王兵[1]2002年在《绿洲荒漠过渡区水热平衡规律及其耦合模拟研究》文中研究表明绿洲荒漠过渡区的生态系统属于典型脆弱的陆地生态系统类型，近年来该类型生态系统的生态平衡严重受到威胁。地处腾格里和巴丹吉林两大沙漠交汇地带的民勤，经过长期的演变和人为干扰，加之风沙侵袭、植被退化，造成目前绿洲萎缩，生态系统严重退化，成为目前我国西北典型的荒漠干旱区。众多研究表明，水热条件对退化生态系统的恢复具有限制作用，退化系统恢复过程就是以水热为代表的环境条件逐步改善的过程。因此急切需要研究绿洲荒漠过渡区生态系统的水热状况及其荒漠化过程，分析水热资源的平衡，在调节水热资源的基础上充分提高水资源的利用效率，最终使水热结构达到最优模式，从而促使该生态系统得以尽快恢复与重建，达到防治荒漠化的目的。本研究选择巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠交汇之处的甘肃民勤绿洲荒漠过渡区为研究地区，按风蚀荒漠化的主风方向设置2km长的实验样带，选择红柳沙丘、白刺沙丘和流动沙丘叁种不同植被覆盖梯度类型，利用3台自动气象站连续定位观测水、土、气、生等生态因子，研究分析其水热平衡变化规律，并分别对土壤-植被-大气连续体（SPAC）水热传输、交换以及绿洲荒漠过渡区土壤水热输移进行了耦合模拟研究，为研究该地区生态系统的水热结构优化模式以及荒漠化防治提供了科学的理论基础。本文的主要内容和结论如下：1）在水量平衡规律研究中，系统研究了绿洲与荒漠过渡地带土壤水分状况及其时空格局和动态规律，研究结果表明：①绿洲荒漠过渡区红柳沙包与白刺沙包土壤水分年际变化不明显，流动沙丘年际差异较大，最高达2.538%；②对0～80cm土层的月平均土壤含水量进行比较：红柳沙包（5.61%）＞白刺沙包（5.47%）＞流动沙丘（5.22%），根据土壤水分季节变化特点，划分为土壤水分积累期、土壤水分消耗期与土壤水分稳定期；③土壤水分垂直变化规律是由表层到深层依次递增，受植被、气象、人为等外界因素影响，流动沙丘每层的土壤水分变化范围都很大，最大差值达13.81%，而红柳沙包变化较小，说明红柳沙包具有较好的水文效应；④不同坡位土壤水分差异很大，一般下坡位土壤含水量明显高于上坡位与中坡位土壤含水量，最高达到15.408%。<WP=5>2）本文着重分析了有植被覆盖下垫面实际蒸散的变化特征和规律，研究表明，在蒸散日进程中，植被覆盖的红柳沙包和白刺沙包的蒸散率峰值到来时间比流动沙丘早1～2小时，且日最大蒸散速率大小顺序为红柳沙包（0.24mm/h）＞白刺沙包（0.20mm/h）＞流动沙丘（0.18mm/h），通过灰色关联分析，找出了影响该地区蒸散的主要环境因子，实际蒸散与日照、气温、空气湿度亏缺以及风速的斜率关联度分别为0.717、0.643、0.649和0.705。3）通过对绿洲荒漠过渡区辐射特征和热量平衡规律的研究发现：①研究地区辐射平衡各分量因子都具有明显的日进程和季节变化规律，且净辐射与太阳总辐射具有很好的相关性；有植被覆盖的下垫面（如红柳、白刺）反射率低于裸露流动沙丘。②在绿洲荒漠过渡区生态系统的热量平衡中，占比例大的仍然是潜热通量，其次为感热通量和土壤热通量，从实验测定结果来看：红柳灌丛沙包上净辐射较强，可达410 w/m2以上，而净辐射的60.3%左右的能量用于地表的蒸散，感热散失和土壤贮存能量分别占23.6%和16.1%；白刺灌丛沙包上，平均蒸散耗热占净辐射能的52.0%，相应的湍流热交换和土壤热交换有所提高，分别占27.8%和20.2%；裸露流动沙丘由于反射率大而净辐射通量小于植被区，最大值为294.5 w/m2，用于地表蒸发的热量大约为46.4%，湍流热交换量占29.5%，土壤热通量占24.1%。从而可以看出，随着荒漠化程度的加深，生态系统反射率增加，净辐射减少，而且热量平衡中土壤热通量所占比例增加，潜热通量比例减小。4）本文还应用适合于干旱区土壤-植物-大气连续体（SPAC）水热传输模型，利用常规气象资料、植物生理水分资料以及其他水热参数，实现了对绿洲荒漠过渡区SPAC系统水热传输的数值模拟。通过对SPAC系统水热输移的模拟分析，全面揭示了该系统中水分迁移与能量转换所呈现出的规律性，为以后进一步研究SPAC系统的水、汽、热、质奠定了基础，为探索绿洲荒漠水热结构优化模式提供了科学依据。5）为了定量描述绿洲荒漠过渡区不同程度荒漠化类型土壤的水热迁移与转化过程，本文运用经过Kay与Groenevelt（1974）及Milly（1982）等人改进后的PdV模型综合分析土壤水热输移的变化规律，耦合模拟结果可靠，与实测资料差异不大。
崔向慧, 冯强[2]2004年在《绿洲荒漠区水热平衡规律及其偶合模拟研究》文中研究表明本文选择巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠交汇之处的甘肃民勤绿洲荒漠过渡区为研究地区,按风蚀荒漠化的主风方向设置2km长的实验样带,选择红柳沙丘、白刺沙丘和流动沙丘叁种不同植被覆盖梯度类型,利用3台自动气象站连续定位观测水、土、气、生等生态因子,研究分析其水热平衡变化规律,并分别对土壤-植被-大气连续体(SPAC)水热传输、交换以及绿洲荒漠过渡区土壤水热输移进行了耦合模拟研究。研究结果表明:①水量平衡特点是,系统的水分输入主要靠降水和土壤水分的水平运动补给,而土壤和植被蒸发散是系统的主要输出项,由于降水量小,因此在研究地区几乎不发生径流现象,而且降水深入土壤深层的量值也是非常微小,仅能短时间内湿润沙土表层;②红柳灌丛沙包上净辐射可达410 w/m2以上,而净辐射的60.3%左右的能量用于地表的蒸散,感热散失和土壤贮存能量分别占23.6%和16.1%;白刺灌丛沙包和裸露流动沙丘上蒸散耗热、湍流热交换和土壤热交换分别占净辐射能的52.0%、27.8%、20.2%和46.4%、29.5%、24.1%。③应用土壤-植物-大气连续体(SPAC)水热传输模型对绿洲荒漠过渡区的数值模拟结果显示,绿洲荒漠过渡区SPAC系统各部分温湿度、水汽压及热量平衡各分量均随时间变化呈相似变化规律,并都与Rn有较好的相关性,因此认为净辐射Rn是控制SPAC系统各要素变化的最重要因素。
王雷[3]2017年在《基于水热平衡的长白山西坡苔原带植物群落分布格局研究》文中指出中高纬度和高海拔地区是全球气候变化及其响应的敏感区域,对于全球变化具有重要的指示作用。长白山苔原带是我国最为典型的苔原景观,在气候变暖的背景下,西坡受小叶章等草本植物上侵的影响,植被呈现草甸化趋势,但是这种草本植物入侵苔原的现象在北坡和南坡发生较少。本文以草本植物入侵最严重的西坡苔原为研究对象,通过野外实验监测,分析了植物群落分布格局及其与环境因子的关系;探讨了苔原带植物群落热量和水分的分配特征;在对苔原带主要植物群落进行生态气候识别的基础上,研究了植物群落未来气候情景下的分布格局,得到以下结果:(1)1959-2015年长白山西坡苔原带生长季平均温度整体呈显着的增加趋势,其变化存在比较明显的3-5年和25年左右的震荡周期,突变年份发生在1996年。生长季积温都表现出明显的增加趋势。生长季降水量主要集中在7月份和8月份,近57年来生长季年降水量的波动幅度较大且整体呈不显着的减少趋势。(2)苔原带典型的物种笃斯越桔和宽叶仙女木的地位已经被大白花地榆、小白花地榆及小叶章所取代。西坡苔原带物种丰富度和多样性随海拔呈现出先增加再减少的趋势,呈单峰型态。根据TWINSPAN分类并结合实际调查的情况将西坡苔原带75个样方分成7种植物群落(群丛),通过CCA排序分析发现水热是决定植物群落空间分布的主导因子,土壤养分在决定苔原带植物群落空间分布上也起一定的作用。(3)整个生长季,小叶章群落土壤水分含量最大,牛皮杜鹃群落次之,笃斯越桔群落最小。土壤含水量主要影响因子为蒸散量、太阳辐射和空气温度。叁种植物群落的生长季蒸散量差异较小,在整个生长季中牛皮杜鹃的蒸散量最大(210.5mm);笃斯越桔群落次之(199.7mm);小叶章群落的蒸散量最小(191.5mm)。太阳辐射是影响苔原带植物群落蒸散量强弱的主导因子。叁种植物群落地表径流量波动幅度较大,且各个群落之间的差别较明显。植物群落生长季地表径流量排序为:小叶章>牛皮杜鹃>笃斯越桔。地表径流量与降水量、土壤水分含量均呈现出显着的正相关,而与蒸散量呈负相关关系。径流量是苔原带水量的主要支出项。(4)整个生长季中笃斯越桔群落净辐射通量高于牛皮杜鹃和小叶章群落,牛皮杜鹃群落潜热通量最大,笃斯越桔群落次之,小叶章群落最小。生长季旺盛期的潜热通量明显大于生长季初期和末期,其中末期的潜热通量最小。土壤热通量日均值变化波动较大,但总体上都表现为持续下降的趋势。在生长季前期和中期土壤热量由表层向下传递,土壤为热汇;末期土壤为热源。叁种植物群落生长季波文比呈U型分布,波文比均值分别为0.69(笃斯越桔),0.64(牛皮杜鹃)和0.66(小叶章),即潜热通量大于感热通量。潜热通量所占净辐射通量比例最高,潜热通量为苔原带植物群落能量散失的主要形式,感热通量次之,土壤热通量最低。(5)本文提出了长白山西坡典型苔原植物群落(牛皮杜鹃,笃斯越桔和宽叶仙女)和草本入侵苔原后的植物群落(小叶章、大白花地榆和单花橐吾)适宜分布的温暖指数和湿度指数生态气候识别方程。在不同气候情景下,到2045年牛皮杜鹃,笃斯越桔和宽叶仙女木群落的适宜分布面积都在缩小,海拔下限和上限(除宽叶仙女木群落)都在上升,其中在RCP8.5情景下,适宜分布面积缩小幅度最大,到2045年海拔下限都升高约75m,牛皮杜鹃和笃斯越桔群落海拔上限升高分别为50m和100m。大白花地榆群落的适宜分布面积和海拔上限都在增加,其中在RCP8.5情景下,适宜分布面积增加最大,海拔上限升幅最大,为100m。低中情景下,小叶章群落和单花橐吾群落的海拔上限没有变化,但是适宜分布面积小叶章呈增加趋势,单花橐吾群落则相反,但在高排放情景下,适宜分布面积和海拔上限都在增加,其中海拔上限升高分别为50m和100m。本文通过以上结果得出了主要结论:水热是决定苔原植物群落空间分布的主导因子。随着未来气候的继续变暖,草本植物群落的适宜分布面积将增加,海拔上限继续升高;而苔原典型植物群落的适宜分布面积将减少,海拔上下限都升高。
参考文献：
[1]. 绿洲荒漠过渡区水热平衡规律及其耦合模拟研究[D]. 王兵. 中国林业科学研究院. 2002
[2]. 绿洲荒漠区水热平衡规律及其偶合模拟研究[C]. 崔向慧, 冯强. “全国第五届青年植物生态学学术研讨会”暨“第二届植物生理生态学学术研讨会”论文摘要集. 2004
[3]. 基于水热平衡的长白山西坡苔原带植物群落分布格局研究[D]. 王雷. 东北师范大学. 2017