集合经验模态分解在长江中下游梅雨变化多尺度分析中的应用

基于长江中下游流域5个梅雨监测站1961~2012年的日数据,利用集合经验模态分解（EEMD）方法,对研究期内梅雨时间序列进行多尺度的分析,探讨其在不同时间尺度上的振荡模态结构特征。结果表明：近50多年来,长江中下游梅雨变化呈现出显著的年际和年代际尺度振荡特征,在年际尺度上表现出准3 a和6 a的周期变化,而在年代际尺度上显示准13 a和24 a的周期变化;各分量方差〖JP2〗贡献率显示,年际振荡在梅雨长期变化中占据主导地位;自1961年以来,EEMD分解的梅雨长期变化趋势表现出先增加后减少的倒“U”型特征,其中1961~1985年呈上升趋势,1985~2012年呈下降趋势,尤其是在2000年之后的下降趋势最为明显。由此可以看出,EEMD能够有效地揭示梅雨长期序列在不同时间尺度上的变化规律,可用于诊断非线性、非平稳性信号变化的复杂性特征     

全球主要森林系统中植被汞分布特征及其影响因素

基于过去20a全球森林植被中汞循环过程的相关研究,本文通过荟萃分析法阐明全球主要森林类型中植被汞分布特征及其影响因素.结果表明,汞在植被中浓度排序特征(以中值计)依次为凋落物(38.9ng/g )>叶片(24.1ng/g)>树根(18.5ng/g)>树皮(13.2ng/g)>树枝(12.0ng/g)>树干(3.1ng/g).其中,凋落物与叶片汞浓度具有极显著相关性(rho=0.747,P<0.01,rho spearman相关系数,且与样本数量N有关,下同);叶片与树干具有显著相关性 (rho=0.265,P<0.05);而其余组织间无相关性(P>0.05).上述的相关性主要受控于植被叶片吸收大气零价汞,从叶片由上而下传输到树木木质部的过程.其次,常绿阔叶林的叶片汞浓度(中值:56.0ng/g,下同)高于针叶林(25.5ng/g)、阔叶落叶林(23.0ng/g)和红树林(18.6ng/g).这是由于在气孔导度、气孔数量、叶面积与叶寿命等因素综合影响下,常绿阔叶林叶片汞富集的能力最强.地区间植被汞浓度差异明显(如叶片汞浓度变化区间:0.90~225ng/g),其最主要原因是地区间植被类型与大气汞浓度差异引起的.本研究为进一步量化全球森林植被汞储库与认识全球森林系统汞循环提供了重要的基础数据与基本认识.     

乌鲁木齐树木叶片汞浓度时空特征及环境意义

城市大气环境由于受人为活动影响,具有较高大气汞浓度和时空分布不均一特征。植被叶片虽具有较强富集大气汞的能力,但能否指示城市大气汞时空变化,目前尚有存疑。本文通过连续监测新疆乌鲁木齐市区内6个采样点5种常见树种叶片,在生长季（2019年5～10月）内的汞浓度,分析树叶汞浓度的时空分布变化特征,进而寻找潜在的最优树种叶片,反演乌鲁木齐大气汞污染程度。结果表明,城市内的局地污染能够显著提高叶片汞浓度;树种叶片对大气汞浓度的敏感性存在明显差异（P<0.01）;落叶阔叶树的叶汞浓度与叶片生长时间呈显著正相关关系（P<0.01）,即叶片在整个生长期不断积累大气汞;而针叶汞浓度一年之内与生长时间无显著关系。考虑到圆冠榆叶片对大气汞浓度敏感性较高且分布范围更广,圆冠榆作为乌鲁木齐城市大气汞的生物监测器较为合适。本研究为研究城市大气汞浓度生物监测提供了典型的案例与借鉴。     

干旱区盐渍地景观危险度评价方法——以新疆渭干河-库车河流域为例

土壤的盐渍化是干旱区农业发展的主要障碍,也是影响绿洲生态环境稳定的重要因素。利用破碎度(C)、分离度(F)、优势度(D)等景观格局指数及景观脆弱度(S)建立了盐渍化景观危险度(SR)评价指数以研究渭干河-库车河流域盐渍化地的危险程度。选择新疆渭干河-库车河流域1989年和2001年Landsat-TM图像为本底数据,结合野外调查样本进行实例验证。研究表明,在12年期间,由于研究区内人类活动不断加强,景观结构变化导致盐渍化景观危险度指数明显增高,综合盐渍化危险度指数(SCR)由0.4832上升到0.5234,盐渍化危险度有扩大的趋势,评价结果与实际情况有较好的一致性。该方法对提高不同干旱区域土壤盐渍地危险度评价的准确性及定量化具有一定的参考意义。     

不同干扰程度下土壤盐分和有机质空间变异特征

为明确人类活动影响下土壤盐分和有机质的空间变化特征,对新疆阜康市土壤实地定点取样,基于GIS和地统计学方法,分析不同人为干扰程度下土壤盐分和有机质的相关性及空间变异特征。结果表明:1)随干扰程度的增加,土壤盐分含量逐渐增加,有机质含量逐渐减小,两者变异系数在15.45%～60.19%,均属中等变异;2)各干扰程度下土壤盐分和有机质的相关性为:相对无人为干扰区>人为干扰区>重度人为干扰区,相关系数分别为:-0.614、-0.412、0.043;3)干扰程度越大,土壤盐分和有机质受随机因素作用越来越强,相对无人为干扰区两者块基比为12.5%和9.68%,具有强烈的空间相关性;4)Kriging插值结果为:相对无人为干扰和人为干扰区土壤盐分高、有机质低分布区域具有一致性,重度人为干扰区两者分布复杂,关系不明显。研究结果可为盐渍土的改良利用及人类合理适度开垦提供参考。     

和田市城市发展与大气污染耦合关系

探索环境承载力低的和田市城市发展与大气污染之间的耦合关系,对于促进城市与生态环境和谐发展具有重要意义。基于和田市2001～2016年城市发展和大气环境污染时间序列统计数据,利用专家咨询法选取10项城市化水平指标和4项大气环境污染指标,分别计算城市化水平综合指数与大气环境污染综合指数,并基于环境库兹涅茨曲线(EKC)理论探讨其拟合模型。结果表明:和田市2001～2016年人口城市化指数由0.004 8升至0.931 1、土地城市化指数由0.000 1升至0.879 1、经济城市化指数由0.000 2升至0.714 2、社会城市化指数由0.003 2升至0.898 0,城市化综合指数由0.251 0升至0.883 7,其城市综合发展能力由一般达到较好或优良水平;和田市2001～2016年大气环境污染综合指数由15.088 3下降至10.290 2,降尘和PM_(10)为大气污染主要贡献因子。各单项污染指数变化情况为:SO_2由0.483 3升至0.766 7,NO_2由0.400 0升至0.650 0,PM_(10)由5.910 0降至2.750 0,降尘由8.295 0降至6.102 5;城市化综合指数与大气污染综合指数拟合曲线呈环境库兹涅茨曲线(EKC)特殊形式倒"N"型曲线。     

新疆丝绸之路南线生态安全及障碍度分析

以新疆丝绸之路南线17个县市为研究靶区,构建基于EES的生态安全评价指标体系,运用三角模型和障碍度模型,对新疆丝绸之路南线生态安全进行分析评价,并进一步剖析其障碍因子。结果表明:(1)2004-2013年生态安全水平在微小波动中有所提升,总体由2004年的不安全到2013年的较安全状态;(2)生态安全大体呈现2种发展趋势:一是弱安全到一般安全的趋势(T1-T4,T3-T4,T3-T6),并且一般安全趋势总体水平持续提升,二是不安全到弱安全(T4-T5);(3)障碍因子主要表现在城镇化发展水平、社会效益、人口和耕地面积等方面。在"丝绸之路经济带"战略带动发展下,通过研究新疆丝绸之路南线生态安全,以期为新疆丝绸之路经济、社会和生态的持续发展提供参考。     

艾比湖典型区域景观格局及累积环境效应研究

选取新疆艾比湖典型区域为研究区,以1990、1998、2010和2013年的Landsat卫星影像为基础数据源,通过RS、GIS技术和景观生态学方法,采用5种景观格局指数分析了景观变化及累积环境效应。结果表明:(1)1990-2013年间景观格局变化较大,斑块数增长33.9%,除林地、水体和其它类型土地面积,其余斑块面积都有所增加,景观优势度从0.80减小到0.47,均匀度从0.59增加到0.76,景观类型向多样性、均匀性发展。景观破碎化程度降低,但人类对景观干扰度仍然增强。(2)产生的环境累积效应包括荒漠化和盐渍化程度加深,生态系统服务价值降低等方面。(3)综合了艾比湖自然与人为因素分析研究1990-2013年的湖面面积变化的因素,得出艾比湖湖面面积与蒸发量、总人口、耕地面积、牲畜和沙尘日数的相关性较好。该研究对保护艾比湖典型区域自然保护区,控制工农业生产规模,发展生态农业和工业循环经济等提供依据,对艾比湖典型区域生态系统有着重要意义。     

基于稳定碳同位素技术的干旱区绿洲土壤有机碳向无机碳的转移

应用稳定碳同位素技术测定土壤无机碳稳定碳同位素组成(soil inorganic carbonδ13C,SICδ13C),并对干旱区绿洲土壤无机碳进行区分,结合土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)与SIC含量关系进一步探讨SOC向SIC转移的碳量.结果表明,4种类型土壤SICδ13C值差异性极显著(P0.01),风沙土SICδ13C值最高且为正,均值为(0.32±0.04)‰,随土层深度增加而增加,说明风沙土原生性碳酸盐占绝对优势;灌漠土、棕漠土和盐碱土SIC的δ13C均值分别(-0.30±0.24)‰、(-1.96±0.66)‰和(-1.24±0.49)‰,随土层变化均呈先降低后逐渐增大的趋势,说明灌漠土原生性碳酸盐占优势,棕漠土和盐碱土发生性碳酸盐相对前者占优势.风沙土、灌漠土、棕漠土和盐碱土的发生性碳酸盐占SIC比例均值分别为1.33%、4.72%、15.01%、35.71%,均小于50%,说明干旱区绿洲土壤发生性碳酸盐比例总体水平较低.风沙土、灌漠土、棕漠土和盐碱土在土壤发生性碳酸盐形成或重结晶过程中固定土壤CO2的量分别为0.30、2.44、4.96、12.40 g·kg~(-1),其中固定来自大气CO2量平均为0.18、0.79、1.45、8.67 g·kg~(-1),来自SOC氧化分解转化为CO2的量分别为0.06、0.83、1.62、1.86g·kg~(-1),说明盐碱土、棕漠土SOC的贡献相对较高,灌漠土、风沙土较低;对土壤固定CO2量的来源比较发现,风沙土、盐碱土固定土壤CO2的量来自大气CO2量较高,SOC的贡献较低,而灌漠土、棕漠土固定来自SOC氧化分解CO2的量较高,大气贡献较低.研究区整体SOC向SIC的碳转移量介于0.03~2.38 g·kg~(-1)之间,平均每千克土壤固定1.09 g的CO2,说明干旱区绿洲土壤发生性碳酸盐所占比例较低,SOC的贡献较少.     

塔里木盆地北缘绿洲不同连作年限棉田土壤有机碳、无机碳含量与环境因子的相关性

农田土壤碳库是土壤碳库的重要组成部分,易受人类活动调节且固碳减排潜力巨大,研究土壤有机碳、无机碳含量特征及其与环境因子的关系有助于深入理解土壤生态过程,为全球碳收支平衡研究提供理论支持.本文以塔里木盆地北缘绿洲为靶区,分析土壤碳库特征,结合冗余分析、通径分析,探究土壤有机碳、无机碳含量及其与环境因子的相关关系.结果表明:(1)同一土层不同连作年限棉田土壤有机碳、无机碳含量存在显著差异(P0.05),随连作年限增加,有机碳含量呈先增加后减少趋势,而无机碳含量呈先减少后增加趋势;同一连作年限棉田不同土层土壤有机碳、无机碳含量存在显著差异(P0.05),有机碳含量均在0~20 cm层达到最大值,而无机碳含量均在20~50 cm层达到最大值.(2)通过冗余分析得出环境因子对土壤碳库特征影响的重要性排序为:磷酸酶活性p H值蔗糖酶活性过氧化氢酶活性全氮速效磷速效钾土壤含水量脲酶活性电导率;磷酸酶活性、p H值、蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性、全氮、速效磷、速效钾与土壤有机碳、无机碳含量呈极显著相关关系(P0.01);土壤含水量、脲酶活性与土壤有机碳、无机碳含量表现为显著相关(P0.05).(3)通径分析表明,速效钾对有机碳含量直接作用显著,是影响有机碳含量的主要因素,而脲酶活性对无机碳含量直接作用显著,是影响无机碳含量的主要因素.干旱半干旱区土壤有机碳、无机碳含量研究是评价农田生态系统土壤碳的"源/汇"效应的基础数据,对研究全球碳收支平衡和陆地碳循环机制具有重要意义.