项目名称：干旱区绿洲化、荒漠化过程及其对人类活动、气候变化的响应与调控 课题编号：2009CB421307 课题名称：绿洲化、荒漠化的变化趋势及其环境效应的综合评估 一、研究内容在全球变暖与我国经济高速发展的大背景下，深入了解干旱区绿洲化、荒漠化与水循环和社会经济要素的耦合关系，准确预测其变化趋势，综合评绿洲化、荒漠化的环境效应，可为干旱区环境建设与生态恢复提供必要的技术支撑和决策支持。对干旱区绿洲化、荒漠化趋势及其环境效应的研究，目前研究的重点集中在植被、土地利用、气候、径流等组成要素的变化，以及这些变化对生态系统服务价值和生态安全的影响。现有研究过于侧重现象而忽视过程和机理，强调过去和现在的变化过程而忽视未来趋势。因此，基于机理研究的绿洲化、荒漠化变化趋势，以及基于完整评价指标体系的环境效应的综合评估亟待加强，这亦是本课题拟解决的关键科学问题。课题将根据项目的总体安排，选择2-4个典型区（石羊河下游、阿拉善地区、和田-策勒绿洲、石河子绿洲群、阜康等），充分利用课题1-6的研究成果，通过从典型区到整个干旱区的综合集成，辨识绿洲化和荒漠化的关键驱动因子和驱动机制，构建基于过程和机理的综合分析预测模型，评估未来20-30年绿洲化、荒漠化的变化趋势。根据压力-状态-响应（PSR）的研究框架，辨识干旱区绿洲化、荒漠化的环境效应因子，提出适于不同尺度的评价指标体系与方法，综合评估绿洲化、荒漠化的环境效应及其对区域可持续发展能力的影响。1．主要研究内容1.1 绿洲化、荒漠化的关键驱动因子与预测模型构建利用现有的文献资料和1-6课题的研究成果，筛选绿洲化、荒漠化的主要自然和社会经济驱动因子。在此基础上，以水资源供需关系为主线，构建基于生态水文过程、水资源供需关系，综合社会经济因素的干旱区绿洲化/荒漠化的趋势预测模型。模型主要包括以下3个模块：（a）区域水资源有效供给量模块 利用同位素和气象水文观测资料，通过同位素平衡和水量与能量平衡等基本原理，计算流域内各类水体的收支平衡状况、来源、去向和其数量关系，利用典型流域的观测资料和研究结果，结合其他流域的水温气象资料，构建分析预测包括大气降水、河川径流、地下水等要素在内的区域水资源有效供给量模块；（b）区域总需水量（或单位需水量）模块 基于土地利用和干旱区径流形成和植被耗水规律，完善已有的分布式生态水文模型，根据历史和现状的可供水量和农业、工业、生活和生态需水量和流域荒漠化、绿洲化的变化特点，模拟分析荒漠化、绿洲化和水循环的耦合关系，构建分析预测包括农业、工业、生活和生态需水量的区域总需水量（或单位需水量）模块；（c）情景分析模块 构建连接区域水资源供需关系和绿洲/荒漠化变化，综合自然和社会经济条件、区域发展和政策因素的情景分析模块。1.2 典型区绿洲化、荒漠化的变化趋势预测选择2-4个典型区，汇总文献、地面台站、遥感卫星影像和野外观测、考察等多种资料，提炼区域自然、环境和社会经济数据；利用历史文献、树木年轮、湖泊沉积和冰芯等多种历史环境变化代用资料，重建典型区历史气候变化、土壤蒸发和土壤干燥度，并据此评估近30年人类活动、重大自然灾害以及气候突变对典型区绿洲化、荒漠化的影响。在此基础上，构建GIS基础数据库，分析历史时期、过去30-50年典型区绿洲化、荒漠化的演变过程与变化趋势；进而预测未来20-30年：（a）气候（气温、降水）的变化趋势；（b）区域水循环（河川径流、蒸发、地下水）的变化趋势与可供水量；（c）分析土地利用现代过程与变化趋势，并从土地利用变化与绿洲化、荒漠化之间相互作用关系的角度，解释土地利用变化对绿洲化、荒漠化的影响；（d）基于人口、城市和工业发展的生活和工业需水量的变化趋势。基于上述研究，考虑土地利用结构调整、区域发展战略、技术进步（特别是灌溉技术）和政策等因素，以区域水资源供需关系为主线，识别典型干旱区绿洲化过程的关键驱动因子，构建模型预测典型区未来20-30年绿洲化的变化趋势；根据新疆和田-策勒绿洲前缘地带已经发生的荒漠化过程和驱动因子，分析荒漠化趋势，建立预测模型，对和田-策勒绿洲北部荒漠化的严重性与趋势给出具体量值。1.3 绿洲化、荒漠化环境效应的评价指标体系与评估模型构建结合压力-状态-响应（PSR）研究框架的特点以及在区域环境评价中的应用成果，基于课题1-6以及本课题中其它部分的研究成果，结合遥感调查、绿洲化环境影响的利益相关者调查、社会经济统计资料，以及定点观测和实地调查资料，各选择绿洲化、荒漠化两个典型区，构建绿洲化、荒漠化的环境效应评价指标体系，采用综合评估法，定量评价绿洲化、荒漠化的环境效应，并建立连接绿洲化/荒漠化预测模型的环境效应的定量评估模型。其中，环境效应评价指标体系构建包括绿洲化、荒漠化两个方面。（a）绿洲化环境效应评价指标体系 在PSR模型框架下，以石河子-阜康为主要研究区，辨识研究区环境受承受的压力、系统所处的状态以及人类的因应对策，识别干旱区绿洲化的环境效应因子，分析绿洲化过程对于地表植被种群和覆盖度、水文过程、土壤质地等方面的影响机制，从环境、生态和区域可持续发展能力等方面，提出适于不同尺度绿洲化的评价指标体系，建立评价指标的分类与分级标准，构建综合评估框架、方法与专家系统；（b）荒漠化环境效应评价指标体系 利用PSR模型易于寻找人类活动与环境影响之间因果关系的特点，以民勤绿洲、和田-策勒绿洲为主要研究区，辨识干旱区荒漠化对环境的主要影响，分析荒漠化过程对环境和水资源、土地资源利用方式的作用机理，定量评价荒漠化过程对地表植被、土壤含水量和土壤质地等因素的影响，提出适于评价不同类型荒漠化的环境效益的指标体系，建立评价指标的分类与分级标准，构建综合评估框架、方法与专家系统。1.4 典型区绿洲化、荒漠化的环境效应评价选择2-4个典型区(北疆石河子-阜康、南疆和田-策勒绿洲前缘地带、内蒙古阿拉善地区等)，利用1.3构建的指标体系与评估框架，分析评估历史时期以及过去30-50年荒漠化、绿洲化对土地利用的影响和制约；根据IPCC气候变化预估情景和区域发展规划，设计多种气候变化和经济社会发展情景，揭示干旱区典型流域荒漠化、绿洲化的生态水文效应。通过研究区域水资源利用方式以及水资源供需关系对典型区土地利用/覆被变化影响，进而分析典型区水资源供需关系对绿洲化过程的作用机制；同时，从典型区绿洲化过程对区域水资源供需关系影响的角度，定量研究水资源供需与区域绿洲化过程的相互关系及其相互影响方式与影响程度。此外，应用地学分析和农业系统分析方法，以典型区主要作物（小麦、棉花等）为对象，根据农业系统学思想与农业生态学原理，建立基于GIS的生产要素空间变异数据库、作物模型与效益分析模型，分析区域水平上作物生长发育、产量形成和资源利用的动态，实现区域作物系统（产量形成与资源利用）的周年动态数字化模拟，探讨干旱区绿洲化、荒漠化过程对典型区土地生产能力的可能影响。1.5 干旱区绿洲化、荒漠化的总体变化趋势与环境效应的综合评估综合典型区的研究结成，通过区域综合，分析干旱区绿洲化、荒漠化的变化趋势及其环境效应的区域差异；借鉴荷兰IMAGES 2.0 (Integrated Modeling of Global Climate Change)、美国GCAM (Global Change Assessment Model)等国际上通用的综合评估模型，探讨整个干旱区未来20-30年绿洲化、荒漠化趋势及其环境效应，为第8课题“干旱区环境调控对策与管理模式”提供科学依据与技术支撑。2．拟解决的关键问题（1）干旱区典型流域绿洲、荒漠与水循环的耦合关系，以及三者相互作用而引起的生态水文效应；（2）绿洲化、荒漠化未来20-30年发展变化趋势及其对关键环境因子和区域未来发展的影响；（3）绿洲化、荒漠化环境影响的评价因子筛选与定量评估问题</SPAN>
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