Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| DOI | 10.27204/d.cnki.glzhu.2021.000083 |
| 干旱区绿洲效应及影响因素研究 | |
| 别强 | |
| 出版年 | 2021 |
| 学位类型 | 博士 |
| 学位授予单位 | 兰州大学 |
| 中文摘要 | 干旱区是陆地生态系统的重要组成部分,对全球变化的响应较其他区域更为敏感,生态系统的稳定性更差,景观格局和生态系统更容易受到日益加剧的人类活动和气候变化的影响。绿洲—荒漠系统的镶嵌格局是干旱区特有的景观,表现为荒漠为背景,绿洲为镶嵌。尽管绿洲面积占干旱区面积比例很小,但几乎承载了该区域绝大部分的社会经济活动,同时集中了大部分的自然生产力,是干旱区重要的生态屏障。河西绿洲地处中国西北部,是当地人民赖以生存和发展的基础。河西绿洲的合理开发和利用是实现该地区可持续发展和乡村振兴战略的关键。绿洲效应由绿洲-荒漠系统物质能量流动形成,以绿洲冷岛效应为主要特征的独特气候现象。研究绿洲效应的时空格局、影响因素和形成机制对理解干旱区气候变化和绿洲可持续发展具有重要意义。相比于备受关注的城市热岛效应研究,干旱区绿洲效应的分布特征、形成机制和生态效益是有待解决的科学问题。本研究以河西地区绿洲及周边荒漠为研究区,结合实地观测、遥感观测、遥感云计算和区域气候模式数值模拟方法,揭示干旱区绿洲效应在二维和三维空间的特征。基于数理统计和生物物理模型,定量分析反射率、波文比、地表通量等地表参数对绿洲冷岛效应的影响,构建形成冷岛效应的生物物理模型。论文完成的工作如下:首先,以多源遥感产品为数据源,分析河西地区不同土地覆被类型的绿洲在日尺度、季节尺度和年尺度上的绿洲效应特征,同时结合河西绿洲面积变化,分析绿洲效应强度对绿洲扩张的响应;其次,通过WRF模式动力降尺度对河西地区绿洲-荒漠系统夏季和冬季连续气象进行模拟,分析绿洲效应在二维和三维空间的温度场、湿度场、风场、能量场的特征。第三,基于高精度遥感产品,通过线性回归分析绿洲效应和关键地表参数(反照率、蒸散发)的关系,从能量平衡角度进一步探讨地表参数差异造成的能量差异。第四,通过内在生物物理模型(IBPM)定量分析造成绿洲温度效应的各地表参数的贡献,将由关键地表参数差异造成的能量差异转化为地表参数带来的温度强迫。本研究可为干旱区气候变化研究、干旱区绿洲的可持续发展以及绿洲农村和城镇建设规划提供理论依据。论文得到的主要结论如下:(1)发现了绿洲效应的双重特征,即夏季强烈的“冷岛效应”和冬季微弱的“热岛效应”。夏季绿洲的降温作用占主导地位,但冬季的增温效应也不能被忽视。在植被生长季,降温效应白天和夜晚都占优势,白天的绿洲冷岛效应强度在春、夏、秋三个季节分别为-5.23℃、-12.81℃和-4.56℃,夜晚的冷岛效应较弱,分别为-1.43℃、-3.34℃、-0.6℃。在冬季,热岛效应占主导地位,绿洲在白天和夜间均出现增温效应,其中白天热岛效应强度为0.43℃,夜晚为0.54℃,夜间略强于白天。河西地区绿洲从1986年的10781 km~2增加到2020年的16449 km~2,在35年期间面积扩大了52.6%,随着绿洲规模的扩张,夏季白天绿洲冷岛效应强度有明显的增强趋势,绿洲面积和绿洲效应强度相关系数平方和为0.85,通过显著性检验,夏季夜晚以及冬季绿洲效应强度没有明显的变化趋势。(2)通过替换新的陆面资料,选取合适的参数化方案,WRF模式精确地模拟了干旱区绿洲-荒漠系统温度场、湿度场、风场和能量场,为资料缺乏区进行高精度气象分析提供了基础数据。WRF模式模拟的水平温度场和湿度场显示了绿洲在夏季强烈的“冷岛”和“湿岛”效应,以及冬季微弱的“热岛”和“湿岛”效应。根据对温度场和湿度场垂直方向的分析可知,绿洲冷岛效应和湿岛效应的最大影响高度在1500米左右。在此高度以上,荒漠和绿洲的水汽和温度差异消失。(3)通过分析绿洲效应与地表反照率、地表蒸散发的关系,得出蒸散发是植被生长季绿洲降温效应的主要影响因子,反照率是冬季热岛效应的主要影响因子。荒漠和绿洲之间蒸散发之差ΔET和反照率差Δalbedo在所有季节均为负值。ΔET的季节性动态趋势呈单峰形态并且在夏季达到顶峰,这一数值是春天或秋天的三倍,此趋势与OEI趋势一致,ET是降温效应的主要贡献者。在植被生长季,绿洲区反照率较小且变化不大,由此引起的加热效应被蒸散发抵消。在冬季,由于积雪覆盖和荒漠本身特性,绿洲区反照率远小于荒漠区,这可以部分解释冬季的热岛效应现象。(4)IBPM模型模拟了由反照率、地面热通量和波文比造成的绿洲效应的强迫力。反照率的正作用力被波文比的负作用力平衡,土壤热通量贡献了一个很小的负强迫。综合这三个温度强迫值,IBPM模型很好地预测了绿洲效应强度,同时对各个强迫力的大小进行了定量的分解。 |
| 中文关键词 | 干旱区 ; 遥感 ; 绿洲 ; 影响因素 ; 绿洲效应 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 中图法分类号 | X171.1 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/373391 |
| 作者单位 | 兰州大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 别强. 干旱区绿洲效应及影响因素研究[D]. 兰州大学,2021. |
| 条目包含的文件 | 条目无相关文件。 | |||||
| 个性服务 |
| 推荐该条目 |
| 保存到收藏夹 |
| 导出为Endnote文件 |
| 谷歌学术 |
| 谷歌学术中相似的文章 |
| [别强]的文章 |
| 百度学术 |
| 百度学术中相似的文章 |
| [别强]的文章 |
| 必应学术 |
| 必应学术中相似的文章 |
| [别强]的文章 |
| 相关权益政策 |
| 暂无数据 |
| 收藏/分享 |
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。
