策勒绿洲沙漠过渡带小气候的空间差异

对策勒2011年1—12月4个不同下垫面的风速、温度、湿度、光合有效辐射的月差异进行分析,同时选取夏季晴天天气作为背景,比较沙尘暴、扬沙、浮尘、阴雨天时4个下垫面气象要素的差异。结果标明:与流沙地相比,绿洲-沙漠过渡带半固定沙地、固定沙地、绿洲内部2.0 m高处的6月平均风速依次减少了25.22%、27.93%、65.27%,12月绿洲内部0.5 m高处平均气温分别高于流沙地、半固定沙地、固定沙地1.39 ℃、1.21 ℃、2.70 ℃。5—10月4个下垫面之间温、湿度差异较春、冬季显著,7月流沙前沿2.0 m高处平均气温分别比半固定沙地、固定沙地、绿洲内部高0.35 ℃、1.61 ℃、3.75 ℃。沙尘暴天气下4个下垫面之间的风速差值依次小于扬沙、浮尘、阴雨、晴天天气下;在浮尘和晴天天气下,气温从流沙前沿到绿洲内部逐渐减低,相对湿度逐渐增加;沙尘暴和阴雨天气下各下垫面的气温和相对湿度无明显差异,扬沙天气下各下垫面之间温、湿度差异大于阴天天气,但小于浮尘和晴天天气;4个下垫面之间的光合有效辐射（PAR）在沙尘暴天气下差异最为明显,浮尘和阴雨天气下4个下垫面之间的PAR接近,晴天天气下各点PAR明显大于扬沙天气下,且各下垫面之间差异大于扬沙天气下的差异。     

1987-2008年额济纳绿洲土地覆被变化及其驱动机制

采用1987、1999年和2008年3期TM卫星数据, 对额济纳绿洲2000年黑河分水前后土地覆被变化进行了研究, 并分析了额济纳绿洲土地覆被变化的驱动因素。结果表明:(1)从不同覆盖等级的面积变化来看, 额济纳绿洲的主体是中植被覆盖区。1987-1999年额济纳绿洲的植被呈退化趋势。2000年黑河分水后至2008年, 额济纳绿洲植被退化的趋势已得到缓解。(2)从不同土地利用类型的面积变化来看, 额济纳绿洲的主体是戈壁。1987-1999年额济纳绿洲植被退化, 荒漠化趋势明显。2000年黑河分水后至2008年, 植被有所恢复, 退化趋势得到了遏制。(3)影响土地覆被变化的主要有3类因素。第一主成分与人为因素密切相关, 说明过去的十几年额济纳绿洲的土地覆被变化主要受到人类活动影响。第二主成分与地表径流量、年降水量、年均风速有较大的相关, 第三主成分与地下水埋深有较大的正相关, 表明气候因素对额济纳绿洲的土地覆被变化也有一定程度的影响。根据以上结果, 提出应对策略:(1)保证来自中上游的地表径流供给;(2)合理利用地下水资源;(3)增加技术支持, 实现宏观调控。     

干旱区绿洲土地利用与覆被变化过程

应用遥感和GIS技术及数理统计学方法,以新疆三工河流域冲洪积扇－冲积平原型绿洲为研究区,利用1978年、1987年和1998年的遥感数据,深入研究了70年代中后期以来干旱区绿洲LUCC的过程和趋势。结果表明：(1) 遥感和GIS在绿洲土地利用与覆被变化数据获取和空间分析方面是一种非常强大而有效的技术手段;(2) 通过建立绿洲LUCC的幅度、速度、区域差异和变化趋势数学模型,可以较好的研究绿洲土地LUCC的过程和趋势,如变化的双向性、单向性、正向性和反向性,变化的涨势或落势等,在三工河流域绿洲应用取得良好效果;(3) 自70年代中后期以来三工河流域绿洲LUCC趋缓,并存在显著的时空差异：前期绿洲LUCC处于单向转换过程的非平衡状态,并呈现一定的地段分异,其中绿洲上部处于准平衡状态,而绿洲中部和下部处于非平衡状态。后期绿洲LUCC呈现双向转换为主的发展态势,使绿洲LUCC处于准平衡状态;绿洲上部和中部处于非平衡状态,绿洲下部处于平衡状态,均表现出不同的变化过程和趋势。     

腾格里沙漠民勤实验点夏季沙丘CO2浓度变化

为查明腾格里沙漠沙丘CO2浓度和昼夜变化规律,利用红外CO2监测仪在2009年夏季对腾格里沙漠两南部的民勤沙丘CO2浓度变化进行了昼夜连续观测,研究了不同类型、不同深度沙丘CO2浓度变化.研究得出:所有实验点CO2浓度在深度上的变化与通常观测的不同,2m和4m处的CO2浓度都比1 m处的大;固定沙丘的昼夜CO2浓度累积值大于半同定沙丘的昼夜CO2浓度累积值,而半固定沙丘的昼夜CO2浓度累积值又大于流动沙丘的昼夜CO2浓度累积值;沙丘白天CO2浓度累积值高于夜间;在极端干旱的腾格里沙漠西南部,不论是固定沙丘、半固定沙丘还是流动沙丘,CO2浓度在一昼夜内也具有清楚的变化规律,即从当日09:00左右到次日09:00点左右均呈现由低到高再到低的变化,但CO2浓度升降相对于大气温度的升降具有一定的滞后性,滞后时间约1～3 h;沙丘CO2浓度和大气温度之间存在显著的正相关关系,温度是决定CO2昼夜浓度变化规律的主要因素.在极端干旱的民勤沙漠区,各类沙丘沙层中的CO2浓度都明显高于空气CO2浓度.     

大气CO2浓度升高对土壤中不同粒级碳的影响

不同粒级土壤中的碳有着不同的周转规律，在高CO2浓度条件下，它们含量的变化将在一定程度上反映土壤碳是累积还是减少，对明确土壤碳的变化趋势有重要意义．采用田间培养试验初步模拟研究在高CO2浓度条件下土壤不同粒级碳的分布．结果表明，加入秸秆培养1年，由于CO2浓度升高的原因导致在低氮（LN）、常规氮（NN）和高氮（HN）水平下土壤中碳分别增加0．01、1．10、1．22g／kg，表现为粒级〈53μm土壤颗粒中碳分别增加1．53、2．19、2．70g／kg．粒级〈53μmm土壤颗粒碳量的增加，主要是由于其重量分配百分数显著增加36．2％，碳浓度增加5．4％；粒级〉250μm和250～53μm土壤颗粒部分虽然其碳浓度分别增加20．8％和17．3％（P〈0．05），怛由于重量分配百分数分别显著降低22．8％和36．1％，结果碳量降低．试验表明高CO2浓度导致不同粒级土壤的分配及碳浓度的变化；高氮施肥水平下有增加土壤碳量特别是小粒级土壤碳量的趋势．     

新疆策勒沙漠-荒漠-绿洲典型下垫面小气候空间变化分析

利用从2010年8月1日至2011年6月30日新疆策勒绿洲-荒漠过渡带及绿洲内部4个观测点的风速、大气相对湿度（RH）、温度、太阳辐射能、光合有效辐射（PAR）同步观测资料,分析了小气候差异并初步探讨产生差异的原因。结果表明：不同空间的下垫面性质对小气候影响明显不同。在8月,半固定沙地、固定沙地和绿洲内部与流沙地前沿相比,日平均风速在2 m高处分别依次降低了42.69%、50.71%和94.32%,日平均风速在10 m高处分别依次降低了7.94%、13.66%和59.59%,这表明植被覆盖度越大,防风阻沙效果越好。夏季植被能够降温增湿,冬季12月份,绿洲内部在0.5 m高处日平均温度依次高于流沙地、半固定沙地、固定沙地1.47℃、1.20℃、2.74℃。4个下垫面的PAR与太阳辐射能变化趋势基本一致,绿洲内部的PAR值相对最小,太阳辐射能在6月达到最高值。夏季晴天在20:00~09:00左右近地表层会出现逆温现象。冬季晴天白天午后易出现大于起沙风的阵风,从流沙前沿到绿洲内部气温逐渐升高,大气相对湿度先逐渐降低后增大。     

西安南郊不同人工植被下土壤CO2浓度研究

 利用红外CO2监测仪对西安南郊不同植被、不同深度条件下的土壤CO2浓度进行了多次昼夜观测。观测结果表明:从早8:00到次日早8:00,土壤CO2浓度具有从低到高再到低的昼夜变化规律,这种变化特点与昼夜温度变化基本一致,但两者在时间上并不完全同步；土壤CO2浓度从总体来看是白天和夜间很接近；松树林下的土壤CO2浓度大于草地土壤CO2浓度,草地土壤CO2浓度大于竹林下的土壤CO2浓度。     

大气CO2浓度升高对土壤中不同粒级碳的影响

不同粒级土壤中的碳有着不同的周转规律,在高CO2浓度条件下,它们含量的变化将在一定程度上反映土壤碳是累积还是减少,对明确土壤碳的变化趋势有重要意义.采用田间培养试验初步模拟研究在高CO2浓度条件下土壤不同粒级碳的分布.结果表明,加入秸秆培养1年,由于CO2浓度升高的原因导致在低氮(LN)、常规氮(NN)和高氮(HN)水平下土壤中碳分别增加0.01、1.10、1.22g/kg,表现为粒级＜53 μm土壤颗粒中碳分别增加1.53、2.19、2.70 g/kg.粒级＜53 μm土壤颗粒碳量的增加,主要是由于其重量分配百分数显著增加36.2%,碳浓度增加5.4%;粒级＞250μm和250～53μm土壤颗粒部分虽然其碳浓度分别增加20.8%和17.3%(P＜0.05),但由于重量分配百分数分别显著降低22.8%和36.1%,结果碳量降低.试验表明高CO2浓度导致不同粒级土壤的分配及碳浓度的变化;高氮施肥水平下有增加土壤碳量特别是小粒级土壤碳量的趋势.     

大气CO_2变化与气候

在地质历史时期,地球的气候不断在变化,全球大气CO2浓度也在变化,二者之间是否存在一种响应—反馈作用,目前存在争议较大.本研究从地质时间尺度、千年以来和现代气候变化3个角度进行介绍,认为全球气候变化是多重时间尺度变化规律的叠加,从长时间尺度来看,全球平均温度和大气CO2水平均表现出整体降低的趋势.地质历史时期存在多次大气CO2浓度升高的时期,有时甚至可达现在大气CO2水平的十几倍.气候变化与大气CO2的关系非常复杂,高CO2时期并不全部对应于高温时期.千年以来的气候变化在全球各大洲均有温暖时期的出现,并且很多地方的重建结果表明中世纪暖期的全球平均温度要比现代的全球平均温度还高.但这一区间的温度变化和大气CO2水平在1850年之前没有明显的相关性.近百年的气候观测资料表明全球平均温度上升了0.74℃,但对于这种上升的理解目前还存在较大争议.是否确实是由于人类活动（主要是工业革命以来）导致了全球CO2水平增高,进而导致全球变暖,需要更多的证据来验证.     

盐生荒漠生态系统二氧化碳通量的年内、年际变异特征

采用涡度相关法,并结合小气候观测,对荒漠生态系统净二氧化碳通量进行了连续3个生长季的观测（2004—2006年）,并据此分析了荒漠生态系统净二氧化碳通量及其主要成分GPP和Reco的季节和年际间变化特征。结果表明,在生长季尺度上,各个阶段二氧化碳吸收量的大小分别为:生长旺盛期>生长初期>生长末期,这可能与植物叶面积的大小以及光合有效辐射,大气温度等环境要素有关系。在年际尺度上,3个生长季同阶段的二氧化碳吸收量存在明显差异,生长季初期5月,2004年碳吸收最强,2006年次之,2005年最小。对于生长旺盛期,降水量最大的2004年碳吸收能力最强,正午最大值可以达到-0.12 mg·m-2·s-1,2005年次之,最大值达-0.06 mg·m-2·s-1,仅仅是2004年最大值的1/2,2006年最小,正午吸收的最大值为-0.02 mg·m-2·s-1,生长季末期,3个生长季的月均日变化非常相似,其在正午的最大吸收值也没有显著差异,正午最大吸收量为-0.01 mg·m-2·s-1左右,其他时段均在0值附近。即使在降水量相近的两个年份里（2005—2006年）,其NEE的最大值出现时间也不一致,2005年NEE的最大月累计量出现在8月和9月,而2006年则出现在6月和7月,这可能与年内降水量分布格局有关。3个生长季荒漠生态系统均表现为净二氧化碳吸收,其吸收量分别为:-236.18 g·m-2,-63.07 g·m-2和-91.97 g·m-2。年际差异的形成原因是降水差异造成的一年生草本植物数量变化,不利用降水的建群种应该对此没有贡献。     

沙漠绿洲-高山冰雪气候带的垂直变化特征研究

气候变化在垂直方向上的分布规律是气候变化研究的一个重要方面。利用在天山北坡中部径向剖面上的6个不同海拔高度的气象站的气象资料,研究了沙漠绿洲-高山冰雪气候带在冬季、夏季和年度的年际气候变化对高度的响应,指出20世纪90年代(1991-2000)与前30 a(1961-1990)相比,平均气温、年降水量增加幅度随高度呈现非线性变化,不论在哪个高度上,冬季的增温幅度都要大于夏季;在最靠近沙漠的低海拔地区,年降水量增加幅度并不是最大的,而在海拔较高的山前绿洲地带和在3 500 m的高山区降水量增幅相对较大。此外,对气温、降水、相对湿度、蒸发等气候因子的变化趋势倾向率进行了分析,比较了不同高度的线性倾向率,揭示了沙漠绿洲边缘至高山冰雪带的气候变化在垂直方向上的分布特征,表明不论在哪个高度上,冬季、夏季和年度的平均气温变化都具有上升趋势;在山前地带和高海拔山区,降水增加趋势相对明显;蒸发能力减弱,相对湿度增加。     

土壤CO_2浓度昼夜变化及其对土壤CO_2排放量的影响

对石林地区两个研究点土下20、40和60cm土壤CO2浓度和土壤CO2排放量的昼夜变化进行的研究表明二者之间具有一定的正相关关系,因此土壤CO2排放量除受环境因子影响之外,还受土壤CO2浓度所控制。土壤CO2浓度和土壤CO2排放量之间的相关关系可以用来解释土壤有机碳含量及温度对土壤CO2排放量的影响,即土壤有机碳含量高和温度升高是通过影响土壤空气中CO2的形成速率,导致土壤CO2浓度升高,从而促进土壤CO2的排放。     

乌兰布和沙漠不同土地覆被类型粒度特征及空间分异

对中国沙尘暴源区之一的乌兰布和沙漠进行系统采样,分析不同土地覆被类型的地表沉积物粒度特征及其空间分异规律。结果表明：乌兰布和沙漠地表沉积物以中沙和细沙为主,平均粒径为2.84 φ。沙漠地表沉积物的粒度特征在不同土地覆被类型和不同空间存在明显的分异规律,表明该沙漠的地表沉积物粒度分布是由物源、地形和搬运营力共同作用的结果。乌兰布和沙漠内部最可能成为沙尘暴尘源的有沙漠中部的盐碱地、东北部的耕地和广泛存在于沙漠中的沙丘。根据不同区域的土地覆被类型因地制宜地选取先锋植物种群改善区域地表覆盖状况和地表沉积物粒度组分,是该区域尘源治理的主要手段。     

从陆地和海洋生态系统角度辨析大气CO2浓度与全球变暖关系

根据古气候记录的温度与大气CO2浓度变化的关系,结合近百年尺度陆地和海洋生态系统碳库对全球变暖的响应模式,探讨大气CO2浓度升高与全球变暖的关系.结果发现,不论是古气候记录的大气CO2浓度升高的时间滞后于升温的时间,还是古气候与近百年来大气CO2浓度升高幅度相近条件下,两者升温幅度存在约10倍差异的事实,均不支持"大气CO2浓度升高驱动了全球变暖"的观点.近百年尺度陆地和海洋生态系统碳汇功能随升温降低从而增大了大气CO2来源,这有可能是"温度升高促进了大气CO2浓度增加"的原因.陆地生态系统碳汇功能降低的驱动机制可能是由于升温降低了陆地生态系统的净初级生产力,增大了异氧呼吸和有机碳分解速率所致;而海洋CO2吸收能力的降低则可能与升温导致CO2溶解度、海水盐度降低以及海洋温盐环流削弱或破坏等有关.     

古尔班通古特沙漠积雪覆盖、沙尘天气特征及其相互关系

利用TERRA/MODIS MOD10A2雪盖产品数据和地面观测积雪日数、冻土深度和沙尘天气日数等数据,从不同时间尺度分析古尔班通古特沙漠地表积雪覆盖与沙尘天气的特征及其相互关系。结果表明:①沙尘天气主要发生在4—10月,春季（4—5月）沙尘天气最多,夏秋季逐渐减少。从年际变化看,20世纪80年代前,沙尘天气发生日数呈逐年增加趋势,而积雪日数增减波动较大,二者间关系不明显,80年代后,沙尘天气逐年减少,积雪日数呈波动增加趋势。②冬春季积雪覆盖率、≥1 cm积雪日数、≥5 cm积雪日数、≥10 cm积雪日数与翌年春季沙尘天气发生均呈显著负相关关系,冬春季≥1 cm积雪日数每超过常年平均积雪日数1 d,翌年春季沙尘天气日数则减少4.3 d,而平均冻土深度与沙尘天气呈显著正相关关系。③积雪覆盖使沙漠地表形成冷源性下垫面和近地层逆温层结,增加了大气稳定度,同时春季积雪消融增加了土壤湿度,为荒漠植被生长提供充足的水分,使表层土壤为强风提供沙尘的可能性降低,从而对沙尘天气的发生起到阻碍、消弱作用。     

半干旱地区大气颗粒物浓度及粒径谱特征的观测研究

采用兰州大学半干旱气候和环境观测站（SACOL）2007年11月1日至2008年10月31日的APS-3321粒径谱仪的连续观测资料,对该地区大气颗粒物的浓度变化和粒径分布特征进行分析研究。结果表明,该地区颗粒物浓度年变化呈单峰值型,无论是数浓度还是质量浓度峰值均出现在12月,数浓度6月最低,质量浓度9月最低;和其他地区相比,无论数浓度还是质量浓度,均低于污染较严重的城市,但高于内陆清洁地区。数浓度和质量浓度平均日变化均呈单峰值型,都在上午11：00BST左右达到峰值,下午18:00BST左右达到谷值,但质量浓度峰值出现时间随季节而有所差异。颗粒物浓度的年变化和背景风场主导风向的年际变化有一定关系,而局地垂直风速及水平风向的昼夜转换对颗粒物浓度的日变化有较大的影响。数浓度粒径谱分布特征呈单峰值型,主要集中在0.673 μm左右;质量浓度粒径谱分布特征呈双峰值型,第一个峰值出现在0.777 μm左右,第二个峰值出现在5.048 μm左右。降水对大于1 μm的粒子的去除效果非常明显。当沙尘天气发生时,数浓度和质量浓度与背景天气条件下相比增大了22%和127%。     

干旱沙区典型人工植被群落下土壤剖面CO_2浓度变化特征及其驱动因子

对人工固沙植被区柠条(Caragana korshinskii)群落和油蒿(Caragana korshinskii)群落下不同深度的土壤气体采样,主要研究和讨论了不同类型人工植被区下土壤CO2浓度的变化特征及土壤温度和土壤水分对其的影响。结果表明:柠条和油蒿群落0~80cm处的土壤空气CO2浓度随着土壤深度的增加而增加,并且在0~40cm,油蒿群落下的土壤CO2浓度值大于柠条,而在40cm以下则相反。其平均值分别为1 229.3μmol·mol-1和1 242.7μmol·mol-1,大于同一深度流沙下土壤CO2浓度值978.9μmol·mol-1。土壤水分与二者的土壤CO2浓度变化趋势在年际尺度上具有一致性,浅层40cm内油蒿群落下的土壤CO2浓度和土壤水分含量的相关性明显大于柠条和流沙。而在40cm以下,则表现为柠条油蒿流沙。土壤温度对土壤CO2浓度的影响程度一般为流沙油蒿柠条,特别是流沙,在表层达到了极显著的水平,之后随着土壤深度的增加而降低。而土壤温度对油蒿和柠条样地土壤CO2浓度的影响较为复杂,呈现出先增加后减小的趋势。在年际尺度上,土壤水分含量是不同植被群落下土壤剖面CO2浓度的关键限制因子,而在日尺度上,土壤温度则为主要限制因子。据粗略估计,在0~80cm内,柠条和油蒿根系呼吸所占的比例约为30.7%和33.3%。