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祁连山草地坡面土壤水时空动态及时间稳定性

高原气象 2024年第5期43卷 1249-1258页

作者：刘源田杰王水献兰州大学资源环境学院甘肃兰州730000 兰州大学资源环境学院西部环境教育部重点实验室旱区流域科学与水资源研究中心甘肃兰州730000

土壤水分作为连接地表与大气水热交换的关键水文变量,影响陆-气水热交换和碳循环过程。但由于高寒山区土壤水分监测困难,相关研究存在一定困难。而时间稳定性研究能够通过选择代表性点位从而降低土壤水分获取难度。本研究选取祁连山区... 详细信息

土壤水分作为连接地表与大气水热交换的关键水文变量,影响陆-气水热交换和碳循环过程。但由于高寒山区土壤水分监测困难,相关研究存在一定困难。而时间稳定性研究能够通过选择代表性点位从而降低土壤水分获取难度。本研究选取祁连山区石羊河流域上帐房沟草地坡面,组建高密度、高时间分辨率土壤水分监测网,探讨高寒山区坡面尺度土壤水分时空变化及时间稳定性。研究结果表明:(1)表层土壤水分(10 cm,15.90%)显著高于深层(50 cm,11.78%),其时间变异性(CvT=19.46%)也强于深层(CvT=10.67%),但空间变异性(CvS=20.05%)弱于深层(CvS=27.06%)。(2)表层时间稳定性指数(Index ofTemporal Stability,ITS)(0.24)强于深层(0.34),表层和深层分别通过3个或5个土壤水分监测点即可代表坡面表层土壤水分(决定系数R2>0.90)。(3)坡位和土壤水文属性对时间稳定性的作用效果显著:时间稳定性点位更容易出现在坡下容重较大、形状参数n较小的位置。研究结果有助于更好理解高寒山区坡面土壤水分时空变异规律、时间稳定性特征及其控制作用。

关键词：土壤水分时空动态时间稳定性祁连山区

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青藏高原GPP时空变化特征及影响因素分析

遥感技术与应用 2024年第3期39卷 727-740页

作者：李红艳吴小丹马杜娟魏闯彭博宇杜炜哲兰州大学资源环境学院甘肃兰州730000

研究地表植被GPP时空变化特征及其对气候变化的响应,对深入理解陆地碳循环、评价陆地生态系统的环境质量以及预估未来气候变化的生态效应等具有重大意义。目前青藏高原GPP时空变化研究大多时序较短且未深入分析其时空变化趋势及特征。因... 详细信息

研究地表植被GPP时空变化特征及其对气候变化的响应,对深入理解陆地碳循环、评价陆地生态系统的环境质量以及预估未来气候变化的生态效应等具有重大意义。目前青藏高原GPP时空变化研究大多时序较短且未深入分析其时空变化趋势及特征。因此,本研究采用线性趋势探测方法研究青藏高原地区GPP在2001~2019年间的变化特征,并分析该特征对地形和地物类型的响应,同时探索了GPP与气温、降水和积雪的关系。结果表明:青藏高原GPP年际趋势呈现西北低东南高的分布特征,最大值为0.23C·m^(-2)·d^(-1),最小值为-0.125gC·m^(-2)·d^(-1)。各月年际趋势中从10月到3月,绝大部分区域GPP年际变化趋势较小,7月GPP的年际变化趋势和空间异质性最大,从-0.384-0.303gC·m^(-2)·d^(-1),8~10月又逐渐减小。GPP年际趋势随高程的增加逐渐减小;30°N以南GPP年际趋势随纬度的增加迅速减小,30°N以北GPP年际趋势随纬度的增加缓慢增大;农田植被混合类型GPP年际变化增加趋势最大,为0.0348gC·m^(-2)·d^(-1),封闭灌木丛的减小趋势最大,为0.0076gC·m^(-2)·d^(-1)。近19 a,气温对青藏高原GPP的贡献最大,其次是降水,辐射再次之,积雪对GPP的贡献相对较弱。

关键词：青藏高原 GPP 时空变化地形地物类型气候因子

全球变暖背景下青藏高原北缘气候干湿变化模式的转型与机制——古气候视角

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中国科学：地球科学 2024年第6期54卷 1960-1979页

作者：李育张占森周雪如高铭君段俊杰薛雅欣尚好刘世瑜兰州大学西部环境教育部重点实验室兰州大学资源环境学院兰州730000

青藏高原北缘是季风西风协同影响的敏感区.夏季,水汽输送可以到达青海湖和祁连山东段;冬季,气候主要受控于西风.本文从古气候视角,对比了该区域中全新世暖期、中世纪暖期、现代暖期和未来百年暖期的干湿变化,发现中全新世暖期主要受轨... 详细信息

青藏高原北缘是季风西风协同影响的敏感区.夏季,水汽输送可以到达青海湖和祁连山东段;冬季,气候主要受控于西风.本文从古气候视角,对比了该区域中全新世暖期、中世纪暖期、现代暖期和未来百年暖期的干湿变化,发现中全新世暖期主要受轨道控制的东亚夏季风影响,区域整体表现出温暖湿润的气候特征;中世纪暖期主要受控于太阳辐射,存在暖干的现象;现代暖期和未来百年暖期主要由温室气体增加导致的温度升高控制,气候干旱化趋势显著.青藏高原北缘现代暖期和未来百年暖期的干湿格局与中世纪暖期类似,而持续升温会导致西风带扩张,气候逐渐湿润,未来干湿变化将与中全新世暖期更加相似.

关键词：青藏高原北缘干湿变化暖期相似驱动机制未来评估

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青藏高原高寒草地土壤酶活性海拔地带性特征

生态学报 2024年第1期44卷 405-415页

作者：霍皇煜米琦周天财李洋张建香陈俊合汪亚峰孙建青藏高原地球系统与资源环境全国重点实验室中国科学院青藏高原研究所北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 兰州大学生态学院兰州730000 兰州大学资源环境学院兰州730000

土壤酶是土壤生态系统中具有催化功能的一类蛋白质,由植物根系分泌物、微生物和动植物残体释放到土壤中,参与了土壤中所有的生物化学过程,其活性的大小可以灵敏地反应土壤中生化反应的方向和强度。青藏高原因海拔高和气候寒冷,被认为是... 详细信息

土壤酶是土壤生态系统中具有催化功能的一类蛋白质,由植物根系分泌物、微生物和动植物残体释放到土壤中,参与了土壤中所有的生物化学过程,其活性的大小可以灵敏地反应土壤中生化反应的方向和强度。青藏高原因海拔高和气候寒冷,被认为是气候变化的敏感区和脆弱区。全球气候变化使土壤酶活性受到强烈的影响,这些影响可能使土壤的质量发生改变,进而对青藏高原高寒草地植被生产力产生一定影响。土壤酶在生态系统物质循环和能量流动中起着关键作用,其格局、功能和转换过程已被广泛的研究,但高寒草地生态系统土壤酶活性的海拔地带性特征还需深入探讨。因此,以青藏高原高寒草地为研究对象,将土壤酶活性海拔梯度研究从站点尺度拓展到样带尺度,分析了与土壤碳循环密切相关的土壤β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、与土壤氮循环密切相关的土壤N-乙酰-β氨基葡萄糖苷酶(NAG)、土壤亮氨酸肌肽酶(LAP)以及与土壤磷循环密切相关的土壤碱性磷酸酶(ALP)的海拔地带性,进一步明晰其主要驱动因子。结果表明:(1)ALP和βG活性在海拔梯度上,展现出显著分异,在约为3546 m和3364 m出现拐点,且低海拔显著高于高海拔(P气候影响不明显。综合而言,海拔变化引起的温度和降水变化会直接或间接地影响土壤酶活性,其中降水是影响青藏高原高寒草地土壤酶活性的关键因子之一,这种适应性的改变使土壤酶能够在不同的环境条件下适应并发挥其功能,从而影响着土壤生态系统的物质循环和能量转化过程。研究结果可以评估不同海拔地带土壤的养分转化、有机质分解和循环等生态系统功能,为生态系统管理和保护提供科学依据,对理解高寒草地生物地球化学循环过程和机制具有重要意义。

关键词：青藏高原高寒草地土壤酶活性垂直地带性降水

干旱形成机制与预测理论方法及其灾害风险特征研究进展与展望

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气象学报 2024年第1期82卷 1-21页

作者：张强李栋梁姚玉璧王芝兰王莺王静王劲松王素萍岳平王慧韩兰英司东李清泉曾刚王欢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 甘肃省气象局兰州730020 南京信息工程大学大气科学学院南京210044 兰州资源环境职业技术大学气象学院兰州730021 兰州区域气候中心兰州730020 中国科学院大气物理研究所北京100029 国家气候中心北京100081 四川师范大学地理与资源科学学院成都610066

在全球变暖背景下,干旱事件发生的频率和强度不断增大、影响不断加重,干旱发生规律的异常性和机制的复杂性也更为突出,对干旱形成机制、预测理论方法及灾害风险变化规律等方面都提出了新的挑战,也制约了当前干旱预测、预警及其灾害防控... 详细信息

在全球变暖背景下,干旱事件发生的频率和强度不断增大、影响不断加重,干旱发生规律的异常性和机制的复杂性也更为突出,对干旱形成机制、预测理论方法及灾害风险变化规律等方面都提出了新的挑战,也制约了当前干旱预测、预警及其灾害防控能力的提高。近年来,在国家重点基础研究发展计划(973计划)课题等多个国家级项目支持下,已在干旱灾害形成机制与预测理论方法及其风险特征方面取得了一系列新成果。通过动力诊断、数值模拟和田间试验等方法,开展了干旱形成的多因子协同作用和多尺度叠加机制、干旱致灾过程的逐阶递进特征,以及干旱灾害风险分布演化的主控因素等方面的研究。对如下几方面的新进展进行了系统总结归纳:(1)厘清了全球变暖背景下青藏高原热力、海温、夏季风、遥相关等多因子对干旱形成的作用机制。(2)发现了降水亏缺时间尺度和农作物不同生长阶段的干旱敏感性规律。(3)揭示了变暖背景下典型区域干旱灾害风险分布及其变异的新特征;构建了干旱灾害风险新概念模型。(4)研发了东亚季风区的季节和次季节干旱集成预测系统。在总结归纳已取得研究成果的基础上,对未来干旱形成机制及其灾害风险科学研究进行了展望,提出了5个重点研究方向:(1)多因子联动及其多尺度叠加效应对干旱形成的影响;(2)系统整合人类活动和决策以及相关反馈的气候模式研究;(3)揭示陆-气耦合和大气环流协同作用对干旱的影响;(4)认识干旱灾害对粮食安全和生态安全影响的关键过程;(5)提高不同气候情景下干旱预估的准确度。

关键词：干旱灾害形成机制预测理论风险特征协同作用

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青藏铁路沿线气候特征精细化模拟研究

高原气象 2024年第4期43卷 868-882页

作者：路富全杨耀先胡泽勇中国科学院西北生态环境资源研究院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院那曲高寒气候环境观测研究站西藏那曲852000 兰州资源环境职业技术大学气候资源开发及防灾减灾研究室甘肃兰州730021 中国科学院大学北京100049

青藏铁路格拉段(以下简称青藏铁路),特别是从西大滩至安多穿越550 km多年冻土区的路段,沿线有着复杂的地形地貌和冻土环境。近年来随着气候变暖和多年冻土退化,对于建造在多年冻土之上的青藏铁路的维护需求剧增,为了能充分捕捉青藏铁路... 详细信息

青藏铁路格拉段(以下简称青藏铁路),特别是从西大滩至安多穿越550 km多年冻土区的路段,沿线有着复杂的地形地貌和冻土环境。近年来随着气候变暖和多年冻土退化,对于建造在多年冻土之上的青藏铁路的维护需求剧增,为了能充分捕捉青藏铁路沿线地区复杂的地形地貌对局地气候变化的影响,以期对青藏铁路的运行维护提供理论支持。本文利用铁路沿线站点观测数据,并以ERA5数据驱动WRF模式进行网格距离为10 km×10 km的动力降尺度模拟。结果显示,青藏铁路沿线的六个站点自1998-2020年普遍呈现增温趋势,增温率最低的站点为0.27℃·(10a)^(-1),最高为0.56℃·(10a)^(-1);WRF模式对表面气温的模拟在年平均气温结果与观测数据略有差异,在夏季和秋季的模拟结果较好,夏季相关系数达到0.95以上,秋季在0.80以上,春季和冬季较差;WRF降水模拟的结果显示,Nudging方法有效改进了青藏高原夏季降水的湿偏差,青藏铁路北段至铁路南段降水逐渐增加,且在铁路中部降水出现极大值。WRF模式在青藏高原的温度和降水模拟上仍存在着一定的冷偏差和湿偏差,寻找新的方法或利用高质量驱动数据来驱动模式将可能对青藏高原地区的降尺度模拟结果有更进一步的改善。

关键词：青藏铁路 WRF模式动力降尺度精细化模拟气温和降水

1979-2020年西北地区地表风速的年代际变化特征

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高原气象 2024年

作者：王勇周子涵王澄海肖栋秦豪君黄武斌兰州大学大气科学学院中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候资源与环境重点实验室兰州中心气象台上海市气象局中国气象局上海城市气候变化应对重点开放实验室

基于1979-2020年西北地区173个气象站点10 m风速观测资料和ERA-5再分析资料，揭示了西北地区年、各季节风速的年代际变化特征及2003/2004年年代际变化可能的环流背景。结果表明：1979-2020年趋势分布存在显著的区域差异，风速增大区域... 详细信息

基于1979-2020年西北地区173个气象站点10 m风速观测资料和ERA-5再分析资料，揭示了西北地区年、各季节风速的年代际变化特征及2003/2004年年代际变化可能的环流背景。结果表明：1979-2020年趋势分布存在显著的区域差异，风速增大区域主要位于甘肃中部和东部、陕西、新疆西南和东北部分地区，其余站点风速大体减小。呈现减小趋势的站点数明显多于增加趋势的站点数，呈现减小趋势站点平均地表风速大于整个西北平均的风速值，呈现增加趋势的站点的平均地表风速小于整个西北平均的风速值，并且在2004年后明显增大。年平均和各季节第一模态的空间分布与1979-2020年趋势分布相似，时间序列的年代际变化发生在2000年前后。年平均和各季节第二模态除宁夏和陕西南部地区为负异常，其余站点大体均为正异常，其时间序列均发生了两次突变，分别发生在1987/1988年和2003/2004年。1987/1988年的西北地区风速变化成因已有大量研究，本研究重点分析了2003/2004年西北风速年代际变化成因的环流因子。从500 hPa位势高度2004-2020年与1988-2003年的合成差图可知，春季环流场呈现中亚-北欧的经向偶极子模态，夏季和秋季呈现为“丝绸之路”模态，冬季呈现“斯堪的纳维亚”模态，年平均呈现为北极涛动负位相。可见，2003/2004年前后四季和年平均环流背景变化都各有特点，它们如何影响中国西北地表风速2003/2004年的年代际变化的物理过程待于进一步深入研究。

关键词：地表风速时空分布年代际变化西北地区趋势

巴丹吉林沙漠诺尔图湖泊水化学特征与补给来源

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科学通报 2014年第9期59卷 1140-1147页

作者：吴月王乃昂赵力强张振瑜陈立陆莹吕晓楠常金龙兰州大学资源环境学院干旱区气候变化与水循环研究中心兰州730000

选取巴丹吉林沙漠最大、最深的湖泊诺尔图作为研究对象，通过分析湖水和地下水八大离子、总溶解固体含量、稳定同位素18O和1H组成，地下水放射性同位素氚浓度，研究了诺尔图水平和垂直方向上湖水理化参数及同位素特征．结果表明，诺尔... 详细信息

选取巴丹吉林沙漠最大、最深的湖泊诺尔图作为研究对象，通过分析湖水和地下水八大离子、总溶解固体含量、稳定同位素18O和1H组成，地下水放射性同位素氚浓度，研究了诺尔图水平和垂直方向上湖水理化参数及同位素特征．结果表明，诺尔图湖水理化性质年际和季节变化明显大于附近地下水的变化，水平和垂直方向上湖水混合较均匀，不同深度湖水的水化学型一致，均为Na—C1．C03．（s04）．诺尔图湖水、地下水同位素沿着低于全球大气降水线斜率的当地蒸发线展布，较低的斜率表明研究区强烈的蒸发环境特征。湖水同位素大多位于蒸发线的右上角，地下水同位素大多位于蒸发线的左下角，结合湖水及地下水水位变化趋势，表征湖泊的主要补给来源为地下水．诺尔图钙华泉水（地下水）的年龄约为75～80a，说明湖泊水初始补给源可能为次现代～1952年之间补给的混合或年代更老，有待进一步研究．

关键词：巴丹吉林沙漠诺尔图水化学同位素特征地下水补给

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巴丹吉林沙漠腹地降水事件后的沙山蒸发观测

科学通报 2014年第2期59卷 615-622页

作者：马宁王乃昂赵力强张振瑜董春雨沈士平兰州大学资源环境学院兰州大学干旱区气候变化与水循环研究中心兰州730000

巴丹吉林沙漠腹地高大沙山和湖泊的形成机理一直是学术界研究的热点，其中关于高大沙山上大气降水能否入渗补给地下水一直存在较大争议．本文基于沙漠腹地的2年降水观测和沙漠边缘的长时间尺度降水资料，结合概率分布模型和日降水极值... 详细信息

巴丹吉林沙漠腹地高大沙山和湖泊的形成机理一直是学术界研究的热点，其中关于高大沙山上大气降水能否入渗补给地下水一直存在较大争议．本文基于沙漠腹地的2年降水观测和沙漠边缘的长时间尺度降水资料，结合概率分布模型和日降水极值重现期分析，对沙漠地区的降水等级进行了划分，并利用沙漠腹地的自动气象站和涡度相关系统的观测数据，对不同等级降水事件后的沙山蒸发进行分析．结果显示，沙漠地区的降水事件可分为3类，即5mm以下的常规降水事件CP（占总降水的90％以上）、20mm左右的普通年份最大日降水OAM和数十年一遇的极端强降水事件***和OAM事件后，降水分别约需l～3d和3～4周可被蒸发出地表，EP事件后水分则需较长的时间方可蒸发出地表．三类降水事件的累积蒸发与累积降水表明，高大沙山上的大气降水对地下水没有显著补给作用．本研究对深入探讨巴丹吉林沙漠腹地湖泊群的形成机理有重要价值．

关键词：降水蒸发入渗极值重现期涡度相关巴丹吉林沙漠