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ATOVS卫星资料同化对三江源暴雨预报影响的试验研究

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大气科学学报 2024年第3期47卷 460-475页

作者：钟浩斌王磊李谢辉陈旭梁周彤成都信息工程大学大气科学学院四川成都610225 高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029

选取3个三江源的典型降水个例(2018年6月30日、7月5日、8月24日),利用NCEP FNL再分析数据,并加入ATOVS湿度探测器MHS资料同化,基于WRF模式及其三维变分同化系统对三江源区域3次降水过程进行循环同化试验,分析3次事件的模拟状况,并定量... 详细信息

选取3个三江源的典型降水个例(2018年6月30日、7月5日、8月24日),利用NCEP FNL再分析数据,并加入ATOVS湿度探测器MHS资料同化,基于WRF模式及其三维变分同化系统对三江源区域3次降水过程进行循环同化试验,分析3次事件的模拟状况,并定量分析降水结果。结果表明,3次降水事件在加入MHS资料同化后,1)模拟的水汽增大,在中层体现最明显且更符合实际情况,高空水汽和风模拟较好,地面温度预报欠佳;2)MHS资料对降水预报的影响主要体现在降水区面积和降水量的增大,提高了降水预报水平,但也带来较多空报区域;3)从TS、ETS、POD评分结果来看,有两个降水试验的提升较为明显,其中“0630”试验TS评分结果在0.5~10 mm之间提升了0.05~0.1,ETS在5 mm提升超过0.08,在10~20 mm之间也有少量提升,POD检验在0.5~20 mm之间均有提升,在0.5~10 mm之间提升最为明显,提升了0.1~0.25,“0824”试验TS与ETS在10~20 mm之间提升超过0.1,POD检验在6~20 mm之间提升了0.1~0.4,同化后降水预报有所改善,且在大阈值降水尤为明显;4)MHS资料同化对“0705”试验降水预报改善不明显,说明同化并不是每次都能给结果带来正效应,因此在使用MHS资料时不能过于信赖它,但总体上,同化MHS资料能够提升预报质量。

关键词：三江源降水 WRF模式资料同化微波辐射数据

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气候变化通过调控青藏高原高寒草原植物生育期影响地上生物量积累

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应用生态学报 2024年第5期35卷 1260-1268页

作者：杨聪颖丁颖马扶林周华坤王晓丽张强刘小伟木塔力甫·吾布力郭梁西北农林科技大学草业与草原学院陕西杨凌712100 青海省海北牧业气象试验站青海海北810200 中国科学院西北高原生物研究所青海省寒区恢复生态学重点实验室西宁810008 中国科学院高原生物适应与进化重点实验室西宁810008 青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室/三江源区高寒草地生态教育部重点实验室西宁810016 青海大学畜牧兽医科学院西宁810016 西北农林科技大学水土保持科学与工程学院陕西杨凌712100 中国科学院-水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

气候变化显著影响青藏高原高寒草原植物生物量及物候发生时间,且物候期的变化与植物营养生长期和生殖生长期长度紧密关联,可进一步影响植物生物量的积累。本研究基于1997—2020年青藏高原高寒草原植物生物量和物候定点观测及相应气候资... 详细信息

气候变化显著影响青藏高原高寒草原植物生物量及物候发生时间,且物候期的变化与植物营养生长期和生殖生长期长度紧密关联,可进一步影响植物生物量的积累。本研究基于1997—2020年青藏高原高寒草原植物生物量和物候定点观测及相应气候资料,应用简单线性回归及分段结构方程模型等统计方法,探究了研究区气候年际变化特征,不同植物生物量、物候期变化趋势,以及生物量与物候及气候因子的关联性。结果表明:1997—2020年间,研究区年均温和年降水量均呈显著上升趋势,呈现出明显“暖湿化”趋势;研究区优势种西北针茅的地上生物量及其在群落总生物量中的占比显著下降,而次优势种矮嵩草的生物量及其在群落总生物量中的占比则显著增加,表明矮嵩草在该高寒草原群落中的优势度日益升高;研究区暖湿化气候通过显著延长矮嵩草的生殖生长期提高了其地上生物量;年均温和年降水量通过显著缩短西北针茅的营养生长期进而降低其地上生物量的积累。总之,气候暖湿化通过调控物候期变化显著影响了植物地上生物量积累,物种间响应的差异性导致高寒草原植物组成发生了较大变化,研究区呈现出高寒草原向高寒草甸转变的趋势,亟待深入研究。

关键词：高寒草原暖湿化地上生物量物候矮嵩草西北针茅

基于元素组的生物地球化学生态位及其在不同生态系统中的应用

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生物多样性 2024年第4期32卷 150-162页

作者：曲锐左振君王有鑫张良键吴志刚乔秀娟王忠武汉大学生命科学学院梁子湖湖泊生态系统国家野外科学观测研究站武汉430072 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 中国科学院水生生物研究所水生生物分子与细胞生物学研究中心武汉430072 中国科学院武汉植物园植物多样性与特色经济作物全国重点实验室武汉430074

生态位作为解决群落如何构建、物种如何共存的探索,从其最初定性描述物种在生境中的空间分割,到反映物种在群落中功能上的分异,再到从多维空间和资源利用等方面进行的定量分析,生态位理论逐渐发展。然而,在非随机过程影响下物种生态位... 详细信息

生态位作为解决群落如何构建、物种如何共存的探索,从其最初定性描述物种在生境中的空间分割,到反映物种在群落中功能上的分异,再到从多维空间和资源利用等方面进行的定量分析,生态位理论逐渐发展。然而,在非随机过程影响下物种生态位的大小,尤其是在不同环境条件下生态位的位移、收缩或扩张等变化过程的量化,需要进一步研究。元素是组成生物有机体的基本物质,生物体内元素含量及其比例(元素组,elementome)具有物种特异性,同时也反映了物种对其生存环境的适应性。随着生态化学计量学的发展,生物元素组在生态学各个研究尺度中的应用愈加广泛。在群落生态学研究中,生物元素组及其在环境梯度上的变异为量化群落中物种生态位分化、预测环境变化条件下生态位的变化提供了极佳指标。生物地球化学生态位使用生物元素组及生态位多维超体积的概念,对物种生态位进行了量化。基于文献检索结果,本文阐述了生物地球化学生态位假说的理论框架,对其在不同生物分类群(植物、动物和微生物)中的研究进展进行了综述,最后对其在不同生态系统中的研究进行了展望,以期对该假说的适用性进行检验并推动生态位理论研究的发展。

关键词：多维超体积模型内稳性群落构建生态化学计量学生物地球化学生态位物种共存进化历史物种竞争

多源土地利用数据下景观格局对径流-泥沙影响的不确定性研究——以鄱阳湖区虎山流域为例

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生态学报 2024年

作者：魏冲董晓华马耀明彭涛喻丹冷梦辉三峡大学水利与环境学院三峡库区生态环境教育工程研究中心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重点实验室地气作用与气候效应团队中国科学院大学地球与行星科学学院兰州大学大气科学学院西藏珠穆朗玛特殊大气过程与环境变化国家野外科学观测研究站中国科学院加德满都科教中心中国科学院中国-巴基斯坦地球科学研究中心

景观格局是表征土地利用（LUCC）空间分布特征的重要指标，人类活动导致的景观格局变化是改变流域径流-泥沙过程的重要因素之一。现有研究仅采用单一来源的LUCC产品探究景观格局对径流-泥沙过程的影响，忽略了不同LUCC产品给研究带来的... 详细信息

景观格局是表征土地利用（LUCC）空间分布特征的重要指标，人类活动导致的景观格局变化是改变流域径流-泥沙过程的重要因素之一。现有研究仅采用单一来源的LUCC产品探究景观格局对径流-泥沙过程的影响，忽略了不同LUCC产品给研究带来的不确定性。本文以鄱阳湖区饶河上游虎山流域为研究对象，基于1963—2022年气象水文数据和3种同分辨率的1990—2020年七期LUCC产品，分析流域降雨、径流、输沙和土地利用的变化特征，并结合相关分析和偏最小二乘回归法（PLSR）探究景观格局变化对径流-泥沙特征的影响及其不确定性。研究发现，1963—2022年，虎山流域年输沙模数（STM）和含沙量（SSC）呈显著增长趋势（P研究区景观的最大斑块面积有所减小，景观破碎度有轻微增长，景观多样性有一定的增加。不同LUCC产品下得到的景观格局对径流-泥沙的影响存在差异，所有产品一致的结论是：斑块密度（PD）和蔓延度指数（CONTAG）与RD、STM和SSC呈负相关关系，边缘密度（ED）、Shannon多样性指数（SHDI）和Shannon均匀度指数（SHEI）与STM和SSC呈正相关关系；PLSR模型显示最大斑块占景观面积比例、斑块结合度、景观分割度、SHDI和修正的Simpson均匀度指数（MSIEI）对RD、STM和SSC的变化具有重要意义。选用ED表征面积-边缘特征、选用PD和CONTAG表示聚散度特征以及选用SHDI和SHEI表征多样性特征可以相对减少LUCC产品对研究结果带来的不确定性。通过增加流域内林地与耕地之间的连通性，减少零散分布的耕地，尽可能避免两种景观类型之间的相互转换，可以减少景观破碎化程度，缓解流域土壤侵蚀。研究成果可为鄱阳湖区水土流失防治及生态文明建设提供参考。

关键词：景观格局多源土地利用数据土壤侵蚀偏最小二乘回归鄱阳湖区

高海拔多年冻土区坡向对坡面近地表水热状态的影响

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冰川冻土 2024年第2期46卷 417-430页

作者：李文娇林战举范星文姚苗苗中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

高海拔多年冻土区坡向差异可引起两坡面的温度场不对称,进而造成基础设施的不均匀沉陷和纵向裂缝。目前坡向效应的研究主要围绕青藏铁路东-西两个坡面而开展的监测与模拟研究,但高原线性工程走向可能涉及不同的方向,其他走向坡面的水热... 详细信息

高海拔多年冻土区坡向差异可引起两坡面的温度场不对称,进而造成基础设施的不均匀沉陷和纵向裂缝。目前坡向效应的研究主要围绕青藏铁路东-西两个坡面而开展的监测与模拟研究,但高原线性工程走向可能涉及不同的方向,其他走向坡面的水热差异状态研究不足。本研究在青藏高原花石峡冻土观测基地建设了一个具有八个坡向的监测实体(称:八棱台),在八个坡面和顶面近地表安装土壤温度、含水量传感器,监测研究坡向差异对坡面近地表水热状态的影响。结果表明:东-西相对坡面近地表温度差异最小,月平均温差为0.1~2.3℃,最大温差出现在5月;而南-北相对坡面近地表温度差异最大,月平均温差为1.3~7.7℃,最大温差出现在2月。其余两个相对坡面近地表温差介于东-西相对坡面和南-北相对坡面之间,其中东北-西南相对坡面温差小于西北-东南相对坡面。仅从近地表坡面温度差异来看,高海拔多年冻土区线性工程南-北走向热稳定性较好,其次是西北-东南向,坡向效应不显著而温度场对称性较好。同样八个坡面近地表土壤体积含水量总体差异为东北-西南相对坡面差异最小,融化期月平均体积含水量差最大为0.06 m^(3)·m^(-3);东-西相对坡面差最大,同期月平均体积含水量差最大为0.11 m^(3)·m^(-3)。含水量差异也引起了不同坡面冻融循环次数的显著差异,对坡面块碎石护坡材料冻融损伤破坏有重要影响。研究结果对指导未来高原线性工程规划及现役工程阴阳坡差异病害治理具有重要指导意义。

关键词：高海拔多年冻土线性工程坡向效应近地表温度近地表含水量

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对我国重力学未来发展的几点思考

中国科学院院刊 2024年第5期39卷 881-890页

作者：孙和平中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

随着现代科技的发展,重力学与地震学、地质学、基础物理学、地球动力学、水文学、海洋学和天文学等众多学科交叉融合并蓬勃发展,是服务国家测绘基准、资源勘探、军事安全及灾害监测等战略需求和基础地球科学问题研究的关键学科,因此掌... 详细信息

随着现代科技的发展,重力学与地震学、地质学、基础物理学、地球动力学、水文学、海洋学和天文学等众多学科交叉融合并蓬勃发展,是服务国家测绘基准、资源勘探、军事安全及灾害监测等战略需求和基础地球科学问题研究的关键学科,因此掌握重力学的核心技术是国家核心竞争力的重要体现。文章在分析我国重力学学科发展的历史、现状、机遇与挑战的基础上,提出了重力学学科未来发展方向与重点思考内容,涉及海陆天空一体化的立体重力观测技术,海陆天空统一的大地测量重力基准网,地球系统质量迁移与青藏高原动力学问题研究,面向国防安全与太空的重力学,以及发展人工智能等新技术在重力学研究中的应用等。

关键词：重力学海陆天空一体化重力基准

翻耕和植物残体覆盖对“黑土滩”型退化草地土壤氧化亚氮排放的影响

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草业学报 2024年第11期33卷 15-29页

作者：冯娅斯蒋文婷刘益宏王燕李渊陈有超蔡延江浙江农林大学省部共建亚热带森林培育国家重点实验室浙江农林大学环境与资源学院碳中和学院兰州大学草地农业科技学院草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室甘肃庆阳草地农业生态系统国家野外科学观测研究站

草地修复是推动草地生态系统恢复和实现可持续发展的关键。为了探究翻耕和植物残体覆盖对极度退化高寒草地土壤氧化亚氮（N2O）排放的影响，以青藏高原东缘高寒草甸为研究对象，设置了移除草地地上和地下（0～20cm）全部植物以模拟“黑... 详细信息

草地修复是推动草地生态系统恢复和实现可持续发展的关键。为了探究翻耕和植物残体覆盖对极度退化高寒草地土壤氧化亚氮（N2O）排放的影响，以青藏高原东缘高寒草甸为研究对象，设置了移除草地地上和地下（0～20cm）全部植物以模拟“黑土滩”型退化草地（CK）、退化草地进行翻耕（PL）、退化草地进行植物残体覆盖（MR）、退化草地进行翻耕和植物残体覆盖（PL+MR）4种处理，并测定不同处理下的土壤基础理化指标、微生物生物量、胞外酶活性、硝化和反硝化酶活性、功能微生物基因丰度和28 d N2O累积排放量。结果显示：翻耕较对照显著增加了土壤N2O累积排放量，增加了44.2%，翻耕后进行植物残体覆盖显著抑制了N2O排放，减少了29.1%。翻耕后，土壤pH、可溶性有机碳（DOC）和微生物生物量碳（MBC）含量、β-1,4-葡萄糖苷酶（BG）和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）活性、氨氧化古菌（AOA）和氨氧化细菌（AOB）amoA基因丰度显著增大，增幅分别为2.6%、209.5%、23.8%、180.4%、233.9%、74.6%和68.0%，土壤C/N、有机碳（SOC）和微生物生物量氮（MBN）含量显著降低，降幅分别为11.3%、13.6%和72.8%。翻耕后覆盖植物残体较翻耕显著降低了土壤DOC含量，抑制了BG、NAG、亮氨酸氨基肽酶（LAP）、酸性磷酸酶（AP）活性及AOA-amoA、AOB-amoA和nosZⅠ基因丰度，降幅分别为12.8%、49.1%、59.9%、31.6%、25.0%、46.5%、59.5%、23.1%，显著增加了MBN含量，增幅为29.1%。相关性分析表明，土壤N2O累积排放量与pH、DOC含量、胞外酶活性、氮循环基因丰度（除nirS以外）均呈显著正相关，而与C/N、SOC和MBN含量显著负相关。AOA-amoA和AOB-amoA丰度是影响N2O排放的关键因子。综上，翻耕会增加土壤胞外酶活性和amoA基因丰度，但会导致SOC分解消耗和N2O增排，而植物残体覆盖能够有效缓解这些负面影响，是一种可行的改良措施。

关键词：翻耕植物残体覆盖高寒草甸氮循环功能基因土壤氧化亚氮排放

青藏高原湖泊浮游植物群落结构特征与驱动因素

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湖泊科学 2024年

作者：孟洋洋王丽雅朱睿周永强施坤张恩楼张民中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与流域水安全重点实验室中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室中国科学院大学南京学院南通大学地理科学学院

浮游植物是湖泊生态系统的主要初级生产者，对环境变化极为敏感，但长期以来青藏高原湖泊缺乏有效的观测数据，导致了对青藏高原湖泊生态系统现状和变化趋势认识的不足。本研究通过2019年7月—2021年9月三年对青藏高原72个湖泊敞水区浮... 详细信息

浮游植物是湖泊生态系统的主要初级生产者，对环境变化极为敏感，但长期以来青藏高原湖泊缺乏有效的观测数据，导致了对青藏高原湖泊生态系统现状和变化趋势认识的不足。本研究通过2019年7月—2021年9月三年对青藏高原72个湖泊敞水区浮游植物进行调查，刻画了该区域湖泊浮游植物群落结构特征和主要驱动因素。本次调查共鉴定出8门91属，各湖泊浮游植物生物量变化范围为1.01～8742.24μg/L，大部分湖泊浮游植物生物量处于100～1000μg/L水平。该区域湖泊浮游植物主要为硅藻门与绿藻门，硅藻门藻类在35个湖泊中占比超过50%、绿藻门藻类在18个湖泊中占比超过50%。青藏高原湖泊浮游植物优势属为小球藻属（（Chlorella）、卵囊藻属（（Oocystis）、舟形藻属（（Navicula）、小环藻属（（Cyclotella）。在属水平，浮游植物丰富度指数变化范围为1～25属，平均值为8.6属；均匀度指数的变化范围为0.08～0.93，平均值为0.55；辛普森指数的变化范围为0～0.87，平均值为0.53；香农指数范围为0～2.39，平均值为1.16。通过Mantel test与RDA分析进行驱动因素分析，发现盐度和电导率是青藏高原地区浮游植物群落结构差异的主要驱动因子，温度（气温）和pH是浮游植物生物量差异的主要驱动因子。本研究结果增强了对青藏高原湖泊浮游植物的认识，可为认识青藏高原湖泊生态系统对气候变化和人类活动的响应提供参考。

关键词：青藏高原浮游植物群落结构生物量驱动因子

不同含水量和糖蜜添加量对青贮杂交构树发酵品质、营养成分和瘤胃降解特性的影响

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动物营养学报 2024年第3期36卷 2010-2021页

作者：郭升岚毕小兵毕研亮郭春华王茜史海涛西南民族大学畜牧兽医学院青藏高原动物遗传资源保护与利用教育部重点实验室成都610041 平凉市崆峒区动物疫病预防控制中心平凉744000 中国农业科学院饲料研究所农业农村部饲料生物技术重点实验室北京100081

本试验旨在研究不同含水量和糖蜜添加量对青贮杂交构树发酵品质、营养成分和瘤胃降解特性的影响。采用2×4两因素试验设计,其中含水量分别为73%(新鲜构树)和60%(萎蔫构树),糖蜜添加量分别为0(对照)、2.5%、5.0%和7.5%。将全株杂交构树... 详细信息

本试验旨在研究不同含水量和糖蜜添加量对青贮杂交构树发酵品质、营养成分和瘤胃降解特性的影响。采用2×4两因素试验设计,其中含水量分别为73%(新鲜构树)和60%(萎蔫构树),糖蜜添加量分别为0(对照)、2.5%、5.0%和7.5%。将全株杂交构树切短至1~2 cm,按照试验设计混匀后装入透明聚乙烯袋中,密封后于室温避光发酵90 d。选用3头装有永久性瘤胃瘘管的健康泌乳荷斯坦奶牛(体重约650 kg)测定青贮样品的瘤胃降解率,并采用体外法测定瘤胃未降解残渣养分的小肠消化率。结果表明:1)所有糖蜜添加组的青贮杂交构树感官评价均达到德国农业协会评价等级1级(优良)标准。2)随着含水量的降低和糖蜜添加量的升高,乳酸含量显著升高(P<0.05),pH和氨态氮(NH3⁃N)含量显著降低(P<0.05),且上述指标随着糖蜜添加量的升高呈二次变化(P<0.05);除2个对照组和73%含水量+2.5%糖蜜组外,其余组均为未检出丙酸和丁酸。3)随着含水量的降低和糖蜜添加量的升高,粗蛋白质(CP)、非纤维性碳水化合物(NFC)和可溶性碳水化合物(WSC)含量显著升高(P<0.05),中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、酸性洗涤木质素(ADL)、纤维素、半纤维素、中性洗涤不溶性粗蛋白质(NDICP)和酸性洗涤不溶性粗蛋白质(ADICP)含量显著降低(P<0.05),且上述指标随糖蜜添加量的升高呈二次变化(P<0.05)。4)降低含水量和添加糖蜜可显著提高青贮杂交构树养分瘤胃降解率和过瘤胃CP小肠消化率(P<0.05)。综上可知,降低含水量和添加糖蜜有利于提高杂交构树青贮品质,改善青贮杂交构树营养价值,在60%含水量条件下添加2.5%~5.0%糖蜜即可获得优质的杂交构树青贮饲料。

关键词：杂交构树青贮发酵品质营养价值瘤胃降解