绿洲农田是干旱半干旱区特有的生态系统,研究农田地表辐射收支对理解区域能量平衡及气候形成机制具有重要意义。利用石河子垦区乌兰乌苏农业气象试验站2021年4月—2022年3月在绿洲农田下垫面的观测数据,分析石河子垦区绿洲农田下垫面辐射分量和地表反照率的变化特征,将种植不同作物(棉花和玉米)农田地表的辐射分量进行对比,又与同区域的裸地进行了差异性分析。结果表明:(1)石河子垦区绿洲农田下垫面向下的短波和长波辐射、向上长波辐射和净辐射的日均值在生长发育期高于非生长发育期,向上短波辐射冬季最大,振幅变化亦同。(2)在同区域绿洲农田下垫面上种植不同农作物对向下的短波和长波辐射影响较小,在植物生长发育期,对向上的短波和长波辐射以及净辐射的影响显著,日均值最大相差分别为33.74 W·m-2、54.82 W·m-2和65.98 W·m-2,种植作物农田和裸地的净辐射差异最为明显,农田相较于裸地其日峰值出现的时刻有滞后效应,滞后约1 h。(3)裸地净辐射年曝辐量与棉田相差1147.8 MJ·m-2,与玉米田相差1519.7 MJ·m-2。(4)裸地、棉田和玉米田的地表反照率均表现为冬月较大,其年均值分别为0.34、0.23和0.25,裸地的地表反照率年均值高于有农作物种植的农田下垫面,最大相差0.11,降雨过程会使地表反照率减小,而降雪过程则相反。
近年来,宁夏回族自治区(简称宁夏)粮菜产能显著提升,但其作为全国水资源最匮乏省份之一,评估农业生产水足迹及其节水潜力有助于推进农业水资源可持续利用。以5种典型粮食作物生产水足迹为对象,结合Mann-Kendall趋势检验法探究2006—2020年该区域粮食作物生产水足迹时空演变趋势,利用节水潜力模型进一步揭示作物节水潜力。结果表明:(1)近15 a宁夏典型粮食作物生产水足迹总体呈下降趋势,其中固原市作物生产水足迹下降了42.97%,粮食作物生产蓝绿水足迹总体呈波动变化趋势。(2)各作物生产蓝水和灰水足迹均呈下降趋势。同一作物生产绿水足迹在市际间存在较大差异,大豆对生产绿水足迹贡献率最大。(3)典型年作物生产工程节水潜力、蓝水和绿水真实节水潜力分别可达44.81%、46.43%和45.10%。研究结果可为宁夏节水农业可持续发展提供理论参考。
地下水和土壤水是干旱区荒漠植被生长的决定因子,荒漠植被的水分利用是干旱区生态水文过程的重要环节。为更好地了解荒漠植被对水分的利用,采用氢氧稳定同位素技术,结合贝叶斯混合模型(MixSIAR),解析不同地下水埋深下不同林龄胡杨的吸水来源。结果表明:(1)土壤水δ18O和δD值随土壤深度的增加而减小,随离岸距离的增加而增大;中龄胡杨木质部水δ18O和δD值变化幅度最大,老龄胡杨次之,幼龄胡杨最小;地下水δ18O和δD值随离岸距离的增加而减小。(2)不同地下水埋深不同林龄胡杨的最大吸水层位均为地下水,其次为深层土壤水,靠河岸的胡杨可以直接利用河水。地下水埋深为1.98~2.10 m、1.95~2.21 m、2.49~2.61 m、3.51~3.73 m、4.66~4.73 m时,老龄胡杨对地下水的利用比例分别为18.4%、19.6%、17.8%、23.1%、21.9%,中龄胡杨为16.7%、17.6%、16.7%、21.4%、21.6%,幼龄胡杨为16.0%、16.6%、19.9%(埋深2.49~2.61 m和4.66~4.73 m样地无幼苗)。(3)地下水埋深随离岸距离的增加而增大;土壤含水量和土壤盐度随离岸距离的增加而减小,随土壤深度的增加而增大;胡杨对水源的利用比例随土壤含水量和盐度的增加而增大。探究不同地下水埋深下胡杨水分利用来源,为塔里木河下游荒漠河岸林的生态恢复提供理论支撑。
咸水是塔克拉玛干塔中植物园和沙漠公路防护林植被唯一灌溉用水,不仅决定着塔中植物园和防护林人工植被的正常生命运转,而且影响着植物-土壤之间的物质循环,探究咸水灌溉对凋落物分解及土壤有机碳矿化的影响对于理解极端环境物质循环和土壤有机碳固定有重要意义。以塔中植物园胡杨和杜梨叶凋落物为研究对象,结合室内培养的方式,动态研究不同盐浓度咸水添加下凋落物分解特征及土壤有机碳过程。结果表明:(1)相对于淡水而言,咸水添加通过影响土壤的理化性质而限制凋落物分解速率,尤其是高浓度咸水严重抑制凋落物的分解。(2)在土壤有机碳的累积矿化过程中,淡水作用下土壤有机碳累积矿化量最大,而15.0 g·L-1的咸水添加下土壤有机碳的累积矿化量最小。(3)凋落物的添加提高了土壤有机碳含量,且土壤有机碳含量处于动态变化过程。总之,适宜浓度的咸水通过影响土壤理化性质和微生物的活动进而限制了凋落物分解和矿化过程,有利于土壤有机碳积累。
探究盐风化作用下(单向脱湿条件)黄土结构的破坏特征和黄土强度的劣化效应,为黄土高原地区的水土保持和灾害防治提供参考依据。选取陕西省府谷县的Q2黄土,对其开展了不同硫酸钠含量下的宏-微观尺度观测和剪切强度测试。结果表明:(1)在宏观尺度上,含盐量的增加会显著加剧试样表观的破坏程度和膨胀位移。1.0%~2.5%含盐量试样均表现出轮廓结垢的破坏特征,从不均匀的表面结皮逐渐过渡到大面积的盐斑和膨胀裂纹,但未观察到0.5%较低含盐量的试样表现出盐胀、盐斑和结皮现象。并且整个盐风化过程经历了萌芽期、生长期和平稳期3个阶段。(2)在微观尺度上,盐风化作用造成黄土中的团聚体和孔隙增多,此外,明显观察到十水合硫酸钠结晶的存在,这是盐风化过程的直接产物。(3)试样经历盐风化后,剪切特征从应变软化型转变为应变硬化型,并且盐风化作用能显著劣化试样的峰值强度,使内聚力明显降低。随着硫酸钠含量的增加,盐风化作用会加剧黄土发生“结晶膨胀”和“干燥聚沉”,并在其表面和内部形成大量膨胀裂纹和孔隙,最终造成黄土结构和强度的显著破坏。
荒漠化是全球重要的生态环境问题,毛乌素沙地是我国荒漠化防治的重点区域。过去30 a来已有许多关于毛乌素沙地荒漠化动态的研究,但是缺乏对近70 a来毛乌素沙地荒漠化动态变化趋势的系统分析。采用Meta分析方法整合39个研究案例的研究结果,系统分析1950年代以来毛乌素沙地荒漠化动态变化趋势,并对驱动因素进行了讨论。结果表明:(1)近70 a来,毛乌素沙地轻度荒漠化面积占比呈现先减少后增加的趋势,中度荒漠化面积占比呈现略有增加的趋势,重度荒漠化面积占比呈现先增加后减少的趋势,荒漠化呈现明显的逆转趋势。(2)1980—1989年毛乌素沙地荒漠化轻微逆转,1990—1999年荒漠化有扩展趋势,2000—2009年荒漠化发生逆转,2010—2019年荒漠化持续稳定逆转,2000年是毛乌素沙地荒漠化发生逆转的重要时间节点。(3)连续的干旱对荒漠化扩展具有显著的促进作用,2000年以来持续的生态工程建设和“禁牧、休牧、轮牧和以草定畜”政策的实施是毛乌素沙地荒漠化持续逆转的主要原因。研究结果可以为系统认识毛乌素沙地荒漠化发展规律及制定荒漠化防治对策提供参考。
库尔勒地区生态环境敏感脆弱,准确认知该地区的生态环境质量是当地政府科学制定生态环境保护和修复政策的基础。基于遥感生态指数思想,结合研究区生态系统特征,耦合植被覆盖、土壤湿度、地表温度、地表干度、沙漠化程度、盐渍化程度、蒸散发7个生态要素,采用主成分分析法构建了改进型遥感生态指数(Modified remote sensing based ecology index,MRSEI),对1994—2021年库尔勒地区生态环境质量进行评价和成因分析。结果表明:(1)MRSEI可以反映库尔勒地区的生态环境质量。(2)1994—2021年库尔勒地区MRSEI变化范围为0.253~0.346,总体为上升趋势,生态环境质量整体改善;生态环境质量等级以“差”和“较差”为主,二者面积占比为70.96%,整体生态环境质量呈现为“西部相对较差、东部相对较好”。(3)近27 a来,库尔勒地区60.41%面积上生态环境质量基本不变,主要分布在丘陵西部和台地;16.47%的面积上生态环境质量退化,主要分布在平原北部、部分中起伏山地和小起伏山地;23.12%的面积上生态环境质量改善,主要分布在平原和丘陵的东部。(4)气候、社会经济与库尔勒地区生态环境质量关系密切,其中蒸发量对生态环境质量的影响高于其他气候要素,年末总人口是影响该地区生态环境质量的第一社会经济要素。
陆地生态系统中的碳储量多少与全球气候危机之间存在密切关系。基于InVEST模型和ArcGIS软件并结合甘肃省三期(2000、2010年和2020年)土地利用数据,对甘肃省土地利用类型变化和碳储量多少进行动态评估与分析。结果表明:(1)2000—2020年未利用地和耕地面积明显减少,建设用地、草地、林地和水域面积呈增加趋势,土地类型的转入转出主要以草地和耕地之间的转换为主。(2)甘肃省2000—2020年碳储量累计增加331.24×104 t,呈现先上升后下降的趋势。(3)未利用地转为耕地和草地转为林地对区域碳储量增加起促进作用,而制约区域碳储量增加的主要原因是耕地向建设用地的转换以及草地向未利用地的转换。研究结果可为甘肃省未来土地利用规划和生态建设提供参考。
利用甘肃省2017—2021年2115个气象观测站逐小时极大风速与闪电定位资料,结合欧洲中期天气预报中心集合预报数据,分析了甘肃省雷暴大风时空特征与对流参数统计特征,运用多指标叠套法开展了雷暴大风潜势预报研究。结果表明:(1)甘肃省雷暴大风主要发生在4—9月,其中5—7月发生次数占全年的65.3%。一天中雷暴大风集中出现在15:00—21:00, 17:00达到峰值,凌晨至上午发生次数极少。(2)雷暴大风分布与地形密切相关,具有中西部多、东部少,高原多、谷地少的分布特征;雷暴大风高值区出现在甘南高原,低值区出现在陇东和陇南。雷暴大风主要以8、9级大风为主,10级以上主要出现在河西地区和甘南高原。(3)基于对流参数和指标阈值得到了甘肃省雷暴大风的潜势预报概率产品,通过个例检验,预报落区与实际发生区域有较好的一致性,研究结果表明该方法对甘肃省雷暴大风预报具有一定的参考性。
降水日变化作为最基本的气候变化形式,能更准确揭示气候变化对区域水资源的影响。为此,基于2017—2023年巴音布鲁克盆地18个气象观测站点5—9月(暖季)的逐时降水资料,对该区域小时尺度降水规律进行了分析。结果表明:(1)巴音布鲁克盆地暖季降水量、降水频次及降水强度的日变化特征基本一致,但在不同时间尺度上具有差异性。其中年尺度上,降水量、降水强度多在昼间增加,降水频次则在夜间增加;月尺度上,三者多在下午至前半夜时段增多,而一天内,18:00—24:00时段不仅降水易发,且降水量多、强度大,07:00—10:00时段则相反。(2)小时雨强(R1)以R1≤2.0 mm量级为主,不仅降水量大,降水频次也多,其次为2.1 mm≤R1≤4.0 mm量级。(3)过程降水量(R)在午后时段不仅频发,且贡献最大,其中以0.1 mm≤R≤6.0 mm的小雨降水过程为主,但R≥12.1 mm的大到暴雨降水过程贡献最大。(4)在不同持续时间降水中,6 h以上的长历时降水贡献最大,但1~3 h的短历时降水易频发,且多出现在15:00—20:00时段。
全球温室效应加剧背景下,干旱监测对保障区域的生态安全、经济发展以及农业生产具有重要的指导意义。近年来,由于吐鲁番市自身地理位置、气候变化以及水资源短缺,其干旱问题愈发显著,阻碍了其自身以及周边地区社会经济的长期、稳定发展。基于2001—2022年的MODIS归一化植被指数(NDVI)和地表温度(LST)数据建立温度植被干旱指数(TVDI)模型,利用趋势分析、M-K趋势检验、地理探测器等方法揭示了吐鲁番市近20 a的干旱时空变化及特征、干旱演变规律并探讨了不同因素(气温、降雨量、潜在蒸散发、土地覆被类型、人口密度、高程、坡度)对TVDI的影响。结果表明:(1)吐鲁番市干旱区TVDI空间分布区域特征明显,自北向南呈逐渐递增趋势,吐鲁番市总体呈现干旱化加剧,其中有89.6%的区域TVDI呈现显著增加,仅有3.5%的区域为干旱程度未有加剧。(2)TVDI年际变化表明,吐鲁番市近20 a来的干旱程度呈增加趋势,TVDI月际变化呈明显季节差异,总体表现为春季>秋季>夏季。(3)单因素监测结果表明,吐鲁番市干旱变化趋势影响比重最大因素分别为潜在蒸散发、气温和高程;多因素交互作用下,潜在蒸散发与高程、气温、降水以及土地覆被因素相互作用共同驱动干旱化的发生为当地制定干旱防治措施、提高处理生态隐患和地缘风险的能力提供理论依据。
选取新疆哈密市伊吾县峡沟水库及伊吾水文站水情数据、水库上游流域5个自动气象站小时降水量观测数据及常规高空观测和NCEP再分析资料,分析了峡沟水库2015—2022年共计8次中小洪水过程的水文特性和流域降水特征。结果表明:(1)上游型洪水过程洪峰持续时间在10 h内,洪量集中、洪水涨退平稳;下游型洪水过程涨水快、洪峰持续时间超过10 h,且上游型洪水致洪强降水的平均降水量、最大小时雨强没有下游型大,但是平均降雨历时较长,超过蓝色预警指标的洪峰持续时间相对较短,引发的最大洪峰流量、最高水位及库容涨差没有下游型大。(2)伊吾水文站洪峰流量与水库以上流域内不同时段最大降水量呈正相关关系,洪峰流量与上游区气象站的最大3 h降水量和下游区气象站最大6 h降水量关系最为密切。(3)下游型洪水致洪强降水发生时,100 hPa南亚高压呈双体型,中亚长波槽和500 hPa低槽位置均较上游型偏南,西太平洋副热带高压位置较上游型偏北;下游型洪水致洪强降水发生时,700~500 hPa比湿、700 hPa水汽通量和涡度、700~500 hPa假相当位温均较上游型的对应值偏大,为致洪强降水预报提供了有利指标。
作为交通基础设施的重要组成部分,高铁开通产生显著的“时空压缩”效应,有效重塑旅游经济空间格局,加速促进旅游经济高质量发展。文章紧密结合西北地区高铁建设契机,基于2010—2021年市域面板数据,通过多期双重差分模型检验高铁开通对西北地区旅游经济发展的影响效应。结果表明:(1)高铁开通显著促进西北地区旅游经济发展,通过稳健性检验,证实模型构建合理且回归结果可靠,异质性分析发现,高铁开通对不同旅游经济发展水平市域存在显著的异质特征,高铁开通对高水平和中等水平城市旅游经济发展的影响作用更强。(2)高铁开通引起可达性提升(影响程度为开通高铁城市>区域整体>未开通高铁城市)、网络中心性变化(影响程度依次为点度中心度>接近中心度>中间中心度),进而显著影响西北地区旅游经济。(3)基于分析结果和理论基础,归纳高铁开通对区域旅游经济发展的驱动机制及二者的融合路径,深化“高铁+旅游”融合发展的理论体系和实践探索。
基于CiteSpace和VOSviewer软件进行可视化图谱的量化分析,以知网(CNKI)和Web of Science核心数据库为数据源,选取1984—2023年的2221篇中文文献和51篇外文文献,进行关键词共现、关键词时序、关键词聚类密度、关键词突变、作者合作网络、英文文献共被引的可视化分析,从而把握区域协调发展研究整体趋势和热点。结果表明:(1)区域协调发展的研究大体分为萌芽阶段(2004年以前)、快速发展阶段(2004—2017年)、稳步发展阶段(2018年至今)。(2)关键词共现主要在区域协调发展、协调发展、区域经济与协调发展、统筹、一体化、数字经济、科技创新等。关键词突变表明2018年之后新时代、城市群、西部大开发、数字经济等成为区域协调发展研究的前沿。(3)区域协调发展研究的文献作者彼此之间联系并不紧密,缺乏跨地区、跨部门、跨学校、跨研究机构的交流。(4)国外区域协调发展的研究注重区域发展过程中对生态环境的保护。目前,在国家总体规划和政策扶持下,区域协调发展研究随实践深化,旨在解决实际问题,最终回归到实践中。
生态福利绩效统筹人类社会系统和自然环境系统,对于衡量资源型城市可持续发展能力具有重要意义。利用super-SBM模型对山西省2006—2021年生态福利绩效进行测度,利用标准差椭圆和GIS空间可视化分析了生态福利绩效时空演变规律,并通过熵权法和Dagum基尼系数识别生态福利绩效偏低的原因及区域差异来源,最后利用地理探测器探究其驱动因素。结果表明:(1)山西省各地市生态福利绩效均值为0.681;不同地市之间生态福利绩效水平及提升效果存在差异。(2)研究期内,生态福利绩效重心坐标呈现由北向南、转而向西南移动的态势;不同类型地区之间维持现状的概率较大。(3)综合指数解构方面,资源消耗的增长及人类发展指数较低是造成生态福利绩效水平低的主要原因;区域间差异是生态福利绩效地区差异的主要来源。(4)驱动因素方面,城镇化水平是关键的驱动因素;对外开放程度与其他因子的协同作用是形成生态福利绩效现状的主要驱动因素。研究结果对山西省提升生态福利绩效水平、实现转型跨越式新发展具有重要的现实意义。
新基建与区域韧性耦合协调发展是实现新型城镇化的有效途径。构建新基建与区域韧性评价指标体系,基于组合赋权和耦合协调度模型测度31个省份2013—2020年新基建与区域韧性发展指数及耦合协调水平,并采用Dagum基尼系数、空间自相关与马尔可夫链,分析其时空差异与演变趋势特征。结果发现:(1)新基建与区域韧性发展指数皆呈上升趋势,两者耦合协调状态由轻度失调转变为勉强协调。(2)耦合协调水平存在空间非均衡性,总体差异有所减小,地区间差异是总体差异的最主要来源。(3)耦合协调水平有明显的空间集聚特征,主要表现为东部的高值集聚区与西部的低值集聚区。(4)耦合协调性具有向更高水平跃迁的概率倾向,但难以实现跨越式发展;高值省份对邻近省份有显著的正向溢出效应。研究揭示了新基建与区域韧性的发展现状,有助于为多方主体的规划和管理提供理论支撑及决策参考。