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气候变化下东北地区农业绿水安全风险评估

中国科学：地球科学 2024年第7期54卷 2210-2226页

作者：孙敬轩章光新吴燕锋陈立文齐鹏胡博亭胥毅军中国科学院东北地理与农业生态研究所长春130102 中国科学院大学北京100049 黑土地保护与利用全国重点实验室中国科学院东北地理与农业生态研究所长春130102 School of Renewable Natural Resources Louisiana State University Agricultural CenterBaton RougeLA 70803USA

东北地区是国家重要粮食生产基地,以依赖绿水的雨养农业为主.然而,在全球气候变化背景下,区域气温升高、降水模式改变和干旱频率增加对农业绿水安全带来威胁和挑战.在此背景下,本研究基于栅格尺度作物空间分布数据、Delta降尺度偏差矫... 详细信息

东北地区是国家重要粮食生产基地,以依赖绿水的雨养农业为主.然而,在全球气候变化背景下,区域气温升高、降水模式改变和干旱频率增加对农业绿水安全带来威胁和挑战.在此背景下,本研究基于栅格尺度作物空间分布数据、Delta降尺度偏差矫正后的ERA5数据和CMIP6多模式数据,采用绿水亏缺指数(GWS)精细化评估东北地区基准期(2001~2020年)及未来2031~2090年气候变化情景(SSP245和SSP585)下绿水安全风险时空特征及发展趋势.研究结果表明,基准期东北地区旱作物绿水安全无风险区主要分布在中部和东部,占总面积72.4%;低风险区主要分布在中部,占14.0%;中、高风险区主要分布在西部,分别占8.3%和5.3%;未来气候变化SSP245和SSP585情景下,绿水安全风险整体上由西部向中、东部扩张,低风险区分别增至21.6%和23.8%,中风险区分别增至16.0%和17.9%,高风险区分别增至6.9%和6.8%.以旱作物GWS大于0.1需要灌溉,则灌溉面积由基准期的27.6%增至气候变化SSP245和SSP585情景下的44.5%和48.6%,灌溉需水量相应增加46.4和59.2亿m^(3),进一步加剧农业水资源供需矛盾,进而提出了旱作物基于蒸散(ET)的水资源管理和亏缺灌溉等绿水安全风险应对策略.研究结果可为东北地区灌溉农业发展及国家水网建设的规划提供科学依据和决策支持.

关键词：气候变化粮食安全绿水安全风险灌溉需水量绿水亏缺指数

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流域湿地水文调蓄功能研究综述

水科学进展 2021年第3期32卷 458-469页

作者：吴燕锋章光新中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林长春130102

湿地是流域水循环和水量平衡的重要调节器,在维护流域水量平衡、减轻洪旱灾害和应对气候变化等方面发挥极其重要的作用。流域湿地水文调蓄功能是湿地生态水文学研究的重要内容,科学认识和理解流域湿地水文调蓄功能对流域湿地恢复保护、... 详细信息

湿地是流域水循环和水量平衡的重要调节器,在维护流域水量平衡、减轻洪旱灾害和应对气候变化等方面发挥极其重要的作用。流域湿地水文调蓄功能是湿地生态水文学研究的重要内容,科学认识和理解流域湿地水文调蓄功能对流域湿地恢复保护、水资源综合管控与应对气候变化具有极其重要的意义。本文阐述了流域湿地水文调蓄功能的概念与内涵,剖析了流域湿地水文调蓄功能时空变异性、阈值性和多维性三大特征及其影响因素(包括湿地土壤特性、植被特征和初始水文条件等内在因素和流域特征、降雨特征、气候变化和人类活动等外在因素),探讨了流域湿地不变情景下和变化情景下水文调蓄功能评估方法,并介绍了流域湿地水文调蓄功能定量评估模型与应用情况。最后,从学科发展和实践需求的视角提出了流域湿地水文调蓄功能未来亟需加强研究的重点方向。

关键词：湿地水文调蓄功能流域影响因素定量评估

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湿地生态水文模型研究综述

生态学报 2018年第7期38卷 2588-2598页

作者：吴燕锋章光新中国科学院东北地理与农业生态研究所长春130102 中国科学院大学北京100049

变化环境下湿地生态水文格局及过程发生了深刻变化,已对流域、区域乃至我国水安全和生态安全构成威胁。湿地生态水文模型是揭示湿地生态格局与生态过程的水文学机制的有效工具和重要手段。介绍了湿地生态水文模型的概念、内涵、构建方... 详细信息

变化环境下湿地生态水文格局及过程发生了深刻变化,已对流域、区域乃至我国水安全和生态安全构成威胁。湿地生态水文模型是揭示湿地生态格局与生态过程的水文学机制的有效工具和重要手段。介绍了湿地生态水文模型的概念、内涵、构建方法及分类,回顾了湿地生态水文模型的国内外发展历程,论述了目前湿地生态水文模型研究应用的重点领域:湿地生态水文调控与生态补水、流域湿地生态恢复重建与水资源综合管控和气候变化下湿地生态水文变化评估与应对策略。针对目前研究中存在的问题及薄弱环节,提出未来研究的发展趋势和亟需加强研究的重点方向。

关键词：湿地生态水文格局生态水文过程生态水文模型生态水文调控

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松花江区气象水文干旱演变特征

地理科学 2018年第10期38卷 1731-1739页

作者：吴燕锋章光新中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林长春130102 中国科学院大学北京100049

采用标准化降水蒸散指数和径流干旱指数分析了1961-2010年研究区水文干旱和气象干旱时空演变特征,并探讨了水文干旱与气象干旱的关系。结果表明：（1） 1961-2010年松花江区呈总体干旱化且又有明显时段性的特征,其中1967-1983年和1996-2... 详细信息

采用标准化降水蒸散指数和径流干旱指数分析了1961-2010年研究区水文干旱和气象干旱时空演变特征,并探讨了水文干旱与气象干旱的关系。结果表明：（1） 1961-2010年松花江区呈总体干旱化且又有明显时段性的特征,其中1967-1983年和1996-2010年气象干旱频发、覆盖范围广、持续时间长且强度大;其它时段气象干旱少有发生。其次,气象干旱空间分布差异明显,东部的平均干旱频次和强度都大于西部地区,中部（嫩江流域中下游）平均干旱持续时间最长;但在嫩江流域和黑龙江上游地区干旱略有减弱趋势。（2）松花江流域和挠力河流域水文干旱呈加剧的趋势,尤其是近15 a干旱化趋势明显;挠力河流域干旱频发、强度大且持续时间很长。松花江流域水文干旱程度弱于挠力河流域,但极端水文干旱事件频发。（3）松花江区气象干旱与水文干旱密切相关,嫩江流域水文干旱滞后于气象干旱2个月,而第二松花江流域和松花江流域水文干旱滞后于气象干旱3个月;挠力河流域水文干旱与气象干旱无明显的时滞相关性。

关键词：气象干旱水文干旱标准化降水蒸散指数径流干旱指数松花江区

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北疆近52年气象干旱时空演变特征

北疆近52年气象干旱时空演变特征

作者：吴燕锋新疆农业大学

学位级别：硕士

本文利用北疆38个气象站的逐日实测气象资料和涛动指数数据,在结合历史资料对比分析六种干旱指数在北疆适用性的基础上,运用综合气象干旱指数,并结合气象学统计分析方法,探究了1961～2012年北疆干旱的时间和空间演变特征及其与气象因子... 详细信息

本文利用北疆38个气象站的逐日实测气象资料和涛动指数数据,在结合历史资料对比分析六种干旱指数在北疆适用性的基础上,运用综合气象干旱指数,并结合气象学统计分析方法,探究了1961～2012年北疆干旱的时间和空间演变特征及其与气象因子和涛动指数的关系。主要结果如下:(1)六种干旱指数(相对湿润指数、Palme干旱指数,干旱侦测指数、标准化降水指数、标准化降水蒸散指数和综合气象干旱指数)中,综合气象干旱指数有较强的干旱识别能力、较低的干旱识别报错率、与历史资料有较好的吻合度且对降水变化较为敏感。因此,综合气象干旱指数能较好的反映北疆的干旱时空演变特征。(2)过去52年,年和四季的干旱覆盖范围、干旱频次都呈减少趋势,干旱强度呈减弱趋势。干旱覆盖范围、干旱频次和干旱强度有明显的多时间尺度变化特征:多时间尺度的周期变化特征(年际变化和年代变化)和突变特征(主要在1980s和1990s初发生突变)。四季中,夏旱最严重,其次是秋季和春季,冬旱最轻,其中冬旱减轻最明显。空间变化上,北疆的西北地区旱情较轻,东南地区旱情严重;气候变化下,北疆大部分地区旱情逐渐减轻,其中中南部地区(乌昌地区和石河子地区)减轻趋势最明显;但是,极端干旱(特旱)仍有发生。(3)过去52年,北疆气温和降水量呈增加趋势,潜在蒸散量呈减少趋势,气象因子的“加湿”作用引起北疆干旱减轻。北极涛动指数和南方涛动指数与北疆干旱演变存在明显的年代际尺度的负相位,北大西洋涛动指数和太平洋/北美涛动指数与北疆干旱演变的关系则相反。总之,本研究表明近52年来北疆干旱有所缓解,尤其是1980s以后,干旱缓解更为明显,这是由于气候变化下气象因子的“加湿”的结果。但是,极端干旱仍频发,需加强干旱应对。本研究探究了干旱时空演变特征及其与气象因子和涛动指数的关系,可丰富新疆干旱研究,并为旱灾防御提供科学依据。

关键词：干旱干旱指数时空变化气象因子涛动指数

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湿地生态水文学研究综述

水科学进展 2018年第5期29卷 737-749页

作者：章光新武瑶吴燕锋刘雪梅中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林长春130102 中国科学院大学北京100049

基于湿地生态水文研究文献计量分析,透视国内外有关湿地水文、生态水文和水资源等领域的重大研究计划和重要学术会议,系统总结了湿地生态水文学发展历程,可分为萌芽起步阶段(20世纪50年代至80年代)、研究探索阶段(20世纪90年代)和快速... 详细信息

基于湿地生态水文研究文献计量分析,透视国内外有关湿地水文、生态水文和水资源等领域的重大研究计划和重要学术会议,系统总结了湿地生态水文学发展历程,可分为萌芽起步阶段(20世纪50年代至80年代)、研究探索阶段(20世纪90年代)和快速发展阶段(21世纪以后) 3个阶段,列举了重要代表性研究成果,并重点阐述了湿地生态水文学研究进展;基于对国际湿地生态水文学发展历程、研究进展及热点的综合分析,未来湿地生态水文学研究主要向基于"多要素、多过程、多尺度"的湿地生态水文相互作用机理及耦合机制、气候变化对湿地生态水文的影响机理及适应性调控、湿地"水文-生态-社会"耦合系统互作机理及互馈机制和基于湿地生态需水与水文服务的流域水资源综合管理等方向发展。最后,以国家重大需求为导向,提出了未来中国湿地生态水文学优先发展方向及建议。

关键词：湿地生态水文过程湿地生态水文模型湿地生态水文调控气候变化水资源综合管理

1973-2012年乌鲁木齐市霾日数变化特征

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环境科学与技术 2015年第11期38卷 165-169,238页

作者：郑敬刚吴燕锋许昌学院城乡规划与园林学院河南许昌461000 新疆农业大学草业与环境科学学院.新疆乌鲁木齐830052

基于乌鲁木齐市1973-2012年逐日气温、降水、风速、能见度等资料,分析了霾日数的时间变化特征及其与气象因子的关系。结果表明：乌鲁木齐霾主要发生在冬半年,其中10月霾日数最多;夏半年发生较少。年霾日数、年霾最大持续日数、轻度霾日... 详细信息

基于乌鲁木齐市1973-2012年逐日气温、降水、风速、能见度等资料,分析了霾日数的时间变化特征及其与气象因子的关系。结果表明：乌鲁木齐霾主要发生在冬半年,其中10月霾日数最多;夏半年发生较少。年霾日数、年霾最大持续日数、轻度霾日数、中度霾和重度霾日数总体都呈减少趋势,且都在1981-1990年发生最多,在1991-2000年发生最少。年霾日数存在18~20 a的周期,并在1990年发生减少突变。霾日数与气象因子有密切的相关性,平均水汽压、年平均相对湿度和年降水量与霾日数呈正相关,风速和平均气温与霾日数呈负相关,日照时数与霾日数相关性不显著。

关键词：乌鲁木齐霾日数变化气象因子

喀纳斯景区山地草甸不同退化阶段群落共有种的生态化学计量特征研究

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草业学报 2016年第12期25卷 63-75页

作者：唐高溶郑伟王祥朱亚琼吴燕锋新疆农业大学草业与环境科学学院新疆乌鲁木齐830052 新疆维吾尔自治区草地资源与生态重点实验室新疆乌鲁木齐830052

通过在新疆喀纳斯景区山地草甸群落中对不同退化阶段4个典型样点进行样方调查与采样,结合室内分析,探究了不同退化阶段山地草甸群落共有植物及土壤的碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征及其内在联系,揭示了山地草甸生态系统养分循环规律... 详细信息

通过在新疆喀纳斯景区山地草甸群落中对不同退化阶段4个典型样点进行样方调查与采样,结合室内分析,探究了不同退化阶段山地草甸群落共有植物及土壤的碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征及其内在联系,揭示了山地草甸生态系统养分循环规律和系统稳定机制。研究结果表明,1)3种群落共有植物的重要值、盖度、密度和生物量都随着草地的退化加剧而上升,平均高度和叶绿素相对含量随着退化的加剧而降低。2)随着草地退化程度的增加,群落共有种C、N、P含量均下降,草甸早熟禾C∶N则先降低后升高,其余2种共有种均上升;群落Ⅰ中3种共有植物叶片的N∶P都在14和16之间,剩余3个群落中,草甸早熟禾叶片N∶P高于16,而千叶蓍和短柄苔草叶片的N∶P均小于14。3)叶绿素相对含量与植物的N含量呈显著的正相关,植物盖度与其化学计量比的相关性不显著,植物的高度、密度、生物量与其化学计量比相关性的显著性取决于物种和生境。4)土壤的C、N、P含量均影响植物的C、N、P含量,呈显著的线性正相关。喀纳斯景区未退化阶段的植物生长受N、P双重元素的限制或者均不受限,退化阶段的植物生长主要受N的限制。因此,喀纳斯景区山地草甸土壤生态化学特征对退化山地草甸的植被恢复有着重要影响。

关键词：山地草甸退化阶段共有种生态化学计量营养限制

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基于生态水文调控的流域综合管理研究综述

地理科学 2019年第7期39卷 1191-1198页

作者：章光新陈月庆吴燕锋中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林长春130102 信阳师范学院地理科学学院河南信阳464000 中国科学院大学北京100049

在全球气候变化与人类活动的双重影响下,流域水与生态等问题将更加突出、相互交织,是当前亟需解决的影响和制约世界各国可持续发展的瓶颈问题。基于对流域综合管理概念内涵的理解,以生态水文学理论和基于自然的水资源解决方案的理念为指... 详细信息

在全球气候变化与人类活动的双重影响下,流域水与生态等问题将更加突出、相互交织,是当前亟需解决的影响和制约世界各国可持续发展的瓶颈问题。基于对流域综合管理概念内涵的理解,以生态水文学理论和基于自然的水资源解决方案的理念为指导,提出了基于生态水文调控的流域综合管理概念与内涵,着重阐述了其核心内容:①理论方法--流域生态水文调控原理与方法;②应用实践--面向生态-社会协调可持续的流域水资源综合管理。将丰富和发展流域综合管理理论方法与技术体系,提升流域综合管理的实效性和整体水平。

关键词：生态水文过程生态水文调控双向调节水资源综合管理流域综合管理