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增温和降水变化对旱作农田土壤细菌群落结构和功能的影响

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中国环境科学 2025年第1期45卷 508-518页

作者：田瑞寇谨胡啸张鹏雷俊王鹤龄吕晓东兰州交通大学环境与市政工程学院甘肃兰州730070 中国气象局兰州干旱气象研究所中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室甘肃兰州730020 祁连山中部亚高山生态系统野外科学观测研究站甘肃张掖734000

设置对照(CK),增温(W),降水量增加(+P30),降水量减少(-P30),增温和降水量增加(W+P30)和增温和降水量减少(W-P30)6个处理,开展了增温和降水变化对旱作农田土壤细菌群落结构和功能影响的田间试验.采用宏基因组测序研究不同处理下土壤细菌... 详细信息

设置对照(CK),增温(W),降水量增加(+P30),降水量减少(-P30),增温和降水量增加(W+P30)和增温和降水量减少(W-P30)6个处理,开展了增温和降水变化对旱作农田土壤细菌群落结构和功能影响的田间试验.采用宏基因组测序研究不同处理下土壤细菌群落的组成、多样性、网络结构和代谢功能特征.结果表明,W和W+P30处理显著增加了α变形菌纲的相对丰度,W+P30处理显著增加了绿弯菌门未定名属的相对丰度,W、+P30、W+P30和W-P30处理显著降低了放线菌门未定名属的相对丰度.+P30处理显著提高了Shannon指数、Simpson指数和Pielou指数,但W-P30处理显著降低了细菌的α多样性指数.增温、降水变化及其交互对细菌群落β多样性的影响存在显著差异.W、+P30、W+P30和W-P30处理的复杂性和连接性高于CK,但-P30处理的相关参数低于CK.W、-P30和W+P30处理增加了连接节点的数量,但+P30和W-P30处理没有增加连接节点的数量.W处理显著增加了循环系统的相对丰度,+P30处理显著降低了外源物质降解和代谢的相对丰度,-P30处理显著降低了排泄系统的相对丰度,W+P30处理显著降低了核苷酸代谢的相对丰度.增温、降水变化(降水量增加或减少)及其交互作用对小麦田土壤细菌群落结构和代谢功能有显著影响.

关键词：增温效应降水量变化旱作农田微生物群落

春小麦产量对不同气候年型的响应及其与品种干旱敏感性的关系

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南京农业大学学报 2025年第1期48卷 97-107页

作者：赵福年刘江杨红燕张强雷俊陈莉中国气象局兰州干旱气象研究所/甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室/中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室甘肃兰州730020 甘肃农业大学资源与环境学院甘肃兰州730070 聊城市农业技术推广服务中心山东聊城252000 定西市气象局甘肃定西743000 定西市农产品质量安全监测检测站甘肃定西743000

[目的]本研究旨在分析旱地春小麦产量增加的品种特性及其与气候条件的关系,为区域小麦品种选育和作物布局提供参考依据。[方法]在半干旱雨养农业区布设春小麦长期定位试验(雨养处理),开展不同播期以及播前和生育期间不同灌水处理试验,采... 详细信息

[目的]本研究旨在分析旱地春小麦产量增加的品种特性及其与气候条件的关系,为区域小麦品种选育和作物布局提供参考依据。[方法]在半干旱雨养农业区布设春小麦长期定位试验(雨养处理),开展不同播期以及播前和生育期间不同灌水处理试验,采用K-means聚类分析方法划分春小麦气候年型,并利用参数化后的春小麦生长发育模型设置不同气候情景,模拟研究半干旱区雨养春小麦产量对气候年型的响应及其与品种干旱敏感性之间的关系。[结果]春小麦生长发育的气候条件可以分为5个不同的年型,其主要由播前土壤含水量和生育期大气干湿程度(潜在蒸散与降水量之差)决定;所构建的春小麦模型对发育期、地上部生物量、收获指数以及产量的模拟值与实测值相比,一致性指数均大于0.8,相对均方根误差均小于30%。通过模型模拟发现,在播期与播前土壤含水量固定的情形下,当生育期降水量小于140 mm时,对干旱敏感的春小麦品种产量高于对干旱呈中性的品种,而在生育期降水量大于200 mm时,对干旱不敏感的春小麦品种产量最高。[结论]本研究所构建的春小麦模型能够较为准确地模拟春小麦发育期、地上部生物量、收获指数及产量形成。对干旱敏感的春小麦品种在极端干旱气候年型下更容易获得较高的产量,而对干旱不敏感的春小麦品种则在水分条件相对适宜的气候年型下容易高产。

关键词：作物模型春小麦等水和非等水性极端干旱气候年型

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陇中半干旱区霜冻变化特征及其预报

现代农业科技 2025年第1期 138-141页

作者：郭俊文单红洮郭俊庭中国气象局兰州干旱气象研究所/甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室/中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室甘肃兰州730020 定西市气象局甘肃定西743000 白银市气象局甘肃白银730900

为了有效减少霜冻灾害对农业生产的影响,基于1971—2020年陇中半干旱区气象观测资料,分析当地霜冻变化特征,并建立其预报方程。结果表明:该区域秋霜冻平均初日为10月4日,春霜冻平均终日为5月5日;秋霜冻初日显著推迟,全年平均无霜期显著... 详细信息

为了有效减少霜冻灾害对农业生产的影响,基于1971—2020年陇中半干旱区气象观测资料,分析当地霜冻变化特征,并建立其预报方程。结果表明:该区域秋霜冻平均初日为10月4日,春霜冻平均终日为5月5日;秋霜冻初日显著推迟,全年平均无霜期显著延长,无霜期气候倾向率为3.94 d/10 a;霜冻初、终日及无霜期的波动幅度增大;研究区大范围的区域性霜冻大部分属于平流+辐射霜冻。在建立和完善霜冻防灾减灾管理机制,进一步提高监测、预报预警能力的基础上,建议采用传统防霜冻手段和现代防霜技术相结合,开展霜冻灾害综合防治,以减轻灾害损失。

关键词：霜冻变化特征预报对策陇中半干旱区

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西北一次强沙尘天气的数值模拟及其诊断

干旱区研究 2025年第1期42卷 1-13页

作者：曹译丹马敏劲康国强陈然兰州大学大气科学学院甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室甘肃兰州730000

沙尘天气是干旱半干旱地区的主要灾害性天气,强沙尘天气对生命健康和生活生产造成严重损失。本文利用2023年3月18日至23日的国家气象信息中心地面观测数据、MODIS卫星数据及城市空气质量数据,结合后向轨迹模式(HYSPLIT)及大气化学模式WR... 详细信息

沙尘天气是干旱半干旱地区的主要灾害性天气,强沙尘天气对生命健康和生活生产造成严重损失。本文利用2023年3月18日至23日的国家气象信息中心地面观测数据、MODIS卫星数据及城市空气质量数据,结合后向轨迹模式(HYSPLIT)及大气化学模式WRF-Chem,对中国西北地区一次强沙尘天气的源地及其影响范围进行讨论,并着重分析中间站点张掖强沙尘天气的形成。结果表明:此次影响中国北方大部分地区的沙尘天气呈阶段性起沙,分别在19日、20日、21日于不同区域产生,传播范围与影响区域各异。河西走廊地区沙尘主要源于酒泉市的沙尘源,WRF-Chem模拟显示张掖站的PM_(10)浓度最高,达6966.7μg·m^(-3)。张掖的沙尘事件具有上游输入和本地扬沙的双重来源:一方面,酒泉市附近超过16 m·s^(-1)的近地面强西北风在不稳定层结影响下产生上升运动,将沙尘带至高空并向下游传播,在张掖3~4 km高度处沉降;另一方面,在上游沙尘输入前,张掖低层大气已不稳定,地面大风和风向辐合触发上升运动,扬起本地沙尘,进一步增强沙尘强度。

关键词：强沙尘天气数值模拟诊断分析西北地区

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黄土高原夜间地表能量不平衡问题的初步研究

地球物理学报 2025年第2期68卷 385-398页

作者：赵建华张强王胜梁芸张良岳平赵福年甘肃省(中国气象局)干旱气候变化与减灾重点实验室中国气象局兰州干旱气象研究所兰州7300202 Lanzhou Regional Climate Center Lanzhou 730020China

一般认为白天的地表能量不平衡(surface energy imbalance,SEI)主要由涡动相关法造成,但夜间湍流受到抑制,其产生的原因尚不清楚.本文分析了夜间与白天地表能量的区别,认为夜间土壤热量存在的双向传递慢过程、向上长波辐射位相延后与湍... 详细信息

一般认为白天的地表能量不平衡(surface energy imbalance,SEI)主要由涡动相关法造成,但夜间湍流受到抑制,其产生的原因尚不清楚.本文分析了夜间与白天地表能量的区别,认为夜间土壤热量存在的双向传递慢过程、向上长波辐射位相延后与湍流相干结构是其重要原因.为此,本文利用黄土高原典型代表站的观测数据,对夜间SEI展开研究.发现:(1)考虑慢过程后,夜间土壤温度、土壤热通量、土壤热储与地表土壤热通量均有一定程度的增大,其能量闭合率(Energy BalanceRatio,EBR)提高了0.02或3%,达到0.71,能量平衡残差(Residual,Res)绝对值降低了0.8 W·m^(-2)或4%,为17.0 W·m^(-2);(2)考虑向上长波辐射位相延后,夜间向上长波辐射和净辐射均有所降低,其EBR也为0.71,也提高了0.02或3%,|Res|为15.5W·m^(-2),降低了2.3W·m^(-2)或13%;(3)考虑相干结构的贡献后,感热与潜热分别增大了53%(绝对值)和35%,其EBR未有显著变化,但|Res|降低了1.1W·m^(-2)或6%;(4)既考虑慢过程,又考虑向上长波辐射位相延后和相干结构时,夜间EBR为0.73,提高了0.04或6%,|Res|为14.8 W·m^(-2),降低了3.0 W·m^(-2)或17%.显然,这三个过程均可改善夜间地表能量闭合水平,但综合效应改善更大;(5)增加Durand(2022)提出的湍流通量漏失部分,可使EBR提高0.03,达到0.76,|Res|降低1.4 W·m^(-2),达到13.4 W·m^(-2),但也未闭合,故涡动相关法可能不是夜间SEI产生的主要原因.分析发现,长波辐射计的观测误差较大,且无世界标准;检测结果显示,长波辐射存在系统误差,且EBR和Res与长波辐射均存在显著的正相关关系,因此我们认为长波辐射的系统误差可能是夜间SEI产生的主要原因,提高长波辐射计的观测精度应该是改善夜间地表能量闭合水平的重要途径.

关键词：夜间地表能量不平衡慢过程长波辐射位相延后湍流相干结构长波辐射计精度

云和降水扰动对黄土高原半干旱草地辐射收支及能量分配的影响

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物理学报 2013年第20期62卷 553-566页

作者：岳平张强赵文王劲松王润元姚玉壁王胜郝小翠阳伏林王若安中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室兰州730020

地表辐射收支和能量分配对陆-气系统的反馈是气候模式中最重要的物理过程之一.认识半干旱地区云和降水的扰动对辐射收支和能量分配的影响规律,是提高数值模式中评估地表辐射收支和能量平衡参数化效果的关键环节.利用兰州大学半干旱气候... 详细信息

地表辐射收支和能量分配对陆-气系统的反馈是气候模式中最重要的物理过程之一.认识半干旱地区云和降水的扰动对辐射收支和能量分配的影响规律,是提高数值模式中评估地表辐射收支和能量平衡参数化效果的关键环节.利用兰州大学半干旱气候与环境观测站2008年的观测资料,研究了云和降水的扰动对辐射收支各分量的削弱作用及对地表能量平衡的影响规律.年平均结果表明,多云状况可以作为年平均的气候背景;云和降水对短波辐射削弱最强,大气向下长波辐射随天空云量的增加而增强,地表向上长波辐射随着云量的增加而减小,净辐射占总辐射的比率受云和降水的影响较小.季节平均结果显示,短波辐射日积分量在生长季和非生长季均随云量的增加而降低,生长季云和降水对短波辐射的削弱作用明显强于非生长季.生长季,晴天、少云和多云时向上长波辐射差异不大,阴天时向下和向上长波辐射明显减小.非生长季,地表向上长波辐射受云和降水的影响较小,日积分量变化不大,向下长波辐射随云量的增多而增强.地表反照率具有明显的日变化和季节变化,冬季大,秋季小;地表反照率日变化呈不对称的"V"形分布.生长季,感热通量和土壤热通量随云量增多而减小;潜热通量在晴天、少云和多云状况下随云量增多而增大;阴天时受降水影响,净辐射的严重削弱导致了潜热通量大大降低.非生长季,少云时净辐射日积分量最大,晴天时的净辐射与多云和阴天状况接近;感热和潜热通量随云量的增多而减小,土壤热通量日平均积分值在非生长季为负.生长季,多云状况的能量闭合度最好,能量不平衡差额占净辐射的3.9%;阴天时最差,不平衡差额占净辐射的16.8%;晴天和少云状况不平衡差额约占净辐射量的7%.非生长季受积雪影响,能量不闭合差额明显大于生长季.

关键词：半干旱草地云和降水的扰动辐射收支能量平衡

黄土高原中部秋季干湿的年际和年代际环流异常特征及与海温的多尺度相关性研究

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物理学报 2013年第21期62卷 527-541页

作者：刘晓云王劲松李栋梁岳平李耀辉姚玉璧中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室兰州730020

黄土高原地区作为气候敏感区和生态脆弱区地表干湿状况的年际和年代际变化特征十分明显.但以往主要是针对夏季进行分析,而对黄土高原秋季干湿变化规律及大气环流机理的认识非常有限.本文基于中国589站最近50 a(1961—2010年)月降水和气... 详细信息

黄土高原地区作为气候敏感区和生态脆弱区地表干湿状况的年际和年代际变化特征十分明显.但以往主要是针对夏季进行分析,而对黄土高原秋季干湿变化规律及大气环流机理的认识非常有限.本文基于中国589站最近50 a(1961—2010年)月降水和气温月平均资料、NCEP/NCAR提供的再分析资料以及NOAA提供的海表温度(Sea Surface Temperature,SST)资料,运用带通/低通滤波、小波分析、EOF/REOF和回归分析等方法,在对中国秋季干湿时空演化分类的基础上,通过研究秋季黄土高原中部干湿演变周期、大气环流特征及与海温的多尺度相关关系,以揭示影响黄土高原中部秋季干湿变化的物理机理,并确定影响该区域干湿状况的前兆信号.小波功率谱分析表明,黄土高原中部秋季干湿指数存在准4 a和准8 a的周期,1970—1990年准8 a尺度周期振荡尤为明显.年际(周期8 a)尺度上偏湿年的大气环流特征是,欧亚大陆中高纬呈"双阻型",200 hPa西风急流显著北移,日本海-鄂霍茨克海受反气旋控制,其底部的偏东水汽输送带将水汽输入研究区.年代际(周期>8 a)尺度上偏湿年的大气环流特征是,东亚大陆为一致的低值系统;200 hPa东亚副热带西风急流减弱北移,研究区主要水汽来源由经孟加拉湾在中南半岛转向的南风水汽输送及中纬度的西风水汽输送组成.整个序列上,Nino3区SST指数(Nino3I)超前5个月与秋季干湿指数已呈显著的负相关关系,而孟加拉湾—中国南海SST指数(BayI)则超前3个月与干湿指数呈现显著的负相关关系.年际尺度上,秋季Nino3I,BayI均与秋季干湿指数存在显著相关(准4 a,4—6 a),而年代际尺度上,只有BayI与秋季干湿指数存在显著相关性(准10 a).黄土高原中部秋季干湿的年际和年代际周期的确定、大气环流异常特征的认识及与海温的多尺度相关关系的建立,不仅揭示了影响该区域干湿变化的物理机理,也为干旱气候预测提供了重要的前兆信号.

关键词：黄土高原中部干湿特征海表温度小波分析

京津冀地区1961—2020年冬季区域性寒潮过程特征和路径分析

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陕西气象 2025年第1期 13-17页

作者：李丹华杨扬李红英王兴丽陈佩璇兰州区域气候中心兰州730020 中国气象局秦岭和黄土高原生态环境气象重点开放实验室西安710016 兰州干旱气象研究所兰州730020 甘肃省酒泉市气象局甘肃酒泉735000 甘南藏族自治州气象局甘肃合作747000

利用1961—2020年冬季京津冀地区126站逐日最低气温、降水量资料及ERA5再分析资料,对京津冀地区冬季区域性寒潮天气过程进行气候特征和影响路径分析,结果表明:京津冀地区区域性寒潮过程一般持续2~5 d,最低气温平均为-18.9℃;近60 a共出... 详细信息

利用1961—2020年冬季京津冀地区126站逐日最低气温、降水量资料及ERA5再分析资料,对京津冀地区冬季区域性寒潮天气过程进行气候特征和影响路径分析,结果表明:京津冀地区区域性寒潮过程一般持续2~5 d,最低气温平均为-18.9℃;近60 a共出现52次区域性寒潮天气过程,年际变化呈略减少趋势,气候趋势率为-0.1次/(10 a),空间分布上,从南向北寒潮频次增加;1961—2020年冬季京津冀地区共有16次较湿以上过程(区域平均降温幅度13.0℃),31次较干以上过程(区域平均降温幅度11.8℃);通过FLEXPART模式对京津冀地区区域性寒潮过程路径进行分析发现,西北路径共26次、偏西路径15次、偏北路径10次、东北路径仅1次。

关键词：寒潮干湿过程路径京津冀地区

半干旱草原下垫面动量和感热总体输送系数参数化关系研究

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物理学报 2013年第9期62卷 519-527页

作者：岳平张强李耀辉王润元王胜孙旭映中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室兰州730020 张掖国家气候观象台张掖734000

本文利用锡林郭勒草原2008年春季近地层涡旋相关系统和铁塔的风、温平均梯度观测资料,分析了总体输送系数随梯度Richardson数的变化特征,建立了动量总体输送系数随大气稳定度、近地层风速以及感热总体输送系数随大气稳定度和近地层气温... 详细信息

本文利用锡林郭勒草原2008年春季近地层涡旋相关系统和铁塔的风、温平均梯度观测资料,分析了总体输送系数随梯度Richardson数的变化特征,建立了动量总体输送系数随大气稳定度、近地层风速以及感热总体输送系数随大气稳定度和近地层气温的关系.中性条件下,半干旱草原植被下垫面动量总体输送系数与近地层大气动力状态之间存在明显的相互作用,总体输送系数与近地面层风速之间满足二次曲线拟合关系;风速较小时,大气动力特征对地表粗糙度长度的改变不是很明显,动量总体输送系数随气流增强而增大;而当风速较大时,强风速会使植被高度发生改变,动量总体输送系数随气流增强而减小.另外,感热总体输送系数与近地层气温之间也存在二次曲线关系.动量总体输送系数与近地层风速之间的关系、感热总体输送系数与近地层气温之间关系的建立为总体输送系数参数化提供了重要途径,同时该方案避免了对动力学粗糙度长度和热力学粗糙度长度的求解.

关键词：总体输送系数参数化湍流通量相似性函数