sector of the United States economy most likely to be directly impacted by climatic changes. We have examined potential changes in dryland agriculture (Part 3) and in water resources necessary for crop production (Part 4) in response to a set of climate change scenarios. In this paper we assess to what extent, under these same scenarios, water supplies will be sufficient to meet the irrigation requirement of major grain crops in the US. In addition, we assess the overall impacts of changes in water supply on national grain production. We apply the 12 climate change scenarios described in Part 1 to the water resources and crop growth simulation models described in Part 2 for the conterminous United States. Drawing on data from Parts 3 and 4 we calculate what the aggregate national production would be in those regions in which grain crops are currently produced by applying irrigation where needed and water supplies allow. The total amount of irrigation water applied to crops declines under all climate change scenarios employed in this study. Under certain of the scenarios and in particular regions, precipitation decreases so much that water supplies are too limited; in other regions precipitation becomes so plentiful that little value is derived from irrigation. Nationwide grain crop production is greater when irrigation is applied as needed. Under irrigation, less corn and soybeans are produced under most of the climate change scenarios than is produced under baseline climate conditions. Winter wheat production under irrigation responds significantly to elevated atmospheric carbon dioxide concentrations [CO₂] and appears likely to increase under climate change.     

A scale-based framework to understand the promises,pitfalls and paradoxes of irrigation efficiency to meet major water challenges

An effective placement of irrigation efficiency in water management will contribute towards meeting the pre-eminent global water challenges of our time such as addressing water scarcity, boosting crop water productivity and reconciling competing water needs between sectors. However, although irrigation efficiency may appear to be a simple measure of performance and imply dramatic positive benefits, it is not straightforward to understand, measure or apply. For example, hydrological understanding that irrigation losses recycle back to surface and groundwater in river basins attempts to account for scale, but this generalisation cannot be readily translated from one location to another or be considered neutral for farmers sharing local irrigation networks. Because irrigation efficiency (IE) motives, measures, effects and technologies play out at different scales for different people, organisations and purposes, and losses differ from place to place and over time, IE is a contested term, highly changeable and subjective. This makes generalisations for science, management and policy difficult. Accordingly, we propose new definitions for IE and irrigation hydrology and introduce a framework, termed an ‘irrigation efficiency matrix’, comprising five spatial scales and ten dimensions to understand and critique the promises, pitfalls and paradoxes of IE and to unlock its utility for addressing contemporary water challenges.     

内蒙古半干旱地区农田优化灌溉软件的应用与介绍

该系统适合地处干旱和半干旱的农业区。可以根据使用站点不同的特点,灵活选择产区和主要农作物。依照作物生长模式可以计算生长过程中的农作物根深、土壤有效相对含水量、叶面积指数,并根据农作物不同发育期灌溉指标计算出符合实际的灌溉日期和灌溉水量,对安排田间作物合理灌溉有较大帮助。     

基于冠层温度的冬小麦水分胁迫指数的实验研究

在田间实验基础上对冬小麦田逐日14时基于冠层温度的作物水分胁迫指数，（CWSI）进行了计算和分析。同一时刻干旱处理CWSI高于湿润处理；麦田灌溉后CWSI4～6天降到极小值，表明了灌水后作物从水分胁迫状态恢复所需的时间；从本次灌溉后CWSI达到极小值至再次灌溉期间，CWSI呈持续增加趋势。这些表明CWSI较好地反映了因土壤供水不足导致的作物水分胁迫。CWSI与叶水势之间呈明显的负相关关系。CWSI等于0.4，相当于实际蒸散与可能蒸散的比率为60%，是指示冬小麦发生严重水分胁迫的关键性指标。     

我国春玉米水分供需状况分析

论述了作物需水量的概念及其计算方法，利用最新的气候和作物资料，计算了我国春玉米的作物需水量，分析其时空分布特征，并利用水发订正系来评价春玉米需水量的满足程度。计算分析结果表明，气候条件对我国在玉米生产是有利的，但在播种期、出苗期及拔节期（4－6月份），存在明显的水亏缺现象，这一时期应采取相应的栽培技术及节水灌溉、人工增雨等措施来缓解旱情。     

THE IMPACT OF CLIMATE CHANGE ON WATER DEFICIT AND PRODUCTION OF WINTER WHEAT IN NORTH CHINA

The water deficits in different development stages and the whole growing season of winterwheat in North China under climate change scenarios are analyzed based on the meteorological da-ta,crop phenomenon and soil hydrological data of 30 weather stations.The results show that ifthe temperature rises,the potential evapotranspiration and crop maximum transpiration will in-crease 8%-10%;the actual evapotranspiration in whole growing season will increase about 1%-2%;and it seems to decrease in spring.Therefore the water deficit status would deteriorate.Theamount of water deficit in whole growing season would increase 14%-30%,and the water deficitisolines might shift southward with maximum shift distance being 190 km.As a result the climaticsuitability of winter wheat would change,and the variation rate of yield reduction will be 8%-20% of the present value which results in the declining output values.The irrigation amountwould increase 25%-33%,and the agriculture cost might increase owing to additional irrigation.