湖泊水量蒸发损失估算对于应对干旱区水资源短缺及湖泊生态环境保护具有重要意义。计算分析了过去20 a东昆仑库木库里盆地典型湖泊实际蒸散发(ET)的时空变化特征,并基于经验公式估算了湖泊蒸发损失水量,同时利用随机森林模型,识别了影响湖泊水量蒸发损失变化的潜在因子。研究发现:(1) 2001—2020年东昆仑库木库里盆地的阿牙克库木湖、阿其克库勒湖和鲸鱼湖的年ET整体呈现先增加后减少又缓慢增加的波动下降趋势,波峰和波谷均分别出现在2004年和2012年左右,空间上表现为ET整体下降而湖泊边缘呈上升趋势。(2) 3个典型湖泊的ET在年内呈倒U形变化,其中阿牙克库木湖的ET在6月达到峰值,其他2个湖泊的ET均在7月达到峰值。(3) 2001—2020年3个典型湖泊的蒸发水量均呈不显著的增加趋势,其中阿牙克库木湖的蒸发水量最高,平均约为10.33×108 m³·a-1,阿其克库勒湖的蒸发水量次之(4.54×108 m³·a-1),鲸鱼湖的蒸发水量最低(3.33×108·m³·a-1)。(4) 结合随机森林模型分析显示,湖泊面积是影响湖泊蒸发水量的重要因素,经向风速、最高气温和降水的增加等因素也是驱动蒸发变化的重要原因,累计贡献率超过45%。
萨吾尔山是中国西部14座冰川分布的山系之一,横跨中国和哈萨克斯坦两国,尽管冰川规模不大,但因二元政治主体割裂了科学研究的完整性,同时萨吾尔山冰川水资源对于新疆阿勒泰地区吉木乃县可持续发展具有重要意义,为此结合航摄地形图、Landsat及Sentinel卫星遥感影像,并参考已有冰川编目和Google Earth高分辨率历史图像等数据资料,在野外台站现场观测验证基础上对萨吾尔山冰川当前现状和过去30多年间的变化进行了详细研究。结果表明:(1) 截止2022年,萨吾尔山共分布冰川31条,总面积11.47 km2,新疆吉木乃县境内的木斯岛冰川为最大规模冰川,面积2.95 km2,其余90%的冰川其面积不足1 km2。(2) 过去30多年来,萨吾尔山冰川变化的总体趋势是冰川分裂、面积减小和末端后退持续增加。冰川数量从12条分裂成31条,1989—2022年冰川面积减少8.11 km2,退缩率达41.42%,冰川末端退缩11.30 m。气温升高、冰川反照率降低和冰川破碎程度加大是引起萨吾尔山冰川退缩的主要原因。(3) 相较于我国其他13座高大山系,萨吾尔山在过去半个多世纪中冰川面积相对退缩幅度最大。未来在全球气候变暖背景下萨吾尔山冰川极大可能会基本消融殆尽,这对本就干旱贫水的吉木乃县可持续发展将产生重要影响,需提早统筹谋划以应对未来的水资源危机。
陆地水储量变化及其驱动机制研究可为区域水资源禀赋和潜力评价提供重要依据,并可为水资源调控与管理保护相关决策提供科学支撑。基于GRACE数据、气象数据、实际蒸散发与人类活动等多源数据对1990—2020年昆仑山北坡陆地水储量动态变化进行分析,定量评估了不同影响因子对昆仑山北坡陆地水储量长期变化的影响。结果表明:(1) 昆仑山北坡陆地水储量变化与分异显著,整体以0.123 cm·a-1的速率呈现增长变化,其中,库木库里盆地、克里雅河流域、车尔臣河流域、和田河流域均呈现增加趋势,叶尔羌河流域陆地水储量呈现不同程度的亏损状态。陆地水储量变化呈增加趋势的面积占区域总面积的79.63%,其中,库木库里盆地陆地水储量变化增加趋势最为显著。昆仑山北坡陆地水储量整体在2005—2006年增加速度最快,变化量为2.253 cm。(2) 1990—2020年气温、降水量与蒸散发均呈现波动性上升趋势,年均降水量变化显著,空间分布具有异质性。30 a间陆地水储量与年均气温、年均降水量、实际蒸散发呈现不同程度的相关关系,呈现正相关区域分别占比为40.78%、54.19%、44.74%。(3) 气象因素中气温和降水量是主导陆地水储量变化的主要因素,双因子交互中气温∩人口密度(0.823)的解释力最强,气象因素中气温∩降水量(0.713)解释力最强,且双因子之间的交互作用明显强于单因子。
地表太阳辐射在全球能量平衡中起着至关重要的作用,是气候变化和水文循环的主要动力。但由于太阳辐射组分的多样性、测量仪器的高成本,高海拔山区缺乏长期可靠的观测数据。基于高分辨率的均一化中国陆表气候观测格点数据集和ERA5再分析辐射数据集,分析了1984—2023年昆仑山北坡不同时间尺度地表太阳辐射的变化特征,并利用地理探测器模型对地表太阳辐射与大气因子间的关系进行了诊断。结果表明:(1) 昆仑山北坡年均地表太阳辐射在研究时段内呈显著下降趋势,下降速率为-1.24 W·m-2·(10a)-1,季节上以夏季下降趋势最为显著,月均地表太阳辐射表现为先增加后减小,于6月达到最大值。(2) 昆仑山北坡地表太阳辐射空间分布呈由南向北逐渐降低的特征,变化趋势表现出东西部差异,除冬季外,全年和春夏秋季均为东部下降速率快于西部。(3) 根据单因子探测结果,各大气因子对地表太阳辐射空间分异的解释能力存在差异,其中水汽的解释能力较高(q=0.90),表明水汽是影响昆仑山北坡地表太阳辐射空间分布的一个重要因素。
基于1990—2022年伊犁河流域洪水灾情数据集,结合高程、归一化植被指数等孕灾环境因子,研究伊犁河流域洪水灾害时空分布及孕灾环境特征,并分析洪水灾害发生规律和孕灾环境之间的联系。结果表明:(1) 研究区洪水灾害可分为3种:暴雨洪水、融雪洪水和混合洪水(暴雨加融雪造成洪水),其中,暴雨洪水灾害最多(占80.0%)、融雪洪水灾害最少(占3.4%);洪水灾害呈流域北部多于南部、东段多于西段的空间分布,尼勒克县最多、霍尔果斯市最少。(2) 近30 a来洪水灾害频次呈年际和年代际增多趋势,洪水灾害年均约11.6次·a-1,2010年最多(43次),2000—2011年最多(149次)。洪水灾害在夏季最多,春季次之,秋季最少,6月最多(年均3.3次·a-1),10月最少(年均0.06次·a-1),其中暴雨洪水灾害夏季最多,年均9.3次·a-1,6月最多(110次),10月最少(2次),混合洪水灾害春多夏少,3月最多(36次),7月最少(8次),年均1.9次·a-1,融雪洪水灾害3月最多(12次),只发生于春季,年均0.4次·a-1。(3) 孕灾环境敏感性等级综合分布显示,灾害发生过程中,各孕灾因子共同起作用,影响洪水灾害的空间分布和强度。尼勒克县、特克斯县、新源县、昭苏县和霍尔果斯市境内的极高敏感区域分布较多。结合洪水灾害时空分布和孕灾环境等级综合分布可知,洪水灾害多发生在极高敏感区和高敏感区分布较多的流域东段和北部区域。
深入研究黄河上游流域降水及大气湿润度旨在为其生态环境保护提供科学依据。选用1961—2020年黄河上游流域36个测站降水、气压、气温、风速、相对湿度等资料,采用最小二乘法、Mann-Kendall突变检验和相关分析等方法,分析了黄河上游流域近60 a不同强度降水量、雨日及大气湿润指数的变化特征。结果表明:(1) 黄河上游流域年降水量总体呈现西南多、东北少的特征,近60 a以4.9 mm·(10a)-1的速度增加,尤以夏季增加最显著。(2) 除小雨雨日减少外,小雨雨量、中雨雨日、雨量及大-暴雨雨日、雨量均呈增加趋势,其中产流区夏季中雨雨量增加最为显著。(3) 黄河上游流域各区域湿润指数均呈现一致的下降趋势,其中源头区下降最多,其突变发生在1989年。(4) 随着气候变暖,黄河上游流域潜在蒸散量增加的速率比降水增加的速率大,进而造成空气中水分散失增加,大气湿润度下降,对植被生长的潜在风险增加。
标准化降水蒸散指数(Standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)是反映区域干旱状况的重要参数,基于塔额盆地近31 a逐日气象资料,计算不同时间尺度下的SPEI,采用Mann-Kendall检验、相关性分析等方法,探索塔额盆地干旱演变的时空特征,讨论气温和降水量对SPEI的影响程度及相关性。结果表明:(1) 塔额盆地近31 a来全年和四季SPEI均呈下降趋势,整体向干旱化发展。(2) 年干旱在1994年开始发生突变,春、夏、秋、冬干旱分别在1995、1992、2009、2008年发生突变。(3) 塔额盆地的干旱在空间分布上差异显著,总体上北部干旱比南部严重,南部托里县和铁厂沟地区出现不显著的湿润化趋势。(4) 相比于气温,降水量对SPEI的影响更大,尤其是春季降水量。研究结果有助于了解塔额盆地干旱演变特征,为该区域旱灾的预警预防及防灾减灾工作提供科学依据。
气象数据是水文过程研究的关键因素,但是因为流域地形复杂,上游没有足够实测数据的气象站点,流域水文过程研究在较大程度上受到了限制。以玛纳斯河流域为研究区,研究对象选取CMFD、ERA5-Land和CFSR 3种再分析数据,构建基于物理过程的SWAT模型和基于数据驱动的AdaBoost模型,验证不同数据集在2种类型水文模型中径流模拟的适用性,选用纳什效率系数(NSE)和决定系数(R2)进行定量分析。结果表明:(1) 数据集在AdaBoost模型中的表现要好于SWAT模型,各数据集和气象站NSE与R2均有所提升,AdaBoost模型由于对输入数据的限制更少其更适用于资料缺乏地区。(2) 验证期ERA5-Land在2种模型中拟合效果均为最好(ERA5-Land+SWAT:NSE=0.83,R2=0.85;ERA5-Land+AdaBoost:NSE=0.87,R2=0.87),再分析数据集ERA5-Land可为西北实测气象资料不足的干旱区径流模拟提供参考。
利用2022年5—10月在青海省西宁市典型居民区观测的空气正、负离子浓度,分析空气负离子浓度时间分布特征、评价空气清新度和清洁度,结合同期气象条件和空气污染物浓度探究其相关性。结果表明:(1) 西宁市典型居民区上午的空气负离子浓度高于下午及晚上,8—10月空气负离子浓度高于5—7月。(2) 西宁市居民区空气负离子浓度变化跟监测时的天气状况密切相关,空气负离子浓度变化遵循“雨天>阴天>多云>晴天”的规律。(3) 空气负离子浓度高说明空气清新却不代表空气清洁,高原地区城市晴天空气负离子浓度不高,空气清新度一般,而空气清洁度较高。(4) 影响西宁市居民区空气负离子浓度波动的主要气象因素为相对湿度、日照时数、水汽压、降水量和风速,抑制西宁市居民区空气负离子浓度升高的主要空气污染物为NO2、PM10、CO和PM2.5。研究结果可为高原地区居住环境、旅游健康管理以及生态环境保护提供科学数据支撑。
近年来国内外生产了多个大范围、中高分辨率的土地覆被产品,但这些产品在旱区城市群的可靠性还缺乏验证。评估不同产品在旱区城市群的空间一致性和分类精度,探究如何集成现有数据生产精度更高的产品,有助于推动和完善该区域相关研究。以呼包鄂榆城市群为研究区,基于现有5种主要土地覆被产品[GlobeLand30、GLC_FCS30、CLCD、FROM_GLC30和ESA WorldCover (ESAWC)],从主要地类的构成相似性、空间一致性和分类精度3个方面分析这些产品在呼包鄂榆城市群土地覆被的空间差异和可靠性,提出一种多产品集成学习方法,融合5种土地覆被产品形成新土地覆被产品。结果表明:(1) 5种产品对呼包鄂榆城市群土地覆被的总体构成和空间分布描述具有较高的相似性,不同产品中分类完全一致和高度一致区域占呼包鄂榆城市群总面积的68.79%,其中草地识别的一致性最高。(2) 5种产品的总体精度在67.83%~76.96%之间,其中ESAWC产品的总体精度最高(76.96%),其次是GLC_FCS30(75.34%),所有产品在林地、草地、水体和裸地分类中精度较高,在灌木、湿地等占比较小的地类中精度较低。(3) 提出的集成学习方案可以充分整合已有产品,实现多种土地覆被产品的集成应用,新产品分类精度达到83.36%,相较原始产品分类精度提高6.40%~15.53%。研究结果可以为旱区城市群专题研究选择和生产土地覆被产品提供有价值的参考。
流域中的输沙过程是地貌学和地表动力学的重要研究内容。前人通过流向算法和实测地形变化来推测输沙率的空间分布,但是简单地应用流向算法会造成模拟过程中出现质量不守恒的情况。因此,设计了面向输沙过程模拟的改进流向算法,判断模拟过程中质量守恒情况,即输沙率是否为负值,若存在,则将负值输沙率重设,阻止负值输沙率向下游传播。对经典的D8、MFD-se、MFD-md 3种流向算法进行了改进实验。结果表明:(1) 改进后的D8单流向算法相较于改进前的性能平均提升了1.26%。(2) 改进后的MFD-se单流向算法相较于改进前的性能平均提升了4.17%。(3) 改进后的MFD-md单流向算法相较于改进前的性能平均提升了4.54%。
通过室内实验,探究了声波干预下微液滴群微物理变化特征,建立了滴群特征粒径与雷达反射率因子之间的关系,讨论了粒径增量与宏观雨强增量之间的量化关系。结果表明:(1) 存在优选声波频率和临界声压级,实验重点关注的120 Hz声波频率(超过临界声压级)干预实验滴群,引起微液滴群特征粒径增大、粒径谱右移变宽,粒子数浓度减小,雷达反射率因子增大,该结论对于30~280 Hz声波同样适用。(2) D90-Z相关系数在0.9以上,大粒径对雷达反射率因子贡献较大,拟合参数a、b范围分别为[2.84×10-8, 1.104]和[0.6713, 9.2000]。(3) 滴群特征粒径增量与宏观雨强增量呈线性正相关关系,相关系数均在0.98以上,并且声压级越大,拟合的线性斜率越小。研究结果对外场试验效果评价具有重要的参考意义和指导价值。
滑雪场是冰雪旅游地的重要载体。以全国滑雪场为研究对象,综合运用多种空间分析技术对其空间分布格局及成因进行系统探究。结果表明:(1) 我国各类滑雪场均呈现出凝聚型的分布态势,方向上呈现出“东北—西南”分布态势,其中轴线大致沿“北京—郑州—重庆”一线。(2) 全国滑雪场呈现出以京津冀为发展极,以长三角为发展核,以东北三省为高密度发展带的“一极一核一带”空间结构特征。(3) 全国滑雪场热点地区集中在东北地区,其中辽宁、吉林、黑龙江、北京、河北等省滑雪场开发最为活跃。(4) 影响滑雪场空间分布的人文因素依次为产业支持引导>人民生活水平>市场培育发展>旅游经济收益效应>交通运输能力>硬件服务配套。其自然趋向于海拔500~800 m范围内的低山、三级河流10 km缓冲区和温带季风气候区内分布。
通过收集全国人口普查、2020年乌鲁木齐市小学与居住区位置、城市路网等数据,采用数值统计、缓冲区分析、成本矩阵分析等方法对乌鲁木齐市小学教育资源的空间均衡性展开深入探讨。研究表明:(1) 目前乌鲁木齐市小学教育资源分布不均,天山区、沙依巴克区相对更丰富,而新市区、头屯河区和水磨沟区的部分区域相对不足。(2) 天山区、沙依巴克区、新市区在0~4 min车程可达范围内的小学,未来可成为小学教育资源输出或优化调整的候选学校。(3) 受学龄人口结构变化的影响,2026年乌鲁木齐市教育资源可能再次供大于求,为改善城市教育资源不均衡提供了客观有利的条件。(4) 部分新市区、水磨沟区、沙依巴克区、头屯河区的高灯光指数区街道小学教育资源相对稀缺,建议未来重点关注。该研究结果可为乌鲁木齐市未来教育资源空间调整提供科学参考。
新型城镇化带动乡村振兴,乡村振兴反哺新型城镇化,新型城镇化与乡村振兴相互促进、相互协调,共同推动中国式现代化的建设和发展。以陕西省10个地级市为研究对象,分别建立新型城镇化与乡村振兴发展水平测度指标体系,采用熵值法分别测算2010—2021年两者发展水平,利用耦合协调模型测算分析耦合性,并在此基础上提出有针对性的对策建议。结果表明:(1) 2010—2021年陕西省各地级市新型城镇化与乡村振兴发展水平综合得分均呈递增趋势。(2) 2021年陕西省各地级市新型城镇化发展水平综合得分排名前三的是西安市、榆林市、宝鸡市,排名后三位的分别是汉中市、铜川市、安康市;乡村振兴发展水平综合得分排名前三的是:榆林市、商洛市、渭南市,排名后三位的分别是:铜川市、咸阳市、宝鸡市。(3) 2021年全省耦合协调度指数达到了较高程度耦合标准,实现基本协调。此外,西安市和榆林市达到了高度耦合,实现高度协调。
传统村落具有乡村聚落和活态遗产的特殊属性。以关中地区14座典型传统村落为研究对象,从共生视角出发,构建传统村落的聚落发展与文化传承共生协调评价指标体系并进行测度,采用K-modes聚类分析对传统村落进行类型划分,运用偏最小二乘回归分析聚落发展和文化传承之间的交互作用。结果表明:(1) 案例村落的聚落发展与文化传承总体共生水平为“初级”,其中聚落发展与文化传承均处于较低水平,但文化传承的非均衡性更高。(2) 人口活力不足、经济发展滞后是阻碍传统村落聚落发展的关键因素,物质空间保存度低、传统文化活化利用不足严重阻滞传统村落的文化传承。(3) 案例村落一半以上是均衡共生型,其次是内化提升型,文旅主导型较少。(4) 传统村落的聚落发展与文化传承对彼此有正向激励作用和反向抑制作用,其中正向激励作用更大。研究结果为传统村落的聚落发展与文化传承共生协调发展提供了理论基础和科技支撑。