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祁连山地区过去500 a年代际旱涝事件演化及驱动因素分析

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干旱区地理 2024年第2期47卷 214-227页

作者：任子健王江林徐贺年秦春中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

祁连山地区是气候变化敏感区和生态环境脆弱区,年代际重大干旱事件对其植被、冻土等生态要素影响显著。根据前人所重建的干湿变化数据集,分析了祁连山地区过去500 a年代际旱涝事件的发生规律、演化趋势及可能的驱动机制。结果表明:(1)... 详细信息

祁连山地区是气候变化敏感区和生态环境脆弱区,年代际重大干旱事件对其植被、冻土等生态要素影响显著。根据前人所重建的干湿变化数据集,分析了祁连山地区过去500 a年代际旱涝事件的发生规律、演化趋势及可能的驱动机制。结果表明:(1)祁连山地区近几十年来气候呈现明显的湿润化趋势,且1951年之后的变湿趋势已超出了历史时期自然变率范围。(2)亚洲夏季降水数据集对研究区历史干湿状况代表性良好,该地区过去7次年代际干旱事件降水差异显著,其中严重程度最高的是1786—1796年干旱;4次年代际湿润事件持续时间差异显著,持续时间最长的是发生在1968—2009年长达42 a的湿润事件。(3)年代际旱涝事件受气候外强迫和海温内部变率综合影响,太平洋和大西洋年代际海温模态变化及二者位相组合是调节祁连山年代际旱涝事件的关键因子。太阳辐射与祁连山降水呈同相位变化,火山活动则主要影响年代际干旱事件。研究强调长时间背景对评估当前祁连山地区气候异常的重要性,并建议评估未来该地区发生重大旱涝事件风险时需综合考虑外强迫和海温内部变率的不确定性。

关键词：年代际旱涝小冰期气候驱动因素祁连山

大风区高速铁路路基双侧挡风墙周围沙粒沉积数值模拟研究

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铁道学报 2024年第6期46卷 148-155页

作者：张凯赵礼明王正辉邓育辉谭立海兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室甘肃兰州730000

兰新高速铁路横穿多个大风区,对其安全运营造成严重影响。为降低强风对线路的危害,在大风区修筑大量防风构筑物,其中以路基挡风墙最为常见,挡风墙降低了风害的影响,但是带来严重的线路积沙问题。通过数值模拟研究不同风速下路基双侧挡... 详细信息

兰新高速铁路横穿多个大风区,对其安全运营造成严重影响。为降低强风对线路的危害,在大风区修筑大量防风构筑物,其中以路基挡风墙最为常见,挡风墙降低了风害的影响,但是带来严重的线路积沙问题。通过数值模拟研究不同风速下路基双侧挡风墙周围的流场特征,利用风产生的壁面剪切应力与沙粒剪切应力的比值确定地表沙粒沉积与侵蚀类型。研究发现,气流在两道挡风墙之间分别形成一个顺时针涡流和一个逆时针涡流,在第二道挡风墙背风侧形成一个顺时针大涡,随着来流风速增大,漩涡尺寸和涡流强度均在增大;由于涡流的存在,部分沙粒被卷走,路堤背风坡附近以及路基面上的沙粒沉积显著减少,当来流风速为24、30 m/s时,南北侧线路道床面均出现沙粒反向侵蚀;单双侧挡风墙的积沙规律对比结果表明,设置双侧挡风墙时,线路积沙显著减少。研究揭示了大风区铁路双侧挡风墙周围路基面上的沙粒沉积规律,对未来风区铁路的防护建设具有指导意义。

关键词：大风区高速铁路路基挡风墙数值模拟沙粒沉积

兰新高速铁路开孔挡风墙周围沙粒沉积与侵蚀特征数值模拟研究

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铁道学报 2024年第7期46卷 143-149页

作者：张凯邓育辉张海龙田建锦王涛李盛兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室甘肃兰州730000

设置在路基上的挡风墙起到了有效防风作用,但是由于其阻碍作用,对路基造成了严重的积沙危害。因此,基于Fluent欧拉双流体模型,对兰新高速铁路沿线既有下部开孔挡风墙周围风沙两相流运动特性进行数值模拟研究,得到挡风墙周围的流场分布... 详细信息

设置在路基上的挡风墙起到了有效防风作用,但是由于其阻碍作用,对路基造成了严重的积沙危害。因此,基于Fluent欧拉双流体模型,对兰新高速铁路沿线既有下部开孔挡风墙周围风沙两相流运动特性进行数值模拟研究,得到挡风墙周围的流场分布规律以及沙粒沉积与侵蚀特征。结果表明:随着来流风速的增大,路堤迎风侧坡脚处的漩涡强度逐渐衰弱直至消失;路堤背风侧漩涡整体位置往背风侧方向移动,且漩涡涡量增加,导致沙粒反向侵蚀区域增加;迎风侧边坡处的沙粒沉积区域逐步减小,沙粒侵蚀区域逐步增加;北侧线路逐渐出现侵蚀区域,而风速对南侧线路沉积侵蚀区域的变化影响较小。在强风地区,布设挡风墙时应考察线路上风向的地表情况,地表松散、沙源丰富时宜同时采取防沙治沙措施,以达到减缓线路积沙危害的目的。

关键词：开孔挡风墙风沙流沙粒沉积风沙侵蚀数值模拟

中国防沙治沙实践与沙漠科学发展的70年——Ⅲ.发展篇(1)

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中国沙漠 2024年第1期44卷 1-10页

作者：王涛中国科学院西北生态环境资源研究院、中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室甘肃兰州730000

1966—1976年的“文革”10年,在一定程度上影响了防沙治沙实践和沙漠科学的发展。尽管如此,依靠之前十多年打下的基础,科技和工程团队还是坚守在风沙一线,继续开展防沙治沙技术研发和工程实施、野外定位观测、室内样品化验分析与数据统... 详细信息

1966—1976年的“文革”10年,在一定程度上影响了防沙治沙实践和沙漠科学的发展。尽管如此,依靠之前十多年打下的基础,科技和工程团队还是坚守在风沙一线,继续开展防沙治沙技术研发和工程实施、野外定位观测、室内样品化验分析与数据统计、风洞实验、成果总结和论文、著作的写作等,取得了一批标志性进展。如风沙环境风洞的建设和应用,开启国内防沙治沙风洞实验和风沙运动规律研究的先河;系统进行的铁路风沙灾害过程与防治工程技术试验和理论研究取得新的进展;1975年3月在兰州成功举办的“中国科学院治沙研究工作交流会”,及时总结和展示了理论与实践的成果和水平;系统总结科学考察、观测、实验、研究和实践的成果,在发表一批科技论文的同时,编写和出版了系列专著,在中国沙漠的分布及其一般特征、沙漠形成原因、沙漠沙物质来源(就地起沙)、风沙流运动特征、沙丘形成演变机制和塔克拉玛干沙漠风沙地貌的形成、沙丘形态特征和运动规律、风沙地貌区划和防治风沙的若干地貌问题等方面都有开拓和创新的结果,推动了中国沙漠科学的理论探讨和系统构成;在农田沙害的治理、铁路沙害的防治和沙漠铁路工程建设方面和主要防沙治沙省区如新疆、甘肃和内蒙古也都产出了系统总结成果。这10年是中国防沙治沙实践与沙漠科学整体发展的初期。

关键词：防沙治沙沙漠科学 70年中国发展篇(1)

祁连山及周边地区气温与降水的动力降尺度模拟

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中国沙漠 2024年第1期44卷 61-74页

作者：李霞杨保中国科学院西北生态环境资源研究院、沙漠与沙漠化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

祁连山及其周边地区是季风-西风交互作用的敏感区,气候变化机制复杂。在研究区域进行了为期一年的参数化方案组合敏感性试验,从5组方案组合中选出模拟效果最佳的参数化方案组合,利用偏差校正过的CMIP6数据驱动最佳参数化方案组合设置下... 详细信息

祁连山及其周边地区是季风-西风交互作用的敏感区,气候变化机制复杂。在研究区域进行了为期一年的参数化方案组合敏感性试验,从5组方案组合中选出模拟效果最佳的参数化方案组合,利用偏差校正过的CMIP6数据驱动最佳参数化方案组合设置下的区域气候模式WRF,对祁连山及周边地区开展了2005—2014年间为期10 a的动力降尺度模拟。结果显示:(1)WRF模式对气温的模拟普遍较好,不同的参数化方案组合对气温的模拟影响不大。WRF模式对降水的模拟受参数化方案组合影响较大,模拟精度整体较气温差。参数化方案组合的敏感性试验结果显示:Thompson云微物理方案、Grell-D积云对流方案、RRTM-Dudhia辐射物理方案和Noah陆面过程方案的参数化方案组合最适用于祁连山及周边地区。地形资料敏感性试验结果显示高分辨率地形数据集对气温与降水的模拟未见明显改善。(2)模拟气温与降水的空间分布特征基本能够再现真实观测数据的空间分布特征。气温与降水的空间分布受海拔影响很大,在高海拔地区气温比周围低海拔地区偏低,降水量则是偏高,模拟气温与观测气温之间的相关性好于对降水的模拟。模拟偏差主要表现在对气温的模拟普遍存在低估,对降水量的模拟存在高估。在站点尺度上,模拟温度和降水与观测温度和降水都有着几乎一致的正态分布,各站点上的温度模拟偏差主要出现在冬季,降水模拟偏差则出现在夏季。

关键词： WRF 祁连山参数化方案评估动力降尺度

库姆塔格沙漠三垄沙地区砾波纹形态、粒度及环境风况

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中国沙漠 2024年第4期 37-45页

作者：郭酉元钱广强杨转玲邢学刚中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室中国科学院大学贵州师范学院地理与资源学院

砾波纹是由双峰沉积物组成的粗颗粒风沙地貌，其发育与形态、粒度和风况之间的关系鲜有报道。通过野外考察、实地观测和实验分析等手段，对三垄沙地区典型砾波纹的形态、粒度以及其发育地区的风况特征进行了初步的研究。结果表明：研究... 详细信息

砾波纹是由双峰沉积物组成的粗颗粒风沙地貌，其发育与形态、粒度和风况之间的关系鲜有报道。通过野外考察、实地观测和实验分析等手段，对三垄沙地区典型砾波纹的形态、粒度以及其发育地区的风况特征进行了初步的研究。结果表明：研究区砾波纹脊线长度为1.23～24.05 m，平均为5.22 m。波纹间距2.62～4.73 m，平均间距为2.52 m。砾波纹的高度0.07～0.41 m，平均为0.18 m，形态指数为17.61。沉积物粒度分布为双峰或三峰分布，表层（0～1 cm）和下层（1～5 cm）平均粒径均值分别为0.64Φ和1.32Φ，表层峰顶处颗粒平均粒径为-0.91Φ。研究区平均风速为4.19 m·s-1，起沙风平均风速为8.65 m·s-1，主要在夏季。研究区年输沙势为804.88 VU，各季节风向变率大于0.8，属低变率风况，春季和夏季输沙势较大，占全年总量的67.1%。合成输沙方向为200.2°，基本垂直于砾波纹的脊线走向。

关键词：库姆塔格沙漠砾波纹形态粒度输沙势

木本植物应对干旱胁迫的响应机制:基于水力学性状视角

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生态学报 2024年第7期44卷 2688-2705页

作者：程莉李玉霖宁志英杨红玲詹瑾姚博中国科学院西北生态环境资源研究院兰州730000 中国科学院大学北京100049 中国科学院西北生态环境资源研究院奈曼沙漠化研究站通辽028300

干旱最显著的影响表现在区域尺度的森林死亡事件中,可以在短时间内杀死数百万棵树木。鉴于未来极端干旱事件的频率和强度可能随温度的升高而增加,迫切需要明确树木对干旱胁迫的响应对策以及衰退死亡机理,揭示木本植物在干旱环境中存活... 详细信息

干旱最显著的影响表现在区域尺度的森林死亡事件中,可以在短时间内杀死数百万棵树木。鉴于未来极端干旱事件的频率和强度可能随温度的升高而增加,迫切需要明确树木对干旱胁迫的响应对策以及衰退死亡机理,揭示木本植物在干旱环境中存活和死亡的生理机制,了解树木在未来气候下的适应机制,提高预测树木对干旱反应的准确性。在常用植物功能性状的基础上,重点纳入与植物水分运输能力及耐旱性相关的水力学性状,系统总结了:1)植物木质部水分运输的物理机制;2)植物应对干旱胁迫的水力响应过程:3)干旱胁迫下木本植物水分利用对策;以及4)干旱胁迫下木本植物衰退/死亡机理。最后,提出3个尚待解决的主要问题:1)加强纳入水力性状阐明植物对干旱胁迫的响应和调节机制;2)加强从全株植物的角度考虑植物不同组织性状间的关系;3)深入探究树木干旱致死机理。

关键词：木本植物干旱胁迫水力性状水分运输策略干旱致死机理

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河西荒漠区石下生蓝藻叶绿素荧光参数的日变化

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中国沙漠 2024年

作者：赵一丹陈拓刘阳张璐张怡洋张威章高森中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃省极端环境微生物资源与工程重点实验室中国科学院大学中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室

以往对石下生微生物的研究集中在微生物组成和分布特征上，而对光合活性变化的研究较少。以分布在河西走廊3个干旱程度不同样地的石下生蓝藻为材料，利用Handy PEA植物效率仪，研究了在72 h内石下生蓝藻的叶绿素荧光参数的逐小时日变化... 详细信息

以往对石下生微生物的研究集中在微生物组成和分布特征上，而对光合活性变化的研究较少。以分布在河西走廊3个干旱程度不同样地的石下生蓝藻为材料，利用Handy PEA植物效率仪，研究了在72 h内石下生蓝藻的叶绿素荧光参数的逐小时日变化特征。结果表明：(1)石下生蓝藻PSII最大光化学量子产量(Fv/Fm)的值均存在明显的日变化，在06:00左右及18:00—20:00达到较高水平，最高值均大于0.6；由于受到环境胁迫，在辐照度较高(>2 mW·cm-2)、温度较高(>30℃)、湿度较低(研究在一定程度上揭示了石下生蓝藻光合活性在一天内的变化情况，为深入研究石下生微生物在原位环境的代谢活动提供线索。

关键词：河西走廊石下生微生物叶绿素荧光蓝藻光合活性日变化

基于黏土沙障的复配土壤对土壤水分特征影响对比分析

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水土保持研究 2024年第1期31卷 88-95页

作者：潘加朋张克存安志山张宏雪薛承杰中国科学院西北生态环境资源研究院敦煌戈壁荒漠生态与环境研究站甘肃敦煌736200 中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049

[目的]研究基于黏土沙障的复配土壤在不同复配质量比下对土壤水分特征的影响,旨在揭示其土壤改良效益,为今后黏土沙障的设计提供最佳复配比。[方法]通过试验设计将各样品划分为空白组、对照组与试验组,并分别对三组样品的土壤容重、水... 详细信息

[目的]研究基于黏土沙障的复配土壤在不同复配质量比下对土壤水分特征的影响,旨在揭示其土壤改良效益,为今后黏土沙障的设计提供最佳复配比。[方法]通过试验设计将各样品划分为空白组、对照组与试验组,并分别对三组样品的土壤容重、水分常数及土壤水分特征曲线进行对比分析。[结果](1)试验组样品土壤容重随复配土壤质量比(即复配比)的增加而减小,相较于空白组,当复配比为5∶1时降低至1.45 g/cm^(3),对照组则降低至1.32 g/cm^(3)。(2)试验组样品的土壤饱和含水率在其复配比超过一定阈值时明显增加,当复配比为2∶1时相较于空白组升高了0.97%,同时,其田间持水率与凋萎系数也相较于空白组整体分别升高1.518%,1.543%,对照组两者上升则均超过10%。(3) Gardner模型对三组样品模拟良好,三者土壤含水率均随土壤水势增加而减小,当土壤水势一定时,试验组复配比的增加有效提高了复配土壤的含水率,在土壤水势为0.01~1.5 MPa间不同质量比复配土壤平均增加了1.32%~1.72%。[结论]基于黏土沙障的复配土壤其复配比的增加能有效提升土壤的持水力与保水性,其有效含水量也明显上升,对土壤改良明显。

关键词：黏土沙障复配土壤土壤水分特征曲线土壤容重

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