“典型山地水土要素时空耦合特征、效应及其调控”项目简介

正本项目拟破解的关键科学问题:山地不同时空尺度水土要素耦合过程与资源效应;变化环境下山地水土作用失衡的发生机理与灾害风险;山区水土资源承载力与国土空间功能优化关联机制。其主要研究内容:气候、地形、地质条件约束下的山地水文过程;土地空间变异特征、功能及控制机制;山地水土要素时空耦合格局及其对生态稳定性和脆弱性的影响;新构造运动活跃区水土作用失衡机制与灾害风险评价;山区国土空间功能优化与人地关系协调机制。其总体目标是:通过对我国易受水分快速胁迫的太行山区、横断山     

近千年中国东部夏季气候百年尺度变化的模拟分析

利用全球海气耦合模式ECHO-G 近千年积分模拟试验结果, 通过Lanczos 滤波器滤去100 年以下的年际-年代际变化信号, 保留百年尺度的气候变化信息, 分析了近千年来中国东部夏季气候在百年尺度上的时空变化特征并探讨了影响其变化的主要原因. 结果表明: (1) 近千年中国东部经历了暖-冷-暖3 个阶段, 由暖期进入冷期相对由冷期进入暖期缓慢, 暖期降水多冷期降水少, 降水的峰谷变化滞后于温度. 有效太阳辐射和太阳辐照度分别是影响温度和降水变化最显著的因子, 现代暖期之前火山活动的增强对极端低温的出现有明显影响, 火山活动与降水在1400 AD之前为正相关, 在1400 AD 之后为负相关, 温室气体浓度与现代暖期温度和降水有一致的变化趋势. (2) 温度的百年尺度与年际-年代际尺度的第一特征向量的空间分布型都为全区一致分布, 高纬的变率大于低纬, 这一分布型主要受有效太阳辐射和温室气体的共同影响. 降水第一特征向量的空间分布型在百年尺度与年际-年代际尺度上存在着显著差别, 百年尺度为全区一致的分布, 而在年际-年代际尺度上长江和黄河中下游与其两侧的区域呈反相分布, 太阳辐照度和温室气体共同影响了降水百年尺度上的这一空间分布型.     

中国典型山地植被垂直地带性特征及其影响要素*

山地的地形特征影响其气候特性,使山地植被呈现显著的垂直地带性分异。对中国典型山地--太行山、横断山和喀斯特山地的研究表明：3个典型山地降雨的垂直地带性差异较大,北太行山迎风坡存在两个最大降雨高度,横断山最大降雨高度位于其背风坡上,而喀斯特山区没有明显的最大降雨高度。植被分布沿海拔梯度表现出较大共性：低海拔地区主要为耕地和灌丛;随着海拔的升高,针叶林和阔叶林的比例逐渐增加,植被覆盖度达到峰值;高海拔地区则主要被高山草甸或冰雪带所占据。水分是限制太行山低海拔地区植被生长的主要因子,而高海拔地区植被生长则主要受温度限制;横断山和喀斯特地区降雨充沛,植被生长主要受温度影响。     

山地水土要素耦合效应及土地利用的优化配置

针对已有水土要素的耦合研究多强调水土资源的匹配及其对资源开发的影响,而较少关注水分的有效性和土壤养分对生态过程的影响,论文提出了“格局-效应-土地利用优化”的水土耦合研究框架,以水、土要素和其他环境因素的综合作用为基础,在同时考虑经济、社会和生态因素的约束下,对土地利用优化配置过程中的不确定性和风险性进行评估,并考虑土壤、坡度、土壤水、温度等约束因子,协调生态系统服务的权衡关系,对山地垂直带土地利用方式进行优化,提出 水土资源高效利用和生态系统服务提升的途径,为变化环境下的生态功能保育提供科学依据。最后,对水土要素耦合的生态与环境效应及土地利用优化配置的优先研究方向给出建议。     

全球变化背景下干旱区山地-绿洲-荒漠系统耦合关系的特征及规律

全球变化对于旱区资源环境的分布格局与时空变化造成了一定程度的影响,制约了土地利用与覆盖变化的趋势与过程,并通过水热状况、景观带谱、气候效应、土地利用与人为活动表现出来;而上述特征又与山地、绿洲、荒漠系统具有密切的耦合关系．中亚干旱区气候具有暖湿化的特征,与中国北方地区气候干旱化的趋势具有一定的差异性,这种响应机制制约了MODS的特征与规律．而系统的界面特征与界面过程,特别是水资源的形成、转化与消耗规律直接反映了干旱区MODS对全球变化的响应过程．MODS的空间格局、动态变化、时空特点以及尺度转换与耦合模式问题,反映了系统之间及其内部的生态学机制．     

海河流域大气降水中稳定同位素的时空变化

利用海河流域2012年7月~2013年1月7个观测站点大气降水中的δD和δ18O数据,研究了流域降水稳定同位素的时空变化特征.结果表明流域降水稳定同位素季节变化具有明显的空间差异,南部站点降水稳定同位素值季风期(7~9月)相对贫化,非季风期相对富集;而流域北部站点则相反.这种季节上的空间差异主要反映了不同水汽来源和气候要素的控制,季风期间,受海洋水汽(d8.4‰)影响,流域降水中稳定同位素值普遍较低,而非季风期间由于大陆水汽(d14.1‰)影响,其降水中同位素以高值为特征;在日和月时间尺度上,降水中稳定同位素变化在流域南部地区(除惠民站外)表现出显著的降水量效应,而在北部地区则表现为显著的温度效应.流域降水易受到云底二次蒸发的影响,特别是在季风期间,受其影响,流域大气水线的斜率和截距显著降低.     

纵向岭谷区降水量时空变化及其地域分异规律

利用纵向岭谷区内36个气象观测站1960~2001年逐日观测降水量,根据纵向岭谷区典型南北走向山系河谷特点,选取区内7个典型剖面,通过系统分析区内降水量纬向、经向的时空变化特征及其地域分异规律,探讨降水变化与纵向岭谷特殊环境格局中"通道-阻隔"作用的关联.分析结果表明:由于受到纵向岭谷特殊地形的影响,研究区水热条件的分布格局及其变化具有独特的"通道-阻隔"多重效应,区内北部(>26°N)大部分地区降水量的年内分配状况出现具备"桃花汛"小雨期的"多峰型";至26°N,"桃花汛"小雨期渐趋消失,降水量年内分配由"多峰型"逐渐过渡为"单峰型";24°~25°N地区,降水量年内分配均为单峰型、且峰型相似,至纵向岭谷区南部,年内分配出现了具备"后雨期"的"准双峰型",且随着经度增加,这种双峰型特点更突出.由于干季该区大气环流较为单一,纵向岭谷"阻隔"作用对干季降水年际变化的空间影响并不明显,区内干季降水变化趋势较为一致;湿季降水量年际变化趋势的空间分布则更复杂,空间分异也较大.     

从降水的时空特征检证季风与中国朝代更替之关联

利用历史资料、季风指数和气候记录对最近发表的由石笋古气候记录提出的东亚季风强度与中国朝代兴亡的关联性进行检证, 指出这种关联性与中国历史事实有许多矛盾. 大量的器测和历史气候记录表明中国东部的降水在1~10年尺度上存在明显的空间差异; 季风强度与降水的关系也随地区的不同而异. 因此, 不能以单个地点的古气候记录来反映整个中国东部的干湿状况并进而得出东亚季风强弱是影响中国朝代变更的关键因素的结论. 在1~10年尺度上, 用石笋δ¹⁸O记录作为季风强度的指标还值得商榷.     

大洋经向翻转环流的多空间尺度变率

利用全球海气耦合模式的模拟结果, 指出大洋经向翻转环流(MOC)存在多空间尺度的变率模态, 它或是表现为全海盆尺度的振荡, 翻转环流在整个大西洋经向海盆范围内发生协调一致的强度变化, 跨赤道流动强; 或是表现为局地尺度的MOC振荡, 主要限于北大西洋的局部, 跨赤道流动较弱. 此前研究多强调MOC多平衡态转换的古气候意义, 结果提醒我们, 即使在年际到年代际尺度上, 也应关注MOC变化的空间特征, 不同空间尺度上的MOC变化的气候意义不同, 简单地利用北大西洋范围内经向输送的最大值不能合理反映MOC变化的空间特征.     

近千年来南北半球气候变化模拟比较

依据全球海气耦合气候模式ECHO-G近千年积分的模拟结果, 对南、北半球气温及降水变化的相似性和差异性进行了分析, 并探讨了造成南、北半球气候变化异同性的可能原因. 结果表明: (1) 南、北半球平均气温在年际、年代际、百年际尺度上变化位相基本一致; 但从气候阶段转变的时间来看, 北半球年平均温度正负距平的转变明显提前于南半球; 从距平的振幅变化来看, 北半球明显大于南半球. (2) 对降水而言, 年代际及百年际尺度上的变化南、北半球基本同相, 而在年际尺度上的变化两者反相, 且年际及年代际的正相关主要体现在中、高纬地区, 年际负相关主要体现在低纬地区. (3) 中世纪暖期南、北半球的增暖幅度相差不大, 而现代暖期北半球的增暖幅度明显大于南半球; 现代暖期北半球高纬地区气温大幅上升, 而南半球高纬地区气温有所下降, 呈现出明显的反相变化特征, 这是中世纪暖期温室气体浓度保持在较低水平时所不具有的一个气候特征. 其机理有待进一步研究.     

晚渐新世-早中新世青藏高原隆升与东亚季风演化

晚渐新世-早中新世是东亚环境格局从行星风系气候格局向类似于现今的季风气候格局转变的关键时期。最新的地质证据表明,高原东北部在25～22 Ma发生了显著的构造抬升,与亚洲内陆荒漠和东亚季风系统起源的时间基本一致,支持气候模拟所揭示的东亚季风起源与青藏高原北部隆升的密切关系。     

中国新近纪哺乳动物演化对重大气候环境变化的响应

新近纪是全球环境发生重大变化的时期,而青藏高原的形成与演变是亚洲乃至全球气候环境变迁的重要驱动力。认清新近纪哺乳动物从青藏高原到蒙古高原的分布规律和生态特征,是了解青藏高原隆升对我国地貌和气候的改造及其对全球气候格局的影响的重要手段。哺乳动物对气候环境的变化非常敏感,而中国在新近纪哺乳动物方面有着得天独厚的优势。临夏盆地和蒙古高原中部分别处于青藏高原隆升的堆积区和影响区,有广泛发育的能够反映隆升和古气候的沉积物,地层出露完好,保存有非常丰富的哺乳动物化石。在两个地区进行对比研究的结果对于理解全球新近纪一系列重大环境和生态事件,特别是青藏高原隆升以及亚洲季风形成和生物交流等问题具有重要科学意义。     

贵州红粘土的工程特性研究

贵州为典型的喀斯特地貌,广泛分布的碳酸盐岩、亚热带的温湿季风气候,为红粘土的形成提供了良好条件,文章结合工程实际描述了贵州红粘土的工程特性以及研究。     

气候变化对中国东部季风区水循环及水资源影响与适应对策

中国东部季风区水循环及水资源变化复杂,水旱灾害频繁,其中既有强烈的季风区自然变化影响,又有气候变化中二氧化碳排放导致的人为强迫的影响。近些年作者团队的研究表明：中国陆地水循环主要变化是由温室气体排放的影响叠加在东部季风区显著的自然变率背景下共同作用形成的,其中自然变率对降水影响的贡献约占70%,人为强迫的贡献占30%;随着未来二氧化碳排放的贡献率逐步增大,中国极端水旱灾害有进一步增加的态势,气温每升高1°C,华北农业耗水约增加4%总用水量;气候变化对中国东部季风区长江、黄河、淮河、海河以及珠江等八大流域的水循环以及南水北调(中线)重大调水工程有突出的影响与风险,需针对水资源脆弱性变化与水安全问题,采取适应性的对策与措施。     

从自然地理学辨《山海经》的地域范围

本文针对《山海经》说成是世界地理书的一篇代表作，剖析了它在自然地理学方面的错误，批驳了这种观点。本文认为，《山海经》的地理范围基本上在中国。     

青藏高原极端天气气候变化及其环境效应*

 青藏高原气候变化敏感性强、幅度大,而极端天气气候变化是高原生态、环境变化的重要驱动因素。过去几十年高原气温增暖幅度明显大于全国平均值,高原绝大部分地区极端高温事件频次显著上升、极端低温事件频次显著下降,并伴随有风速和地表感热加热等气候要素的显著变化。高原极端天气气候事件以及相应的地表和大气热源变化会对高原周边区域天气气候产生重要影响。高原冬春季积雪、春季感热强度以及夏季高原低涡东移发展是东亚夏季风异常和旱涝灾害预报的重要指标,可影响到其下游地区的大气环流和中国东部的天气气候异常。为构建稳固的青藏高原生态屏障,深化对高原极端天气气候环境事件及其对周边区域气候变化影响的研究,建议国家加强高原上对流层-下平流层水汽和微量成分输送过程与机制的研究,加强高原湿地及其对周边区域气候环境变化的影响研究,以及加大投入灾害卫星监测和灾害预警系统的能力建设。     

南海西沙过去千年降雨变化及其影响因素

热带太平洋水循环对全球气候具有非常重要的意义.虽然在年际尺度上,厄尔尼诺-南方涛动(El Nio-Southern Oscillation,ENSO)与沃克环流的变化对热带太平洋降雨具有显著的影响.但是在世纪尺度上,目前的古气候研究结果大多都认为赤道辐合带(Intertropical Convergence Zone,ITCZ)的整体摆动才是热带太平洋过去千年降雨变化的主要原因.这些研究结果显示在小冰期期间(LIA,AD1400～1850)ITCZ出现了南移,这一南移使得现代ITCZ北界附近的区域在小冰期期间降雨减少,而在南界附近的降雨则出现增多.利用湖泊沉积物多个指标重建的中国南海西沙东岛近千年的降雨变化显示,东岛在中世纪暖期(MWP,AD1000～1400)和现代温暖期(AD1850～2000)降雨较少,而在小冰期期间则表现为湿润.考虑到东岛的地理位置,这样的降雨变化很难被ITCZ整体摆动理论所解释.结合现代器测资料的分析,东岛的降雨变化很有可能主要受到了太平洋沃克环流变化的影响.这一结果说明热带地区过去千年降雨变化不仅仅受到ITCZ的整体摆动控制,其他气候系统如ENSO/沃克环流的变化也起到了重要的作用.进一步综合热带太平洋地区已有的古降雨记录对过去2000年南方涛动指数进行了定量重建,结果显示沃克环流变化与太阳活动之间存在明显的关联.     

关于混凝土衬砌渠道遭受冻害的探究

山东气候是海洋性季风气候,属于季节性冻土地区,大部分地区在冬季存在混凝土衬砌渠道冻胀破坏问题。文章主要分析了混凝土衬砌渠道被冻胀破坏的几种形式和具体的成因,并提出防治冻害的措施。     

气候突变及其研究进展

科学家们正在不断地揭示各种尺度的气候突变的事实，分析突变的性质，并进而了解各种尺度气候突挛规律及其形成的机制，将会对气候有重要意义，本文主要就气候突变的现象，理论及其研究有进展作一概略的评述。