干旱区研究

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第40卷第10期封面与目录

2023 (10): 0-0.

摘要 ( 71 )

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1960—2020年黄河流域气候生长季时空演变及成因分析

张志高, 孙梓欣, 张秀丽, 郭可欣, 李卓娅, 郝海姣, 蔡茂堂

2023 (10): 1537-1546. doi: 10.13866/j.azr.2023.10.01

摘要 ( 170 )

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基于1960—2020年黄河流域89个气象站点资料，采用Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析和相关分析等方法对黄河流域生长季始期（GSS）、生长季末期（GSE）、生长季长度（GSL）、生长季内≥10 ℃活动积温（AT10）和≥10 ℃活动积温天数（DT10）的时空变化特征及其影响因素进行了分析。结果表明：（1）1960—2020年黄河流域GSS显著提前[-2.04 d·(10a)^-1]，GSE呈推迟趋势[0.85 d·(10a)^-1]，GSL显著延长[2.88 d·(10a)^-1]，但区域差异较大，下游GSS开始最早（2月23），上游最晚（3月30），上游GSE结束最早（10月24），下游最晚（11月30），下游GSL最长为334.03 d，上游最短为297.33 d。（2）近61 a黄河流域GSL的显著延长主要源于GSS的显著提前。（3）近61 a来黄河流域生长季指标存在28 a左右的周期变化，GSS、AT10和DT10于1998年发生突变，GSL于2002年发生突变。（4）黄河流域上、中、下游地区生长季指标变化趋势一致，下游地区变化幅度最大，上游地区次之，中游地区变幅最小。（5）相关分析表明，近61 a来黄河流域GSS提前主要与春季升温有关，GSE延迟主要源于秋季增温，上游和下游地区GSL延长主要源于春季增温，中游地区GSL延长主要与秋季变暖有关。

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基于CMIP6多模式预估数据的石羊河流域未来气候变化趋势分析

戴君, 胡海珠, 毛晓敏, 张霁

2023 (10): 1547-1562. doi: 10.13866/j.azr.2023.10.02

摘要 ( 140 )

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石羊河流域地处我国西北干旱区和季风区边缘，流域内绿洲农业的快速发展导致水资源开发利用程度极高，生态环境脆弱，未来气候变化加剧了流域水资源的不确定性，对粮食安全与经济发展构成威胁。本文基于观测数据，评估第6次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的11个气候模式在石羊河流域的模拟能力，用等距离累积分布函数法对气候数据进行降尺度，得到该流域的未来气候变化趋势。结果表明：（1）CMIP6模式数据在石羊河流域具有良好的适用性，多模式集合平均数据对石羊河流域降水和气温的模拟性能均优于其他模式。（2）未来不同情景下（2023—2100年），流域内降水量、气温和潜在蒸散发量均呈显著上升趋势，且随着辐射强迫增加而增大。（3）未来时期石羊河流域的干燥度指数整体减小，流域气候趋向暖湿化，且民勤盆地是流域内对气候变化最敏感的地区。研究结果对于石羊河流域应对气候变化、保障经济和农业可持续发展具有重要的参考价值。

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秦巴山区夏季NDVI变化特征及其对气候因子的响应

付沙沙, 彭威, 邵爱梅, 蔡迪花, 罗苗欣, 刘兆京

2023 (10): 1563-1574. doi: 10.13866/j.azr.2023.10.03

摘要 ( 127 )

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基于2001—2019年夏季逐月NDVI数据和2—8月气象数据，对秦巴山区NDVI变化趋势、NDVI对气候因子变化的时滞效应进行分析。结果表明：秦巴山区NDVI整体呈增加趋势，极显著增加面积占比最大，为77.1%。NDVI与气温、降水均以正相关为主，且与气温的相关性高于降水。NDVI对气候因子变化的时滞响应存在地域差异，在研究区西部NDVI对气温变化具有及时性，对降水变化以滞后2个月为主；在中部响应时间具有纬度差异，对气温和降水变化由北向南分别以滞后1个月、0个月和0个月、3个月为主；在东北部对气温、降水变化均以滞后3个月为主，在东南部对气温变化具有及时性，对降水变化以滞后3个月为主。本研究为秦巴山区夏季暴雨及其诱发的地质灾害的预警提供参考依据。

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基于ANUSPLIN的黄土丘陵区气象要素插值方法对比与评估

肖旭, 郑诚, 丁成琴, 范陈哲, 白悦江, 林隆超, 闫婷, 高宇, 史海静

2023 (10): 1575-1582. doi: 10.13866/j.azr.2023.10.04

摘要 ( 100 )

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气象要素是反映地球水热过程的关键因子，气象数据的准确获取对生态保护和农业生产研究具有重要意义。黄土丘陵区是典型的丘陵沟壑区，地形严重影响气象要素的插值结果，制约了数据的准确性。为了获取黄土丘陵区的温度、降水的空间分布，探索地形变化对气象空间插值结果的影响，本研究基于专业气象插值软件ANUSPLIN以延河流域及周边2010—2021年105个气象站点逐日温度降雨资料为基础，引入25 m、90 m、1 km三个不同精度的数字高程模型作为协变量进行插值，从而获得黄土丘陵区温度降水栅格数据以揭示该地区降水的时空变化规律，评估ANUSPLIN插值方法是否能在黄土丘陵区较好的适用。结果表明：（1）延河流域东部延长地区温度较高、西部温度较低；降雨量空间插值显示中部与西北部较低，东部较高，温度降雨皆符合以往气象站数据规律，ANUSPLIN模型对黄土丘陵沟壑区温度降雨空间插值有较好的适应性。（2）在三种不同的分辨率DEM模拟场景下，温度插值精度排序为：25 m>90 m>1 km；降雨插值精度排序为：90 m>25 m>1 km。本研究的结果为丘陵区气象分布和插值提供了参考依据。

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疏勒河流域降水变化特征研究

季宗虎, 孙栋元, 牛最荣, 王兴繁, 武兰珍, 马亚丽, 陈彩苹, 崔艳强

2023 (10): 1583-1594. doi: 10.13866/j.azr.2023.10.05

摘要 ( 118 )

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基于疏勒河流域5个水文站1956—2020年逐年及其各月降水数据作为基础资料，采用线性倾向、滑动平均、累积距平、Mann-Kendall突变检验、小波分析等方法，对疏勒河流域降水量年际变化过程及其突变性、趋势性、周期性、持续性及不均匀性和集中度等变化特征进行研究。结果表明：疏勒河流域各站点年降水量呈现不同程度的增加趋势，并且各站点降水量分别呈现不同程度的突变性特征，整个流域近60 a降水在时间尺度上呈现出较不均匀分布，在空间尺度上呈现上游降水多、下游降水少的特性。其中，昌马堡站和党城湾站年降水量增长趋势明显，潘家庄站、双塔堡水库站和党河水库站增长趋势不明显。分析表明，未来一段时间内，流域降水将继续呈现增长趋势。

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托木尔峰青冰滩72号冰川表碛区夏季消融模拟研究

何捷, 王璞玉, 李宏亮, 李忠勤, 周平, 牟建新, 余凤臣, 戴玉萍

2023 (10): 1595-1607. doi: 10.13866/j.azr.2023.10.06

摘要 ( 92 )

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表碛覆盖型冰川在我国西部分布广泛，由于该类型冰川消融区域不同程度的被岩石碎屑所覆盖，消融状况与非表碛覆盖型冰川有较大差异，因此，开展表碛覆盖型冰川的消融模拟研究至关重要。本文以冰面气象数据为驱动，使用表碛覆盖型冰川能量平衡模型对天山托木尔峰青冰滩72号冰川表碛区进行能量和消融模拟。基于热传导过程和能量平衡方程，模型计算了表碛表面温度以及表碛层内部温度，并通过表碛内部温度估算下覆冰的消融量。结果表明： 2008年夏季期间模型模拟的消融量为0.39 m w.e.，与消融花杆数据进行验证取得了较高的模拟精度（R²=0.92, RMSE=±0.03 m w.e.），表碛表面温度和内部10 cm深处温度的模拟值也与实测数据拟合较好（R²分别为0.91和0.60）。在表碛区的能量交换过程中，净短波辐射是唯一的能量收入项，感热通量是最大的能量支出项（49.7%），其次分别为传导热通量（消融耗热）（25.8%），净长波辐射（19.8%）和潜热通量（4.6%），降水热量不足1%。云量对表碛区的气象和能量特征有着显著的影响，阴天条件下表碛区的入射短波辐射峰值从晴天的854 W·m^-2降至587 W·m^-2，下行长波辐射和相对湿度增加，平均消融量比晴天减少了12%。此外，对表碛关键参数的敏感性分析表明，模拟的消融量对导热系数的变化最为敏感，反照率和表面粗糙度的变化量同样不可忽视。

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降雨过程中土壤物理结皮入渗情况及当量孔径的变化研究

刘冠亨, 吴冠宇, 李建德, 王健, 杨琴侠, 薛冬

2023 (10): 1608-1614. doi: 10.13866/j.azr.2023.10.07

摘要 ( 71 )

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土壤物理结皮的孔径的大小直接影响土壤水分下渗和气体交换。因此，本研究通过人工模拟降雨，选择塿土为研究对象，采用微型盘式入渗仪进行入渗试验，研究土壤物理结皮在不同降雨强度下的入渗情况以及孔径变化情况。结果表明：（1）在-0.5 cm压力水头下，结构结皮的吸渗率随着降雨历时先减小，在20 min时增大，沉积结皮的吸渗率随着降雨历时的延长一直减小；（2）两类结皮随着降雨过程的进行，大孔隙（孔径>0.5 mm）占比开始减小，中等孔隙（孔径介于0.3~0.5 mm）占比增加，结构结皮在20 min时小孔隙（孔径<0.3 mm）占比有所减小，沉积结皮中等孔隙的占比在10 min后保持不变；（3）两类结皮的平均孔径均随降雨历时的延长而减小。负压水头增大过程中，土壤结皮有效吸渗能力减小，当土壤结皮发育完全后，吸渗率趋于稳定。

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石羊河下游民勤盆地土壤盐分空间分异特征

刘新, 郝媛媛, 花立民

2023 (10): 1615-1624. doi: 10.13866/j.azr.2023.10.08

摘要 ( 139 )

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明晰土壤盐分空间变异性是土壤盐渍化程度研究和盐碱地改良的前提。本研究选取干旱内陆河流域石羊河下游民勤盆地为研究区，通过对0~30 cm土层土壤盐分原位数据统计学特征、空间自相关性、变异性和分布格局的分析，探讨民勤盆地土壤盐分空间异质性变化规律，以期为研究区土壤盐渍化治理提供理论依据。结果显示：（1）实测土壤盐分含量和变化范围均随土层加深而变小，且均呈偏正态分布。（2）Moran’s I 指数均呈“∽”型波动趋势且值域范围随土层加深而变大，正（负）空间自相关性均随距离的增大而减小（0~10 cm负的空间自相关性相反）。（3）变异函数均以指数模型为最好，R²随土层加深而变大（0.62→0.69→0.81），RSS均是0.0002，C₀/(C₀+C)和A₀变化规律一致，随着土层加深空间异质性由弱到强烈再到中等。（4）插值精度10~20 cm > 20~30 cm > 0~10 cm。3个土层土壤盐分均存在空间分异特性，水平方向（同一土层）上，盐渍化程度均自西南向东北逐渐增加；垂直方向（不同土层）上，分布规律由简单到复杂，从聚集状态（0~10 cm）逐渐趋于斑块化（10~20 cm）和斑点化（20~30 cm）。非盐化土（<1.50%）和4种不同程度盐渍土在3个土层中均有分布，盐渍土面积中度（>70.00%）>强度（约20.00%）>轻度（约9.00%）>盐土（<0.50%）。

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荒漠草原灰钙土与风沙土水分时空特征

杨霜奇, 宋乃平, 王兴, 陈晓莹, 常道琴

2023 (10): 1625-1636. doi: 10.13866/j.azr.2023.10.09

摘要 ( 117 )

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受人为和自然因素干扰，宁夏荒漠草原原生灰钙土经过长期沙化，面积逐渐缩小并形成岛状斑块分布在广大风沙土中。为揭示灰钙土沙化后土壤水分时空特征，于2017—2019年生长季内（5—10月）在宁夏盐池县皖记沟村选取大（200~300 m²）、中（约100 m²）、小（约50 m²）面积各3个斑块，分别开展斑块内部灰钙土与其外围风沙土的含水量对比研究。结果表明：（1）从时间上来看，2017年均匀降雨格局使得全年土壤平均含水量最高；2018年全年降雨量略高于2017年，但集中于春季，夏秋季几乎无降雨事件，导致全年土壤含水量均较低；2019年夏季降雨年型使得土壤平均含水量在夏季最高。（2）0~100 cm剖面内灰钙土含水量随土层深度的增加表现出先增加后减少，10~40 cm土层较高；而风沙土含水量随土层深度的增加而增大，0~20 cm土层土壤含水量远低于20~100 cm。0~20 cm土层灰钙土含水量大于风沙土，20~100 cm土层灰钙土含水量显著小于（P<0.05）风沙土（2018年中小斑块除外）。除大斑块外围风沙土含水量显著大于（P<0.05）中小斑块外，不同大小斑块之间灰钙土含水量无显著差异（P>0.05）。（3）灰钙土0~100 cm土层储水量整体低于风沙土，且同一时间段内变化幅度小于风沙土。当降雨量<16 mm时，两种土壤类型的水分均处于消耗状态；当降雨量在16~25 mm时，灰钙土储水量多于风沙土；但降雨量>25 mm时，风沙土储水量则多于灰钙土。荒漠草原的土壤含水量由降雨量及其分配格局主导，其次是土壤类型。灰钙土和风沙土的含水量不仅在剖面上分布具有明显差异，而且对降雨的响应也有明显的不同。

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冻融作用对黄河源区曲流河岸土体抗剪特性的影响

刘国松, 朱海丽, 张玉, 刘亚斌, 李国荣

2023 (10): 1637-1643. doi: 10.13866/j.azr.2023.10.10

摘要 ( 83 )

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河岸带土体的抗剪性能直接影响河岸稳定性，冻融作用对高寒草甸土体的结构和抗剪力学特性的影响直接关系到黄河源区河岸的崩退频率和横向迁移。为探究冻融作用下，黄河源区曲流河岸带含根土体抗剪强度指标的变化规律及其产生机制，通过室内重塑土冻融直剪试验，开展不同含根量和冻融循环次数对土体抗剪强度指标的影响研究。结果表明：（1）植物根系能显著增强土体黏聚力，且随根系含量增加，黏聚力增幅可达2.7%~77.9%；内摩擦角随含根量变化不明显；（2）冻融循环具有削弱土体黏聚力的作用，尤其冻融循环初期。3次冻融循环条件下，黏聚力下降最大，下降幅度达19.0%；随着冻融循环次数增加，其变化基本趋于稳定，内摩擦角则随冻融循环次数增加呈现略微增大的趋势；冻融作用对含根土体抗剪强度指标的影响较素土小，在同等冻融次数条件下，含根试样黏聚力降低幅度较素土试样小。（3）草甸植物根系能够在一定程度阻隔土体温差变化，减缓土体黏聚力下降幅度，且随含根量增加而增强，含根量达到11%时，其对土体黏聚力的削弱作用较素土小4.2%~27.7%。因此,黄河源区河岸带应加强保护滨河草甸植被，最大限度发挥根系增强河岸稳定性作用，保护河流生态。

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干旱对中国北方草原总初级生产力影响的时滞和累积效应

乌日娜, 刘步云, 包玉海

2023 (10): 1644-1660. doi: 10.13866/j.azr.2023.10.11

摘要 ( 127 )

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近年来随着全球变暖，干旱事件的增加对植被的光合作用产生更加重要的影响，同时也严重影响了陆地生态系统的平衡。本文基于标准化降水蒸散指数(SPEI base v.2.7)和总初级生产力数据集（GOSIF GPP）研究了干旱对中国北方草原GPP的累积和时滞效应，利用Sen’s斜率、Mann-Kendall(MK)趋势检验、Mann-Kendall突变检验研究了GPP和SPEI在研究期内的时空变化，利用Pearson相关分析方法探究了干旱对北方草原GPP的累积和时滞效应。结果表明：（1）2001—2020年期间北方草原多年平均GPP呈现东北地区高、西南地区低的空间分布格局，多年平均SPEI呈现东北地区低、西南地区高的空间分布格局，且SPEI和GPP的年平均值都随时间变化呈现上升趋势。（2）干旱对北方草原84.99%的区域有累积效应，最长累积时间尺度主要集中在3~4个月，覆盖北方草原的39.82%；干旱对北方草原63.11%的区域有滞后效应，且主要发生在7个月，覆盖北方草原的19.73%。（3）通过对比不同水分条件下二者的变化趋势，发现干旱对草原GPP的累积效应强于时滞效应。

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不同坡向雪岭云杉天然更新影响因素分析

王冠正, 常顺利, 王建萍, 张毓涛, 孙雪娇, 李翔

2023 (10): 1661-1669. doi: 10.13866/j.azr.2023.10.12

摘要 ( 105 )

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为了解不同坡向环境因子对雪岭云杉林天然更新的影响，在天山北坡中段同一海拔雪岭云杉林的阴坡、半阴坡、半阳坡、阳坡设置系列样方开展调查，构建不同坡向环境因子-更新指数结构方程模型，根据各坡向环境特征分析云杉幼苗存活现状与环境因素间的关系。结果表明：（1）半阴坡和半阳坡更适宜幼苗的存活和生长，二者更新指数(0.065、0.057)显著高于阴坡和阳坡；（2）凋落物对雪岭云杉更新有双重作用，凋落物未分解层过厚不利于更新，丰富的有机质可促进土壤形成高氮环境，有利于林下幼苗更新；（3）不同坡向环境因子对更新指数的作用强度依次为：全氮含量（0.60）>成年树密度（0.46）>凋落物半分解层（0.37）>全钾含量（0.24）>有机质含量（0.23）>全磷含量（－0.16）>速效磷含量（－0.32）>凋落物未分解层厚度（－0.34）。综合来看，该区域的雪岭云杉幼苗在郁闭度大小为0.6左右，凋落物厚度为2.5 cm左右，土壤全氮、全钾含量较高的半阴坡、半阳坡更新较好。

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新疆天山东部森林地表可燃物的热值研究

周翔, 王鹏, 布玛丽亚穆·麦麦提, 王秋琰, 岳健

2023 (10): 1670-1677. doi: 10.13866/j.azr.2023.10.13

摘要 ( 84 )

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森林地表可燃物是林火传播的重要因素之一，而热值又是表征可燃物燃烧性的重要指标。以新疆天山东部4种典型植被类型下地表可燃物为研究对象，分析地表可燃物热值特征及其与燃点、绝对含水率之间的关系。结果表明：针叶林和阔叶林中，草本与凋落物组分之间差异显著，灌木林中，灌木与凋落物组分之间差异显著；天山东部林区同一林型不同组分热值大小顺序为：凋落物>草本>灌木>腐殖质；草本可燃物组分中针叶林的热值最高（19.38±0.08 kJ·g^-1），凋落物可燃物组分中同样是针叶林的热值最高（19.55±0.05 kJ·g^-1）；不同组分地表可燃物热值与燃点间的关系存在差异：灌木可燃物组分燃点与热值存在极显著关系（R²=0.81，P<0.01）,凋落物可燃物组分燃点与热值存在显著相关性（R²=0.38，P<0.05），然而草本和腐殖质可燃物组分燃点与热值间无显著相关（P>0.05）；另外，所有林型的地表可燃物热值与绝对含水率之间均无显著相关关系。可见，林型、树种以及理化性质等条件综合影响着可燃物的热值含量。研究结果旨在为天山东部森林管理人员准确预测林内可燃物热值能量和潜在森林火险提供理论依据，为区域地表可燃物深入研究提供数据支撑。

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铁路高架桥对局地风动力的影响——以敦格铁路沙山沟为例

薛承杰, 张克存, 安志山, 张宏雪, 潘加朋

2023 (10): 1678-1686. doi: 10.13866/j.azr.2023.10.14

摘要 ( 81 )

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本文通过野外观测、室内分析计算、CFD数值模拟方法，对敦格铁路沙山沟特大桥东西两侧风动力环境特征进行研究分析。结果表明：（1）沙山沟特大桥东西两侧春夏季起沙风主要以NW和WNW风向为主，秋冬季起沙风向主要以SE、S风为主；沙山沟特大桥西侧全年输沙势为284.19 VU，属于中等风能环境，合成输沙势为27.4 VU，合成输沙风向为124°，方向变率指数为0.10，属于小比率，风向多变。（2）沙山沟特大桥东侧年输沙势为31.24 VU，属于低风能环境，合成输沙势为8.97 VU，合成输沙风向为91°，方向变率指数为0.29，属于中比率；沙山沟特大桥西侧平均风速、起沙风频率、输沙势、合成输沙势较大，应加强高架桥西侧沙害监测与防治；根据高架桥西侧风动力环境特点并结合流动沙丘进行模拟，分析得出桥底架空区域及桥面风速均大于起沙风速，输沙能力较强，不易产生积沙。但随着沙丘的前移，桥底架空区域产生积沙及风沙上轨可能性增大。

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乌珠穆沁沙地主要风沙环境特征及形成机制研究

张昊, 党晓宏, 蒙仲举, 高永, 刘阳, 秦青船

2023 (10): 1687-1697. doi: 10.13866/j.azr.2023.10.15

摘要 ( 108 )

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厘清区域风沙运动环境和沉积物粒度特征是研究风沙流的关键，对地区风沙灾害的防护与治理具有重要意义。本文利用乌珠穆沁沙地的风况数据，研究沙地起沙风况和输沙势变化特征，同时结合沉积物粒径数据，揭示该地区风沙环境的空间分异规律。结果表明：（1）乌珠穆沁沙地年均起沙风频率为33.8%，平均风速介于3.34~5.40 m·s^-1之间，平均起沙风速介于6.46~8.49 m·s^-1之间，沙地起沙风频率和风速北部大于南部，西部大于东部。（2）沙地整体年内起沙风频率和风速春季最高，起沙风向以西南方向为主，WSW风向频率最高。（3）沙地输沙势为19.2~193.7 VU，整体属低风能环境，风况多为锐双峰风况，沙地输沙势北部大于南部，西部大于东部。全年沙物质整体向东、东北方向输移，春季是最主要的风沙活动期。（4）沙地整体以粗沙和中沙组分为主，南部和西部土壤粒径偏粗，东部偏细。沙地北部和东部沉积物分选性较差，粒径组分受外来影响较大。总体而言，沙地北部风沙活动最强，适宜人工建植或铺设沙障固沙。沙地东部栽植防护林，避免沙物质持续东移。

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农牧交错区三生空间时空演变特征与影响因素——以内蒙古呼和浩特市为例

党慧, 荣丽华, 李伊彤, 赵名君

2023 (10): 1698-1706. doi: 10.13866/j.azr.2023.10.16

摘要 ( 107 )

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农牧交错区是我国北方重要生态安全屏障及粮食产地，探索其“三生”空间演变规律与影响因素对生态脆弱区国土空间优化及可持续发展具有重要意义。本文运用土地利用动态度、用地转移矩阵、地理探测器等方法研究2000—2020年内蒙古典型农牧交错区呼和浩特市“三生”空间演变特征及影响因素。结果表明：（1）研究期内呼和浩特市“三生”空间整体动态变化平缓（0.02%~0.04%），生态、农业生产、牧业生产空间趋减，生活、其他生产空间增加。（2）2000—2020年呼和浩特市“三生”空间格局变化显著，主要表现为城区外围生活空间侵占农牧业生产空间，土默川平原及北部、东南部丘陵地区农业生产、牧业生产、生态空间相互转换；（3）研究区生态、农业生产、牧业生产空间在前10 a相互转化剧烈，2010—2020年有所减缓；生活、其他生产空间呈净转入状态并在后10 a突增。（4）平均坡度是影响农牧业生产空间布局的主导因素（0.24~0.4），产业发展、人类活动和农业生产规模对当地空间格局影响较大，精细化治理背景下，政策引导的作用日益突出。

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