内陆河流域山区水文与生态研究

以河西走廊黑河干流山区流域为例,从山区水文循环、水文与生态系统以及径流形成和预测等方面讨论山区流域水文和生态相互作用研究的有关问题。山区降水的空间和时间分布规律和固态、液态降水组成变化主要受制于海拔和地形的影响,而不同海拔和地形条件下的下垫面不同土地覆被和复杂的空间异质性则主要影响蒸散发量。对内陆河山区流域的水文小循环的研究,有助于进一步研究和认识内陆河流域上、中、下游水文和生态系统的相互联系问题。至今,对山区水文过程与生态系统的相互作用问题的研究还非常薄弱,需要研究山区森林草地生态系统在山区水文循环中的作用以及在维持和保护山区生态和环境中的作用和意义。内陆河流域山区水文过程复杂而综合性强,须加强对山区径流形成机理的多学科交叉研究,不断改善出山径流对气候变化和人类活动响应过程的模拟和预测水平。     

河西走廊黑河山区土壤-植被-大气系统能水平衡模拟研究

在河西走廊内陆河黑河山区植被带生长期的5~9月份, 应用土壤-植被-大气传输(SVAT)系统的热水耦合SHAW模型, 在野外观测试验的基础上, 以大气总辐射和常规气象站的基本观测要素为模型的初始输入, 对阴坡云杉林、林旁草地和阳坡草地的土壤层-残留层-植被冠层系统的能量和水量平衡进行了模拟研究. 能量平衡的模拟结果表明, 阳坡草地净辐射量大于阴坡云杉林和林旁草地, 而草地能量支出项主要是潜热, 其次是感热; 云杉林的能量支出主要是感热, 其次是潜热. 阴坡云杉林和林旁草地土壤层-残留层-植被冠层的能量平衡组成和分布使得土壤层吸收的能量少, 具有涵养水源的能量基础, 而森林土壤层吸收的能量更少. 水量平衡的模拟结果表明, 阳坡草地水量基本上是消耗于土壤蒸发, 而阴坡云杉林和林旁草地蒸散发量比阳坡草地少, 并且其中近一半是消耗于植物的蒸腾, 降雨后土壤水量储存增加较多. 因此, 阴坡云杉林和林旁草地具有涵养水源的土壤水储存条件, 并且森林土壤层的水储存条件更好.     

祁连山林区大气降水特征与森林对降水的截留作用

通过对连山寺大隆林区定位站1975－2000年的降水特征与森林对降水的再分配分析，建立了祁连山大隆林区降水与温度，降水与湿度，林冠截留的关系式。该区多年平均降水量为433.5mm，年变幅在326.4-539.7mm;降水量最大出现在夏季，占全年降水量的65．70％；海拔高度每升高100m，年了量平均递增4．55％，林区温度和湿度均与降水有较好的拟合关系。青海云杉林与祁连圆柏林林冠对大气降水的平均截留率分别为37．5％，31．7％，灌木林的截留率平均高达66．5％。青海云杉林林冠层平均截留率随着降雨量的增大逐渐减小，当降雨量为18.67mm时，林冠截留量达到最大，为14.72mm；青海云杉树干径流量占降水量的0．51％，当降雨量超过12.0mm时，才开始产生树干径流。青海云杉林枯枝落叶层对降雨的截留量随降雨量级增加而增大，截留率则随降雨量减小而增大，枯枝落叶层所具有的截留降雨和调蓄降雨作用使祁连山林区基本不发生地表径流。分析结果表明，祁连山林区对水源涵养和水流出山的时间调控有重要意义。     

黑河中游灌区地下水位短期季节性变化趋势预测

利用黑河中游平川、板桥、鸭暖和蓼泉灌区8眼观测井的1985-2002年逐月实测平均地下水位埋深资料(共1728个月),基于帕森斯季节性指数理论,分别建立了黑河中游灌区具有代表性的平川、板桥、鸭暖、蓼泉四灌区共8眼观测井季节地下水位埋深动态变化预测模型,并用2003年各观测井的资料进行了趋势预测进行检验.结果表明:观测井地下水位变化过程呈线性递减的相关系数越显著,其拟合误差和预测误差越小.各观测井地下水位帕森斯季节性指数模型拟合差≤0.05 m的月数占总检验月数的比例平均为38.33%,拟合差≤0.10 m的月数占总检验月数的比例平均为72.50%,>0.25 m的月数占总检验月数的比例平均为2.00%;各观测井预测误差≤0.05 m的月数占总预报月数的比例平均为36.46%,预测误差≤0.10 m的月数占总预报月数的比例平均为64.38%,>0.25 m的平均比例仅为2.00%,说明帕森斯季节性指数模型可以对短期黑河中游典型灌区地下水位动态趋势进行预测.     

黑河流域典型景观植被带陆面过程同步观测研究

为了解内陆河流域不同尺度内与水循环及生态过程有关的水分、热量分布规律,在黑河流域上中下游选取3个典型植被景观带建立观测场,并布设环境观测系统(ENVIS)进行环境要素的同步观测.结果表明,山区森林草地灌丛复合生态区陆面是冷性湿润的下垫面,中游绿洲荒漠接触带是干性、较湿润的下垫面,下游荒漠河岸林景观带是干热性的下垫面.     

黑河流域山前绿洲灌溉农田蒸散发模拟研究

基于Penman-Monteith蒸散公式, 应用土壤-植被-大气系统水分和能量传输理论对Shuttleworth-Wallace蒸散模型的参数进行改进, 得出解析计算农田作物蒸腾和土壤蒸发的双源模型. 对黑河流域山前绿洲农田春小麦生长期土壤蒸发、作物蒸腾以及总蒸散过程进行了模拟研究. 对模型的计算结果以田间观测和水量平衡方法进行验证, 误差目标NSE=0.98, 说明该模型用于农田蒸发和蒸腾的计算是合理的. 对影响蒸发和蒸腾的主导因子净辐射、叶面积指数、土壤含水量进行了相关性分析, 得出三者的变化对土壤蒸发、作物蒸腾的影响. 通过不同时期日蒸散发量变化特征的分析, 表明土壤、冠层两个界面对能量和水汽传输的交互影响效应显著.     

仪器表面加热效应对临泽站开路涡动相关系统CO2通量的影响

LI-7500分析仪仪器表面加热效应对开路式涡动相关系统CO2通量观测结果影响显著,利用Burba校正方法对提高观测站CO2通量观测精度、年净生态系统碳交换量(NEE)估算、全球CO2交换量估算和气候变化模拟等具有重要意义.基于临泽站绿洲玉米农田的开路式涡动相关系统和小气候观测系统所获得的一年数据,利用Burba校正方法分别对LI-7500分析仪光路中的感热通量、大气潜热通量、CO2通量以及NEE的季节变化过程进行了修正.结果表明,LI-7500分析仪底部窗口和支杆部分热量交换是光路中感热通量校正量的主要贡献者,平均分别为6.81 W·m-2和2.68 W·m-2,其加热效应主要来源于太阳辐射和电子元件运行产生的热量;加热效应对潜热通量影响最小,平均校正量仅为0.24 W·m-2;Burba校正对CO2通量和NEE的季节变化影响显著,其平均校正量分别为19.14μg· CO2·m-2·s-1和313.21 mg·C·m-2·d-1,而且气温越低加热效应对通量的影响越显著;除生长季空气中水汽浓度显著高于非生长季而导致潜热校正量较大外,生长季其他各通量的校正量明显小于非生长季,生长季光路中感热、周围大气潜热、CO2通量和NEE日校正量分别为6.94 W·m-2、0.33 W·m-2、12.86 μg·CO2·m-2·s-1和161.58mg·C· r-2·d-1,分别是非生长季的60.4％,220.0％,50.6％和37.4％.若未进行仪器表面加热效应的Burba校正,在生长季和非生长季累计高估的绿洲玉米农田生态系统碳吸收量分别为25.85 g·C·m-2和88.47 g·C·m-2.     

“禹城式”矽卡岩型富铁矿的形成机制

山东省西北部齐河—禹城地区矽卡岩型富铁矿找矿工作取得了重大突破,有望成为继莱芜、金岭和济南之后又一个重要的富铁矿基地。与传统的矽卡岩型铁矿产于岩体与碳酸盐岩接触带不同的是,齐河—禹城地区李屯铁矿的矿体产于石炭系—二叠系含煤地层内,富铁矿体与围岩呈截然的接触关系,并且矿体附近的围岩发生了强烈的角岩化。针对这一现象,本文提出上覆的煤系极低的热导率使得含矿热液能够保持高温状态,发生长距离迁移而就位于远接触带的石炭系—二叠系中。李屯铁矿的形成可能是高温的岩浆流体与低温的大气降水混合,导致温度和盐度下降发生快速沉淀的结果。另外,近矿岩体普遍发生强烈的钠长石化,导致了闪长质岩石“铁的丢失”,为出溶高浓度富铁流体以及富铁矿的形成奠定了重要的物质基础。幔源“高分异”的闪长岩以及浅侵位时岩浆流体的出溶,也是邯邢式铁矿形成的先决条件。     

干旱气候条件下多种潜在蒸发量估算方法对比研究

潜在蒸发量表征局地大气蒸发能力,是研究陆面过程和水文循环的关键参量。基于中国科学院临泽内陆河流域研究站2015 2016年实测气象数据,对比分析了综合法、辐射法和温度法共10种潜在蒸发量计算公式在河西走廊中段干旱气候条件下的差异,并将计算结果与台站内E601型和Φ20型蒸发皿记录的蒸发量数据进行了统计分析。结果表明:(1)影响E601型和Φ20型蒸发量的气象因素主要为饱和水气压差、净辐射和温度;(2)两种蒸发皿折算系数(ETp-E601/ETp-Φ20)的算术平均法和一元线性回归法计算值分别为0.65和0.62;(3)总体上综合法最适用,其次是辐射法,基于温度的各方法适用性最差;(4)综合法中FAO-56法最优,与E601型蒸发皿值拟合值为1.02(R2=0.70);其次是基于辐射的Doorenbos-Pruitt法,与Φ20型蒸发皿值拟合值为0.78(R2=0.85)。以上研究结果为估算我国西北干旱区及类似环境下潜在蒸发量提供了方法上的借鉴。     

黑河中游绿洲典型灌区地下水资源总均衡估算

根据对研究区多年的水文地质观测资料的分析和研究,建立了黑河中游典型灌区地下水水资源总均衡模型,选取了黑河干流具有代表性的平川、板桥、鸭暖和蓼泉灌区,对地下水均衡模型中的补给项及排泄项的主要变量分别进行了估算,结果表明:各灌区均衡期内地下水动态资料计算的均衡期始末地下水储存量变化与模型计算的均衡差基本相近,其相对误差为-17.6%,说明均衡模型对于估算内陆绿洲灌区地下水资源均衡是比较准确的。