风沙物理学：研究沙尘释放与控制的基础

沙尘暴是在强烈气流运动下由地表风蚀所产生的细颗粒物质的较大尺度的运移过程。沙尘暴过程包括：地表起沙（尘）过程和沙尘输移过程。前者与近地层风力侵蚀能力、地表物质的可蚀性及其相互作用密切相关，运动沙粒对地表的撞击是沙尘释放的主要动力，沙尘暴的起沙（尘）机制是风沙物理学的研究内容。后者取决于大气环流特征，属于大气科学研究的范畴。我国北方地区，尤其是西北地区广袤的沙漠和戈壁地表干燥疏松，又缺乏植被等覆盖物的保护，客观上为沙尘暴的形成提供了有利的条件，使沙尘暴成为我国西北地区一种不可避免的自然现象和地质过…     

中国北方沙尘气溶胶时空分布特征及其对地面辐射的影响

该文通过对1978年以来的TOMS气溶胶指数分析,揭示出我国北方地区沙尘气溶胶的时空分布特征和长期演变规律,并结合地面辐射资料分析了沙尘气溶胶对太阳辐射的影响.研究表明,我国北方地区3、4月份大气气溶胶指数有两类高值区,一是沙尘源区,另一是影响区.影响我国沙尘天气的境外初始 源区大气气溶胶指数的峰值集中在0.2附近,北路源区绝大部分气溶胶指数区域面积强度集中在0.3～0.4 之间,西北源区和南疆盆地区的峰值集中在0.4附近,整个北方地区气溶胶指数的区域面积强度的峰值集中在0.3附近.沙尘暴天气发生和影响期间,随气溶胶指数出现峰值地面太阳总辐射和入射辐射相应出现低谷,源区两者之间有比较好的负相关关系,而影响区的相关性相对较小,说明在影响区大气气溶胶来源相对复杂.     

青海省春季沙尘天气分析

本文以青海省2002年春季的沙尘大气为样本，对青海省春季（3～5月）的沙尘天气进行了综合分析。结果表明：2002年春季，青海省共出现了8次沙尘天气过程，与历年同期相比，属沙尘天气偏多年份，其原因是前期我省大部气温偏高，降水偏少，地表干燥，土壤墒情差，3～4月中旬，冷空气频繁影响我省，从而导致沙尘天气不断出现，4月下旬以后，出现的几次较明显降水天气过程及大环流形势调整，很好地抑制了沙尘天气的形成。     

东亚地区地表温度与大气温度场的相关关系

本文采用1948～2003年NCEP／NCAR再分析资料中的逐月地表温度（skt）资料和大气温度（air）场资料,运用相关系数分析方法,求出东亚地区地表温度年（季）区域平均和大气温度场季平均的相关情况,结果表明：（1）地表温度与气温场的相关随高度变化,高度越高,相关越小;（2）地表温度年（季）区域平均值与各格点气温季平均的相关在0～20°N和40°～60°N较好;（3）地表温度年（季）区域平均值与各格点气温季平均的相关在春季青藏高原地区呈负相关。     

三江平原沼泽湿地外源肥输入对CH_4、N_2O排放通量的影响

位于三江平原地区的沼泽湿地常年受到各种外源肥输入因素的影响:大气沉降、地表径流变化以及农业上的排水输水量变化等都会对三江平原地区湿地生态系统的CH4和N2O的排放通量产生巨大的影响。事实上,以外源氮为代表的外源肥在一定程度上对CH4和N2O的排放起到了促进作用。本文结合笔者的具体实验探究,研究了外源肥输入对CH4和N2O排放通量所产生的影响,以供读者参考。     

古尔班通古特沙漠重大工程扰动地表稳定性与恢复研究

古尔班通古特沙漠是中国最大的固定、半固定沙漠，沙丘类型以纵向沙垄为主。沙垄垄间和坡中下部沙面较为稳定，仅在沙垄顶部存在10m～40m宽度不等的流动带，风沙活动规律独特。近年来在沙漠腹地修筑的公路、引水渠等重大工程建设项目，不可避免地造成沙垄切割和保护层破坏，所引发的工程安全和生态安全等问题引起了人们的普遍关注。本文在大量实地观测的基础上，研究重大工程扰动地表后的沙面非稳定性问题、主要工程沙害及植被恢复建设等，以期为古尔班通古特沙漠特殊环境条件下的工程安全和生态恢复提供理论支持。     

新疆艾比湖地区沙尘天气的地表条件及土壤保持

和参照区相比，减弱艾比湖地区地表抗风蚀能力，导致沙尘天气形成的不利因素首先是该区春季裸露的耕地和低覆盖度荒漠景观的分离度/破碎度较低。其次是较高的植被生态优势度、土壤中有机质含量和pH值，以及较差的土壤粒度分选性。而利于地表土壤稳定性的积极因素则是植被盖度、植物群落多样性及较粗的土壤质地。在查明艾比湖地区沙尘天气发生的地表条件基础上，可以通过生物的、物理和化学的方法使上述地表环境向抑制沙尘天气发生和保护土壤免遭风蚀的方向演替。通过人工种植草、木本植物和退耕还林还草，提高植被覆盖度。同时，注意增加植物群落的多样性。选用耐盐碱植物和先进的灌溉技术治理土壤的盐碱化，降低其pH值。掺沙改良粘重的土壤，减少沙尘源地。并按一定空间格局退耕还林还草和合理布置农田防护林网，对大面积耕地/低盖度荒漠进行充分分隔，以增加其离散程度，能有效防止土壤流失（风蚀）。     

东亚地区对流层O3和CO模拟

本文利用全球三维大气化学模式MOZART-2，采用两组不同的污染源数据对东亚地区对流层臭氧（O3）及一氧化碳（CO）浓度的季节变化进行了模拟。通过与观测资料进行对比发现，模拟结果能较好的再现日本南鸟岛站与绫里崎站观测到的季节变化特征。由于这两观测站所处的环流场形势不同，受亚洲大陆污染物出流的影响程度有所差别，两组排放源下CO与O3浓度的模拟差异在两地的表现有所不同，在绫里崎站可以看到CO与O3浓度的模拟差异呈现出比较显著的季节性特征。     

黄河上游沙漠宽谷段风沙水沙过程与调控机理--国家973计划项目研究简介

黄河上游宁蒙河段穿越我国四大沙漠,从下河沿至头道拐长约1000千米,发育了典型的沙漠宽谷（图1）,形成近300千米的“悬河”。该河段是黄河上游近3500千米长的河段中水沙变化最复杂、河道演变最剧烈的河段,是黄河上游产水区与中下游河段水沙关系的调节河段,也是上游大型水库联合调度影响显著的河段。该河段流经区域是我国重要的能源基地,西北主要的粮食产区,回、蒙少数民族的集聚区,在西部大开发中具有重要地位。该区春季多大风,夏季又是高强度暴雨中心,地表风蚀与水蚀、风沙与水沙过程极其活跃,导致强沙尘暴与超高浓度的沙漠高含沙流事件频发（图2）,对黄河上游沙漠宽谷河段泥沙输移与河道演变产生了显著的影响,已引起政府和科技界的高度重视。     

21世纪中国西北旱区农业可持续发展的水问题及其对策

21世纪中国西北旱区农业可持续发展将面临更为严 峻的水危机,解决危机的根本出路,在于大力发展规模化农业高效节水。西北旱区农业可 持续发展的用水模式大致可分为三类：现有灌区以提高灌溉水利用率和单方水产粮数为目标 的节水、高产、高效、集约型模式;旱作农业区以雨水集流补灌和抗旱保苗稳产为中心的农 业用水模式以及以喷微灌等先进灌水技术应用为主的节水模式等。本文还讨论了解决西北旱 区农业可持续发展水危机的对策。     

塔克拉玛干沙漠腹地太阳紫外辐射特征

本文利用塔克拉玛干沙漠腹地(塔中站:83°40'E,39°01'N)2007年1月-12月紫外辐射和总辐射的观测资料,分析了塔克拉玛干沙漠腹地太阳紫外辐射的气候学特征。结果表明:①本地区太阳紫外辐射年总量为305.64MJ(/m2·a)。年平均日总量为0.84MJ/m2,大于黑河、太湖和青藏高原地区。紫外辐射年平均值在总辐射年平均值中所占比例为4.99%,小于太湖和北京,大于黑河地区和五道梁,月平均日总量7月最大;②其日变化,晴天呈现出标准的倒"U"型,即早晚小、中午大,正午达到一天中的最大值;③紫外辐射受云量、降水和沙尘的影响很大;④紫外辐射在总辐射中所占比例有明显的年、季节和日变化,其年变化分为三个明显不同的阶段,夏季大,冬季小。青藏高原地区春夏大,冬季小,北京地区和黑河地区相近,分别是冬季大,夏季小和冬季大,春夏小。     

中国荒漠生态系统定位研究网络的建设与发展

20多年来,中国荒漠生态系统定位研究网络已建成国家级和局级生态站26个,布局涵盖我国八大沙漠、四大沙地、青藏高原高寒区和西南岩溶地区等特殊环境,承担我国荒漠生态系统的定位观测、监测评估、科学研究、示范服务和基地建设等任务。依托研究网络,组织大型沙漠、戈壁综合科考,填补我国沙漠科考的最后空白;探索荒漠化综合治理的中国方案,集成四大典型区域的经典模式,制定相关行业和学科标准。进入新时代,研究网络要立足行业优势,加强联网-并网协作,优化站网布局,精进观测技术,拓展研究尺度,面向国家重大战略需求、服务区域社会经济发展、回答社会和科学关切,为实现联合国2030年可持续发展目标提供全方位科技支撑。     

中国荒漠生态系统：功能提升、服务增效

荒漠是我国干旱、半干旱地区的典型原生生态系统,具有独特的结构、功能与服务。文章基于《荒漠生态系统服务评估规范》,利用第五次全国荒漠化和沙化监测数据(2010—2014年),首次估算出2014年我国荒漠生态系统服务总价值约为42 279亿元人民币(2014年价格);其中,防风固沙、水文调控、土壤保育和固碳价值分别占比40.1%、24.2%、18.1%和17.0%,生物多样性保育和景观游憩所占比重合计不到1%。剔除价格因素影响,2009—2014年我国荒漠生态系统服务价值实际净增1 202亿元人民币(2014年价格),其中防风固沙服务效益提升的贡献最大(达47.5%)。文章探索以荒漠生态系统服务价值与国内生产总值(GDP)的比值来衡量生态保护与经济增长的发展均衡度,2009—2014年该比值在荒漠生态系统涉及的所有地区均有下降,各地区降幅从19.4%到38.8%不等,这表明当前荒漠生态系统功能提升与服务增效的速度慢于区域经济增速。因此,在发展经济的同时需要加大荒漠生态系统的保护与修复力度,以促进我国西北干旱半干旱地区尽快步入荒漠生态系统提质增效与经济增长高度均衡的发展阶段。     

荒漠藻类及其结皮的研究

文章介绍了荒漠藻类生长在荒漠化土地上的土壤藻类的种类组成和分 布，影响荒漠藻类分布的环境因子，荒漠藻类在物质循环及土壤结皮形成和发育中的重要作 用，以及荒漠藻类能够在极端环境条件下生长的适应机制等。生物结皮在荒漠土壤表层的水 分分布状况、土壤稳定性和荒漠生态系统的演替中起着重要作用，对荒漠其他生物也有着重 要的影响。最后阐述了荒漠藻类在工业和环境工程上的应用和发展前景。     

腾格里沙漠沙层水分状况初步研究

为了揭示腾格里沙漠沙层水分含量特点、水分来源和水分存在形式等问题,2009年9月-10月对腾格里沙漠腹地及边缘地区进行了含水量研究。研究结果表明,沙漠腹地沙层含水量一般在2.0%～5.0%之间,洼地或平坦地段含水量最高,沙丘底部次之,中部最低。沙层水分主要以薄膜水的形式存在,水分运移缓慢,在洼地或平坦地段较深层有薄膜水向下入渗过程中转变而成的重力水和地下水出现。沙漠沙层水分具有正平衡特点,这主要是沙层水分入渗速度快和沙层受蒸发影响深度小决定的,属于快速入渗型的水分正平衡。沙漠沙层水分来源于大气降水,洼地或平坦地段是大气降水向下入渗的主要渠道。沙漠沙层水分含量存在空间地域差异,沙漠腹地沙层水分低于沙漠边缘。结合该区沙层水分的空间差异,提出了沙漠治理的建议和措施,比如在沙漠地下水较多的东南部等地区,可以采取植树种草措施治理沙漠化,还可以利用大棚措施发展种植业。在沙漠地下水贫乏的地区,应该采取粘土沙障、砾石沙障等工程措施和"麦草方格"等措施综合治理沙漠化。     

中国典型沙漠区主要优势植被的稳定修复途径与可持续经营技术

通过对中国典型沙漠区(塔里木盆地、准噶尔盆地、科尔沁沙地、浑善达克沙地)主要优势植被的系统研究和综合分析,揭示了优势植被的逆境适应特征和稳定修复途径,提出了植被可持续管理技术。研究结果表明:(1)植物根系与地下潜水或土壤毛管水保持连通。保持合理的生态用水和维持稳定的地下水位对于区域优势木本植物的修复和保育具有重要意义。(2)地下水、融雪、降雨形成的浅层土壤水是梭梭的主要水源。充分利用好降水季节变化和梭梭更新的自然规律,形成科学合理的种植技术措施,对梭梭的修复和保育具有重要意义。(3)封育保护对于沙漠(地)优势植被的稳定恢复具有十分重要的作用。该研究将为干旱区荒漠-绿洲过渡带优势植被修复和优化管理提供科学依据和技术支撑。     

塔克拉玛干沙漠腹地土壤蒸发抑制剂对土壤水分蒸发和分布的影响分析

塔克拉玛干沙漠腹地大气蒸发强烈,抑制土壤水分蒸发是干旱区节水的途径之一。本文通过设置微型蒸渗仪,分析了新型蒸发抑制剂Guilspare对土壤蒸发的抑制效应,确定了现有滴灌条件下Guilspare在该区域较为合理的施用量。     

绿洲-荒漠共生关系实验模拟平台（绿洲-荒漠平台）

准噶尔盆地是温带内陆干旱区的典型区域，周围高大山地形成径流，流入盆地后造就了绿洲。绿洲和荒漠存在着相互依存关系：绿洲需要通过排水带走自然富集的盐分，而排水给其外围荒漠植被提供水分与养分，外围荒漠植被反过来为绿洲提供了生态屏障。随着绿洲土地开发规模不断加大，节水措施大范围应用，绿洲排水急剧减少。这一方面导致盐分外泄不畅，绿洲积盐；另一方面致使地下水位剧烈下降，绿洲外围、沙漠边缘的植被受到威胁——绿洲-荒漠共生关系面临根本性的危机。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下，新疆阜康荒漠生态系统国家野外科学观测研究站在天山北麓三工河流域建成了“绿洲-荒漠共生关系实验模拟平台”，该平台由绿洲土壤盐分累积与荒漠地下水位模拟子平台、地下水位与荒漠植被关系子平台、沙漠内部降水与荒漠植被关系子平台3个子平台构成，形成了完整的绿洲-荒漠共生关系实验模拟体系。该平台能够满足绿洲区不同灌溉情景下水盐动态长期变化、绿洲边缘荒漠植被变化与地下水位关系、沙漠内部自然植被与降水变化关系的研究需求，为回答绿洲和荒漠生态系统共生关系的关键科学问题提供了重要基础设施支撑。     

试论中国种子植物特有属的分布区类型

中国种子植物特有属是局限分布于中国行政区域范围内的植物成分，就其分布特点看，集中分布于中国南部亚热带广阔区域。由于中国地域广袤，虽然大多数特有属分布在东亚自然地域范围内，但南部特有属的分布范围已进入古热带植物区的马来亚森林植物亚区的北部，而西部的特有属的分布范围已进入青藏高原地区。局限于不同地域分布的特有属，各自的起源发生、所经历的地质历史过程存在一定差别。本文以自然地理区划作为研究中国种子植物特有属分布区类型的依据，将中国特有属分布区类型划分为中国东部和中部特有分布变型、中国南部特有分布变型、中国西部特有分布变型和中国北部特有分布变型4类。其中中国南部特有分布变型所含特有属为热带区系成分，其它3个特有分布变型所含特有属为温带区系成分。这样能较客观地反映中国特有属的自然地理特征，有利于研究局部地区植物区系的地质历史演变过程。     

Iron in the NEEM ice core relative to Asian loess records over the last glacial–interglacial cycle

Mineral dust can indirectly affect the climate by supplying bioavailable iron (Fe) to the ocean. Here, we present the records of dissolved Fe (DFe) and total Fe (TDFe) in North Greenland Eemian Ice Drilling (NEEM) ice core over the past 110 kyr BP. The Fe records are significantly negatively correlated with the carbon-dioxide (CO₂) concentrations during cold periods. The results suggest that the changes in Fe fluxes over the past 110 kyr BP in the NEEM ice core are consistent with those in Chinese loess records because the mineral-dust distribution is controlled by the East Asian deserts. Furthermore, the variations in the dust input on a global scale are most likely driven by changes in solar radiation during the last glacial–interglacial cycle in response to Earth''s orbital cycles. In the last glacial–interglacial cycle, the DFe/TDFe ratios were higher during the warm periods (following the post-Industrial Revolution and during the Holocene and last interglacial period) than during the main cold period (i.e. the last glacial maximum (LGM)), indicating that the aeolian input of iron and the iron fertilization effect on the oceans have a non-linear relationship during different periods. Although the burning of biomass aerosols has released large amounts of DFe since the Industrial Revolution, no significant responses are observed in the DFe and TDFe variations during this period, indicating that severe anthropogenic contamination has no significant effect on the DFe (TDFe) release in the NEEM ice core.