近五年代表性成果简介

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1

青藏高原隆升与内陆干旱化

论文

兰州大学

潘保田、孙东怀

李吉均、王 

李再军

2010-2014

 

青藏高原的隆升过程及其环境效应一直是地球科学界极为关注的重大科学问题。早在上世纪50-80年代,李吉均院士等人通过参与一系列科学考察,原创性地提出了关于高原隆升过程及其环境效应的框架性概念模型,成为国际上青藏高原隆升理论的主要学派之一。围绕这一主题,近5年来共发表论文90余篇,其中SCI论文45篇,广泛被国内外学者引用,有关研究成果获2011年国家自然科学二等奖。

主要研究贡献:

(1)以青藏高原东北部为突破口,从盆地晚新生代地层年代学与构造演化、黄河中上游层状地貌与河谷形成发育化、以及黄土红粘土与晚新生代盆地沉积物记录的气候环境变化三个方面入手,系统开展了青藏高原东北部隆升过程与环境变化的精细研究,率先在高原东北部获得了晚新生代地层精细的年代序列、重大构造变形隆升事件序列、黄河中上游形成演化过程和重大生态环境变化事件序列,揭示出晚中新世以来该区隆升过程和气候环境变化之间的时间耦合关系。

(2)开展实施了西部环境钻探计划,先后在腾格里、巴丹吉林、乌兰布和腹地钻取了贯穿沙漠地层的长岩芯记录,结合塔克拉玛干沙漠腹地露头剖面研究,明确了我国主要沙漠的形成演化历史。

(3)针对新生代亚洲内陆干旱化及其与副特提斯海退缩、高原隆升和全球降温等重大构造气候事件的联系,对兰州盆地和塔里木盆地的新生代沉积序列进行了系统的年代学和古气候记录研究,获得了西北内陆干旱区代表性剖面较为完整的风成沉积演化序列,揭示了在构造尺度上内陆干旱化的演化趋势和重要的干旱化事件,明确指出一些新的重大高原构造隆升事件与季风演化和内陆干旱化事件的关系,建立了它们之间更加清晰的关系模型。

 

 

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成果产生年度

2

气候变化的东西部对比与“西风模态”

论文

兰州大学

陈发虎、安成邦

陈建徽、勾晓华

张家武、靳立亚

黄小忠

2010-2014

近几十年来西北干旱区的降水增加与华北季风区的干旱化形成了鲜明对照,要更好地理解此类现象的规律和机理,亟需在更长时间尺度上开展我国特征气候区域干湿变化的时-空格局研究。实验室团队深入研究了西风区、季风区在过去3万年以来典型区域的植被与气候变化历史,重建了全新世气候变化的模态,以及近千年来西风区和季风区气候变化总体特征,并通过气候模拟技术进一步探讨了西风区气候变化的机制。围绕这一主题共发表SCI论文近50篇。论文主要发表于国际第四纪和气候变化领域的权威杂志Quaternary Science Reviews, Climate DynamicsEarth Science Reviews等刊物上。相关成果获2013年度教育部自然科学二等奖。

主要科学贡献:

1)在末次盛冰期西风区与和印度季风区气候有显著不同;西风区巴里坤湖孢粉记录的盛冰期(LGM)时气候寒冷干旱,而印度季风区的星云湖孢粉记录的LGM气候寒冷但相对湿润;

2)建构了我国两大地区全新世气候变化的空间分异特征,提出并论证了亚轨道尺度亚洲中部干旱区存在不同于季风区的气候变化“西风模态”。而同位素指标指示的季风区全新世气候表现出统一的大格局,即早全新世季风强盛而中晚全新世季风衰退;

3)西风亚洲与季风亚洲气候变化的差异性不仅表现在全新世,而且在近千年的气候变化和百年尺度的气候事件也存在。这一差异变化模式对深入理解全球变暖背景下我国干旱区的湿度响应具有重要的理论和现实意义;

4)通过气候数值模拟研究,发现全新世亚轨道尺度干旱区气候环境变化“西风模态”主要源于轨道参数变化导致的高低纬太阳辐射差异所造成的西风环流强度变化,以及亚洲干旱区上风向湖泊蒸发变化;年代际-百年尺度的变化还受到北大西洋涛动等因素的影响。

 

 

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3

农业革新促使史前人类永久定居青藏高原

论文

兰州大学

陈发虎、董广辉

张东菊、安成邦

颉耀文

2010-2014

史前人类向青藏高原扩散和定居历史与动力是学术界和公众普遍关注的重大问题,对理解人类对高寒缺氧极端环境的适应机制和认识藏族人起源具有十分重要的意义。陈发虎教授领导的实验室环境考古团队,联合国内外合作伙伴,对青藏高原史前遗址最集中的东北部及毗邻地区开展了十年的调查研究,以动植物遗存鉴定和精确测年为主要手段,结合高分辨率古气候重建,从多学科角度探讨了史前人类永久定居青藏高原的过程和动力。基于该研究,近5年在国内外主流学术刊物发表论文20多篇,标志成果发表以亮点论文的形式于2014年底发表在Science杂志,被数十家国内外著名媒体报道。Science杂志随后以封面文章形式发表了题为“Who are the Tibetans?”的深度报道,认为本成果支持藏族人群源于中国北方。

主要研究贡献:

1)首次提出史前人类向青藏高原扩散与定居的三步走模式:2万年前开始到青藏高原季节性游猎;5200年前由黄土高原大规模扩散并定居到青藏高原东北的河谷地带;3600年前永久定居至高海拔地区;

2)纠正其他学者提出的暖湿气候是促使史前人类向青藏高原扩散和定居的主要动力的观点,指出史前人类是在3600年前气候冷干时期永久定居至青藏高原高海拔地区的;

3)首次论证了欧亚大陆史前农业传播引发的农业技术革新最终促成史前人类永久定居至青藏高原。中国北方粟黍农业发展扩散促使人类5200年前定居至青藏高原低海拔河谷地区。耐低温的大麦等西亚起源农作物的传入保障人类在3600年后在青藏高原高海拔地区永久定居。

围绕这一研究,近年来发表相关SCISSCIA&HCI论文20多篇,为认识人类向青藏高原扩散和定居的历史与动力提供了可靠的数据支撑和全新的视角,为阐明藏族人起源于中国黄河流域提供了坚实的科学依据。

 

 

 

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4

内陆河流域生态水文过程与水资源演化

论文

兰州大学

马金珠、贺缠生

朱高峰、李常斌

魏国孝、陈发虎

2010-2014

 

干旱区内陆河流域水汽来源、生态水文过程与地下水资源演化规律一直是水文水资源领域研究的核心科学问题,研究团队在大气降水-地表水-包气带水-地下水-植物水的连续体系研究方面取得重要进展。近5年在本领域国际有影响的刊物如GMDWRR, JH等发表SCI论文20篇,研究成果在国内外产生了较大影响,论文近5年被SCI他引205次,单篇最高他引46次。相关成果2011年获甘肃省科技进步一等奖1项,2014年获甘肃省科技进步二等奖1项。

主要研究贡献:

1)建立了内陆河流域气候-水文耦合的CRCHMS模型,揭示了河西地区水汽来源、传输机制及局地环境对大气降雨的影响,量化分析了降水和冰雪融水对出山径流的贡献以及土壤水文异质性对水文过程的影响机制,为水资源合理配置和高效管理提供科学依据;

2)利用包气带氯质量平衡法量化研究降水对地下水的补给率,克服了传统水量平衡法在干旱区地下水补给研究中的缺点,首次在中国西北干旱区,利用包气带记录和树轮记录恢复了过去2000年以来的降水与径流变化序列,为干旱区高分辨率降水重建和植被反演研究开辟了新途径和新方法;

3)发展了干旱区地下水年龄的校正模型,通过地下水古水文气候信息对干旱区地下水补给来源与补给环境进行识别,解决了干旱区地下水循环演化及年龄测定方面的难题;

4)建立了基于气孔导度的植被光合-蒸腾作用耦合模型, 创新性地提出基于贝叶斯方法和多源数据融合的生态水文模型参数优化方法,揭示了内陆河流域不同生态系统对全球变化的响应与反馈机制,丰富和发展了干旱区生态水文过程研究方法体系。

 

 

 

 

 

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5

地质灾害防治与可持续发展

论文/专利

兰州大学

孟兴民、岳东霞

丁文广、常跟应

巩杰

2010-2014

青藏高原东北部和黄土高原西部生态环境脆弱、地质灾害十分严重、社会经济相对落后,导致人地矛盾尤为突出。如何有效地实现地质灾害的早期识别,降低地质灾害风险,支撑社会经济可持续发展,是亟待解决的重大科学和社会问题。在国家支撑计划、“973”计划和国家自然科学基金等项目的资助下,孟兴民教授领导的研究团队吸纳了遥感学、地质灾害预测、生态修复和风险管理等领域最新研究成果,综合运用采用时序InSAR技术、现场试验、数值模拟和理论分析等方法和手段,深入开展了地质灾害防治和可持续发展的研究。近5年发表论文70余篇(SCI论文15篇),出版专著4部,获授权国家专利3项。

主要研究贡献:

1)首次获得了兰州、天水地区和白龙江流域毫米级地表变形结果,圈定了地质灾害危险区,填补了西部地区大范围、高精度的地质灾害早期识别和区域监测空白。研究成果已直接或间接应用于这些区域地质灾害调查、早期预警和防灾减灾规划;

2)建立了白龙江流域典型单点滑坡、泥石流启动的降雨阈值判别方程,创新性地获得了基于三阶蠕变理论的典型滑坡的警戒速度;构建了基于物理过程的区域滑坡、泥石流启动降雨阈值模型。该研究成果为区域滑坡泥石流监测设备的遴选和预警体系的有效可靠运行提供了重要科学依据和技术支撑;

3)首次系统的揭示了中国西北五省生态承载力的空间异质性,发现该区域人口密度和生态承载力之间存在密切的正相关关系,发现土地利用斑块在尺度转换上呈现“面积越大转变越大”的模式,揭示了当前由于生态承载力尺度依赖性带来的区域可持续发展假象;

4)在我国首次提出了灾害风险管理生态恢复生计改善耦合模式理论,该理论通过了甘肃省科技厅的评审,并在甘肃省贫困及生态脆弱区域的十多个贫困村得到了验证,项目效果显著,先后为甘肃省实施的联村联户扶贫项目及精准扶贫项目的实施、灾害风险管理及生态恢复提供了理论依据和决策参考。

 

 

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