黄土塬面保护区潜在蒸发量时空变化及其与气象、环流因子关系分析

黄土塬面是黄土高原地区主要的农业分布区和人口聚居地,地位十分重要。黄土塬面潜在蒸发量（ET₀）的研究对于区域水循环研究、水土流失防治及农业的可持续发展具有重要意义。基于黄土塬面保护区1960—2017年的气象数据,利用Penman-Monteith模型、小波分析、Mann-Kendall非参数检验等方法研究了黄土塬面保护区ET₀的变化规律及其与气象、环流因子间的关系。结果表明：（1）黄土塬面保护区多年平均ET₀为1173.4 mm,总体呈现增长趋势,增长率为21.1 mm/10 a;其生长季平均ET₀值及增长率均高于非生长季平均ET₀。（2）该区多年平均ET₀空间分布特征表现为东部高西部低,西部甘肃塬区多年平均ET₀远低于东部山西塬区。（3）过去58年来,区域年均、生长季、非生长季ET₀均呈现出增长趋势,但空间差异明显;研究区年均ET₀存在着10年、30年和50年的震荡周期,其中以30年周期为主周期。（4）气温是控制区域ET₀变化的最重要的气象因子,但气温对ET₀的影响具有明显的空间差异,在整个研究区内最低气温影响最显著;而甘肃塬区和陕西塬区的ET₀变化主要受平均气温变化的控制,在山西塬区最高气温的变化是区域ET₀变化的主要控制因子。（5）遥相关分析结果显示太平洋/北美指数（PNA）与北大西洋年代尺度振荡（AMO）对该区域ET₀变化有一定影响,西太平洋海温指数（WPI）的变化影响区域非生长季ET₀变化。     

典型黄土塬区不同植物措施水土保持效应分析

基于黄土高原典型黄土塬区2014-2016年的自然降雨数据及5种植被措施（乔木、灌木、撂荒、人工种草、耕地）下的坡面产流、产沙情况的观测数据,系统分析了不同植被覆盖措施下的黄土坡地水土流失对不同类型侵蚀性降雨的响应机制,结果表明：（1）降水集中于4-10月份,其中引发水土流失的侵蚀性降雨集中于7月、8月。（2）根据最大30分钟降雨强度I₃₀及降雨总量可将侵蚀性降雨分为5种类型,其中小雨量、小雨强类型的降雨是当地发生频率最多的侵蚀性降雨类型;降雨强度最大的Ⅴ雨型降雨侵蚀力最大,降雨量最大的Ⅰ雨型降雨侵蚀力次之,而Ⅱ雨型降雨侵蚀力最低;Ⅴ雨型在观测期内产流产沙量最大。（3）5种植被措施在不同降雨类型下均有明显的水土保持效应,在不同类型降雨下不同植物措施减沙率和减流率变化规律不同。研究结果对于黄土高原地区水土保持及资源可持续利用具有重要的指导意义。     

青藏高原西北部近地表气温直减率时空分布特征

近地表气温直减率是研究山地生态系统对气候变化响应过程中的重要参数,论文基于青藏高原西北部1951—2013年的9个标准气象站以及2012—2016年的高山自设观测站的日平均气温、最低气温、最高气温（T_ave、T_min、T_max）数据,分析了青藏高原西北部近地表气温直减率（LR_Tave、LR_Tmin、LR_Tmax）的时空分布特征。结果表明：1）青藏高原西北部近地表气温随高程增大有显著下降趋势。研究区两个区域的LR_Tave、LR_Tmin、LR_Tmax均呈现出显著的空间差异性,而基于气象站的LR_Tave、LR_Tmin高于高山观测站的LR_Tave、LR_Tmin、LR_Tmax,其中LR_Tmin差异最为显著,而LR_Tmax空间差异较小。2）青藏高原西北部近地表气温直减率具有明显的季节差异,气象站的LR_Tave、LR_Tmin、LR_Tmax季节变化趋势为春季高、夏季较高、冬季低,而高山观测站的LR_Tave、LR_Tmin、LR_Tmax季节变化趋势为夏季高、冬季低。其中气象站LR_Tmax在四季中的差异最显著,而高山观测站的LR_Tmin的季节差异最大。高山观测站的气温直减率在4—9月间具有较为稳定的值。3）青藏高原西北部LR_Tave、LR_Tmin在气温突变年前后具有显著的差异,LR_Tmax无显著的变化。其中,在气温突变年之后,LR_Tave、LR_Tmin有显著的上升趋势,表明青藏高原西北部地区的LR_Tave、LR_Tmin对区域气候变化的响应显著,而LR_Tmax对区域气候变化的响应不显著。研究将有效改善青藏高原西北部气温空间分布规律研究的不足,为区域气候变化研究及生态系统对气候响应等定量研究提供理论基础。     

吕梁山连片贫困区南部水资源实物量表特征

为实现区域水资源的优化配置及区域经济、社会和水资源的协调持续发展,查明区域水资源实物量,选取水资源生态极为脆弱的吕梁山连片贫困区的南部地区,基于2008—2017年的水资源数据,编制区域水资源实物量表,分析水资源实物量的时空分布特征。结果表明：（1）吕梁山南部贫困区水资源实物存量在研究期内呈明显增加趋势,增长值（含重复计算量）高达6101×10⁴m³,其中地表水实物存量期间增长最快,地下水实物存量期间增长较慢;第一产业用水增加明显,这与区域高耗水的经果林大面积推广种植有关。（2）居民生活用水增长明显,人均生活用水量增加较快,居民生活用水是当地水资源实物存量变化的主要影响因素。（3）研究区各县水资源实物量空间分布差异大,县域间水资源平均存量最大相差3971.4 m³;单位面积平均水资源存量及单位面积平均水资源实际使用量均为隰县最多,吉县最少;隰县人均生活用水量最多,汾西县人均生活用水量最少。（4）实际用水量与水资源总量相关程度高,水资源的存量在一定程度上制约了水资源的实际使用量。研究结果对于区域水资源优化配置及吕梁山连片贫困区早日实现脱贫攻坚具有重要的科学指导意义。     

典型西北山地-绿洲系统不同水体水化学特征及其水力关系分析

开都河流域是西北内陆区典型的山地绿洲系统,其水化学信息对了解区域水文过程和优化水资源配置具有重要意义.基于2020年内不同季节山区、绿洲区多种水体样品的采集及测试,分析了该区域水化学特征及其水力联系.结果表明：(1)研究区水体整体呈微碱性,pH和TDS值呈现绿洲区高、山区低的分布特征;HCO^-₃和Ca²⁺为主要的阴阳离子,区域水化学类型多为HCO^-₃-Ca²⁺型,绿洲区地下水水化学类型较之山区更复杂;区域水化学特征受岩石风化和人类活动影响较为明显.(2)河水δ¹⁸O和δD值呈现夏季贫化、春季富集的季节变化特征,而地下水为冬春贫化,秋季富集;降水和冰川水年内变化不显著;河水及地下水的δ¹⁸O和δD值则表现为绿洲区富集、山区贫化的空间分布特征.(3)研究区地表水和地下水的相互关系密切,且在夏季转化频繁;绿洲区地表水与地下水的转化特征呈显著的时空差异性.研究结果对于我国西北内陆区水资源的优化配置具有重要意义.     

基于遥感信息的吕梁山贫困区生态安全评价

本文基于四个时段的遥感影像光谱信息计算了吕梁山连片贫困区的遥感生态指数（RSEI）及植被覆盖度（FVC）,分析了其生态环境时空变化规律.结果表明：（1）1993~2018年间研究区FVC整体呈下降趋势,FVC由1993年0.65下降到2018年0.55;而RSEI整体上亦呈下降趋势,由1993年的0.47下降到2018年的0.40.（2）研究区整体生态环境呈退化趋势,其中北部、南部退化最为严重,除黄河沿岸外,其他河道沿线区域的FVC及生态环境退化明显.（3）研究区RSEI值整体偏低且区域差异性显著,其中部地区是生态环境最为脆弱,北部忻州及南部临汾地区近年来生态环境退化尤为显著.（4）FVC变化趋势与RSEI变化趋势基本一致,FVC的增加对生态环境产生积极影响,而经济快速发展带来的道路、建筑用地、农田的增加对生态环境产生消极影响.区域扶贫发展的过程中应注意平衡经济发展与生态环境保护间的关系,避免进一步损害该区脆弱的生态环境.     

黄河上中游水资源与粮食安全耦合关系特征分析——以陕甘宁青为例

探明陕甘宁青地区水资源与粮食安全的耦合特征,不仅有助于促进区域水资源及粮食生产的可持续发展,且对于经济社会发展具有重要意义。本文应用水资源负载指数及水足迹方法,通过分析区域水资源自然属性以及配置、粮食消费对水资源的需求等维度,系统分析了该区域水资源与粮食安全的耦合特征。结果表明：（1）2000—2016年,区域水资源总量呈不显著的增加趋势,水资源负载指数由3.9增加到13.1,相应的负载等级由Ⅲ级上升到Ⅰ级,说明不具备进一步开发的潜力;（2）农业生产的水资源被挤占,农业用水比例由78.6%（2004年）减小到76.1%（2016年）,而区域粮食安全对水资源的需求数量在提高;（3）区域居民膳食结构由口粮性向动物性产品转变,进一步加剧了区域粮食和水资源的负担;区域粮食消费水足迹由2000年的79.7 Gm³增长到2016年100.1 Gm³。依据研究结果从区域种植结构优化潜力、节水灌溉技术和虚拟水贸易的层面提出提高区域蓝水、绿水利用效率,减少灰水数量的措施以便更好地缓解区域水资源压力,促进粮食生产和水资源利用的可持续发展。     

汾河下游地表水环境特征及污染源解析

水资源是区域发展的重要战略资源,地表水作为区域水资源的重要组成,其整体环境变化对于区域经济社会可持续发展具有重要的影响。本研究基于汾河下游15个水质监测断面2013—2017年的16项水质指标,采用水污染指数法（WPI）和多元统计方法,以水质定量评价为基础,评估了汾河下游地表水水环境特征及其变化的主要控制因素。结果表明：（1）汾河下游水质以《GB 3838—2002,地表水环境质量标准》中劣Ⅴ类水为主,WPI值的多年平均值为74.1—636.2;（2）水质的年际变化上,2015年Ⅴ类和劣Ⅴ类水的占比最高,水质状况最差;（3）在空间上,位于汾河干流尧都区段及涝洰河的6个监测断面污染程度高于其他区域;（4）研究区营养盐（TP、NH₃-N）和耗氧有机污染物（COD _Mn、COD _Cr ）等典型污染物主要来自城市生活污水、农业废水,霍州市和洪洞县的水质恶化受工业废水排放的影响最大。污染程度具有从北向南、从上游向下游逐渐减弱的特征。研究显示：汾河下游水环境污染严重,汾河干流道美桥—尧都段和涝洰河应当作为区域水环境治理的重点。     

晋西南黄土高原区植被覆盖度变化及其生态效应评估

水土流失和生态退化是黄土高原区面临的严峻问题,已经严重制约了经济发展。基于TM和OLI数据,分别估算晋西南黄土高原区的植被覆盖度（FVC）和遥感生态指数（RSEI）,定量分析了晋西南黄土高原区的植被和生态恢复效果,并提出需要重点治理的区域。研究结果表明：（1）15年间晋西南黄土高原区的植被覆盖度和遥感生态指数都呈现增加的趋势,FVC指数从2002年的42.69%增加至2017年的47.67%,RSEI指数由2002年的45%增加至2017年的52.5%,反映出研究区生态质量有了明显提高;（2）除研究区内芝河流域、汾河谷地和沁河流域的生态质量出现严重退化外,研究区大部分区域的FVC指数和RSEI指数都呈改善趋势,因此需对芝河流域、汾河谷地和沁河流域加大生态治理力度;（3）除研究区汾河谷地外,其余地区植被覆盖度和遥感生态指数的变化趋势基本吻合,汾河谷地由于冬小麦大面积种植,植被覆盖度得到一定程度改善,但遥感生态指数并没有明显改善。     

基于遥感信息的黄河中游水土流失敏感区淤地坝坝地资源特征研究

淤地坝是黄河中游黄土高原区水土流失防治的有效工程措施之一,在拦泥淤地、建设农田、巩固退耕还林（草）、改善生态环境等方面发挥了重要作用。基于WorldView-2、Google Earth、Bing、Sentinel-2多源遥感影像并结合实地淤地坝监测资料、NDVI和土地类型数据,本文完成了晋西南地区淤地坝坝地资源（数目、面积、位置、坝系、流域面积）的统计,并对其运行现状进行了评估。结果表明：截至2021年,晋西南地区淤地坝共计12167座,总面积达71.19 km²。规模上该区主要以小型淤地坝（＜0.015 km²）为主;空间上主要集中于中部的汾西县、洪洞县和浮山县地区,坝地数量和面积分别占总数量和面积的67.37%（8197座）和56.67%（40.35 km²）。目前,56.58%的淤地坝已经处于服务超限状态,平均超限5—10 a,其中,隰县、大宁县、汾西县、吉县和乡宁县地区淤地坝超限较为严重,60%以上的淤地坝已处于淤满状态。淤地坝的修建明显促进了黄土高原地区植被恢复、拦泥蓄容、建设耕地资源,但随着一些淤地坝的“淤满”,其生态和经济服务功能明显下降,并存在一定的潜在风险,亟需地方流域管理部门重视并采取有效措施。