通过评估参加CMIP3计划的22 个GCM在20 世纪气候情景(20C3M)下中国地区雪水当量模拟能力的检验, 挑选出模拟能力较好的模式, 通过多模式集合方法, 对SEARS的模拟结果进行集合, 预估未来40 a雪水当量在中国地区的时空变化特征.结果表明: 在A1B情景下和B1情景下, 中国地区未来40 a雪水当量年际变化均呈减少趋势; 在A1B和B1情景下, 青藏高原地区、 华北平原地区、 长江中游地区及东北北部地区的雪水当量均呈减少趋势, 其中在昆仑山西段帕米尔高原地区减少最为显著, 其次为喜马拉雅山区和巴颜喀拉山东段地区.在中国北部的内蒙古高原地区、 云贵高原等部分地区的雪水当量则有所增加.总体上, A1B情景下比B1情景下雪水当量的减少更为明显. 2021-2050年雪水当量在青藏高原减少显著; 对于季节变化来说, 在秋冬季积雪的累积期, 雪水当量可能增加, 尤其在10-12月, 而在积雪消融的春夏季(2-6月)有所减少.
作为气候变化产物及气候变化敏感指示器的积雪, 对干旱区的区域社会经济的发展、 生态环境的改善起着极其重要的作用. 为能够更好的指导环境变化下积雪水资源的合理开发利用, 基于2001-2010年MODIS积雪数据、 2005年MODIS土地利用/覆被变化(LUCC)数据及阿克苏气象站气象数据, 对昆马力克河流域积雪消融规律对气候变化的响应进行分析. 结果表明: 研究区气温自1997年后快速升高, 尤其以冬季和春节较明显; 年际、 年内及时段积雪消融规律对气候变化有较好的响应关系; 不同覆被下除农用地所在区域积雪覆盖率与气温变化服从线性变化外, 其他覆被下均服从抛物线型变化. 积雪覆盖率对气温变化的敏感程度有一定的差异, 以林地所在区域最敏感, 变化较快, 其次依次为灌丛、 草地和稳定雪/冰所在区域.
依据新疆阿勒泰地区气象台站观测的1961-2011年最大积雪深度、 积雪日数资料与安装在库威水文站的雪特性站观测的积雪密度资料, 讨论了新疆阿勒泰地区积雪的变化特征. 结果表明: 阿勒泰地区近50 a来最大积雪深度变化均呈显著增加的趋势, 且西部最大积雪深增加趋势大于东部. 积雪日数变化较为复杂, 在空间分布上有差异, 位于最东面的富蕴和青河50 a来积雪日数呈减少趋势, 其余各站均为增加趋势, 且东部历年平均积雪日数略高于西部, 积雪日数的增加趋势比最大积雪深度增长得平缓. 2011年8月-2012年9月在阿勒泰额尔齐斯河上游库威水文站架设的雪特性站观测资料表明, 在额尔齐斯河源头高山区冬季积雪主要是空心化的密实化过程, 升华可能是其主要的物质损失过程, 引起升华的主要气象要素是气温、 风速和水汽压. 各站月最大冻结深度与海拔关系较为密切, 随海拔的增加而增大. 积雪20 cm厚是积雪对下伏土壤冻结影响的一个界限, 积雪厚度超过20 cm就有一定的保温作用; 积雪超过40 cm时, 气温变化对下伏土壤冻结的影响保持稳定, 冻结深度也达到稳定值; 但当积雪厚度超过70 cm之后, 冻结深度会再次发生变化, 可能是由于地温从下向上的影响或地温不能与气温交换而产生的又一次变化.
以天山乌鲁木齐河源1号冰川1958/1959—2008/2009年度物质平衡资料为基础, 研究了冰川的物质平衡变化过程及特征.结果表明: 51 a来1号冰川物质平衡经历了9次负平衡波动和9次正平衡波动, 负平衡年与正平衡年之比为35∶16, 负平衡年平均物质平衡-450 mm, 正平衡年平均物质平衡130 mm, 多年平均物质平衡-267 mm. 1997—2008年, 该冰川连续12 a的物质平衡观测结果均为负平衡年, 并且总体上处于数值很大的强负平衡, 直至2008年出现了历史上最大的负平衡, 物质平衡量为-999 mm. 1959—2009年, 累积亏损达-13 646 mm(约-2 402.6×104m3), 即冰川平均较之1959年减薄了15.2 m, 这种长时期连续物质亏损状态对1号冰川是一个严峻的考验.
利用1961-2005年呼伦湖湿地的气象及水文资料, 基于水量平衡方程, 以湿地各年水量盈亏累积量(∑ΔW)为因子, 建立了呼伦湖湿地水域面积和水位高程的消长对气象及水文因子协同作用的响应模型, 分析了湿地水域面积和水位高程的消长对影响因子的响应特征.结果表明:呼伦湖湿地消长对气象及水文因子的年代际变化有很好的响应.年平均气温每增加1 ℃, 湿地水域面积和水位高程分别减少134.5 km2和93.44 cm; 年降水量每增加10 mm, 二者分别增加10.2 km2和7.1 cm; 年蒸发量每增加10 mm, 二者分别减少1.1 km2和0.9 cm; 年径流量每增加1×108m3, 二者分别增加4.8 km2和3.3 cm. 年平均气温的升高和年降水量的减少变化对湿地消减的贡献率分别为13.6%和86.4%, 当前降水量的变化在湿地消长中占主导作用.如果不考虑人类活动的影响, 根据未来较低排放(SRES-B2)情景下气候预测, 初步估算2040、 2070和2100年湿地水域面积将分别减少275.8 km2、 442.8 km2和583.6 km2, 水位高程分别下降191.6 cm、 307.6 cm和405.4 cm, 未来气温的变化在湿地消长中占主导作用.呼伦湖湿地在未来暖干化趋势下, 湿地水资源短缺加剧, 湿地水域面积萎缩和水位高程下降将加快.
利用青藏高原及周边22个日射站近40 a的总辐射及日照百分率资料确定了Angstrom-Prescott模型(APM)系数, 结合高原及毗邻地区116个地面站的资料估算了高原地区近40 a的总辐射. 结果表明: 高原主体光照充沛, 年均日照时数可达3000 h以上, 有较好的利用前景; 总辐射40 a平均年总量在高原西部为高值区, 此高值带向东北和东南延伸, 其中北支可抵达内蒙古高原.年代际变化在高原及周边地区不一致, 但从整体上看, 总辐射距平值60、 70年代为正值, 表明这一时期高原总辐射增大; 80、 90年代总辐射距平为负, 这一时期总辐射减小. 火山活动是该时段总辐射减小的一个重要原因; 总辐射随着纬度的增大而减小, 随着海拔、 日照百分率的增大而增大. 纬度、 海拔、 日照3个因子中, 日照是总辐射的一个主要影响因子, 纬度对总辐射影响较大, 海拔对总辐射影响较小; 高原地区总辐射变差系数大值区在高原西部. 就平均状况而言, 高原地区总辐射变差系数仅为0.031, 表明高原地区总辐射波动相对较小, 总辐射较稳定.
分析了2008年青藏高原林芝地区与四川盆地温江地区无降水条件下地表辐射、 湍流通量和地表反照率的日变化及月际变化特征, 并探讨了季风过程对其产生的影响.结果表明: 林芝与温江地区地表辐射和湍流通量都具有明显的日变化和月际变化周期, 季风期受云的影响, 日循环规律变得不是非常规则.季风对林芝地区地表能量分配影响极大, 季风前感热通量占主导地位, 季风期和季风后(夏、 秋节)潜热通量是净辐射的主要消耗项; 温江地区全年潜热在净辐射的分布中占主导地位, 感热通量的作用和土壤热通量相当. 林芝地区年平均地表反照率为0.21, 温江地区年平均仅为0.14; 季风前(3-5月)、 季风中(6-7月)和季风后(8-9月), 林芝地区的地表反照率分别为0.20、 0.19和0.20, 温江地区的地表反照率分别为0.13、 0.11和0.14.
在通过Visual MODFLOW软件模拟地下水位的基础上, 采用GIS技术进行栅格运算, 把影响土地生产潜力的各个因子作为"修正"系数, 运用逆向因子修正法分析黑河下游土地生产潜力的变化.在计算不同影响因素组合条件下土地生产潜力的同时, 结合不同的分水方案, 对各影响因素进行分析.结果表明: 在狼心山来水量为7.5×108m3·a-1时, 区域的水分有效系数整体增加, 植被覆盖度增大, 土地生产潜力大幅度提高, 能有效改善当地的生态环境.与现状相比, 在来水量为2.5×108m3·a-1时, 东河下游的水分有效系数出现降低的情形; 在来水量为5.0×108m3·a-1和7.5×108m3·a-1 时, 其水分有效系数均显著增加. 通过对影响因素的剖析有利于预警当地荒漠化发展的趋势, 进一步建立土地沙漠化的判别指标体系, 从而为黑河流域的土地生产服务.
利用1981-2010年黑龙江佳木斯气象站40~320 cm逐月平均地温观测资料, 研究了三江平原地温变化规律、 气候突变、 异常年份及冻融特征等.结果表明: 40~320 cm年平均地温呈极显著升温趋势, 升幅为0.496~0.574 ℃·(10a)-1, 其中夏季升幅最大; 月平均地温呈波形变化, 振幅随深度增加而减小; 1月随着深度的增加地温逐渐增大, 7月地温随深度增加而减小, 维持正梯度. 除秋季40 cm和80 cm, 冬季320 cm平均地温变化相对平稳, 未出现地温突变现象, 其他各层年、 季平均地温均发生了突变; 40 cm和80 cm年平均地温在1981年出现了异常偏冷, 320 cm年平均地温在20世纪90年代末出现了异常偏冷, 40 cm和160 cm年平均地温在2004年出现了异常偏暖; 80 cm土壤较40 cm冻融时间出现晚, 冻结期缩短18 d左右, 土壤的冻结过程比消融过程要快.
数值模拟是河冰问题研究的重要手段之一, 但受限于天然河道的复杂地形条件, 研究工作开展中往往面临不规则边界的处理问题.基于河冰数值模拟工作现状, 总结和阐述了贴体网格技术对其的应用.针对二维数值模拟提出了采用滑动边界法和势流理论式相结合的方法来进一步提高边界处网格的正交性; 三维网格生成则宜采用σ竖向坐标变换法; 河冰模拟中水面位置确定通常采用标高函数法; 对于非稳态河冰数值模拟, 动边界处理技术可考虑改进并应用干湿法.
甘肃省庆阳市正宁县南部的核桃峪煤矿副立井冻结深度955 m, 为目前井筒冻结深度世界之最, 同时该井筒还是一个事故井, 冻结方案设计难度很大. 对该井冻结方案的特点、 难点与要解决的问题与博尔比钾盐矿进行了对比和探讨, 针对该工程的难点提出了以大管径(Ф168 mm)冻结管为代表的三大一小设计对策, 以及采用同心双供液管和温控孔控制冻结壁发展等新技术解决了设计中的难题. 取得了良好的效果, 为以后类似工程提供了经验.
通过冰芯研究可重建过去的气候环境变化, 为深刻理解现在和预测未来气候环境变化提供重要的科学依据. 冰芯机械钻机作为获取冰芯样品的必备工具之一, 在我国高山冰川冰芯获取中发挥了重要作用. 主要介绍我国自行研制的以山地冰川为主的冰芯机械钻机的发展过程和应用, 存在的问题和对未来的展望. 我国自行研制的BZXJ钻机性能优异, 是世界上同类钻机中的佼佼者, 截至2012年底已经钻取的冰芯总支数和总长度分别为125支和8 095 m, 为我国开展冰芯研究做出了重要贡献.
选用青海省37个气象站点1961—2011年近51 a, 逐日气温(最高、 最低、 平均)资料, 采用国际通用的极端气温指数定义计算了9种极端气温指数, 并分析其主要气候特征.结果表明: 近51 a青海省极端气温呈明显上升趋势, 极端冷指标(霜冻、 结冰日数、 冷夜、 冷昼指数)呈下降趋势, 而极端暖指标(夏天日数、 暖夜、 暖昼指数)呈上升趋势, 且极端冷指标的减少幅度高于极端暖指标的增加幅度.空间分布上, 极端气温指数在全省呈一致的上升(下降)趋势分布.在近51 a的时间尺度上各种极端气温指数都存在多个较明显的周期, 如较短的3~8 a的准周期, 以及13 a、 17 a、 27 a的年代际周期特征.青海省年平均气温与极端气温指数有很高的相关性, 气候变暖突变前后极端气温指数表现出明显差异: 在变暖突变发生后, 霜冻日数、 冷夜指数、 冷昼指数、 结冰日数明显减少, 夏天日数、 暖夜指数及暖昼指数明显增加, 其中相对指数几乎呈倍数显著变化, 表明极端气温指数对气候变暖有很好的响应.
利用1984—2007年气象灾害资料, 分析了青海省各类气象灾害的发生机率及时空分布特征.冰雹、 暴雨洪涝、 雪灾、 干旱和雷电及霜冻是青海省主要气象灾害, 连阴雨、 大风、 沙尘暴、 冻害、 渍涝、 高温、 龙卷风、 大雾为青海次要气象灾害.在地域分布上, 海南州和海东地区是青海气象灾害多发和危害严重地区; 玉树州和果洛州属于气象灾害发生较少和危害较轻地区.就行政县域而言, 西宁市湟中县、 海南州兴海县、 贵德县为青海气象灾害多发县, 果洛州班玛县、 久治县、 玉树州治多县则是青海省气象灾害较少和危害较轻县份.年内5—6月出现的气象灾害种类最多, 4—9月份是气象灾害高发期.在1984—2007年间, 暴雨洪涝、 冰雹、 雷电灾害发生次数呈增多趋势, 其他灾害发生次数增多趋势不甚明显.
根据地理位置和地貌特征将青海省划分为东部农业区、 环青海湖区、 三江源区和柴达木盆地4个生态功能区, 利用这4个生态功能区1961—2010年的月平均气温和降水量资料, 对年和四季的平均气温及总降水量进行了突变检测.结果表明: 4个生态功能区年平均气温和四季气温都呈显著的上升趋势, 其中冬季气温上升最明显, 其次为秋季, 春季和夏季相对较小.气温突变时间检测表明, 年平均气温为柴达木盆地的突变时间最早, 其次为东部农业区和环湖区, 三江源区突变时间最晚.不同生态功能区四季气温突变时间不尽相同.年降水量除柴达木盆地上升趋势明显外, 其余三个地区变化趋势都不明显; 四季降水量变化趋势除冬季降水量变化明显(除东部农业区)外, 其余三季变化趋势基本不明显.降水量突变信号较气温突变信号弱, 只有个别地区的个别季节降水量发生了突变.
采用青海高原37个台站1961-2010年逐日气温数据, 着重讨论了持续3 d及以上低温过程集中程度的变化特征及其发生机制.结果表明: 低温集中度(LTCD)和集中期(LTCP)具有表征低温在时空场上非均匀性的较好分辨力; 近50 a青海高原冬季低温事件及其集中度均呈逐年明显减少趋势, 集中期明显提前; 利用REOF结合CAST方法分区并探讨了影响青海不同区域低温集中度的主要环流系统及因子, 发现影响柴达木盆地的主要系统为极涡和北大西洋涛动, 而青南牧区主要是由于局地气候反馈机制影响; 唐古拉地区的主要影响系统位于极区、 乌拉尔山地区及东部鄂霍次克海附近; 与东部农业区的相关体现为自西向东呈"+ - +"波列型分布, 反映冷空气不断东移过程中受东部高压阻塞, 在东部农业区堆积, 形成冷空气过程从而造成该地区集中度偏高.
利用国家气候中心发布的IPCC SRES A1B温室气体排放情景下水平分辨率为25 km的连续气候变化模拟试验数据, 分析了三江源地区极端气候事件变化趋势.结果显示: 2001-2050年冷暖等级呈显著增高趋势, 其中以夏季变化最为明显, 冬季变化最小; 极端高温事件发生频次呈显著增多趋势, 而极端低温事件总体呈显著减少趋势; 干湿等级呈不显著增高趋势, 四季中只有冬季干湿等级呈减小趋势, 其余三季均呈升高趋势; 干燥和暴雨事件发生频次均呈显著增多趋势.地形尤其是经、 纬度和海拔对极端气候事件的变化趋势有明显的影响.
利用青海高原1961-2010年42个气象站逐次冰雹过程及其灾情信息, 采用滑动平均、 标准归一化及线性回归等方法, 在分析致灾因子危险性、 承灾体易损性评估指标的基础上, 建立了冰雹灾害区划模型, 并结合ArcGIS9.3平台得到青海高原冰雹灾害风险区划图. 结果表明: 青海东部农业区、 环青海湖地区、 柴达木盆地东部及三江源地区中东部为易受冰雹灾害影响的特高风险或高风险区域; 祁连山地区为中风险区, 而低风险区则位于柴达木盆地中、 西部. 区划结果与历史冰雹灾情基本吻合, 旨在为该区防灾减灾提供科学依据.
基于青海省1961—2010年47个气象站和8个农气代表站气象资料、 干旱灾情资料的收集和整理, 分析了春小麦生育期土壤相对湿度与降水距平百分率的关系, 确定了青海省春小麦不同生育期干旱风险评估的实际阈值, 并对青海省春小麦不同生育期干旱进行风险区划.结果表明: 在青海省春小麦营养期, 轻旱易发生在祁连山地区、 青海湖地区西南部及东部农业区的少数地区, 轻旱的频率大都在15%以上; 中旱易发生在柴达木地区大部及东部农业区大部, 频率大都在10%以上; 重旱和特旱出现频率均在柴达木盆地西部较高, 频率分别为10.7%、 34%以上.生殖期的轻旱易发生在祁连山地区, 频率在15.3%~23.3%之间; 中旱易发生在青海湖地区南部及东部农业区少数地区, 频率大都在4.0%~5.7%之间; 重旱频率从东南部到西北呈现带状递减趋势, 频率最高的主要发生在东部农业区, 出现频率为8.3%~9.6%; 特旱易发生在柴达木盆地地区, 出现频率为27%~44.3%之间.产量形成期的轻旱、 中旱、 重旱均易发生在东部农业区, 频率分别为2.3%~3.3%、 8.7%~13.3%、 6.0%~9.0%之间, 特旱易发生在柴达木地区, 出现频率为43.3%~51.3%之间.
利用来自青海湖流域乌兰和天峻的树轮指数和1982—2003年逐月标准化植被指数(NDVI)数据及气候数据, 在分析树轮指数及草地NDVI与气候因子关系的基础上, 探讨了树轮宽度指数序列与青海湖布哈河流域草地NDVI之间的关系.结果表明: 树轮宽度指数及草地NDVI主要受6-8月份的水热条件的影响, 温度与同期树轮宽度指数及草地NDVI具有较高的正相关, 而降水的影响存在滞后性.树木年轮指数序列与6-8月草地NDVI有显著的相关关系, 与8月份的NDVI相关性最强.树轮指数与草地NDVI间的显著相关性为研究该地区草地过去的动态变化提供了基础, 利用乌兰和天峻的两条树轮指数重建了8月份NDVI的千年变化.
利用1961—2008年青海非干旱区(除柴达木盆地)地面气象观测资料、 74个环流特征量、 海温资料、 北半球500 hPa高度场网格点资料以及500 hPa高度场遥相关, 对夏季干旱的变化趋势和干旱发生的机理进行了研究.结果表明:1961—2008年夏季青海省非干旱区、 东部农业区分别发生干旱15 a、 18 a, 发生干旱的年几率为31.3%、 37.5%; 东部农业区发生干旱的几率较大, 中轻度干旱发生几率大于特大、 重度干旱.夏季典型干旱年500 hPa欧亚中高纬度上空高度距平分布为正距平, 极涡偏弱; 非干旱年蒙古到青藏高原上由负距平控制, 极涡偏强, 偏向东半球, 印缅低压槽十分活跃.当夏季西大西洋型、 上年秋季欧亚纬向环流指数偏弱, 而4月西太平洋型偏强, 8月青藏高原地面加热场强度距平指数偏强, 夏季容易发生干旱; 反之, 当夏季西大西洋型、 上年秋季欧亚纬向环流指数偏强, 而4月西太平洋型偏弱, 8月青藏高原地面加热场强度距平指数偏弱, 则夏季不易发生夏季干旱. 1961—2008年模拟方程的准确率为83.3%, 2009—2010年预测结果与实况接近, 趋势预测准确.
根据青海省气象台站的历史积雪等资料, 依据气候诊断方法分析了降水、 积雪的变化特征和2012年冬春季雪灾形成的气候成因.结果表明: 2012年后冬~初春北半球乌拉尔山阻塞高压稳定维持、 青藏高原高度场偏低、 高原低槽和印缅槽活跃、 极地冷空气向南不断扩散, 冷暖空气在高原地区汇合, 在青海南部和北部地面温度梯度大、 锋区强的零温度线两侧形成大量的降水和积雪.期间的降雪量与降雪日数突破历史极值, 最高气温偏低, 积雪持续难以融化, 出现了历史少见的冬、 春季两季连续积雪, 导致玛沁、 甘德、 达日、 玛多等县出现不同程度雪灾, 1982年、 1993年、 1995年、 2008年、 2012年1-3月青海南部牧区的雪灾过程都基本属于这种类型. 1961-2009年高原牧区积雪与环流因子的气候诊断分析显示, 在1-3月北半球环流场上, 若北极涛动负值偏大、 乌拉尔山高压脊偏强、 印缅槽和高原低槽偏深时, 青海南部牧区降雪量大、 积雪量多, 积雪持续的时间长、 雪灾也相对比较严重, 在上述环流因子相反的配置下, 青海南部牧区的雪灾则比较轻.
基于2009年5-10月喜马拉雅山北坡珠峰绒布冰川流域实测水文气象数据、 50 m分辨率DEM和中国第一次冰川编目资料, 在HYCYMODEL水文模型中加入冰川消融子模块, 模拟了绒布冰川流域径流过程.冰川消融子模块以海拔5 180 m基站的实测日气温、 日降水作为模型输入, 把气温、 降水插值到该流域40个高程带中, 分别计算各高程带的冰川消融和裸地蒸发, 并考虑液态降水对冰面的加热作用.野外气象观测表明: 2009年5-10月流域海拔5 180~5 750 m内, 月气温递减率在0.63~0.73 ℃·(100m)-1之间, 均值为0.70 ℃·(100m)-1; 同期降水观测显示, 海拔5 180 m以下降水梯度为-7.3 mm·(100m)-1, 该高度之上降水梯度为22 mm·(100m)-1. HYCYMODEL水文模型的敏感性检验表明, 该流域径流变化主要受气温影响, 降水变化引起的径流变化较小, 气温和降水变化对流域径流的影响是非线性的.
黑河流域水资源主要以冰雪水资源、 地表水资源与地下水资源的形式存在.上游祁连山区分布有现代冰川428条, 发育大小河流共计29条, 多年平均出山径流量37.83×108m3·a-1; 中下游走廊平原由松散沉积的第四系盆地组成, 接受出山河水及引灌河水的入渗补给, 是地表水资源的重复表现形式, 地下水补给量为25.637×108m3·a-1.受构造-地貌条件的制约, 自南部山区至北部盆地, 地下水与河水之间经过5个不同地带有规律的、 大数量的、 重复的转化过程, 形成完整统一的"山区地下水-出山地表水-中游盆地地下水-中游盆地地表水(泉水)-下游盆地地下水"水资源循环转化系统.
水是绿洲存在和发展的核心, 干旱区绿洲稳定性与水密切相关. 根据2000-2009年资料, 采用蒸发系数法和定额法估算开都-孔雀河流域绿洲自然生态系统和社会经济系统综合需水量, 并对水资源约束条件下的绿洲稳定性进行初步探讨. 结果表明: 2000-2009年, 绿洲年均总需水量理论值约为54.80×108 m3, 其中开都河绿洲总需水量约为20.55×108 m3, 孔雀河绿洲总需水量约为21.90×108 m3, 博斯腾湖区耗水量约为12.35×108 m3, 与绿洲10 a平均供水量相比, 供需表现出极大地不平衡性. 水资源可承载绿洲面积(不含博斯腾湖)约为3139.66 km2, 其中可承载灌溉地面积约为1395.41 km2, 与绿洲10 a平均面积5 248 km2相比, 差别较大, 绿洲处于不稳定状态, 现状绿洲面积应适当收缩. 最后, 对博斯腾湖最低生态水位进行讨论, 初步把大湖最低水位定为海拔1 045 m, 小湖最低生态水位定为海拔1 046.5 m.
通过对黑河源区降水、 黑河下游河岸林生态系统、 人工梭梭林生态系统梭梭及戈壁红砂生态系统土壤水和浅层地下水稳定氢氧同位素组成(δD、 δ18O)的测定, 对黑河下游典型生态系统土壤水和浅层地下水的补给源进行了研究. 同时通过对比分析河岸林生态系统胡杨和柽柳、 人工梭梭林生态系统梭梭及戈壁红砂生态系统红砂等优势植物根系水及其对应的土壤水及浅层地下水的δ18O, 对黑河下游典型荒漠植物水分来源进行了研究, 并对不同潜在水源对植物水分来源的贡献率进行了计算. 结果表明: 河岸林生态系统和人工梭梭林生态系统的土壤水和浅层地下水来自黑河源区的降水, 源区降水通过黑河河道输水补给河岸林进而形成土壤水和浅层地下水, 但人工梭梭林的土壤水蒸发作用强烈. 戈壁红砂生态系统由于远离黑河, 土壤水不受黑河源区中上游输水的补给. 就植物水分来源而言, 在河岸林生态系统中, 乔木胡杨主要利用40~60 cm的土壤水和地下水, 灌木柽柳主要利用40~80 cm的土壤水; 人工梭梭主要利用200 cm至饱和层土壤水和地下水; 戈壁红砂主要利用175~200 cm的土壤水. 因此, 在黑河下游极端干旱区, 土壤水和地下水是维持荒漠植物生存、 生长及发育的主要来源.
从产生土壤侵蚀机理出发, 分别阐述了黄土高原地区的坡面、 沟谷、 小流域、 流域尺度上的土壤侵蚀(水蚀)研究现状与取得的进展.结合平凉城南侧泾河一级支沟的纸坊沟小流域治理实践和调查, 总结黄土高原地区水土流失治理和水保措施实施的经验及其存在的不足. 建议未来的研究向着"规划性"、 "综合性"、 "量化尺度性"、 "弱化尺度性"模型的研究方向发展, 这对提高地区水土保持质量、 改善水土流失治理现状、 实现水保效益最大化目标具有重要意义.
通过构建16S rRNA基因克隆文库,研究了冻融循环对青藏高原腹地北麓河的高寒沼泽草甸和高寒沙化草原两种不同生态系统土壤细菌群落结构的影响. 结果表明: α-、 β-、 γ- 和δ-变形菌门(α-、 β-、 γ- 和δ-Proteobacteria)、 酸杆菌门(Acidobacteria)、 放线菌门(Actinobacteria)、 拟杆菌门(Bacteroidetes)和浮霉菌门(Planctomycetes)为两个生态系统土壤共有的细菌类群, 其中, 变形菌门、 酸杆菌门及浮霉菌门细菌为研究区域优势菌, 而厚壁菌门(Firmicutes)为高寒沼泽草甸土壤所特有, 疣微菌门(Verrucomicrobia)和绿弯菌门(Chloroflexi)细菌是高寒沙化草原土壤特有的细菌类群, 表明青藏高原腹地两种生态系统土壤具有丰富的细菌多样性. 冻融循环会降低区域土壤的细菌多样性, 随冻融循环, 高寒沼泽草甸和高寒沙化草原生态系统土壤放线菌门丰度均呈现下降趋势, 但大部分细菌随冻融循环的变化在两种生态类型中呈现不同的变化规律, 结果说明冻融循环对于不同生态系统土壤细菌群落结构的影响既存在相似性, 也存在着较大的差异.
以青藏高原腹地北部地区5个钻孔中采集的冻土样品为材料, 采用高氏1号琼脂和甘油精氨酸琼脂两种培养基, 分离得到54株可培养放线菌.经形态学初步鉴定并结合16S rDNA序列分析, 将分离菌株归入链霉菌属. 抑菌实验和生理生化特性研究发现, 24%的链霉菌对供试病原菌有抑菌活性, H2S、 有机酸、 H2O2酶、 脂酶Ⅰ(Tween-20)、 脂酶Ⅱ(Tween-40)、 脂酶Ⅲ(Tween-80)、 淀粉酶、 蛋白酶、 脲酶产生菌分别占分离菌株的56%、 28%、 93%、 22%、 67%、 41%、 43%、 61%、 57%. 结果显示, 青藏高原冻土蕴藏有丰富的放线菌资源, 其次级代谢产物的丰富性和多样性, 对开发研究放线菌资源具有重要价值.
采用系统抽样的方法, 对兰州南北两山砾质红砂土和灰钙土喷播种植的油蒿进行了统计分析评价. 结果显示: 油蒿表现出对兰州南北两山瘠薄土壤非宜林地的广泛适应性. 砾质红砂土生长3 a生油蒿, 水平沟内, 油蒿地茎以5~10 mm为主, 高度以100~160 cm为主, 平均盖度达到90%以上, 密度达到17株·m-2; 人工整地形成的60°以上斜坡, 油蒿地茎以0~5 mm为主, 高度以80~100 cm为主, 平均盖度达到80%, 密度达到30株·m-2; 坡度大于60°天然陡坡面, 油蒿地茎以0~5 mm为主, 高度以20~40 cm为主, 平均盖度达到20%, 密度达到25株·m-2; 45°塌陷缓坡虚方区域, 油蒿地茎以5~10 mm为主, 高度以60~80 cm为主, 平均盖度达到60%, 密度达到43株·m-2. 灰钙土60°人工陡削坡面5 a生油蒿: 油蒿地茎从上坡到下坡, 上坡位地茎小于4 mm, 下坡位地茎接近25 mm, 坡面以地茎4~9 mm为主, 高度以40~80 cm为主. 油蒿盖度上坡位达到40%, 密度达到16株·m-2; 下坡位, 油蒿盖度达到48%, 密度达到12株·m-2. 油蒿在兰州南北两山绿化中, 随土壤水分, 植物盖度和密度的关系表现为: 大的覆盖度以个体大冠幅, 总体密度小为特征; 小的覆盖度以个体小冠幅, 总体密度大为特征.
通过天山中部小尤尔都斯盆地南北方向采集的27个表土样品的孢粉分析, 探讨了孢粉和植被带的关系及盆地中美天鹅湖的孢粉来源问题. 结果表明: 孢粉组合主要成分是云杉属、 菊科、 禾本科、 蒿属、 藜科、 唐松草属、 莎草科、 水龙骨和其他蕨类孢子, 表土孢粉组合与各植被带之间有良好的对应关系.主成分分析表明, 研究区植被分布主要受温度因素控制. 上升气流和水流是影响针叶林带云杉属花粉传播的主要因素, 由山谷风从巩乃斯云杉林带来的云杉花粉受到美天鹅湖北侧小山阻挡, 沉降在湖泊以南的山坡上, 之后随降雨和雪山融水进入美天鹅湖. 大部分表土孢粉属种的空间分布与相应的植物分布一致, 而蒿属和藜科花粉百分含量在一定程度上代表了区域花粉雨的信号, 利用A/C比值重建古环境时须要谨慎.蒿、 藜花粉计数较少时, A/C比值波动较大, 计数值大于约280粒时, A/C比值趋于稳定.
利用遥感和GIS技术, 对玛纳斯河流域及不同生态经济功能区1958-2006年的土地利用变化进行了分析, 并借助Costanza评估模型探讨了研究区及不同生态经济功能区的生态服务价值变化特征.结果表明: 在1958-2006年期间, 流域生态服务价值从22 130.86×106元下降到16 050.45×106元, 净损失6 080.41×106元.研究区各土地利用类型的生态服务价值系数接近于区域真实值, 结果可信.流域不同生态经济功能区的生态服务价值存在明显的时空变化; 基于不同生态经济功能区的生态经济特点和生态问题, 提出相应的生态恢复策略以提高流域总的生态服务价值, 对实现该区的可持续发展具有重要意义.
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