CoLM模式对塔克拉玛干沙漠北缘陆面过程模拟评估及修正

采用2011年3月22日至7月26日肖塘陆气相互作用观测资料测试了不同陆面参数对公共陆面模式（CoLM）模拟效果的影响。地表参数包括地表反照率（α）、地表比辐射率（ε）、空气动力学和热力学粗糙度（z_0m、z_0h）、零置位移（d）、热传输附加阻尼（kB^-1）。结果表明：感热通量H和地表温度T_g对地表反照率、动力学粗糙度和地表比辐射率比较敏感,对零置位移不敏感。通过观测资料获得的这些参数及kB^-1参数化方案均被用来替换原CoLM模式中相应值及参数化方案。CoLM模式基本上能较好地模拟净辐射R_n、感热通量H、地表土壤热通量G₀和地表温度T_g日变化特征,只是在日峰值及其峰值出现时间的模拟上不理想;而CoLM模式对该地区土壤湿度M的模拟效果非常不好。误差统计值Bias、SEE、NSEE表明优化参数后的CoLM模式使得R_n的模拟误差被降低4.21%（SEE）,H的模拟误差被降低25.19%（Bias）,T_g的模拟误差被降低33.33%（Bias）、10.45%（SEE）和25%（NSEE）。     

高寒植物群落优势种光合日变化及其与环境因子的关系

为分析不同高寒植物群落优势种的光合特性，探究影响光合作用的主要环境因子，选择若尔盖高原同纬度同海拔的沼泽湿地、湿草甸和干草甸样地，对比研究典型植物群落优势种木里苔草（Carex muliensis）、四川嵩草（Kobresia setchwanensis）和垂穗披碱草（Elymus nutans）光合日变化。结果表明：（1）由于水分条件差异显著（P<0.05），沼泽湿地优势种木里苔草的净光合速率（P_n）日变化呈单峰趋势，而湿草甸和干草甸优势种P_n则为双峰曲线，存在光合“午休”现象。（2）水分利用效率（WUE）日均值表现为干草甸优势种 > 湿草甸优势种 > 沼泽湿地优势种；各群落优势种光能利用效率（LUE）日均值无显著差异。（3）沼泽湿地优势种P_n主要受光合有效辐射（PAR）、气温（T_a）和空气相对湿度（RH）的影响；干草甸T_a和PAR为主要环境因子，湿草甸影响优势种P_n的主导因素为PAR。     

沙漠植物抗氧化酶活性及渗透调节物质含量与光合作用的关系

以科尔沁沙地生长的沙漠植物差不嘎蒿(Artimisia halodendron)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)、扁蓄豆(Ruthenian medic)、胡枝子(Lespedeza bicolor)、黄柳(Salix gordejevii)和猪毛菜(Salsola collina)为材料,研究了自然状况下光合作用、保护酶活性及渗透调节物质含量的日变化特征及相关关系。结果表明:(1)5个C₃植物光合作用日变化为中午降低类型,净光合速率(P_n)在10:00到达第1个高峰,在14:00出现第2个高峰,其中4个植物第2高峰平均P_n仅为第1高峰的37%。C₄植物猪毛菜光合作用为单峰型。(2)在第1个P_n高峰期间,伴随着光合有效辐射(PAR)增高6.5倍和气温(T_a)增高,叶片水分亏缺度(VPD)增加3~6倍、气孔导度(G_s)下降60%;叶片丙二醛(MDA)含量增加18%,P_n增加3~13倍;过氧化物酶(POD)活性(除了扁蓄豆)平均增高29%、过氧化氢酶(CAT)活性(除胡枝子)平均增加82%;叶片可溶性糖含量增加48%,脯氨酸含量(除差不嘎蒿)增加74%。(3)午间和午后在大气PAR和T_a较高、叶片VPD较大、MDA含量和P_n下降时,渗调节物含量和抗氧化酶活性仍维持较高水平。日间叶片光合特性与保护酶活性和渗透调节物质含量的日变化间具有一定的相关性。抗氧化酶(尤其是POD和CAT)和渗透调节物(脯氨酸和可溶性糖)不仅在P_n增加过程中维护细胞氧自由基代谢和水分代谢平衡,而且在P_n较低时抑制膜脂过氧化和维持水分平衡,因此它们在日间提高P_n和恢复叶片光合作用上起重要的生理保护作用。6种植物参与抗逆生理调节的抗氧化酶和渗透调节物种类上差异显著。     

沙地冷蒿种群的耐牧机理研究初报

通过调查冷蒿的生物学特性,并以4种不同处理实验研究了耐牧性。处理方法分别为第1组模拟轻牧,剪去植株高度的一半(T₁);第2组模拟重牧,把植株地上部分全部剪掉(T₂);第3组埋土3~5cm(T₃),以模拟沙质草场疏松的地表易被牲畜践踏活化而掩埋植物;第4组做对照(T₄)。试验结果证明,春季对地上部分剪除不影响以后的营养生长和生殖枝的形成发育,但是7月以后做剪除处理则对其营养生长不利,对生殖枝的形成影响更大。生长季多次剪枝可获得更大生物量,不同处理组平均每株的地上部分收获生物量(干重)分别是25.2g(T₁),27.4g(T₂),24.7g(T₃)和22.0g(T₄)。冷蒿枝条密集,在无干扰条件下,平均每株有枝条近百枝。植株地上部被剪除后,不定芽萌发力强,1cm的残枝上可以萌芽2~4个。枝条的基部极易生不定根形成新植株。有性繁殖与无性繁殖并存保证了种群更新。     

砾石床面的空气动力学粗糙度

通过砾石床面的空气动力学粗糙度(Z₀)的风洞实验研究,结果表明,砾石床面的空气动力学粗糙度(Z₀)与砾石粒径、砾石覆盖度和自由风速有关,Bagnold的1/30定律和其它有关空气动力学粗糙度与粗糙元高度的固定比例对砾石床面都不适用。在各种一定砾石覆盖度条件下,砾石床面的Z₀随自由风速的增加而呈指数衰减。在各种一定自由风速条件下,Z₀随砾石覆盖度C的变化遵循二次曲线:Z₀=F₁+F₂C+F₃C^1.5+F₄C²,砾石覆盖度为40%~75%时,Z₀达到最大值。建立了包含自由风速和砾石覆盖度两个因子的Z₀的双因子综合模型。     

巴丹吉林沙漠拐子湖地表辐射与能量平衡特征

利用2013年7月、10月和2014年1月、4月巴丹吉林沙漠北缘拐子湖流动沙地地表辐射、土壤热通量、土壤温湿度和湍流通量等观测资料,分析了拐子湖地区地表辐射收支和能量通量在不同季节条件下的日变化特征及能量分配和闭合状况。结果表明:地表辐射各分量和能量平衡分量的月平均日变化结果整体均表现为标准的单峰型日循环形态,受不同季节影响,日变化曲线存在显著的季节变化差异,各分量均呈7月最大、1月最小、4月大于10月, 1月和7月的R_s↓、R_s↑、R_l↑、R_l↓、R_n日均值依次为98.9 W·m^-2和614.6 W·m^-2、34.6 W·m^-2和87.3 W·m^-2、276.9 W·m^-2和494.2 W·m^-2、214.8 W·m^-2和385.0 W·m^-2、0.4 W·m^-2和128.7 W·m^-2。与塔中、肖塘等地相比,该区域具有相对较高的地表反照率,整体呈冬季高夏季低,年均0.34。1月和7月的H、LE、G₀日均值依次为4.7 W·m^-2和78.8 W·m^-2、0.3 W·m^-2和20.3 W·m^-2、2.9 W·m^-2和35.0 W·m^-2。从能量分配来看,研究区干旱的气候和极低的植被覆盖造成了各季节全天潜热通量占净辐射份额始终较小,白天以感热为能量的主要消耗形式,土壤热通量次之。此外,R_n于正午达到日峰值后逐渐减小,受辐射强迫升温的地面以感热形式对空气的热量输送却不断持续,而促使H/R_n日间始终保持明显的增长趋势。     

固定沙质床面的空气动力学粗糙度

通过固定沙质床面的空气动力学粗糙度z₀的风洞实验研究,结果表明,z₀与沙粒粒径的关系为:z₀=a₁+b₁D²ln(D),并非Bagnold的1/30定律,也不是其他研究者的z₀与沙粒粒径D的固定关系。Bagnold的1/30定律仅对有限风速情况和非常狭窄的颗粒粒径范围有效。风也是影响空气动力学粗糙度的活跃因子。z₀与沙粒粒径,z₀与摩阻速度,z₀与摩阻雷诺数之间的关系都与风速有关。类似于水利学粗糙度,将空气动力学粗糙度划分为空气动力学完全光滑区、过渡区和完全粗糙区三个区域。     

沙地影响玉米产量形成因子的量化研究(I)

采用二次回归通用旋转组合设计方法,对沙地玉米的水肥因子进行了量化试验研究。结果表明,试验条件下沙地农田当土壤相对含水量保持在67.2%,施用尿素52.5 g·m^-2和施用磷肥36.7g·m^-2时,可以获得1.32 kg·m^-2的最高产量。影响玉米产量形成的敏感因子首先是氮肥施用量,其次是土壤相对含水量,而磷肥施用量对玉米增产效果不明显。玉米的产量(Y)与土壤相对含水量因子(X₁)、氮肥施用量因子(X₂)和磷肥施用量因子(X₃)的关系为:Y=5.16+0.151x₁+0.284x₂-0.182x₃+0.199x₁x₂+0.403x₁x₃-0.215x₂x₃-0.193x₁²-0.415x₂²-0.002x₃²。     

塔克拉玛干沙漠腹地秋季陆面过程特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中2014年10月的秋季涡动通量数据，分析了塔中秋季陆面过程通量变化特征。结果表明：（1）塔中秋季10月净辐射R_n、感热通量H、潜热通量LE、地表土壤热通量G₀峰值依次为273.0、141.6、5.0、105.0 W·m^-2，平均日总量依次为2.85、2.68、0.08、-0.57 MJ·m^-2，净辐射能量分配以感热能量输送为主。（2）不同典型天气下，净辐射日总量扬沙>晴天>阴天>降水；阴天、扬沙天气H随R_n不同程度削减而减少，降水天气潜热增多导致日变化特征有别于其他天气。（3）10月能量闭合率为79.0%，不同天气能量闭合率阴天>晴天>扬沙>降水，依次为86.8%、83.4%、79.4%、71.4%。（4）地表反照率晴天呈“U”型变化，阴天和扬沙天气地表反照率趋势变缓发生波动现象，降水天气波动较大，趋势先降低后回升。（5）月平均热通量日间为正值，夜间为负值。日间能量闭合率为73.9%，夜间为50.8%，存在较高的能量不闭合。     

内蒙古半干旱区蒸散估算和归因分析

蒸散（Evapotranspiration,ET）是生态系统水循环中的重要一环,决定了生态系统水分和热量传输。从区域尺度对蒸散及其蒸腾（Transpiration,T）和蒸发（Evaporation,E）组分进行量化,认识环境因素对其的影响机制,有助于合理利用、分配水资源,为研究气候变化对区域生态系统水文循环的影响提供参考。基于生态系统生产力模拟（Boreal ecosystem productivity simulator, BEPS）模型,验证模型在研究区域的适用性,量化1981—2018年内蒙古半干旱区的ET及其组分的变化情况,并对其进行归因分析。结果表明：经不同数据验证,BEPS模型计算结果能够精确反应研究区域ET及其组分的分布情况和变化趋势。1981—2018年研究区草地、农田和森林多年平均ET分别为278.22 mm、362.50 mm和308.81 mm。E、T和ET多年呈显著上升趋势,上升速率分别为0.42 mm·a^-1、0.63 mm·a^-1和1.05 mm·a^-1。ET与T在全区域内空间分布格局相似,与E相反,ET年际波动主要受到T年际波动的影响。综合影响因子的变化和E、T、ET对因子的敏感性,研究区域草地和农田T和ET以及森林的ET主要受到饱和水汽压差（VPD）和平均气温（TEMP）变化的控制。农田和森林归一化植被指数（Normalized difference vegetable index, NDVI）都呈减小趋势,但森林环境T对NDVI的变化更加敏感,因此负贡献更大。     

辽河三角洲不同干湿气候区参考蒸散发敏感因子时空变化

根据辽河三角洲19个气象台站1961~2010年气象观测资料,采用Penman-Monteith参考蒸散发计算方法,分析辽河三角洲半湿润区、半干旱区以及滨海干湿过渡区3个气候亚区参考蒸散发对平均气温、风速、相对湿度和太阳辐射的敏感性及其时空分异。结果表明：在半干旱区,敏感系数由大到小依次是相对湿度、风速、太阳辐射和平均气温;在半湿润区和滨海干湿过渡区,敏感系数由大到小依次是相对湿度、太阳辐射、平均气温和风速。不同气候亚区参考蒸散发对气象因子的敏感系数具有较大的差异和变化趋势。     

基于CMIP5模式的黑河流域潜在蒸散量预估

蒸散发是干旱内陆河流域水资源的主要耗散途径。预估黑河流域未来潜在蒸散量（ET₀）可为气候变化条件下流域水资源的优化管理提供基础数据支撑。使用1960—2014年黑河流域气象数据,采用FAO-56Penman-Monteith公式计算流域潜在蒸散量;基于同期NCEP（美国环境预报中心）再分析资料及2006—2100年CMIP5中CNRM-CM5模式的RCP4.5、RCP8.5路径预测数据,经统计降尺度模拟与偏差校正,预估了流域未来潜在蒸散量;通过旋转经验正交函数将流域各划分为3个子区,进行子区及全流域Mann-Kendall未来趋势分析。结果显示：（1）NCEP再分析资料与流域潜在蒸散量建立的逐步回归降尺度模型模拟效果好,经CNRM-CM5模式模拟及偏差校正,适宜于预估黑河流域未来潜在蒸散量。（2）预估RCP4.5路径流域2021—2050年、2071—2100年年均潜在蒸散量较1971—2000年分别增加3.49%、6.11%,RCP8.5路径分别增加4.64%、10.07%,RCP8.5路径增幅高于RCP4.5路径。（3）利用旋转经验正交函数可将两种路径流域未来蒸散量划分为3个子区,RCP4.5、RCP8.5路径黑河流域Ⅰ区潜在蒸散量各为不显著、显著的下降趋势,两种路径下Ⅱ区、Ⅲ区及全流域均为显著上升趋势。     

Seasonal characteristics of chlorophyll fluorescence kinetics of heteromorphic leaves in Populus Euphratica

Populus euphratica Oliver grown in desert areas have polymorphic leaves, which include lanceolate to serrate oval leaves.This paper measures the chlorophyll fluorescence-induction kinetics curves of two types of heteromorphic leaves(lanceolate and serrate oval) of P. euphratica over the growth season in the Ejina Desert area, China. This is in order to study the electron transport, as well as absoprtion, distribtution, and dissipation of light energy and their adaptation characteristics.The results indicate that(1) serrate oval leaves' photosystem II(PSII) initial light-energy-conversion efficiency(Fv/Fm),potential activity(Fv/F_0), and the light-energy-utilization parameter(PI) are higher than those of lanceolate leaves; the accumulated amount of Q_A-(V_j) and the relative speed of Q_A deoxidation(M_0) are lower than those of lanceolate leaves;(2)the reaction center density(RC/CS_0) and electron-transfer energy(ET_0/CS_0) in the unit cross-sectional area of serrate oval leaves are higher than those of lanceolate leaves; the energy consumed in unit cross-sectional area(DI_0/CS_0), and energyflow parameters(ABS/RC, ET_0/RC, TR_0/RC, and DI_0/RC) in the unit reaction center of serrate oval leaves are lower than those of lanceolate leaves;(3) the proportion of energy used for photochemical reaction and energy electron transport in serrate oval leaves(Φ_(P0), Ψ_0, and Φ_(E0)) are larger than those in lanceolate leaves, and the maximum quantum yield(Φ_(D0)) of nonphotochemical reaction is less than that of lanceolate leaves. Thus, serrate oval leaves of P. euphratica have a more efficient energy-distribution strategy and better adaptability to extreme environmental conditions than lanceolate leaves.     

祁连山中部亚高山草地作物系数估算

利用Lysimeter蒸散仪于2011-2014年对祁连山中部黑河上游天涝池流域亚高山草地实际蒸散量进行观测。用FAO Penman-Monteith模型对草地参考蒸散量进行估算,根据草地植被高度结合气象数据,以估算日尺度作物系数,以估算的作物系数与模拟的参考蒸散量计算草地实际蒸散量,并用观测值进行验证。结果表明：FAO改进后的作物系数计算方法适合该区域草地作物系数的计算;以FAO Penman-Monteith模型估算的日蒸散量为0.50~7.26 mm,生长季日均蒸散量有年际变化,2011年 > 2014年 > 2012年 > 2013年。总体来看,土壤蒸发总量年际变化不大,影响蒸散量年际变化的主要部分是植被的蒸腾。     

塔克拉玛干沙漠南缘典型绿洲ET0模型适用性评价及修正

ET₀模型在不同地区具有不同的适用性,而对极端干旱的塔克拉玛干沙漠南缘绿洲的ET₀模型的适用性研究较为稀缺。利用2006—2014年生长季（4—10月）策勒气象站逐日气象资料,以自动称重式蒸渗仪实测数据为标准,采用最大绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）、模型效率（EF）和一致性指数（d）4个指标,在日、月时间尺度上评价了6种常用ET₀模型在策勒绿洲的适用性,并使用回归修正法和比例修正法分别修正了这6种模型。结果表明：（1）日、月时间尺度上,Hargreaves-Samani（H-S）模型高估程度较大,其余模型均不同程度低估,拟合度由高到低依次为FAO-56PM、Jensen-Haise（J-H）、Priestley-Taylor（P-T）、Makkink、Turc、H-S。（2）所有ET₀模型月值变化趋势与蒸渗仪实测值基本一致,除FAO-56PM和Turc模型计算的ET₀月值在6月达到峰值外,其余模型均在7月达到峰值,在生长季尺度所有模型ET₀月值与蒸渗仪实测值呈显著相关。（3）日、月时间尺度上,回归修正法和比例修正法修正后的ET₀模型计算结果与蒸渗仪实测值均呈极显著相关,回归修正法优于比例修正法。（4）相关性分析表明,对策勒绿洲ET₀影响由高到低的气象因子依次为T_{\mathrm{m}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{n}}>T_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}>P>T_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}>R_s>U_{\mathrm{2}}>R{H}_{\mathrm{m}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{n}}。