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祁连山草地生态系统优势物种生长季的生态化学计量特征

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草地学报 2024年第6期32卷 1810-1818页

作者：张婷朱晓鹏徐海燕吴晓东刘桂民甘子鹏毛楠李莉莎薛守业康国慧殊秋丽陈卓兰州交通大学环境与市政工程学院甘肃兰州730070 中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈国家重点实验室青藏高原冰冻圈观测研究站甘肃兰州730000 中国农业大学北京100193

植物生态化学计量是许多过程模型的重要参数,为了解高海拔地区优势物种的生态化学计量特征及其与土壤养分的关系,本文测定祁连山高寒草地生态系统5种优势物种叶片和根系的生态化学计量,分析了其与根际土壤养分的关系。结果表明:随着生... 详细信息

植物生态化学计量是许多过程模型的重要参数,为了解高海拔地区优势物种的生态化学计量特征及其与土壤养分的关系,本文测定祁连山高寒草地生态系统5种优势物种叶片和根系的生态化学计量,分析了其与根际土壤养分的关系。结果表明:随着生长季推移,优势物种叶片总有机碳(Total organic carbon, TOC)含量相对稳定,全氮(Total nitrogen, TN)含量下降,而C∶N和C∶P则增加;大部分物候期下,青藏大戟(Euphorbia altotibetica Paulsen)的TN和全磷(Total phosphorus, TP)含量高于其他优势物种,且C∶N和C∶P低于其他优势物种,而垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)的TN含量低于其他优势物种,且N∶P和C∶P高于其他优势物种;祁连山地区植物生态化学计量受到土壤化学计量的影响,植物生长主要受到N元素的限制。研究结果为相关植被模型和陆面过程模型的参数化提供了重要的基础数据。

关键词：草地生态系统生态化学计量优势物种生长季植物器官

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泸定M_(S)6.8地震发震机制研究——来自震前噪声成像和b值分布的共同约束

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1767-1780页

作者：花茜裴顺平杨宜海薛晓添李磊李佳蔚刘翰林刘巍中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境国家重点实验室北京100101 陕西省地震局西安710068 云南大学昆明650091 中国科学院大学北京100049

2022年9月5日四川省甘孜州泸定县发生了M_(S)6.8地震,打破了鲜水河断裂带东南段的大震"平静期",造成了重大自然灾害.清楚认识泸定地震震源区发震构造、地震活动性和应力状态对研究强震发震机制具有重要作用.本文利用震前在泸定地震震源... 详细信息

2022年9月5日四川省甘孜州泸定县发生了M_(S)6.8地震,打破了鲜水河断裂带东南段的大震"平静期",造成了重大自然灾害.清楚认识泸定地震震源区发震构造、地震活动性和应力状态对研究强震发震机制具有重要作用.本文利用震前在泸定地震震源区布设的50台短周期流动地震台阵观测资料及区域地震台网震相走时数据,分别采用背景噪声成像、双差定位和改进的b值成像技术,获得了震前震源区浅层高分辨率S波速度结构、地震空间分布及b值横向变化图像.结果揭示,泸定地震主震初始破裂起始于鲜水河断裂磨西段、具有高速异常和高应力特征的凹凸体内;主震西侧存在一条隐伏的正断型伴生分支断裂,5.0级的最大余震即发生在该断裂上;主震凹凸体的破裂同时造成了东南方向另一个较小高速凹凸体的破裂并形成密集余震群.由此可见,震源区跨断层高速异常"铆钉"结构和震前的高应力积累在整体上控制了泸定地震的发生和强余震活动.通过浅层高分辨率结构成像识别这种特殊的"铆钉"结构,同时通过b值成像识别高应力区,可有效评估断层的发震能力,对重点区域地震危险性研判具有极其重要的意义.

关键词：泸定M_(S)6.8地震 S波速度结构 b值成像高速凹凸体地震发震机制

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三江源地区湖塘变化及其与多年冻土联系

地理科学进展 2024年第7期43卷 1441-1455页

作者：汤芸淇汪凌霄赵林李艳李智斌刘世博邹德富王紫珊刘童丁嘉怡赵建婷南京信息工程大学地理科学学院南京210044 中国科学院南京地理与湖泊研究所中国科学院流域地理学重点研究室南京210008 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冰冻圈科学国家重点实验室藏北高原冰冻圈特殊环境与灾害国家野外科学观测研究站兰州730000

近年来,青藏高原湖泊的快速扩张引起广泛关注,已有不少研究系统分析了大于1 km^(2)的大型湖泊的变化动态,但对于面积较小的由于多年冻土退化形成的热融湖塘,其在大范围流域尺度上的分布及变化研究尚不多见。论文基于光学和雷达影像,系... 详细信息

近年来,青藏高原湖泊的快速扩张引起广泛关注,已有不少研究系统分析了大于1 km^(2)的大型湖泊的变化动态,但对于面积较小的由于多年冻土退化形成的热融湖塘,其在大范围流域尺度上的分布及变化研究尚不多见。论文基于光学和雷达影像,系统分析了三江源区内湖塘(研究结果可为分析多年冻土退化状态以及多年冻土退化与热融湖塘发育之间的联系提供基础,为高原地区热融湖塘碳排放研究提供基础数据。

关键词：热融湖塘多年冻土退化三江源区湖塘底部融区

气候变化背景下陆面模式研究进展及不足——青藏高原的水文、植被和土壤模拟

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地球科学进展 2024年第1期39卷 46-55页

作者：兰措中国科学院青藏高原研究所环境变化与地表过程重点实验室北京100101 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境国家重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

气候变暖背景下,全球气候系统各圈层发生了复杂的响应和反馈。作为气候系统重要组成部分的陆地表面是地气水热交换、地球化学要素传输、水文过程产生和植被生长的界面,受气候变化影响显著。气候变化不仅直接影响水文过程,还可以通过影... 详细信息

气候变暖背景下,全球气候系统各圈层发生了复杂的响应和反馈。作为气候系统重要组成部分的陆地表面是地气水热交换、地球化学要素传输、水文过程产生和植被生长的界面,受气候变化影响显著。气候变化不仅直接影响水文过程,还可以通过影响植被的结构和生理特征,间接影响水文过程。陆面模式是研究气候变化影响和反馈的主要工具。全球描述陆气界面物质和能量交换过程的模式主要有3类:全球陆面过程模式、全球水文模式和全球动态植被模式。3种模式针对不同的科学问题,各有其侧重点,之间的差异较大。从20世纪90年代开始至今的许多陆面模式比较计划不断指出模式的不足及其原因,从而促进了陆面模式的不断发展。然而陆面模式依然存在很多不足,有待进一步提高和发展。如目前的水文模式普遍缺乏动态植被过程,无法准确模拟和预测长期气候变化导致的植被变化对水文过程的影响,累及极端水文事件的模拟和未来水资源的预估。水文过程模型耦合动态植被过程是水文学研究的前沿领域。作为亚洲水塔的青藏高原气候变化显著,冰冻圈要素不仅包括冰川、积雪和冻土退缩,而且植被生长趋好、变绿。因此,在青藏高原气候变化对水文过程的影响研究中,更应考虑气候变化导致的植被变化的水文效应。此外,陆面模式对青藏高原土壤结构内部的水热交换过程描述不足。为进一步提高陆面模式在青藏高原的模拟能力,今后需加强对青藏高原土壤质地观测和数据搜集整理,以及对土壤冻融阶段的水热物理过程的观测,提高对过程和机理的认识,并将有关的认识体现在陆面模式中。

关键词：气候变化植被变化 CO_(2)升高的水文效应陆面模式青藏高原

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陆地地表水卫星遥感监测进展与展望

科学通报 2024年第22期69卷 3268-3282页

作者：苏雅楠陈圣乾冯敏陈发虎中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境国家重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 兰州大学西部环境教育部重点实验室兰州730000

陆地地表水(简称地表水)是地球系统的重要组成部分,也是人类赖以生存的重要水资源储备地.然而,地表水的分布范围广,空间异质性强,受到自然和人类诸多因素的综合影响,正经历着剧烈变化,对生态系统和社会的可持续发展产生着深远影响.在这... 详细信息

陆地地表水(简称地表水)是地球系统的重要组成部分,也是人类赖以生存的重要水资源储备地.然而,地表水的分布范围广,空间异质性强,受到自然和人类诸多因素的综合影响,正经历着剧烈变化,对生态系统和社会的可持续发展产生着深远影响.在这样的背景下,遥感技术因其广泛覆盖、长时序观测的特性而日益成为研究地表水时空变化不可或缺的关键工具.本文从地表水遥感监测的数据源、方法、主要内容和发展趋势等方面对现有研究进行了综述.研究发现,近十年来,地表水遥感监测正处于黄金发展期.光学遥感数据源,如Landsat、Sentinel-2等,在地表水环境监测中发挥着主导作用.全球地表水数据产品,如Global Surface Water(GSW),为大区域地表水研究提供了有力支持.然而,新兴的大数据方法,例如深度学习,在地表水研究中仍显薄弱.受到光学遥感监测方法的局限,对于水库、湿地等特殊类型地表水的研究滞后于对大型湖泊等水体的研究.同时,中国、美国、欧洲和加拿大等地成为地表水研究的热点区域,而在经济欠发达、气候较干旱的地区,对地表水的研究相对较少.未来的研究需要更多关注极端气候变化下的地表水动态,提高对野外调查困难地表水(如热融湖和冰川湖)的识别能力.特别需要加强深度学习等大数据新方法在地表水研究中的应用,以推动对地表水更全面的认识,为地球系统研究和可持续发展提供关键支持.

关键词：地表水遥感观测大数据地球系统科学可持续发展

CLDAS地表温度产品在青藏高原多年冻土区的适用性评估与校正

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气候变化研究进展 2024年第1期20卷 10-25页

作者：胡佳怡赵林王翀胡国杰邹德富幸赞品焦梦迪乔永平刘广岳杜二计南京信息工程大学地理科学学院南京210044 南京师范大学地理科学学院南京210023 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/藏北高原冰冻圈特殊环境与灾害国家野外科学观测研究站兰州730000 中国科学院大学北京100049

青藏高原多年冻土区现有的地表温度数据主要包括点位观测的地表和浅表层地温数据,以及遥感反演、模式模拟和再分析等手段获取和制备的空间数据。中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS)数据产品在全国大部分地区的表现较好,但受实测数据稀... 详细信息

青藏高原多年冻土区现有的地表温度数据主要包括点位观测的地表和浅表层地温数据,以及遥感反演、模式模拟和再分析等手段获取和制备的空间数据。中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS)数据产品在全国大部分地区的表现较好,但受实测数据稀缺的限制以及对多年冻土特殊下垫面考量不足的影响,该数据在青藏高原多年冻土区的适用性有待进一步评估和修正。文中基于多年冻土区2008—2018年7个站点的逐日连续地表温度定点观测数据,对CLDAS地表温度数据进行评估,分析在不同时期以及不同下垫面类型下,CLDAS地表温度的适用性情况。结果表明:CLDAS在7个站点的地表温度与实测值存在较大偏差(bias=2.09℃,MAE=3.64℃,RMSE=4.67℃,R^(2)=0.83),主要表现为对地表温度的高估。其中,CLDAS在融化期的适用性相对较好,在冻融交替期、冻结期的适用性较差;在高寒荒漠、高寒荒漠草原地区的适用性较好,在高寒沼泽草甸地区的适用性较差。据此,在考虑归一化植被指数(NDVI)、归一化积雪指数(NDSI)、积雪深度、高程、坡度、坡向、土壤质地对地表温度的影响基础上,构建了多元逐步回归校正模型。校正模型考虑了研究区下垫面情况的差异,提高了CLDAS的模拟精度。结果显示,区分冻结期、融化期、交替期构建模型校正的结果优于不考虑冻融期构建的校正模型。区分冻融期分别构建多元逐步回归模型进行校正后,CLDAS地表温度的精度得到了明显提升(bias=-0.11℃,MAE=2.42℃,RMSE=3.23℃,R2=0.89)。

关键词：地表温度 CLDAS 青藏高原适用性评估多元回归校正

地铁快速建设期苏州主城区地面沉降时序InSAR分析

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大地测量与地球动力学 2024年第9期44卷 945-950页

作者：张丽娜宋瑞庆宋鑫友伍吉仓赵伟史守正陈杰张泽峰严勇苏州科技大学地理科学与测绘工程学院苏州市215009 同济大学测绘与地理信息学院上海市200092 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青藏高原冰冻圈观测研究站兰州市730000 苏州市相城检测股份有限公司苏州市215131

为监测地铁快速建设期苏州主城区的地面沉降,采用2010~2020年的TerraSAR-X和Sentinel-1数据,结合水准观测数据,利用永久散射体合成孔径雷达干涉测量(persistent scatterer interferometric synthetic aperture radar, PS-InSAR)技术对苏州主城区进行时序分析。结果表明,苏州古城区整体比较平稳,研究区内最大沉降点位于阳山,沉降速率超过-20 mm/a;苏州主城区总体沉降趋势变缓,沉降范围明显缩小,甚至在漕湖东侧和太阳路北出现小面积抬升;受地铁施工影响,邻近地铁的建筑沉降速率明显加快,特别是新建成建筑,其本身的短时荷载沉降与地铁建设开发引起的沉降相叠加,沉降速率达到-10 mm/a以上。

关键词：苏州主城区 PS-InSAR 沉降监测地铁建设期时序分析

近200年青藏高原东南部真布错硅藻记录与环境变化

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地理学报 2024年第5期79卷 1231-1245页

作者：何晋娜索娜卓嘎张继峰曹鹏熙王俊伟袁艳丽葛梦娟杨凤琴刘建宝太原师范学院地理科学学院晋中030619 西藏自治区生态环境监测中心拉萨850000 西藏大学生态环境学院青藏高原生物多样性与生态环境保护教育部重点实验室拉萨850000 西藏雅尼湿地生态系统国家定位观测研究站拉萨850000 中国科学院青藏高原研究所古生态与人类适应团队北京100101 青藏高原地球系统与资源环境国家重点实验室北京100101

近200年来青藏高原湖泊生态系统对气候变暖的响应研究多集中在深水湖泊,而对大量浅水湖泊生态系统的研究较为匮乏。本文以青藏高原东南部浅水湖真布错为研究对象,通过对沉积物柱芯的^(210)Pb、^(137)Cs测年和高分辨率硅藻鉴定分析,重建... 详细信息

近200年来青藏高原湖泊生态系统对气候变暖的响应研究多集中在深水湖泊,而对大量浅水湖泊生态系统的研究较为匮乏。本文以青藏高原东南部浅水湖真布错为研究对象,通过对沉积物柱芯的^(210)Pb、^(137)Cs测年和高分辨率硅藻鉴定分析,重建该湖过去200年来硅藻属种组合变化,并结合沉积物总有机碳(TOC)含量、总氮(TN)含量、碳氮比(C/N)等指标,探讨湖泊生态系统对气候变化等因素的响应。结果显示,1820—1950年硅藻组成中水生植物附生种Encyonema lange-bertalotii的百分含量较高,表明真布错水生植物较繁盛,湖水透明度高。1950年以来,硅藻组合发生了突变,附生种Encyonema lange-bertalotii的百分含量快速下降,耐低光照的small Fragilaria成为优势属,表明水生植物衰退,湖水透明度降低;同时TOC和TN含量升高,C/N减小,指示湖泊生产力和营养水平升高,藻类在湖泊有机质中占比增加。气温快速升高、降水量增加(冲刷流域更多营养物质进入湖泊)和人类活动增强(流域内出现新建寺庙)可能共同导致湖泊生产力升高,藻类繁盛,水生植物衰退,水体透明度下降,最终引起硅藻群落的突变。因此,在青藏高原气候暖湿化背景下,浅水湖泊可能面临生态系统的转变,未来应该加强该类湖泊的监测与保护。本文记录的高原浅水湖泊生态系统突变时间与中国和全球其他地区基本一致,这也为确定人类世的地层标记提供了新的证据。青藏高原湖泊可以作为研究人类世的天然实验室。

关键词：青藏高原浅水湖泊硅藻古生态气候变化

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考虑冻融锋面移动过程的多年冻土水热模拟

冰川冻土 2024年第1期46卷 13-27页

作者：肖敏轩赵林张钰鑫高骏强邹德富胡国杰赵建婷李智斌赵拥华肖瑶刘广岳杜二计刘淼南京信息工程大学地理科学学院江苏南京210044 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藏北高原冰冻圈特殊环境与灾害国家野外科学观测研究站甘肃兰州730000 南京信息工程大学数学与统计学院江苏南京210044

活动层内部的冻融锋面是冻融过程中冻结土层与融化土层的分界面,其上下土层的水热参数有着显著差异。在陆面过程模式中准确描述冻融锋面的移动过程将有助于提高其对多年冻土水热过程的模拟能力。本研究首先将Noah-MP陆面过程模式的模拟... 详细信息

活动层内部的冻融锋面是冻融过程中冻结土层与融化土层的分界面,其上下土层的水热参数有着显著差异。在陆面过程模式中准确描述冻融锋面的移动过程将有助于提高其对多年冻土水热过程的模拟能力。本研究首先将Noah-MP陆面过程模式的模拟深度扩展到20 m,并将原模式的4层土层增加到19层土层,同时引入前人的有机质方案和植被根系方案,然后在此基础上,通过耦合Stefan方法以加强模式对冻融锋面的模拟能力,进而探究耦合Stefan方法的Noah-MP模式对西大滩多年冻土站点水热过程的模拟效果。研究中设置了不耦合Stefan方法的CTL控制试验和耦合Stefan方法的STE对照试验来分别模拟西大滩多年冻土站点2012年0~20 m的土壤温度与土壤液态含水量,模拟结果用站点0~3.2 m内10个深度的日均土壤温度、土壤液态水含量监测数据以及3 m、6 m和10 m的年均地温监测数据来做验证。研究结果表明,由土壤温度模拟值插值得到的冻融锋面(0℃等温线)有明显阶梯状特征,最大冻融深度与实测相比偏大。耦合Stefan方法增强了Noah-MP模式模拟冻融锋面的能力,使得模式能够基于Stefan方法较好地模拟出冻融锋面的变化趋势和最大深度。同时,改进后的模式整体改善了对土壤温度的模拟效果,使得0~3.2 m各土层土壤温度的平均RMSE降至0.89℃,减小44%;平均MBE降至-0.13℃,减小86%;模拟的3~20 m年均地温与实测数据更为接近。改进后的模式对土壤液态含水量的模拟水平也有一定改善,其中,模拟的0~3.2 m各土层的土壤液态含水量的平均RMSE降至0.06 m^(3)·m^(-3),减小33%;平均MBE降至-0.01 m^(3)·m^(-3),减小67%。模式还较好描述了活动层20 cm、40 cm、80 cm、120 cm土壤的融化时间。可以看出,在陆面过程模式中耦合能够较好模拟冻融锋面移动过程的Stefan方法可较大程度提高模式的模拟能力,是陆面过程模式改进的有效途径之一,本研究的结果可为多年冻土区陆面过程模式改进提供参考。

关键词： Stefan方法冻融锋面 Noah-MP 陆面过程模式西大滩