极端干旱地区绿洲小气候特征及其生态意义

运用微气象学方法对极端干旱区荒漠绿洲小气候进行了观测,分析我国极端干旱区荒漠绿洲的微气象特征并与林地外进行了对比。同时讨论晴天、阴天和沙尘暴天气的PAR的差异．分析了产生这些差异的原因。结果表明荒漠绿洲具有改变太阳辐射、调节近地层地表及地下温度、缩小温差、降低风速、提高土壤及大气湿度等重要生态作用。绿洲内部的太阳总辐射比林冠层顶部减少49．3％-49．83％：生长季胡杨和柽柳林内的气温均低于林地外．胡杨林平均比林外低1．62℃,柽柳林比林外低0．83℃,而且森林覆盖率越高降温作用越明显：群落上层气温高于群落下层,气温随高度增加而增加;林内大气相对湿度均高于林地外．生长期,胡杨林内比林地外高8．5％,柽柳林高4．2％;胡杨林地平均风速为0．33m／s．比林地外低2．7m／s：柽柳林平均风速为0．72m／s,比林地外低2_3lm／s。在沙尘暴日,PAR明显小于阴天日和晴天日下的值．而ηQ非常大,且变化不稳定,该结论对研究大气层的稳定性有极其重要的意义。     

塔克拉玛干沙漠腹地起伏地形近地层微气象特征

利用2018年10月8日至2019年1月31日塔克拉玛干沙漠腹地起伏地形上高大沙垄高点和低点的温度、相对湿度、风速和大气压同步观测资料,对比分析沙漠起伏地形上秋冬季的微气象特征。结果表明:塔克拉玛干沙漠腹地高大沙垄造成的地形起伏,使得沙垄高点和沙垄低点气温、比湿和风速日变化差异明显。沙垄高点和沙垄低点气温差异主要体现在夜间,与沙漠腹地夜间存在逆温现象有关,表现出沙垄高点气温明显高于沙垄低点,观测期气温差异平均值为6.6 ℃。沙垄低点气温日较差高于沙垄高点。2018年10、11、12月,气温随高度变化出现逆温现象与沙垄高点气温高于沙垄低点气温在时间上相互对应。两个站点比湿较小,平均比湿分别为0.68 g·kg^-1和0.99 g·kg^-1。比湿日变化趋势随季节发生显著变化,主要与大气稳定度增加、冬季水汽增多及夜间逆湿现象逐渐显著相关。地形位置较高的沙垄高点风速比沙垄低点大,风速差异主要体现在夜间。2018年11月2、14、15、20日和2019年1月30日,沙垄高点风速维持在1.9~4.6 m·s^-1,平均3.2 m·s^-1,沙垄低点风速维持在0.8~4\^5 m·s^-1,平均2.5 m·s^-1。     

乌鲁木齐市城区和郊区近地层风速廓线

利用乌鲁木齐市5座100 m气象塔10层风速观测资料,分析了乌鲁木齐市城区和郊区近地层风速季节变化和日变化特征。结果表明：（1）乌鲁木齐市风速最大值出现在14：00-16：00,最小值多在夜间或上午。冬季风速最小、夏季最大;冬季风速始终处于较为稳定、有微小波动的低值区;夏季风速表现出一定的变化趋势。（2）夏季风速在一年里波动最大,随地势降低波动减小,南郊最大（1.5~6.4 m·s^-1）,北郊最小（1.3~4.6 m·s^-1）;秋季和春季风速波动次之;冬季风速波动最小,南郊最大（1.3~4.6 m·s^-1）,北郊最小（0.7~2 m·s^-1）。（3）近地层100 m内城区和北郊风速随高度变化较小,冬季基本为1~2 m·s^-1,而南郊风速随高度增加变化幅度最大,从1 m·s^-1增加到4 m·s^-1以上;愈近地面,城区与郊区风速相差愈大,近地面城区平均风速明显低于郊区,春季、夏季、秋季和冬季分别低5%~32%、8%~30%、15%~37%、14%~48%。（4）近地层风速廓线在近中性层结时一般符合对数风速廓线模式,对数律显著性不强的时段主要在正午前后。     

沙漠人工植被区土壤呼吸初探

2003年9月底,在沙坡头铁路北面的1956年、1964年、1981年和1987年始植的人工植被区和流动沙丘的迎风坡,分别在阴天、晴天和雨后用CI301SR测定土壤呼吸速率,结果表明:土壤呼吸速率在各样地间、日期间和互作均达到极显著水平;尤其是雨后样地间的差异非常明显。1956年始植、1964年始植、1981年始植、1987年始植样地和流沙不同天气状况下的平均土壤呼吸速率分别为-0.1537μmol·s^-1·m^-2、-0.0995μmol·s^-1·m^-2、-0.0583μmol·s^-1·m^-2、-0.0754μmol·s^-1·m^-2和-0.0336μmol·s^-1·m^-2;阴天、晴天和雨后不同样地的平均土壤呼吸速率分别为-0.0342μmol·s^-1·m^-2、-0.0778μmol·s^-1·m^-2和-0.1403μmol·s^-1·m^-2。在沙漠人工植被区,影响土壤呼吸的主要因子是水分,其次是温度与植物群落类型和发育阶段。     

沙质麦田太阳辐射特征及小麦的光能转化率研究

从5月10日至5月24日对麦田内的太阳总辐射、反射辐射及透射辐射进行了连续监测,同时测定了小麦地上地下生物量、叶面积系数、小麦群丛平均高度和小麦热值等指标。结果表明:①测定期间太阳辐射总量为377.53MJ·m^-2,反射辐射总量为83.45MJ·m^-2,透射辐射总量301.78MJ·m^-2,相应的反射率为0.221,透射率为0.799,透射率偏大与小麦的播种方式有关;②下垫面小麦叶面积系数及高度的变化没有引起反射率的大幅度改变,反射率的波动范围在0.18~0.24之内;③透射率随叶面积系数和小麦平均高度的增大具有明显的下降趋势;④5月10日至5月24日,小麦共固定能量4.41MJ·m^-2,约占总辐射能的1.17%。     

小麦玉米田耕作模式的防风蚀效果

通过风洞实验，在5个风速下对6种耕作方式下农田土壤风蚀速率、0~20 cm风沙流结构进行了模拟研究。结果表明：保护性耕作土壤风蚀速率较传统耕作平均降低20%~40%；保护性耕作和传统耕作条件下土壤风蚀速率均随风速的增大呈幂函数递增，但在传统耕作条件下递增较快；风速14 m·s^-1是荒漠绿洲农田土壤风蚀加剧转折点，当风速>14 m·s^-1时保护性耕作下风蚀速率较传统耕作明显降低；0~20 cm内，传统耕作和保护性耕作下输沙率与高度分别呈线性和指数关系，保护性耕作下0~4 cm输沙量和输沙量百分比（Q_0~4/Q_0~20）均低于传统耕作。     

荒漠河岸林区3种典型植物群落下土壤碳氮含量特征

以黑河下游荒漠河岸林区3种典型植物(苦豆子(Sophora alopecuroides)、胡杨(Populus euphratica)、柽柳(Tamarix ramosissima))群落下的土壤为研究对象,分析了0～280 cm土层土壤碳氮含量特征,运用Pearson相关分析、通径分析方法揭示了土壤碳氮含量与其他理化性质的关系。结果表明：(1)苦豆子、胡杨、柽柳群落下的土壤平均碳含量分别为16.35、20.23、17.23 mg·g^-1,平均氮含量分别为0.47、0.69、0.61 mg·g^-1,植被类型导致的土壤碳氮含量的差异主要表现在0～10 cm表层。(2)荒漠河岸林区0～160 cm土壤碳储量柽柳(444.64 t·hm-2)>胡杨(398.60 t·hm^-2)>苦豆子(368.95 t·hm^-2),土壤氮储量柽柳(12.46 t·hm^-2)>胡杨(11.88 t·hm^-2)>苦豆子(10.60 t·hm^-2     

科尔沁沙地奈曼旗近5年来风况及合成输沙势

应用奈曼沙漠化研究站1998-2002年的气象资料, 统计分析了奈曼旗近5a来的风况特征和输沙势。结果表明: ①研究区3~5月起沙风发生频数最高, 占全年起沙风的38%~58%; 平均风速和最大风速值最大, 分别为6.0~7.5m·s^-1和9.5~16.9m·s^-1。该风况特征与地表冻融、裸露、干旱疏松相耦合, 形成了区内的风沙活动期。②在风沙活动期内, 风环境基本为锐双峰风况, 西北风居主导地位, 频数占54%; 南风和西南风次之, 频数占38%。③在风沙活动期内, 研究区属于高风能环境, 合成输沙势RDP为66.3VU(风速以m·s^-1为单位), 合成输沙方向RDD为ESE113°。     

两种背景场改进方案对新疆“狭管”风区风场预报性能评估

为了客观评价Wind Energy Resource Assessment System /CMA(简称WERAS/CMA)系统(CTL方案)和将其中的客观分析法改成四维同化系统(简称FDDA方案)对既受狭管效应影响、又受湖陆风影响的阿拉山口和达坂城-小草湖风区起伏下垫面中的风能资源数值模拟的优劣,根据2009年7、10月和2010年1、4月 12UTC的NCEP再分析资料以及同期CMACAST下发的WMO各种常规观测资料开展了风场预报效果对比实验。结果表明:(1)对复杂区域而言,两种方案比过去单纯只用中尺度模式进行风场模拟的平均相对误差至少减小10%;(2)总体而言,两种方案对70 m高度处的风速模拟误差要大于30、50、100 m处的误差,在受多种环流尺度影响区域,模式在刻画平均风速/风向频率廓线方面的缺陷均极其相似;(3)在70 m高度上,两种方案5 m·s^-1以内的风速平均相对误差可达60%～130%,>5 m·s^-1的误差可控制在15%以内;对受湖陆风影响区域的模拟误差明显偏大,误差大小与湖陆风效应的季节变化有关; (4)两种方案均能抓住70 m左右高度上不同等级风速段的气候背景,对达坂城风区5～15 m·s^-1风速段的Ts预报评分可达0.6～0.7,对阿拉山口和小草湖风区≤5 m·s^-1风速段的Ts预报评分分别可达0.6～0.7和0.9左右。然而,对达坂城风区≤5 m·s^-1风速段的Ts预报评分仅0.3～0.4;(5)两种方案对所有风区需采取停机保护措施的、15 m·s^-1以上强风预报的Ts评分仅在0.4～0.6;(6)同一测风塔不同高度上,FDDA方案对风的预报效果不一定总优于CTL方案,但在70 m高度上,FDDA总体略优于CTL;即使同一风区,各个测风塔之间两种方案的预报效果也是因局地多尺度环流影响的不同或因预报的高度不同或预报季节的不同而异,这种预报误差差异的机理还有待探究。     

不同扰动方式对沙砾质戈壁地表风蚀量的影响

通过野外风洞实验,测定了不同破坏方式、破坏面积和风速下的沙砾质戈壁风蚀量。结果表明：不同破坏方式引起的风蚀量不同,扰动强度越大造成的风蚀量越多;相同扰动方式下连续破坏造成的风蚀量稍高于间隔破坏。风蚀总量随破坏面积的增大而增加,且服从指数函数。风速为8～10 m·s^-1时,扰动的戈壁地表以轻微侵蚀为主;10～12 m·s^-1 是风蚀量增幅最大阶段;当风速大于 12 m·s^-1时,以强烈风蚀为主。风沙流中沙物质的主体是细沙和极细沙,在20 cm高度范围内,自风沙流下层至上层细沙含量比较稳定,极细沙含量逐渐降低,中沙含量逐渐上升。     

模糊隶属法在塔里木河荒漠植物抗旱性评价中的应用

以塔里木河荒漠河岸乔木、灌木、草本植被的代表植物胡杨(Populus euphratica)、柽柳(Tamarix ramosissima)和罗布麻(Apocynum venetumas)为研究对象,对塔里木河下游不同区段、不同地下水位状况下胡杨、柽柳和罗布麻体内叶绿素、可溶性糖、脯氨酸(Pro)、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、生长素(IAA)、赤霉素(GA3)和脱落酸(ABA)等主要生理指标和地下水位进行了测定。运用国际通用软件SAS6.12对这十项生理指标和地下水位之间的关系进行了相关性分析,结果表明:亚哈甫马汗断面的柽柳对地下水位的生理响应最为敏感。其次是胡杨和罗布麻;阿拉干断面的差异不大;在所测的十项生理指标中,丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、脱落酸(ABA)对地下水位变化的敏感度最高,其次为过氧化物酶(POD)、生长素(IAA)和分裂素(CK);地下水位是影响塔里木河流域植被生理特性的主要环境因子。在相关分析的基础上运用平均隶属函数法对这三种植物进行抗旱性排序,结果表明:在干旱胁迫下,植物各种生理代谢过程协同作用,共同抵御干旱胁迫,以减少其受伤害程度;就抗旱能力而言,胡杨>柽柳>罗布麻。     

黑河下游五种不同植被类型土壤呼吸的差异性解析

土壤呼吸的微小变化会对大气CO₂浓度产生重大影响,尤其在极端干旱区。通过对黑河下游额济纳旗四道桥的混合林、胡杨、柽柳、农田及裸地的土壤呼吸进行研究,结果表明：2014 年夏季5 种不同植被类型的土壤呼吸速率大小排序：胡杨柽柳混合林 > 柽柳 > 农田 > 胡杨 > 裸地,各类型的5 cm处土壤温度和湿度无明显变化规律,土壤温度在22～35 ℃,土壤湿度集中在13%～61%的变化范围。探究了5 种不同植被类型的土壤呼吸速率与土壤温度、土壤湿度、地表温度、空气温度及空气湿度的线性相关关系,发现它们的土壤呼吸速率与土壤温度、土壤湿度、空气温度、空气湿度之间无显著相关（P>0.05）,表明水热因子对土壤呼吸的影响具有很大的不确定性。     

甘肃敦煌西湖荒漠湿地植物群落物种多样性特征研究

 基于375个样方和150条样线的调查,对甘肃敦煌西湖荒漠-湿地生态系统植物群落物种多样性进行了研究。结果表明:①区内共记录植物26种,分属16科24属,芦苇（Phragmites australis）、多枝柽柳（Tamarix ramosissima）和胡杨（Populus euphratica）为绝对优势种,苏枸杞（Lycium ruthenicum）、疏叶骆驼刺（Alhagi sparsifolia）和胀果甘草（Glycyrrhiza inflata）为主要伴生种,其平均重要值依次为0.4728、0.4563、0.4342、0.2908、0.2594和0.2455。植物群落分多枝柽柳群落、胡杨群落、胀果甘草群落、疏叶骆驼刺群落、多枝柽柳沙包群落、苏枸杞群落、芦苇沼泽群落和芦苇群落8个类型。②植物群落物种多样性指数偏低（0.784～1.379）,多枝柽柳群落、胡杨群落和芦苇群落物种多样性指数最大（1.379、1.266和1.194）,群落之间差异显著（P＜0.05）;疏叶骆驼刺群落和苏枸杞群落次之（1.154、1.077）,胀果甘草群落、芦苇沼泽和多枝柽柳沙包群落最低（0.919、0.881、0.784）,各群落之间不存在显著差异。③灌（乔）木层是敦煌西湖植被主要层次,灌（乔）木层物种多样性指数（0.549～1.077）大于草本层（0.052～1.038）。④物种多样性指标H′、D、J和Ma随海拔梯度增加基本均显下降趋势,而指数C变化趋势则相反,表现为上升,均匀度指数变化幅度不显著。⑤物种多样性指标H′、D、J和Ma随经纬度升高变化趋势基本一致,均表现为先下降,后上升,再下降,而优势度指数C变化趋势则相反。     

极端干旱区不同下垫面土壤凝结水试验研究

为了探讨极端干旱区植被生长季的土壤凝结水特征, 采用微渗计和中子仪, 于2010 年6-7 月对塔里木河下游地区胡杨林、柽柳丛和裸地3 种典型下垫面密封和不密封处理的土壤凝结水的变化特征、形成时间及其影响因素进行了研究。结果表明:微渗计和中子仪观测结果均显示观测期间裸地产生的土壤凝结水总量最大, 其次为柽柳丛, 而胡杨林形成的土壤凝结水总量最小。观测期间研究区凝结现象从21:00-22:00 左右开始, 02:00-03:00 左右达到第一个峰值前, 随着近地表气温和地温的降低, 土壤凝结水量呈增加的趋势。不密封处理产生的土壤凝结水量显著大于密封处理的(t<0.01)。柽柳丛土壤日均凝结水量最大, 其次为裸地, 胡杨林最小。方差分析显示, 不同下垫面类型土壤的日均凝结水量之间存在极显著差异(P<0.01)。3 种下垫面土壤凝结水量的变化趋势基本一致, 均呈双峰曲线。凝结过程一般从22:00 左右持续到次日09:00 左右。土壤凝结水量主要受气温、大气相对湿度、表层地温、风速以及下垫面等因素的影响。研究结果可以为生态退化区的植被恢复提供一定的理论依据。     

How changes of groundwater level affect the desert riparian forest ecosystem in the Ejina Oasis,Northwest China

Groundwater is a key factor controlling the growth of vegetation in desert riparian systems. It is important to recognise how groundwater changes affect the riparian forest ecosystem. This information will not only help us to understand the ecological and hydrological process of the riparian forest but also provide support for ecological recovery of riparian forests and water-resources management of arid inland river basins. This study aims to estimate the suitability of the Water Vegetation Energy and Solute Modelling(WAVES) model to simulate the Ejina Desert riparian forest ecosystem changes,China, to assess effects of groundwater-depth change on the canopy leaf area index(LAI) and water budgets, and to ascertain the suitable groundwater depth for preserving the stability and structure of desert riparian forest. Results demonstrated that the WAVES model can simulate changes to ecological and hydrological processes. The annual mean water consumption of a Tamarix chinensis riparian forest was less than that of a Populus euphratica riparian forest, and the canopy LAI of the desert riparian forest should increase as groundwater depth decreases. Groundwater changes could significantly influence water budgets for T. chinensis and P. euphratica riparian forests and show the positive and negative effects on vegetation growth and water budgets of riparian forests. Maintaining the annual mean groundwater depth at around 1.7-2.7 m is critical for healthy riparian forest growth. This study highlights the importance of considering groundwater-change impacts on desert riparian vegetation and water-balance applications in ecological restoration and efficient water-resource management in the Heihe River Basin.     

准噶尔盆地新建防护林对林下土壤理化性状的影响

以准噶尔盆地西南缘克拉玛依新垦绿洲防护林(包括杨树林、沙枣林、榆树林、紫穗槐林和枸杞等)带内土壤为研究对象,测定其土壤理化性状。结果表明:不同防护林带内土壤表层的容重都低于土壤下层;新建林带后土壤肥力呈增加趋势,榆树林地土壤养分最高,沙枣和枸杞林地较低;不同建植林分的土壤盐分变化(增减)方式有差异;杨树林随着建成年限的增加,土壤中总盐含量明显降低。     

极端干旱区荒漠河岸林胡杨生长季树干液流变化

应用热脉冲技术和自动气象站对极端干旱区荒漠河岸林建群种胡杨(Populus euphratica Oliv.)的树干的液流流速及其环境因子进行了为期2 a的连续观测,对胡杨树干液流日、季变化及其与环境因子相关性进行了深入的研究。结果表明:胡杨树干液流速率日变化具有明显的昼夜节律性。白天树干液流流速变化曲线呈多峰型。夜间,胡杨同样存在明显的树干液流现象,这主要是由根压引起的。胡杨树干液流速率7月最高,6月、8月次之,9月液流速率高于5月,10月最小,主要生长期6—8月胡杨日均蒸腾量占整个生长季的70％以上。不同林龄的胡杨树干液流速率不同,表现为15龄＞25龄＞50龄。树干液流量变化与环境因子中气象因子的变化密切相关。逐步回归结果表明,液流速率与净辐射、空气温度、空气相对湿度呈显著线性相关, 同时给出了依据常规气象因子估算液流速率的统计模型。     

极端干旱条件下柽柳种群蒸散量的日变化研究

利用波文比能量平衡法对额济纳绿洲柽柳种群蒸散进行测定。结果表明,在晴朗无云的条件下,蒸散速率日变化呈单峰型。蒸散从早晨630以后出现,上午蒸散率上升过程缓慢,到中午达到峰值,随后蒸散速率迅速下降,到1600蒸散速率降到最小,夜间无蒸散,常出现负值,呈大气凝结过程。净辐射对蒸散起决定作用,蒸散速率的变化趋势与净辐射变化基本一致,其日变化具有相同的峰型。柽柳种群蒸散量随风速的增加而增加。土壤温度对柽柳种群蒸散速率的影响不大,但土壤温度的增加值的变化与蒸散速率的变化基本一致。土壤含水量的变化对蒸散速率产生影响,土壤含水量降低,蒸散速率减弱,土壤含水量增加,蒸散速率加快。相关分析表明,环境因子对蒸散速率影响的贡献依次为土壤温度的升高值 > 净辐射 > 风速 > 土壤含水量 > 空气温湿度。     

共和盆地不同类型防护林的改善小气候效应

防护林是荒漠生态系统中绿洲的生态屏障。本文在青藏高原共和盆地的沙丘和丘间地生境中,分别选择不同类型的防护林,在春季和夏季测量它们的风速、气温、相对湿度、土壤温度和土壤体积含水量,据此选择改善小气候效应较好的防护林类型。结果表明：与流动沙丘相比,沙丘上栽植柠条和沙蒿均能够明显降低风速和气温,增加相对湿度,降低土壤温度,并且增加土壤体积含水量;柠条改善小气候的效应优于沙蒿。与赖草草地相比,丘间地各种类型的防护林均能够降低风速和气温,增加相对湿度,降低土壤温度,但是大部分防护林会降低土壤体积含水量,仅小叶杨林带能够在7月增加土壤体积含水量;小叶杨+乌柳混交林和乌柳+沙柳混交林改善小气候的效应优于柽柳和乌柳。