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    2017年, 第72卷, 第7期 刊出日期:2017-08-08 上一期    下一期
    农业物候动态对地表生物物理过程及气候的反馈研究进展
    刘凤山, 陈莹, 史文娇, 张帅, 陶福禄, 葛全胜
    2017, 72 (7):  1139-1150.  doi: 10.11821/dlxb201707001
    摘要 ( 670 )   HTML ( 4 )   PDF(925KB) ( 1405 )  

    地表过程对全球变化的响应和反馈是地球系统科学研究的核心课题之一,目前的研究多关注全球变化对地表过程的影响,而地表动态过程对地表生物物理过程及气候的反馈研究较少。系统认识地表物候动态对生物物理过程及气候的反馈对深化地球系统科学研究有着重要的意义。本文从农业物候动态的事实、农业物候动态在陆面过程模型中的参数化表达、农业物候动态对地表生物物理过程及气候的反馈等方面进行综述,发现在气候变化和管理措施影响下,以种植期和灌浆期为代表的农业物候期发生了显著的规律性变化;耦合农业物候动态,改善了模型对地表动态过程、生物物理过程和大气过程的数字化表达;农业物候变化对地表净辐射、潜热、感热、反照率和气温、降水、环流等过程产生了影响,并表现出以地表能量分配为主的气候反馈机理。针对农业物候动态对地表生物物理过程及气候效应的时空重要性,需要继续开展以下方面的工作:① 加强全球变化对地表物候动态的影响及其反馈的综合研究;② 不同光谱波段地表反射率与农业物候动态的关系研究;③ 农业物候动态引起的作物生理学特征变化在地表生物物理过程中的贡献;④ 重视不同气候区物候动态对气候反馈效应的差异。

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    1960-2015年中国绿洲胡杨生长季对全球变暖的时空响应及原因
    张文霞, 刘普幸, 冯青荣, 汪天广, 王天强
    2017, 72 (7):  1151-1162.  doi: 10.11821/dlxb201707002
    摘要 ( 1141 )   HTML ( 10 )   PDF(6728KB) ( 1654 )  

    基于中国绿洲胡杨(Populus euphratica Oliv.)分布区48个地面气象站1960-2015年逐日平均气温数据,采用线性趋势法、Mann-Kendall检验、ArcGIS反距离加权插值法(IDW)、Morlet小波功率谱和相关分析等方法,分析了中国绿洲胡杨年生长季的起止日及生长期长短对气候变暖的时空响应特征及原因。结果表明:近56年来,中国绿洲胡杨年生长季具有起始日提前、终止日推迟、生长期延长的变化趋势,变化倾向率分别为-1.34 d/10a、1.33 d/10a、2.66 d/10a(α ≥ 0.001);空间差异十分显著,呈现出由西南向东北起始日越迟,终止日越早,生长期越短的变化规律。胡杨生长季起止日及生长期分别在2001年、1989年和1996年发生突变,且分别存在3.56~7.14 a不等的短周期,与厄尔尼诺2~7 a的周期一致,起始日3.56 a和4.28 a的周期与大气环流2~4 a的周期吻合。原因分析表明亚洲极涡面积指数、青藏高原指数、西风指数和年均二氧化碳排放量是影响胡杨生长季变化的主要因素;此外,纬度对胡杨生长季的影响要明显大于海拔高度,且起始日受纬度和海拔高度的影响比终止日更加显著;胡杨生长季起止日和生长期分别与对应月份的平均气温呈显著的高相关性,且3月均温每升高1 ℃,起始日提前2.21 d,10月均温每升高1 ℃,终止日推迟2.76 d,3-10月均温每升高1 ℃,生长期延长7.78 d,表明胡杨生长季的变化对全球增暖的区域响应十分敏感。

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    北太平洋风暴轴的异常活动与辽宁省冬季最低气温的联系
    刘鸣彦, 侯依玲, 周晓宇, 易雪, 赵春雨, 龚强, 崔妍
    2017, 72 (7):  1163-1172.  doi: 10.11821/dlxb201707003
    摘要 ( 645 )   HTML ( 2 )   PDF(12204KB) ( 1325 )  

    利用1975-2015年辽宁省52站逐日最低气温资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过合成分析、相关分析等统计方法,对辽宁省冬季最低气温及北太平洋风暴轴的时空演变特征进行研究,初步探讨了北太平洋风暴轴的异常活动与辽宁省冬季最低气温的可能联系。结果表明,辽宁省冬季最低气温突变年为1986年,20世纪80年代中期以后气温表现出偏暖特征。北太平洋风暴轴与辽宁省冬季最低气温间存在同步一致地变化特征,风暴轴活动强年,辽宁省受西南气流控制,阿留申低压、西伯利亚高压强度减弱,同时东亚大槽减弱北退,东亚西风急流偏北,东亚冬季风系统活动减弱,不利于冷空气向南侵袭,辽宁省冬季最低气温偏高,反之在风暴轴活动弱年,辽宁省冬季最低气温偏低。与北太平洋风暴轴相关联的中高纬度大气环流异常变化是风暴轴强度与辽宁省冬季最低气温关系产生变化的主要原因。

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    冰湖的界定与分类体系——面向冰湖编目和冰湖灾害研究
    姚晓军, 刘时银, 韩磊, 孙美平
    2017, 72 (7):  1173-1183.  doi: 10.11821/dlxb201707004
    摘要 ( 891 )   HTML ( 23 )   PDF(17076KB) ( 1056 )  

    冰川湖泊(简称冰湖)不仅是高山区重要的水资源,而且是许多冰川灾害的孕育者和发源地,在冰冻圈科学、气候变化和山地灾害研究中具有重要地位。本文系统讨论了现有冰湖定义及存在的问题,从冰湖编目和冰湖灾害研究视角提出冰湖的定义,指出现有冰湖研究主要是基于“以现代冰川融水为主要补给源或在冰碛垄洼地内积水形成的天然水体”这一冰湖定义的。同时,从冰湖形成机理、地貌形态和空间分布位置将冰湖划分为冰川侵蚀湖(冰斗湖、冰川槽谷湖和其他冰川侵蚀湖)、冰碛阻塞湖(终碛阻塞湖、侧碛阻塞湖、冰碛垄热融湖)、冰川阻塞湖(冰川前进阻塞湖和其他冰川阻塞湖)、冰面湖、冰下(内)湖和其他冰川湖6大类及8个亚类,并给出各冰湖类型相应的遥感判识指标和定量指标,以期建立具有普适性和可操作性的冰湖分类体系。

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    上荆江枯水位对河床冲刷及水库调度的综合响应
    朱玲玲, 杨霞, 许全喜
    2017, 72 (7):  1184-1194.  doi: 10.11821/dlxb201707005
    摘要 ( 511 )   HTML ( 6 )   PDF(4869KB) ( 1301 )  

    为系统揭示长江中游近期枯水情势及其对三峡水库蓄水的直接和间接响应,本文以冲刷剧烈、枯水位降幅最大的上荆江为例,通过统计其不同形式枯水位的变化特征,建立了水位下降与河床冲刷、水库不同运行方式的相关关系。结果表明,沙市站同流量枯水位几乎与枯水河槽河床平均高程等幅下降,枝城站枯水位下降幅度较小与本底河床形态、河床粗化及航道整治工程有关。上荆江汛前枯水位降幅、最低水位及极枯水位历时等枯水情势会受到三峡水库补水调度的影响,这种补水效应沿程递减,至沙市站补水调度仍然无法抵消河床下切对枯水位造成的影响。

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    黄河玛曲砾质网状河段河间湿地形态特征及发育程度
    刘博一, 王随继
    2017, 72 (7):  1195-1206.  doi: 10.11821/dlxb201707006
    摘要 ( 796 )   HTML ( 9 )   PDF(11151KB) ( 1094 )  

    河间湿地是网状河流体系中与多河道系统同等重要的地貌单元,其特征和发育程度与河道系统共同决定着网状河流的特性。本文以黄河玛曲网状河段作为研究对象,利用高分辨率Google Earth影像对研究河段河道与河间湿地等微地貌单元进行提取,利用湿地面积与湿地数对河间湿地的组成进行了分析,利用河间湿地面积占比、岸线密度、分汊点密度3个地貌参数,对河间湿地群体(河间湿地与分支河道特定组合体)的平面形态及多河道发育程度进行了研究。结果表明,河间湿地个体以中小型的为主,河间湿地群体则以大型和巨型的为主。河间湿地群体的发育程度与河间湿地群体面积(Su)明显相关,河间湿地面积占比(P)随Su的增大而增大,P值70%是河间湿地发育成熟的指标,而P值80%基本是河间湿地发育的上限值,此时河间湿地与分支河道基本达到动态平衡态。岸线密度、分汊点密度随Su的增加呈减小趋势,这种变化主要是由于不同大小河间湿地群体中河道发育过程差异导致。黄河玛曲段河间湿地群体的形成在于弯曲主河道的主导作用、地形限制因素削弱导致的河道带的发育,以及植被维护的河岸使得河间湿地群体得以较长时间保存。

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    基于广义加性模型估算1979-2014年三峡库区降水及其特征分析
    王圆圆, 郭徵, 李贵才, 郭兆迪
    2017, 72 (7):  1207-1220.  doi: 10.11821/dlxb201707007
    摘要 ( 670 )   HTML ( 10 )   PDF(15754KB) ( 1009 )  

    高精度、长时间序列、空间连续的降水产品是气候分析、水文模拟等众多研究领域中的重要输入。近期欧洲研究人员融合了3种不同类型的降水数据:站点观测、遥感产品、再分析资料,制作了全球1979-2014年3小时一次0.25°空间分辨率的降水产品(Multi-Source Weighted-Ensemble Precipitation, MSWEP),凭借高时空分辨率及其对多源信息的挖掘和融合,该产品一经发布即受到广泛关注。本文利用三峡库区及附近地区气象站点的降水资料对MSWEP月降水数据进行评估,采用广义加性模型算法(General Additive Model,GAM)融合站点降水空间插值结果和MSWEP产品,对三峡库区融合后降水进行分析。主要结论为:① 降水估算精度呈现冬春季偏高、夏秋季偏低的特征,MSWEP产品与站点插值方法具有互补性,前者对夏秋季降水估算精度更高,后者对冬春季降水估算精度更高;② GAM算法可以充分发挥站点插值和MSWEP数据各自的优势,提高区域降水估算精度,与融合前相比,均方根误差减少了17%~50%,相关系数r提高了10%~30%;③ 2003年库区蓄水前后降水变化的主要特征有:库区中部长江以南地区汛期降水(5-10月)下降,库区西部干季(1-4月,11-12月)降水增加,库区外围西北部(大巴山地区)汛期降水增加,降水空间格局异质性增加,干季降水占全年降水比例升高。

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    基于流量监测的西藏东南部然乌湖水量平衡季节变化及其补给过程分析
    崔颖颖, 朱立平, 鞠建廷, 罗伦, 王永杰
    2017, 72 (7):  1221-1234.  doi: 10.11821/dlxb201707008
    摘要 ( 702 )   HTML ( 3 )   PDF(6978KB) ( 1350 )  

    青藏高原分布着亚洲大陆最大的湖泊群,其湖泊变化对气候变化响应敏感。基于遥感数据的湖泊面积变化不足以反映外流湖对气候变化的响应,需借助湖泊水量平衡过程分析来进一步研究各补给要素的变化。本文利用2015年4月-11月然乌湖水文气象监测数据,通过建立流量—水位关系,依据连续的水位数据重建了观测期内然乌湖主要径流的水文过程线,并结合SRM模型分析了然乌湖的水量平衡过程及季节变化。结果表明,观测期内然乌湖入湖水量约为18.49×108 m3,其中冰川融水约为10.06×108 m3,冰川融水占然乌湖补给的54%以上,湖面降水、湖面蒸发对湖泊水量平衡过程影响微弱。流域降水对湖泊的补给具有明显的季节特征。春季受西风南支扰动影响,然乌湖地区降水量大,降水是春季然乌湖的主要补给源。夏季和早秋由于气温升高,冰川消融量大,冰川融水是湖泊补给的主控因素。在未来气候变暖的条件下,冰川融水将会在湖泊补给中占据更大比例,并可能使得流域内的冰湖水量增加,产生潜在灾害风险。

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    20世纪80年代以来全球耕地变化的基本特征及空间格局
    张丽娟, 姚子艳, 唐世浩, 李侠祥, 郝甜甜
    2017, 72 (7):  1235-1247.  doi: 10.11821/dlxb201707009
    摘要 ( 1102 )   HTML ( 8 )   PDF(14582KB) ( 1941 )  

    本文基于全球1982-2011年土地利用/覆被的矢量数据,分析了20世纪80年代以来全球耕地变化的基本特征及空间格局。结果表明:① 20世纪80年代以来,全球耕地面积增加了528.768×104 km2,增加速率为7.920×104 km2/a,呈不显著增加趋势,全球耕地面积以20世纪80年代增速最快。20世纪80年代以来,北美洲、南美洲、大洋洲耕地面积呈显著增加趋势,分别增加了170.854×104 km2、107.890×104 km2、186.492×104 km2,增加速率分别为7.236×104 km2/a、2.780×104 km2/a、3.758×104 km2/a;亚洲、欧洲、非洲耕地面积为减少趋势,分别减少了23.769×104 km2、4.035×104 km2、86.76×104 km2,减少速率分别为-5.641×104 km2/a、-0.813×104 km2/a、 -0.595×104 km2/a。② 20世纪80年代以来,全球增加的耕地主要由草地、林地转化,分别占53.536%、26.148%。新增耕地面积主要分布在非洲南部及中部、澳大利亚东部和北部、南美洲东南部、美国的中部及阿拉斯加、加拿大中部、俄罗斯西部及芬兰北部、蒙古北部等区域。非洲南部的博茨瓦纳为全球耕地增加比例最高区域,增加了80%~90%。③ 20世纪80年代以来,全球耕地换化为其他用地共计1071.946×104 km2,全球减少的耕地主要转化为了草地、林地,分别占比为57.482%、36.000%;全球减少耕地主要分布在非洲中部的苏丹南部、美国中南部、俄罗斯南部及欧洲南部的保加利亚、罗马尼亚、塞尔维亚和匈牙利等国,减少最大的区域为非洲南部,减少了60%。④ 各大洲耕地均表现出向高纬扩张的趋势,全球多数国家表现出新增耕地扩张而原有耕地减少的特点。

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    东北地区未来气候变化对农业气候资源的影响
    初征, 郭建平, 赵俊芳
    2017, 72 (7):  1248-1260.  doi: 10.11821/dlxb201707010
    摘要 ( 1011 )   HTML ( 10 )   PDF(18328KB) ( 1464 )  

    为探求未来气候变化对东北地区农业气候资源的影响,本文基于区域气候模式系统输出的东北地区IPCC AR5提出的低辐射和高辐射强迫RCP_4.5(低排放)、RCP_8.5(高排放)情景下2005-2099年气象资料,通过与东北地区1961-2010年91个气象站点观测资料同化,分析了历史资料(Baseline)、RCP_4.5、RCP_8.5情景下东北地区农业热量资源和降水资源空间分布及其变化趋势。结果表明:① 年均温度空间分布自南向北降低,未来各地区温度均有升高,RCP_8.5情景下升温更明显,Baseline情景年均温度为7.70 ℃,RCP_4.5和RCP_8.5年均温度分别为9.67 ℃、10.66 ℃;其他农业热量资源随温度变化一致,具体≥ 10 ℃初日提前3 d、4 d,初霜日推迟2 d、6 d,生长季日数延长4 d、10 d,积温增加400 ℃·d、700 ℃·d;水资源稍有增加,但不明显。② 历史增温速率为0.35 ℃/10a,未来增温速率最快为RCP_8.5情景0.48 ℃/10a,高于RCP_4.5的0.19 ℃/10a。21世纪后期,RCP_8.5增温趋势明显快于RCP_4.5,北部地区增温更加速。其他农业热量资源随温度变化趋势相一致,但具体空间分布有所不同。生长季降水总体呈增加趋势,但不显著,年际间变化较大;东部地区降水增加,西部减少。未来东北地区总体向暖湿方向发展,热量资源整体增加,但与降水的不匹配可能将会对农业生产造成不利的影响。

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    1949-2015年中国典型自然灾害及粮食灾损特征
    赵映慧, 郭晶鹏, 毛克彪, 项亚楠, 李怡函, 韩家琪, 吴馁
    2017, 72 (7):  1261-1276.  doi: 10.11821/dlxb201707011
    摘要 ( 1213 )   HTML ( 9 )   PDF(16792KB) ( 1466 )  

    中国是一个自然灾害频发的国家,研究其自然灾害演变特征及粮食灾损规律,对实现中国社会经济可持续发展、解决中国粮食安全问题具有重要意义。本文先基于Python语言编程获取1949-2015年中国31省市自然灾害造成的受灾、成灾、绝收面积,构建灾害强度指数分析不同灾种的时序特征分异,利用趋势分析、ESDA方法分析不同灾种在省域空间的分布特征及冷热区;再获取1949-2015年粮食种植数据,通过粮食灾损估算模型、定义粮食灾损率、地理空间探测器,计算并检验中国粮食损失时空特征及分异性。结果表明:① 相比受灾面积曲线,本文构建的灾害程度指数能够更好揭示自然灾害时序演变特征;② 1949-2015年期间中国两大主力灾害(洪灾、旱灾)交替出现,未来5~10年以洪灾为主;③ 灾种排序旱灾>洪灾>风雹>低温>台风,其中旱灾、洪灾受灾占比过半;④ 省域不同灾种间空间趋势变化特征明显,区域受灾面积东部>西部,北部>南部,且北部灾种单一、南部多灾并发;⑤ 自然灾害受灾总和、旱灾、雹灾、低温空间上全局自相关性不显著,呈随机模式分布,洪涝、台风在空间分布上具有显著的全局自相关性,呈集聚模式;⑥ 1949-2015年灾害、灾损量、灾损率整体时序趋势呈现先升后降,2000年为临界点,空间分布具有异质性,单因子解释力度差异显著,多因子交互均呈非线性增强关系,胡焕庸线两侧冷热点分布呈两极化且其重心向北迁移。建议政府加强除旱减雹(西北)、除旱排内涝(东北)、排涝防冻(中部)、排涝预台(东南沿海)等工程技术措施;同时西北(环境恶劣)、东北(中国粮仓)应作为防灾减灾重点保护区,制定专项保护方案,以保证中国粮食丰产增收。

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    生态系统服务供给和需求研究进展
    马琳, 刘浩, 彭建, 吴健生
    2017, 72 (7):  1277-1289.  doi: 10.11821/dlxb201707012
    摘要 ( 1475 )   HTML ( 26 )   PDF(4220KB) ( 2052 )  

    生态系统为人类供给产品与服务,人类对其产品与服务形成需求和消费,供需两者共同构成生态系统服务从自然生态系统流向人类社会系统的动态过程。对生态系统服务的供给和需求进行识别、度量、空间化及均衡分析是生态系统服务研究的重要组成部分,有助于生态系统有效管理以及自然资源合理配置,为生态系统服务付费和生态补偿提供理论支撑。本文基于国内外理论和案例研究成果,首先梳理生态系统服务供给和需求的含义,其次总结和对比从供需空间特征角度对生态系统服务的分类,并归纳生态系统供给和需求的空间化方法,最后从实际供给和潜在供给、实现需求和总量需求、供需数量和空间关系3个方面探讨生态系统服务供需均衡分析框架。

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    中国“三生空间”分类评价与时空格局分析
    刘继来, 刘彦随, 李裕瑞
    2017, 72 (7):  1290-1304.  doi: 10.11821/dlxb201707013
    摘要 ( 4556 )   HTML ( 44 )   PDF(6827KB) ( 2993 )  

    本文在探究“生产—生活—生态”三生空间理论内涵的基础上,分析了土地利用功能与土地利用类型的辩证关系,依据土地利用现状分类国家标准,建立了三生空间分类与评价体系,揭示了1990-2010年间中国三生空间的格局及其变化特征。结果表明:① 生产空间主要分布在胡焕庸线东南侧的主要城市群及粮食主产区,其扩张区域主要分布于东北平原、新疆西北、宁夏、兰州—西宁、四川盆地、环渤海、长三角、厦漳泉、珠三角等地区,缩小区域主要分布在黄土高原、呼伦贝尔大草原、江汉平原、闽南丘陵等地区;② 生活空间主要集中在全国主要城市及城市群,整体上呈现“东高西低、北高南低;大分散、小集聚”的空间格局,其扩张过程表现为环渤海、长三角、珠三角三大城市群的大规模、区域式扩张和各主要省会城市的小规模、点状式扩张。③ 生态空间主要分布在胡焕庸线西北侧,整体呈现“西高东低,南高北低”的空间格局;④ 工业化、城镇化是中国三生空间变化的基本动力,西北和东北地区的农田开垦、华北平原和三大城市群的城镇化建设、黄土高原的退耕还林等是导致三生空间区域差异的主要原因。本文可以为三生空间的分类规划和优化决策提供参考依据。

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    中国县域尺度生态保护的地域分异及其适宜性
    黄麟, 郑瑜晗, 肖桐
    2017, 72 (7):  1305-1315.  doi: 10.11821/dlxb201707014
    摘要 ( 749 )   HTML ( 20 )   PDF(15758KB) ( 1529 )  

    鉴于中国对生态保护的投入与奖惩皆以县域为基本单元,需要开展县域尺度生态保护效果的监测评估,以期为县域生态环境质量考核提供科学依据。本文定量分析了近15年县域尺度优良生态系统面积及植被覆盖度变化,及其与生态保护项目数量的关系,进而评估生态保护措施在县域生态变化中的效果,并评价工程措施的地域适宜性。结果表明:① 中国东北地区、南方亚热带区、青藏高原东南部的县域优良生态系统面积占比多高于50%,西北地区、西南喀斯特区、华北平原等县域优良生态系统占比多低于20%。② 近几十年,生态保护重点是生态脆弱区,青海三江源、藏东南、川西、祁连山、新疆南部等西部地区的县域生态保护项目数量多大于5个,东部沿海地区则少于或等于1个。③ 2000-2015年,中国53%县域的优良生态系统面积占比提高,黄土高原、黄淮海平原、京津冀、川黔渝、两广等地区的县域植被覆盖度明显上升,而新疆北部、西藏中部、内蒙古中东部等干旱半干旱区、长三角等区域植被覆盖度下降。④ 生态保护项目数量与优良生态系统、植被覆盖度变化等反映生态状况改善的指标并未呈现正相关关系,生态保护应遵循优良生态系统分布格局,气候变化背景下造林等工程措施应遵循自然规律与地带性差异。

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    吴尚时对中国近代地理学的贡献与学术思想探讨
    CHEN Jiyu, WU Chaoyu, SITU Shangji, 陈吉余, 吴超羽, 司徒尚纪
    2017, 72 (7):  1316-1327.  doi: 10.11821/dlxb201707015
    摘要 ( 757 )   HTML ( 1 )   PDF(1958KB) ( 861 )  

    吴尚时(1904-1947)是中国近代地理学重要开创者之一。1928年吴尚时获金牌毕业于中山大学,次年考取公费前往法国学习地理学。他先后就读于里昂大学和格日诺布尔大学,授业于A. 阿历克斯,M.巴尔台和R.布朗夏尔等,布氏是维达尔·布拉什知名弟子。1934年吴氏学成归国,任中山大学地理系教授,1939-1945年任地理系主任。时逢日军侵华,学校不断搬迁逃避战火,华南、西南千里迁徙之途成为先生的野外考察路线,这需要非同一般的坚毅意志和对科学的献身精神。先生学术文稿泰半完成于此艰危时期,过度的劳累和极度困苦的环境严重损害了他的健康。1947年,先生去世,年仅43岁。

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