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当期目录

    2022年, 第39卷, 第1期 刊出日期:2022-01-15 上一期    下一期
    天气与气候
    1960—2018年黄土高原地区蒸发皿蒸发时空变化特征及影响因素
    张耀宗,张勃,张多勇,刘艳艳
    2022 (1):  1-9.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.01
    摘要 ( 565 )   HTML ( 35 )   PDF(3307KB) ( 255 )  

    蒸发是水循环的重要过程,研究黄土高原地区的蒸发皿蒸发对区域水资源利用与保护意义重大。通过收集黄土高原地区61个气象站点的蒸发皿蒸发、气温、风速、降水、相对湿度、水汽压等数据,使用Mann-Kendall检验、累积距平、线性趋势法分析了1960—2018年黄土高原地区蒸发皿蒸发的时空变化特征,运用多元回归分析法探究了影响蒸发皿蒸发的主要气象因子。研究结果表明:(1) 近59 a黄土高原地区蒸发皿蒸发以-6 mm·(10a)-1的速率呈下降趋势,2000年以后呈增加趋势;该区域蒸发皿蒸发存在2次转折、3个阶段的变化,1960—1974年呈增加趋势,1975—1996年呈减少趋势,1997—2018年呈增加趋势,春、夏、秋呈减少趋势,冬季呈增加趋势。(2) 空间上蒸发皿蒸发整体变化和局部变化不同步,陇东、陇中黄土高原、河套地区和鄂尔多斯高原呈增加趋势,关中平原、山西黄土高原呈减少趋势。(3) 平均风速、日照时数、水汽压依次是影响黄土高原地区蒸发皿蒸发的主要气象因子,平均风速减小、日照时数减少、水汽压升高是蒸发皿蒸发减少的原因;各季节中,影响春、秋季的主要气象因子为风速、夏季为相对湿度、冬季为温度。

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    临汾盆地黄土沉积记录的MIS3气候变化
    田庆春,尹佳男,郝晓龙
    2022 (1):  10-20.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.02
    摘要 ( 540 )   HTML ( 19 )   PDF(5039KB) ( 305 )  

    关于MIS3阶段的气候问题目前仍没有完全解决,需要更多区域的沉积记录分析。黄土被公认为第四纪气候研究的优秀载体,选择黄土高原东南缘的临汾盆地为研究区,通过对该区黄土沉积物磁化率、全铁、总有机碳和粒度系统研究,结合光释光年代学数据,初步讨论了MIS3阶段临汾盆地气候变化特征。MIS3阶段临汾盆地气候变化可分为3个阶段:56~45 ka BP气候为弱温湿,对应于MIS3c;45~41 ka BP呈现短暂的冷干,对应于MIS3b;41~25 ka BP表现为较强的温湿,对应于MIS3a。MIS3阶段全球气候表现出相对温湿,但临汾盆地在MIS3气候波动与其他地质记录表现出一定差异,造成这种结果的原因可能是在北半球冰盖和地表接收太阳辐射量共同作用下,热量和水分在各区域配置不同,导致各区域间表现出较大的环境差异,具体的耦合机制还需开展进一步研究工作。

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    基于蒸发皿实验的大气水汽氢氧稳定同位素模拟
    雷世军,王圣杰,朱小凡,张明军
    2022 (1):  21-29.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.03
    摘要 ( 356 )   HTML ( 5 )   PDF(4035KB) ( 318 )  

    大气水汽氢氧稳定同位素直接反映了水在大气中输送、混合和相变等过程的关键信息,通过蒸发皿实验可以模拟大气水汽氢氧稳定同位素组成,但模拟方法的可靠性仍需要实测资料的验证。于2019年9—11月在甘肃兰州进行了蒸发皿实验,对逐日大气水汽氢氧稳定同位素进行模拟,同期利用在线大气水汽氢氧稳定同位素分析仪进行实时监测从而对模拟结果的可靠性进行验证。研究发现:(1) 利用自然蒸发状态下的Craig-Gordon线性阻力模型和水体同位素质量平衡方法模拟得到的大气水汽中δ18O与直接测量得到的大气水汽中δ18O之间表现出较好的一致性,均方根误差为4.5‰,平均绝对误差为3.2‰,平均偏差为0.03‰。(2) 大气水汽中δ18O的模拟残差与相对湿度(R2=0.43)、蒸发剩余比(R2=0.39)和剩余水体同位素值(R2=0.39)都具有一定相关性。(3) 模型对相对湿度的敏感性高,在相对湿度较低时模型误差会增大。在实验末期蒸发剩余比偏低和剩余水体同位素富集的情况下,水汽同位素模拟残差相较于实验前期而言更大。

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    阿尔泰山泥炭α-纤维素碳和氧同位素的古环境意义——以黑阳坡泥炭为例
    刘奇,许仲林,张东良
    2022 (1):  30-40.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.04
    摘要 ( 407 )   HTML ( 10 )   PDF(7690KB) ( 77 )  

    常年受西风影响的阿尔泰山是古气候研究的重点区域之一。为探究将阿尔泰山泥炭植物碳和氧同位素(δ13Ccell和δ18Ocell)的现代过程研究直接运用到百年或千年尺度古气候重建中的合理性,在可靠的210Pb、137Cs测年基础上,分析了1962—2017年哈巴河气象站冷季(10月—次年4月)、暖季(5—9月)以及年尺度上气温、降水量、相对湿度与黑阳坡泥炭δ13Ccell、δ18Ocell的相关关系。结果显示:黑阳坡泥炭δ13Ccell与5—8月相对湿度显著负相关(r=-0.52,P<0.05),δ18Ocell与11月—次年1月降水量显著正相关(r=0.49,P<0.05),黑阳坡泥炭δ13Ccell、δ18Ocell变化可以看作分别是5—8月相对湿度和11月—次年1月降水量的代用指标。本研究为阿尔泰山泥炭α-纤维素同位素记录的古气候解译提供了多年尺度的数据支撑,不仅丰富了我国关于泥炭地同位素现代器测的过程研究,也对研究区利用泥炭纤维素同位素开展长时间尺度上古气候定量化研究具有重要意义。

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    河套平原太阳辐射变化特征及其与气象要素的相互影响
    吴霞,姜志伟,蒙荣,李云飞,孙晓涵
    2022 (1):  41-53.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.05
    摘要 ( 1437 )   HTML ( 27 )   PDF(7515KB) ( 212 )  

    根据1961—2017年气候要素资料,采用Hybrid模型估算河套平原日值太阳辐射,并利用线性倾向估计、累积距平、M-K检验、小波分析、交叉小波等方法,分析河套平原地表太阳辐射变化特征,探究其与气象要素的相互关系。结果表明:(1) 近57 a河套平原地面接收太阳辐射年平均值为6030.83 MJ·m-2,以0.3 MJ·(10a)-1的速率呈缓慢减少趋势。(2) 季节特征显著,全年太阳辐射主要集中在夏季,冬季最少,春季辐射以8.59 MJ·(10a)-1速率呈显著上升趋势,夏、秋季辐射均为略微下降趋势,冬季辐射以7.06 MJ·(10a)-1速率呈显著下降趋势。(3) 年突变点在1993年,春季突变点为1972年、1993年,夏季突变点为1967年、1997年,秋季突变发生于2014年,冬季突变于1984年。(4) 河套平原年太阳辐射量振荡主周期为24 a,春夏季均以27 a为主周期,秋季为30 a,冬季辐射主周期为21 a。河套平原太阳辐射与气象要素均存在32 a的共振周期,日照时数与辐射的相关性最大,气温与气压次之,相对湿度与辐射的相关性较小。(5) 气温与太阳辐射在1986—1991年,2001—2006年等多时间尺度上主要呈正相关关系。气压与太阳辐射在1976—1981年存在正相关关系。相对湿度与太阳辐射在8~16 a和16~32 a两个共振周期存在负相关。日照时数与太阳辐射存在显著正相关关系,分别在1973—1981年、1986—1995年、1997—2005年左右存在两者共振高值能量区。

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    应用气候
    全国降水天气现象平行观测对比分析
    马宁,任芝花,王妍,刘娜,曹宁
    2022 (1):  54-63.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.06
    摘要 ( 456 )   HTML ( 8 )   PDF(3729KB) ( 214 )  

    采用2017-08—2018-08全国2363个气象站降水现象平行观测对比观测数据,分别从数据完整性和准确性方面对雨、雪、毛毛雨、冰雹、雨夹雪5种降水现象自动观测数据进行了对比分析。结果表明:(1) 雨、雪、毛毛雨现象的过程捕获率最高,分别为66.9%、69.2%、50.1%,冰雹的小时捕获率最高,为51.8%,雨夹雪的各捕获率指标均较低。(2) 毛毛雨的漏报率最高为65.9%,雪的漏报率次之为35.6%,冰雹的漏报率最低为16.2%;毛毛雨、雨的错报率较低,雨夹雪和冰雹的错报率较高,毛毛雨、冰雹错报为雨的比例较高,雨错报成毛毛雨的比例较高,雪错报成毛毛雨和雨的比例较高,而雨夹雪则常常是毛毛雨、雨、雪交替出现;毛毛雨和冰雹的空报站点较多。(3) 降水现象仪对降水现象的识别可达到分钟级,但与人工观测降水现象相比,存在漏报、错报和空报情况,需要在气象站数据采集端进行质量控制,不断优化降水现象识别算法,并结合其他天气要素进行降水现象综合判识,以提高仪器对降水天气现象的捕获率,降低漏报率、错报率和空报率。

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    青藏高原东北侧暴雨数值模式预报空间误差特征
    张君霞,孔祥伟,刘新伟,王勇
    2022 (1):  64-74.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.07
    摘要 ( 386 )   HTML ( 6 )   PDF(3896KB) ( 173 )  

    利用2019—2020年5—9月ECMWF(European Center for Medium-Range Weather Forecast)、GRAPES-GFS(中国气象局GRAPES全球数值预报业务系统,Global/Regional Assimilation and Prediction System-Global Forecast System)大尺度数值模式36 h预报时效的24 h降水量预报和加密降水观测资料,基于CRA空间检验技术识别、分离青藏高原东北侧暴雨目标(ECMWF模式18个,GRAPES-GFS模式11个),定量分析了两种模式对暴雨预报的空间误差(落区、强度和形态误差)特征,总结大尺度数值模式在青藏高原东北侧暴雨预报中的适用性。结果表明:(1) 两种模式的降水预报形态误差占比均最大。ECMWF预报的强度误差占比最小,落区误差次之,而GRAPES-GFS的落区误差占比最小,强度误差次之。(2) 两种模式预报的暴雨落区位置均较实况偏西偏北。暴雨大值中心ECMWF偏西偏南,而GRAPES-GFS仅偏西。(3) 对暴雨雨区面积的预报两种模式均明显偏小,容易造成暴雨漏报,对最大降水量和平均雨强的预报GRAPES-GFS模式均偏弱超过40%,ECMWF预报的平均雨强偏弱11.49%,最大降水量偏强1.47%。(4) 两种模式对甘肃陇东南地区和陕西西南部的暴雨预报效果较好,而对陕北及宁夏等偏北地区的预报效果较差。

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    基于MCI的新疆近60 a干旱时空特征分析
    吴秀兰,段春锋,玛依拉·买买提艾力,张婧莉,张太西
    2022 (1):  75-83.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.08
    摘要 ( 599 )   HTML ( 19 )   PDF(6434KB) ( 258 )  

    利用新疆99个气象站点1961—2020年逐日气象数据,根据最新修订的《气象干旱等级》国标,计算各站点1961—2020年逐日气象干旱综合指数序列(MCI)。利用相关分析、线性趋势、突变检验、EOF等方法,分析了近60 a新疆干旱强度的时空变化特征。结果表明:(1) 新疆MCI监测结果与降水距平百分率、干旱灾情记录具有较好的一致性。(2) 干旱程度在1987年前后发生突变,1988年以来新疆干旱整体偏轻,春、夏、秋各季节干旱程度均呈显著减弱趋势。空间上以天山为界,基本呈现为北疆重于南疆,牧区重于农区。(3) 春季全疆干旱较重,夏季南北疆偏西地区干旱强重,秋季全疆干旱整体较轻。(4) EOF展开的第一模态反映了全区干旱变化的平均状态,第二模态反映出南北疆干旱呈反相位变化的空间分布特征。近60 a新疆干旱强度时空变化整体上存在一致性,局域又存在差异性。

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    2020年新疆南部区域干热风精细化特征分析
    张祖莲,毛炜峄,姚艳丽,张山清,顾雅文
    2022 (1):  84-93.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.09
    摘要 ( 484 )   HTML ( 12 )   PDF(4114KB) ( 252 )  

    利用2020年5—7月中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS)的5 km×5 km小时再分析数据,结合2020年新疆南部小麦种植区的作物发育期资料,细化了基于小时气象要素的干热风定义,整理出区域内每个格点精确到小时的干热风数据,分析了新疆南部区域的轻、中、重度高温低湿型和旱风型干热风精细化特征。结果表明:(1) 新疆南部区域的轻、中、重度高温低湿型和旱风型干热风的格点平均日数分别为31.0 d、13.8 d、10.7 d和3.6 d;格点平均小时数分别为151.2 h、54.6 h、41.2 h和11.3 h。若羌、哈密和吐鲁番盆地是干热风日数、小时数和干热风综合强度等指标高值区。(2) 区域高温低湿型干热风平均时数≥6.5 h的高发日集中在6月下旬、7月上旬和中旬。区域旱风型干热风平均时数≥4.0 h高发日主要出现在5月、6月中旬和7月上旬。在每天的18:00高温低湿型干热风落区面积最大,19:00旱风型干热风落区面积最大。(3) 新疆南部区域,轻、中、重度高温低湿型和旱风型干热风过程平均次数分别为12.7次、7.9次、5.7次和2.5次,干热风过程最长持续日数平均值分别为8.4 d、3.5 d、2.7 d和1.2 d。该区域的干热风范围广、过程次数多、过程持续日数长,干热风防御需引起足够重视。

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    2套气象数据在资料缺乏地区的适用性评估——以呼图壁河流域为例
    孙铭悦,吕海深,朱永华,林瑜,张梅洁
    2022 (1):  94-103.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.10
    摘要 ( 370 )   HTML ( 8 )   PDF(5114KB) ( 241 )  

    在无资料地区,降水、气温等观测资料缺乏,影响洪水预报的准确性,进而影响防汛抗旱、水资源规划等工作的开展。因此,研究无资料地区已有降水、气温数据的适用性分析十分必要。应用包含融雪径流模拟的HBV模型,在呼图壁河流域石门水文站以上区域,基于模拟出的融雪洪水径流与实测径流对比,分别对中国地面降水与气温日值0.5°×0.5°格点数据集和气象站观测数据集进行了对比分析及其融雪型径流模拟的适用性分析。结果表明:格点数据驱动下水文模型的融雪径流模拟效果总体优于利用站点观测数据驱动的水文模型。格点数据驱动下水文模型模拟融雪径流的Nash系数在验证期为0.792,站点数据驱动下水文模型模拟融雪径流的Nash系数在验证期为0.433。同时分析了呼图壁河流域融雪洪水的一些特征,并结合驱动数据的不同,分析了模拟融雪径流出现误差的可能原因,为如何提高具有融雪特征的无资料地区融雪型洪水预报准确性提供支撑。

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    关中平原极端降水时空变化及其与大气环流的关系
    丁莹莹,邱德勋,吴常雪,穆兴民,高鹏
    2022 (1):  104-112.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.11
    摘要 ( 541 )   HTML ( 11 )   PDF(3754KB) ( 459 )  

    基于关中平原13个气象站1957—2019年逐日降水资料,运用一元线性回归、Pearson相关分析和小波相干分析等方法,计算各极端降水指数,分析其时空变化特征,探讨极端降水与大气环流的关系。结果表明:(1) 在时间上,除极端降水强度以0.007 mm·d-1·(10a)-1速率的上升外,其他极端降水指数均呈下降趋势,其中年均极端降水总量(PRCPTOT)下降最快,下降速率为-5.528 mm·(10a)-1,并且各极端降水指数均无显著突变点。(2) 在空间上,极端降水指数南高北低,空间差异显著。(3) 反映大气环流的南方涛动指数(SOI)对极端降水影响最为显著。SOI越大,关中平原越易出现少雨现象。本研究可为关中平原洪水灾害防治提供科学理论依据。

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    水土资源
    气候变化下的塔里木盆地西南部内陆河流域径流组分特征分析
    孙从建,陈伟,王诗语
    2022 (1):  113-122.  doi: 10.13866/j.azr.2022. 01.12
    摘要 ( 512 )   HTML ( 22 )   PDF(3052KB) ( 503 )  

    气候变化对中亚高山区水循环影响显著,加剧了区域水资源供需矛盾。认识区域内陆河径流组分特征对于水资源管理具有重要意义。基于塔里木盆地西南部提孜那甫河流域过去60 a(1957—2016年)的气象、径流数据,分析了区域气候变化特征及径流组分的响应。结果表明:(1) 过去60 a来,流域气温及山区降水呈现出明显的上升趋势,自2010年以来区域增温增湿趋势更为明显,这一变化下提孜纳甫河夏、秋季径流呈现显著增长。(2) 径流分割结果显示:冰雪融水、地下水及降水对于年径流的贡献率分别为17%,40%及43%;不同的季节的径流组分差异明显,降水对流域夏季径流的贡献较为显著。作为塔里木盆地西南部典型的内陆河流,未来区域气候变化尤其是降水的变化将会对于提孜纳甫河水资源的可持续利用影响显著。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于多入渗模型的荒漠砂质土壤积水入渗模拟对比
    周宏
    2022 (1):  123-134.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.13
    摘要 ( 450 )   HTML ( 3 )   PDF(4313KB) ( 140 )  

    包气带土壤水分入渗在水文循环中起着至关重要的作用,深入了解降雨-积水-入渗过程的相互关系对评估荒漠环境下土壤水分补给和降水再分配具有重要意义。本研究以自然沙丘的丘间低地为研究对象,通过土壤剖面入渗原位观测试验。采用Kostiakov、Green-Ampt、Philip入渗模型和Hydrus-1D、Hydrus-2D/3D水文模型模拟了土壤水分垂直入渗过程,旨在寻求土壤积水入渗可接受的方法。模拟与实测结果比较表明:综合考虑平方和误差、均方根误差等验证指标,Philip模型能够预测砂土入渗率、累积入渗量和湿润锋推进过程,并且整个湿润区,Hydrus-3D模拟土壤含水量的效果明显优于Hydrus-2D,RMSE均值和R2系数分别达到了0.018 cm3·cm-3和0.93。综上所示,Philip与Hydrus-3D模型结合可有效地估算砂土积水入渗参数和模拟水分传输过程,进而提高土壤水分入渗研究效率。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    土中水膜厚度变化规律及未冻水含量预测方法
    万旭升,颜梦宇,路建国,晏忠瑞
    2022 (1):  135-143.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.14
    摘要 ( 518 )   HTML ( 12 )   PDF(4624KB) ( 208 )  

    未冻水含量改变直接影响冻土的热力学及变形特性,也是水热数值计算的关键条件。为了探究未冻水含量变化规律,首先采用等效粒径表征土颗粒粒径分布,将土体简化成等效粒径球状堆积体系。其次考虑简单立方堆积和立方最密堆积平均的堆积方式,基于多孔介质预融理论,提出土中未冻水含量的计算方法,并通过试验数据验证其合理性。最后分析了杂质密度以及有效粒径大小对水膜厚度以及未冻水含量的影响。研究结果表明:土颗粒表面电荷密度引发的自由能对水膜厚度的改变极易受杂质浓度的影响,随着浓度增大,土颗粒表面电荷对水膜的影响越来越小。土中液态水含量主要由土颗粒表面水膜厚度变化来决定,当等效颗粒减小时,通过间隙水求解的未冻水体积比例逐渐增大,并且在较低浓度时发挥更大作用。对于较大颗粒土,未冻水含量模型预测效果好。当粉质黏土、黄土、砂土等效粒径分别缩小0.28、0.3、0.36倍时,未冻水体积含量计算结果与试验值吻合较好。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    塔里木河下游河段耗水特征与输水方式演变研究
    周龙,杨鹏年,王永鹏,艾力西尔·库尔班,王光焰
    2022 (1):  144-154.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.15
    摘要 ( 950 )   HTML ( 20 )   PDF(3355KB) ( 270 )  

    采用水量平衡法、实地勘查和遥感影像数据相结合的方式,阐述了生态输水后河道输水方式变化对河床渗透性能演变、不同输水方式下水环境响应特征;分析了输水后塔里木河下游河道的耗水率和河床透水性规律以及生态闸后近自然漫溢下的MNDWI变化特征。结果表明:(1) 持续输水河道的波涌灌效应会增强,减少对地下水补给量;(2) 以库木吐格为代表的生态闸后的随机化输水,缺乏合理调控,形成了常流水河段,导致部分区域地下水位过高,潜水蒸发量增加;(3) 以博孜库勒为代表的近自然方式下的沟汊漫溢对该区域地下水位及植被恢复起到了重要作用,但随着输水沟汊的固化与积水面的形成,出现由旱区植被向以芦苇为代表的湿地植被景观演化的现象,导致水面蒸发量增加;(4) 缺乏调控下的生态闸与近自然方式下输水均产生了一定面积的水域和湿地植被。对地处干旱的塔里木河流域来说,应遵循河流伦理的要求,通过人工干预下的调控输水,采用汊河轮渗与漫溢相结合的输水方式,不仅可提高下泄水量的利用效率,进一步扩大生态修复区域,而且可实现对不同恢复目标区水量耗散的调控,达到植被恢复面积的最大化。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    和田地区地下水中氟的分布特征及形成过程
    时雯雯,周金龙,曾妍妍,孙英
    2022 (1):  155-164.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.16
    摘要 ( 612 )   HTML ( 11 )   PDF(5653KB) ( 221 )  

    和田地区位于新疆西南部,气候干燥,降水稀少,地下水是和田地区重要的饮用水源,查明和田地区地下水中氟的分布及成因对人体健康具有重要意义。基于新疆和田地区2002—2018年217组浅层地下水水质检测结果,运用GIS技术、数理统计法、Gibbs图及水文地球化学模拟等方法研究和田地区浅层地下水中氟的时空分布特征及形成过程。结果表明:研究区地下水中氟的变化范围为0.05~16.95 mg·L-1,均值为1.38 mg·L-1,超标率高达36.1%。水平方向上高氟地下水呈小范围零星分布;垂直方向上随井深的增加氟含量呈下降趋势。随时间的增加地下水氟含量呈增加趋势。地下水中的氟与水化学环境具有一定的关系,高碱度和HCO-3浓度会增加氟化物在地下水中的溶解度。除水文地质条件及水化学环境外,强烈的蒸发浓缩作用、水-岩相互作用及阳离子交替吸附作用控制着地下水系统中氟的迁移和富集过程。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    水分对尕海湿地退化演替土壤氮矿化的影响
    宋良翠,马维伟,李广,龙永春,常文华
    2022 (1):  165-175.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.17
    摘要 ( 311 )   HTML ( 9 )   PDF(6325KB) ( 179 )  

    水分是湿地土壤氮矿化过程的主要调控因子,对于湿地土壤中氮素循环过程具有重要作用。以甘南尕海湿地为研究对象,设置4个退化程度(未退化UD、轻度退化LD、中度退化MD和重度退化HD)和4个田间持水量(20% FC、40% FC、60% FC和80% FC),通过室内49 d的好气培养,测定各处理条件下湿地土壤在0~10 cm土层的土壤氮矿化特征。结果表明:(1) 在各水分条件下,随着培养时间的延长,4种退化程度土壤氨化速率、硝化速率和净氮矿化速率均呈先增大后减小的趋势。(2) 土壤净氮矿化量均值随水分的增加先增大后减小,60% FC条件下,各退化程度土壤净氮矿化量均值变化范围为34.91~44.94 mg·kg-1,较20% FC、40% FC和80% FC分别高出22.31~30.29 mg·kg-1、10.91~19.84 mg·kg-1、8.57~19.50 mg·kg-1。(3) 土壤净氮矿化量均值和净氮矿化速率均值均随湿地退化程度的增加而减小。适宜水分有利于土壤氮矿化,而水分过高不利于土壤氮矿化;同时,湿地退化降低了土壤氮矿化。

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    新疆干旱区作物体系土壤温室气体排放对覆膜的响应
    王旭阳,李典鹏,孙涛,孙霞,贾宏涛,李君,李新虎
    2022 (1):  176-184.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.18
    摘要 ( 365 )   HTML ( 8 )   PDF(5086KB) ( 191 )  

    覆膜是干旱区农田提高作物产量的有效途径,在农业生产中被广泛应用,探究不同作物体系下,土壤温室气体排放对覆膜的响应,对于农田温室气体减排具有重要意义。采用小区试验,对玉米和棉花小区内的覆膜与未覆膜土壤(MM、MN、CM、CN)的温室气体排放量进行原位观测。结果表明:(1) 覆膜显著增加了土壤温度与含水量(P<0.05)。覆膜处理(MM、CM)土壤CH4排放次数大于未覆膜处理(MN、CN),2种体系中CH4排放通量最高出现在MM与CM处理,分别为63.47 μg·m-2·h-1和16.67 μg·m -2·h-1。(2) N2O最高排放通量分别为MM(616.70 μg·m-2·h-1)与CN处理(244.92 μg·m -2·h-1)。(3) 玉米和棉花小区土壤CO2排放通量最大值分别出现在7月(505.93 g·m-2·h-1)和6月(848.32 g·m-2·h-1),之后均呈下降趋势。(4) 土壤含水量对MM与CM处理的CH4、N2O和CO2排放均产生了显著影响(P<0.05)。(5) 土壤温度对MM处理CH4排放具有显著影响,MM与CM处理的N2O排放与土壤温度显著正相关,各处理CO2排放均与土壤温度呈显著相关关系(P<0.05)。作物种类与地膜覆盖对CO2排放产生了交互作用。(6) MM与MN处理土壤的增温潜势(GWP)显著高于CM与CN处理,增加量为61.83%~74.63%。农田土壤温室气体排放受覆膜和作物的综合影响,膜下土壤温室气体排放对水热因子的响应强于未覆膜土壤。

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    植物与植物生理
    新疆荒漠一年生植物区系组成、分布及资源类型
    杜佳倩,刘彤,王寒月,赵文轩,王杰,徐文斌
    2022 (1):  185-209.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.19
    摘要 ( 851 )   HTML ( 27 )   PDF(825KB) ( 529 )  

    荒漠一年生植物生长速度快、繁殖力强,具有重要的饲用、药用和生态价值。通过文献资料与标本采集信息的考证和野外调查,明确了新疆荒漠一年生植物的物种数量、分布特征及资源类型。结果表明:新疆荒漠一年生植物共有236种,隶属于20科109属,其中藜科为优势科,猪毛菜属为优势属。科可划分为4个分布区类型,以世界广布科为主,占总科数的65%;属可划分为9个分布区类型、8个变型,以温带分布属为主,占总属数的77.98%。在主要荒漠类型中,沙质、砾质和盐质荒漠中一年生植物分别有126种、96种和51种,分别占总种数的53.38%、40.67%和21.61%。在这些物种中,具有饲用和药用价值的资源分别有51种和55种,其中藜科和菊科植物占优势;具有重要生态价值的冬季一年生植物有64种,主要集中在十字花科、禾本科、菊科和紫草科。

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    氮添加对新疆野苹果幼苗枝叶大小的影响
    华兆晖,陶冶,闫景明,周晓兵,张静,张元明
    2022 (1):  210-219.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.20
    摘要 ( 352 )   HTML ( 9 )   PDF(2833KB) ( 115 )  

    新疆野苹果(Malus sieversii)是全世界栽培苹果的祖先之一,也是我国重要的战略性植物种质资源,但目前其种群退化严重,对新疆野苹果进行保育需要了解其对氮添加的响应。对不同水平氮添加处理的新疆野苹果幼苗小枝的枝叶大小性状进行单因素方差分析以及异速生长分析,以探明新疆野苹果对氮添加处理的响应,为种群恢复提供理论基础。结果表明:(1) 中氮处理对小枝茎的伸长有显著促进作用,且显著降低了野苹果叶面积比率以及叶茎质量比;高氮处理显著降低了野苹果的出叶强度。(2) 氮添加对新疆野苹果枝叶之间的增速以及分配格局的影响不是体现在生物量上,而是体现在枝叶形态上,枝长-总叶面积和枝长-叶片数量性状对低中氮处理曲线的增速显著性增长。低、中氮处理组更偏向生长更多叶面积较小而轻的叶片,而高氮处理下的变化趋势不同于低、中氮处理。(3) 适当添加氮肥可改善枝叶生长状况和枝叶功能性状相互关系,建议在开展野苹果幼苗原生境移植过程中,考虑生境之间的养分差异并进行针对性氮肥添加。

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    巴丹吉林沙漠南缘沙地芦苇种群生态特征
    刘鑫,焦健,王婷,张玲豫,李朝周
    2022 (1):  220-229.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.21
    摘要 ( 620 )   HTML ( 5 )   PDF(5425KB) ( 136 )  

    对天然分布在巴丹吉林沙漠南缘2种沙地生境(盐渍沙地、普通沙地)芦苇(Phragmites australis)分株种群的构件特征、种群年龄结构、动态特征及种群空间分布格局进行调查,研究表明:(1) 盐渍沙地土壤含水量和含盐量都显著大于普通沙地,普通沙地芦苇的株高、生物量以及各构件的生物量整体上都高于盐渍沙地的芦苇,土壤含水量和含盐量是该地区芦苇形态特征差异的重要驱动因素。(2) 不同生境样地因土壤条件及种间竞争程度的差异,芦苇种群呈现出不同的年龄结构以及数量动态变化,普通沙地芦苇种群趋向于衰退型,盐渍沙地芦苇种群表现为增长型。(3) 普通沙地中芦苇种群空间分布格局在0~4 m尺度上表现为聚集分布,在大于4 m的尺度上表现为随机分布;盐渍沙地的函数值基本都在2条包迹线之间,在0~10 m的尺度内均为随机分布。

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    断根与IBA处理对沙冬青根系质量及幼苗生长的影响
    王晶晶,闫海冰,王紫瑄,解甜甜,杨秀清
    2022 (1):  230-239.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.22
    摘要 ( 527 )   HTML ( 3 )   PDF(3630KB) ( 329 )  

    为解决沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)主根长、毛细根少,育苗生根困难、移栽成活率低的林业技术难题,该研究对不同发育程度沙冬青幼苗进行不同强度断根与不同浓度激素处理(IBA)添加,促根培养后测定并分析不同组合处理对沙冬青幼苗根系形态、根系质量及幼苗生长的影响,以探究沙冬青促根成活关键措施,为沙冬青育苗及造林技术提供基础依据。结果表明:(1) 断根可促进沙冬青多主根的发生,以及侧根、根总量、幼苗地上地下部分生物量、根冠比、根系活力和根系阳离子交换量(CEC)的增加。其中,幼苗根长达1.5~2.0 cm时断根尖0.5 cm(F2)处理显著促进侧根数、根尖数、分支数、苗木质量指数和根系活力的增加,且根系活力达到断根处理的峰值(较对照显著提高137.70%);根系CEC在根长达4.5~6.0 cm时断根长1/2(T3)处理时最佳。(2) 断根后激素的促根及幼苗生长作用进一步提高。其中,根长1.5~2.0 cm时断根尖0.5 cm+0.075 mg·L-1 IBA/0.125 mg·L-1 IBA(即P3、P4)处理后根系形态指标(除平均根长外)、根系CEC显著大幅增加;P4处理后幼苗鲜重、根干重、根冠比、苗木质量指数和根系活力最高。P3处理下根中可溶性糖、NSC含量较对照显著增加26.04%和29.07%,根可溶性蛋白含量在P4处理下达到峰值(13.27 mg·g-1)。适当断根与IBA添加可通过改变根系形态和提高根系活力一定程度上促进沙冬青根系吸收和养分存储,进而提高根系质量和幼苗生长潜力。

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    盐碱地食叶草细根对干旱复水后的响应
    郑旭,杨志鑫,郝东梅,王润润,李鲁华,张凤华,王家平
    2022 (1):  240-249.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.23
    摘要 ( 469 )   HTML ( 6 )   PDF(4606KB) ( 157 )  

    盐生植物灌溉周期合理制定是对提高干旱区水资源利用效率的关键因素。以食叶草(Rumex hanus by.)细根(d≤1 mm)为研究对象,采用干旱-复水方法,测定复水后不同时间食叶草细根总根长、根尖数、平均根直径,研究根系增长率、死亡量、根寿命和周转率的变化特征,为制定最佳灌溉周期提供参考依据。结果表明:根长和根尖数在复水后7 d增长幅度最大,10~15 d增长幅度减弱。细根增长率(RER)在复水后第4 d达到最大,第10 d出现显著下降(P<0.05),在不同土层(0~20 cm和20~40 cm)和根系直径(0~0.5 mm和0.5~1.0 mm)之间均有极显著差异(P<0.001)。细根净生产量(NRP)与RER二者均呈现先增长后降低的规律。复水后15 d,0~20 cm土层和20~40 cm土层的细根存活率分别为3.6%和16.9%,0.5~1.0 mm直径的细根存活率高于0~0.5 mm细根。研究表明复水后细根中位寿命在8.09~13.83 d,20~40 cm土层细根寿命显著高于0~20 cm土层(P<0.05)。食叶草细根通过增加20~40 cm土层中0.5~1.0 mm细根应对和适应干旱及复水,从而达到生存目的。综合考虑食叶草生长和农业水资源供给情况,在夏季盐碱地食叶草最佳灌溉周期为10 d。

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    生态与环境
    气候变化及景观格局与生态系统碳储存的耦合关系——以祁连山为例
    王让会,赵文斐,彭擎,刘春伟,周丽敏,田畅
    2022 (1):  250-257.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.24
    摘要 ( 600 )   HTML ( 11 )   PDF(3539KB) ( 236 )  

    气候变化及景观格局与生态系统的结构、功能及动态变化密切相关。祁连山生态系统(QLME)是中国重要的生态功能区,基于多元数据,运用遥感及GIS技术,结合InVEST 及GeoSOS-FLUS模型,探索CSET与方法,实现对QLME碳储存的估算。定量估算及分析表明:(1) 不同景观类型背景下QLME碳储存具有明显的时空差异性,QLME碳储存最高为草地及林地景观,其次为裸地,而耕地、湿地、建设用地以及农村居民点景观的碳储存较小。1985—2018年间,QLME碳储存变化总体呈增长趋势,增加了4805.95×104 t,年增长率为38.43%。(2) 草地景观碳储存占研究区50%以上,其碳储存呈先增后减趋势,林地景观碳储存占总碳储存的11.31%~36.16%,变化幅度较大。(3) 基于未来RCP4.5及RCP8.5气候变化情景,QLME碳储存趋于增加,2050年平均碳储存量为3813.38 t·km-2,较2018年增长了8.69%。该研究对于进一步认识碳循环规律及其生态系统稳定性具有重要意义。

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    新疆生态脆弱性时空演变及驱动力分析
    孙桂丽,陆海燕,郑佳翔,刘燕燕,冉亚军
    2022 (1):  258-269.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.25
    摘要 ( 617 )   HTML ( 18 )   PDF(7918KB) ( 142 )  

    生态脆弱性评价是了解区域生态状况的重要途径,科学评估生态脆弱性等级及变化对区域生态保护与建设,实现区域可持续发展具有重要意义。研究利用SRP模型构建新疆生态脆弱性评价指标体系,结合空间主成分分析方法构建生态脆弱性指数评价模型,分析新疆生态脆弱性时空演变特征。结果表明:(1) 2000—2018年,新疆生态敏感性整体为中度敏感,呈现东南高西北低,主要受景观破碎度和土壤侵蚀程度影响;生态恢复力受植被覆盖度影响较大,整体呈西北高、东南低,变化幅度小,恢复力较弱;生态压力大致呈南、北部的山区和中部绿洲区、山区高、东南低,主要影响因子是人均GDP、农业依赖度和人口密度。(2) 2000—2018年新疆生态脆弱性整体处于中度脆弱到重度脆弱。南、北部植被覆盖度低的地区生态脆弱等级较高,中部高海拔林草丰富地区生态脆弱性等级相对较低;2000—2018年新疆生态脆弱性综合指数呈现先增长后降低趋势。(3) 生态脆弱性主要驱动力方面,人为活动因子的农业依赖度、人口密度、土地垦殖率,自然环境因子的生境质量指数、景观破碎度、景观恢复力指数和年均降水量7个指标是新疆2000—2018年生态脆弱性变化的主要单因子;生境质量指数、景观恢复力指数、景观破碎度指数、植被覆盖率的变化与区域人类活动的相互作用是促使新疆生态脆弱性的主要驱动力。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    新疆草地生态系统健康评价体系构建
    陈春波,彭建,李刚勇
    2022 (1):  270-281.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.26
    摘要 ( 688 )   HTML ( 18 )   PDF(4927KB) ( 403 )  

    草地是重要的陆地生态系统类型,草地生态系统健康评价是干旱区草地健康研究的重要组成部分。新疆位于中亚干旱区,典型的“山盆”地形结构孕育的天然草地具有鲜明的垂直地带性,又因水热组合差异形成了丰富多样的草地类型,这使得新疆草地生态系统健康评价成为一项系统的复杂工作,急需构建适用于新疆的草地生态系统健康评价体系。本研究以新疆草地生态系统为研究对象,构建新疆草地生态系统健康评价总体框架,从数据来源与评价方法阐述了新疆草地生态系统健康评价体系。基于草地样方、生物气象与多源遥感数据建立草地生态系统基础数据库,针对草地健康评价方法,明确评价目标,确定评价区域与参照系统,进而筛选评价指标,最后通过选择评价方法开展草地健康评价,采用四分法将评价结果划分为健康、亚健康、警戒与崩溃。采用该体系在新疆和田地区民丰县开展草地生态系统健康评价,结果显示围栏内的温性荒漠类草地处于健康状态,围栏外的温性荒漠类草地为亚健康状态。通过构建新疆草地生态系统健康评价体系,能够为基层草原部门开展草地生态健康评价提供参考,促进草地可持续发展。

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    疏勒河中游湿地景观时空演变及其影响因素
    王毓芳,赵成章,曾红霞,康满萍,赵婷婷,唐玉瑞
    2022 (1):  282-291.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.27
    摘要 ( 538 )   HTML ( 29 )   PDF(6680KB) ( 188 )  

    湿地景观格局能够反映湿地类型的面积变化和空间分布特征,其时空演变有助于理解干扰因子与湿地生态过程之间的作用关系。选择疏勒河中游的库塘湿地、永久性河流湿地和内陆盐沼等5种湿地类型,采用景观格局分析法和主成分分析方法,研究了湿地类型面积、景观指数时空演变及其影响因素。结果表明:(1) 1987—2017年疏勒河中游湿地总面积减少了477.24 km2,其中库塘湿地、永久性河流湿地和内陆盐沼面积分别减少了50.99%、53.28%和35.78%,草本沼泽和沼泽化草甸面积增加了175.26%和21.89%。(2) 各湿地在景观水平和类型水平上,斑块密度和景观形状指数呈现波动增大趋势,湿地景观斑块趋向破碎化和零散分布。(3) 2017年人口、耕地较1987年分别增加了1.2倍和1.5倍,社会经济发展主要指标对湿地面积变化的解释度为68.89%,气候因子对其的解释度为22.09%。过去30 a人口增长、耕地扩张和水利工程建设导致了疏勒河中游湿地面积减少和景观破碎化。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    半干旱地区矿区土地利用时空演变与预测
    刘畅,张红,张霄羽,杨国婷,刘勇
    2022 (1):  292-300.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.28
    摘要 ( 483 )   HTML ( 14 )   PDF(2977KB) ( 227 )  

    半干旱地区矿区的土地利用格局在采矿干扰下发生着巨大变化,以全国八大煤炭生产基地之一的山西省大同矿区为研究对象,分析1985—2015年土地利用类型的时空变化以及影响土地利用变化的驱动因子,构建RF(Random Forest,RF)-FLUS(Future Land Use Simulation,FLUS)模型模拟预测半干旱区矿区未来土地利用变化,结果表明:(1) 1985—2015年,矿区的林地、耕地和水域面积减少,草地和建设用地面积增加。(2) 林地、草地分布受气候及距离水系和设施点的距离影响较大;耕地分布受气候、高程及距水域、居民点的距离影响较大;水域分布最重要的影响因子是降水;建设用地分布主要受生产能力和距设施点的距离影响较大。(3) FLUS模型和RF-FLUS模型拟合精度均较高,但RF-FLUS模型比FLUS模型精度更高,更接近实际土地格局变化结果。(4) 根据RF-FLUS模型对矿区2025年土地利用变化预测表明,矿区内林地、草地和耕地均呈下降趋势,下降速率变化不大;水域保持不变,建设用地与其他类型(裸地和未利用地)保持稳定上升的趋势。本研究为探究矿区土地格局复杂动态演变机制、探索小尺度土地资源优化路径、促进区域生态健康发展提供有利的科学依据。

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    其他
    甘肃省农村饮水安全工程运行管理评价
    姜伟,席海洋,程文举,刘芹
    2022 (1):  301-311.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.29
    摘要 ( 356 )   HTML ( 4 )   PDF(3563KB) ( 231 )  

    农村饮水安全工程是实现全面小康的重大民生工程。研究基于统计数据、实地走访和调查问卷,运用熵权法和模糊数学法,对甘肃省农村饮水安全工程运行管理现状进行评价。旨在建立较全面系统且合理长效的评价体系,同时分析目前饮水安全工程运行管理中存在的问题。结果表明:(1) 甘肃省农村饮水安全工程运行管理状况良好,但是省内地区间差异较大,表现为河西5市的评价结果较好,南部各县(市、区)的评价结果相对较差。(2) 对评价等级为“一般”的地区,需要针对政策落实、管理条例更新执行、提升公众维护意识、水管员队伍建设以及供水管道的智能化建设方面进一步优化部署。经过多年的实践探索,甘肃省形成了集中供水工程和分散供水工程并举的特色饮水安全工程建设模式。本研究以期为农村饮水安全工程建设提供切实可行的对策建议,同时也为今后甘肃省乃至全国其他地区的农村饮水安全建设提供技术支撑与科学依据。

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    保护性耕作对陇中旱作麦田蓄水保墒效果和产量的影响
    祁小平,李广,袁建钰,常海刚
    2022 (1):  312-321.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.30
    摘要 ( 349 )   HTML ( 7 )   PDF(6283KB) ( 80 )  

    为探究保护性耕作对陇中黄土高原旱作麦田蓄水保墒效果和产量形成的影响。在连续5 a田间试验的基础上,分析了陇中黄土高原旱作麦田从2019年8月至2020年8月一个耕作周期内,不同耕作措施(传统耕作T、秸秆覆盖TS,免耕NT和免耕秸秆覆盖NTS)对麦田休闲期蓄墒率、水分利用效率、春小麦干物质积累与转运、产量及农艺性状的影响。结果表明:(1) 与处理T相比,NTS处理提高了耕层土壤容重和含水量,提高了旱作麦田播种和收获期土壤蓄水量,使水分利用效率提高了48.18%、休闲期蓄墒率提高了5.70%;(2) NTS处理显著提高了春小麦叶面积指数、延缓了叶片的衰老,相比于TS和NT处理,NTS处理下花后干物质积累量分别提高了67.38%和32.14%,花后干物质贡献率分别提高了12.47%和6.61%;(3) NTS处理优化了产量构成因素、显著提高了春小麦产量,使产量达到了3243.30 kg∙hm-2,比传统耕作(T)产量提高了49.32%;NTS处理改善了春小麦群体结构,显著提高了春小麦根系干重、株高和生物量,降低了根冠比,相关性分析表明水分利用效率、叶面积指数、根系干重的提高是促进小麦增产的重要原因。在本试验条件下,免耕秸秆覆盖是实现陇中黄土高原旱作麦田蓄水保墒及节水增产的最优耕作措施、值得在该地区推广应用。

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    基于3种机器学习方法的农业干旱监测比较
    王晓燕,李净,邢立亭
    2022 (1):  322-332.  doi: 10.13866/j.azr.2022.01.31
    摘要 ( 584 )   HTML ( 15 )   PDF(5795KB) ( 342 )  

    频繁的旱灾对甘肃省经济、农业生产造成严重危害,因此利用先进方法建立准确可靠的农业干旱监测模型对该省防旱减灾十分重要。本文基于随机森林(RF)、BP神经网络和支持向量机(SVM)3种机器学习方法,利用甘肃省2002—2019年4—10月多源遥感数据得到的植被状态指数(VCI)、温度状态指数(TCI)、植被供水指数(VSWI)、降水状态指数(PCI)以及DEM、土壤有效含水量(AWC)和气候类型作为自变量,气象站点以3个月时间尺度的标准化降水蒸发指数(SPEI_3)为因变量,构建3种不同的农业干旱监测模型,分析比较出适用于监测甘肃省农业干旱的最佳模型,同时进一步探究了机器学习方法构建的模型在不同环境下的适用性。结果表明:构建的3种机器学习模型中,随机森林模型的R2平均值高(0.86)且误差小(RMSE为0.40,MAE为0.31),农业干旱的监测效果要优于BP神经网络和支持向量机模型;干燥和湿润两种环境下分别构建的3种机器学习模型在湿润环境中监测能力表现均更优异(R2>0.82),而随机森林模型在两种环境中监测干旱的表现比其他两种模型强。研究结果为甘肃省的农业干旱监测与评估提供了新的科学方法,对农业干旱研究具有重要意义。

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