2002~2020年刚果河流域陆地水储量变化分析

利用德克萨斯大学空间研究中心（CSR）发布的GRACE时变重力场模型,基于最大信噪比准则确定RL06球谐系数模型（spherical harmonics,SH）的最优高斯滤波半径,在此基础上反演2002-04~2020-05刚果河流域陆地水储量变化,结合水文与降雨、蒸散资料分析其驱动因素。研究结果表明,GRACE模型估计的刚果河流域水储量变化和水文模型估计的地表水储量变化的周年振幅一致,表明刚果河流域的陆地水储量周年变化驱动因素为地表水。对于年际变化,2002-04~2020-05陆地水储量变化呈轻微增加趋势,2002-04~2006-12明显减少,RL06 SH模型估计结果为-2.30±0.24 cm/a;2007-01~2010-12呈现增加趋势,为0.38±0.24 cm/a;2011-01~2020-05水储量增速变大,为0.92±0.12 cm/a,该结果与CSR Mascon估计结果一致。     

基于GRACE RL06数据探测三江源地区陆地水储量变化

利用CSR最新发布的GRACE RL06数据反演2006~2015年三江源地区陆地水储量的时空变化,并结合GLDAS水文模型、TRMM降水数据及地表冻融数据进行对比分析。结果表明,三江源地区的陆地水和地表水在2006~2015年的变化趋势分别为5.2±1.2 mm/a和-3.8±0.9 mm/a;降水与陆地水的变化密切相关,也是造成陆地水储量呈季节性变化的主要原因;冻土作为特殊的蓄水层,影响着三江源地区地表水与地下水之间的水力联系,冻土活动可能造成GRACE与GLDAS水储量之间的差异;根据GRACE与GLDAS水储量在空间趋势上的差异推测,三江源地区高原多年冻土退化,活动层增厚。     

利用GRACE监测中国区域干旱及其影响因素分析

利用2003-01~2012-12的GRACE时变地球重力场模型计算我国长江中下游平原、西南地区和华北平原陆地水储量变化的时间序列。结果表明，长江中下游平原和华北平原的陆地水储量变化量最低值在2011-05，西南地区最低值在2010-03。根据陆地水储量变化的水平衡原理计算3个区域地下水储量变化情况。结果表明，长江中下游平原和西南地区地下水储量呈缓慢增长的趋势，增长速率分别为0.54 mm/月和0.34 mm/月；华北地区呈缓慢减小的趋势，减小速率为0.33 mm/月。3个区域干旱时期地下水储量的亏损情况分别为：长江中下游平原-21.31 mm/月，华北平原-19.88 mm/月，西南地区-15.72 mm/月。最后，用NOAA发布的月降雨和气温数据对3个区域干旱期间的降雨量和蒸发量进行量化，分析3次干旱产生的原因。结果表明，西南地区2010年春季干旱的主要原因是气温异常，长江中下游平原和华北平原2011年干旱的主要原因是降雨量偏少。     

南水北调前后海河流域陆地水储量变化分析北大核心CSCD

基于GRACE及GRACE-FO重力卫星数据,通过滑动T检验确定海河流域陆地水储量突变的特征时间点,分析其时空演变特征;结合多变量趋势分析和贡献率量化法探究陆地水储量变化成因,讨论南水北调工程的贡献。结果表明,在南水北调前(2004-01~2015-01)后(2015-01~2020-10),海河流域陆地水储量的衰减趋势分别为-17.19 mm/a和-13.49 mm/a,缓解约24%,缓解趋势由南到北逐渐增大;人类活动与气候变化对流域陆地水储量变化的贡献率比为7∶3,人为耗水是海河流域陆地水储量常年处于亏损状态的主要原因;调水量的贡献率和趋势呈现年际增大和升高态势,预示南水北调工程在改善区域陆地水储量方面具有巨大潜力。     

2002～2018年中国七大流域水储量变化及时空分布特征

基于 GRACE 重力卫星反演2002～2018年中国七大流域的水储量变化。研究表明,中国陆地水储量变化存在明显的地域分布特征,辽河、海河、黄河和淮河流域水储量总体上呈递减趋势,年均减少速率分别为-0.54±0.9 mm/a、-5.96±0.6 mm/a、-2.65±0.8 mm/a 和-1.94±1.2 mm/a。在海河流域,地下水严重超采导致水储量明显减少;松花江、长江、珠江流域水储量呈显著增加趋势,年均增长速率分别为4.52±1.1 mm/a、3.84±0.7 mm/a、4.87±1.1 mm/a。流域水储量峰值一般晚于最大降雨量月份,这是因为降雨转换为陆地水储量需要一定时间。     

基于多源数据的华北平原地下水储量时空变化分析

利用GRACE卫星数据反演华北平原2003~2015年地下水储量变化,并用监测井数据进行验证。基于EOF方法分解GRACE年际地下水储量变化,结合冬小麦年均WFblue和TRMM降雨数据分析影响华北平原地下水储量年际变化的因素。结果表明,前2个特征向量方差贡献率为93.09%。其中,第1模态方差贡献率为80.04%,与华北平原2003~2009年冬小麦年均WFblue空间变化的相关系数为-0.69,且空间分布一致;第2模态方差贡献率为13.05%,与同时段降水数据的空间分布的相关系数为0.93。说明农业灌溉,尤其是冬小麦的灌溉对华北平原地下水的消耗起着至关重要的作用。     

GLDAS_NOAH_M.2.1水文模型在青藏高原的适定性分析

利用2003-01~2016-06共162个月 GLDAS_NOAH_M.2.1、GLDAS_NOAH_M.001新旧水文模型和GRACE卫星重力数据，计算青藏高原区域水储量及总质量变化，说明GLDAS_NOAH_M.2.1水文模型相对于旧模型可提升在青藏高原区域的精度。将研究区域分为6个部分，根据3种数据分别计算6个区域的平均质量变化时间序列，顾及年周期、半年周期对该时间序列进行最小二乘拟合，估计6个区域3种数据的年振幅、年相位及相关性。结果表明，GLDAS_NOAH_M.2.1水储量变化的年振幅、年相位与GRACE总质量变化的年振幅、年相位空间分布大体一致，在青藏高原北部区域与GRACE的相关性尤为明显；GLDAS_NOAH_M.001年振幅、年相位在青藏高原北部区域存在明显异常，与GRACE的相关性很低。从长趋势质量变化来看， GLDAS新、旧模型在不同区域的差异为-6.4~4.5 Gt/a量级，而在青藏高原主体区域，新模型的质量趋势偏低10.4 Gt/a。     

1980-2015年黄河流域降雨侵蚀力时空变化分析

本文利用1980-2015年黄河流域及周边166个气象站点36 a的降雨资料,采用日降雨侵蚀力计算模型,对克里金插值后的栅格数据,通过利用主成分分析法、isodata聚类和最大似然法实现区域划分,并在此基础上应用重心模型研究了黄河流域降雨侵蚀力的时空变化。研究结果表明：黄河流域内不同区域的年降雨侵蚀力差异较大,最小的区域在200 MJ·mm·hm^-2·h^-1左右变化,最大的区域可达3000 MJ·mm·hm^-2·h^-1,年降雨侵蚀力具有由西北向东南递增的趋势。年降雨侵蚀力大的区域其侵蚀力值在不同年份中波动范围也大。西宁、呼和浩特等所在的一区、二区和三区的年降雨侵蚀力的重心总体上呈现向东北方迁移趋势。太原、西安所在的四区、五区其重心总体上呈现向西南方迁移趋势,其年降雨侵蚀力重心迁移范围小,重心点分布更紧密。各区域年降雨侵蚀力重心的迁移范围在空间和时间尺度上总体呈现由西北向东南方向逐渐缩小趋势。     

太行山山前平原地下水补给规律分析:以河北栾城为例

采用水均衡法与通量法对太行山山前平原(河北栾城)进行了地下水补给评价,结果表明:近20a地下水入渗补给量为
8~172mm/a(水均衡法),平均值49.3mm/a,变化幅度大。其中2004年入渗补给量(63mm/a)比采用通量法计算结果(28.2
mm/a)大一倍,表明土壤优先流对入渗补给作用显著。年入渗补给量总体上随有效降雨量增加、地下水位下降速率减少、作物实
际蒸发蒸腾量减少而增加,但与有效灌溉量和灌溉量之和的相关性不显著。通过长序列地下水位与灌溉量等数据估算得到研究
区侧向净补给量为125.2mm/a,约占地下水总补给量的71.7%(175.4mm/a),说明地下水主要以侧向补给为主。同时计算了入
渗补给与侧向补给地下水的延迟时间,分别为60a和1个月。      

马坑铁矿疏干条件下地下水温度场特征及其指示意义

在矿区长期疏干条件下,不仅地下水流场发生了重大改变,地下水的温度场也发生了明显变化,仔细研究这种地下水的
温度变化特征可以深化矿区水文地质条件及其变化的认识。在利用福建马坑铁矿长期监测的地下水温度数据的基础上,分析了
疏干条件下地下水温度场的平面分布以及变化特征,探讨了影响地下水温度平面分布以及动态变化的因素。结果表明,矿区地下
水的运动特征决定了矿区地下水温度的平面分布呈现西高东低的整体趋势,以及南侧南西高北东低,北侧北西高南东低的局部趋
势,受地下水循环深度的影响,副井附近出现高温异常;由于矿区接受温度较低的补给水源逐渐增大,近几年来矿区地下水温呈现
整体下降的趋势,且下降速率逐年增大,反映了矿区地下水的补给还在逐渐增加。      

三江源地区“三区空间”时空演化及驱动机制分析（1992―2020年）

三江源地区是国家重要生态安全屏障和生态文明先行示范区。科学认知三江源地区生态空间、农业空间、城镇空间的空间格局演变特征及驱动机制,对于促进国土空间格局优化具有重要意义。首先从单一土地利用类型入手,分析1992―2020年的变化特征;然后结合土地分类和量化评价辨识出农牧空间,进而界定出“三区空间”并对其演变特征进行分析;最后,利用地理探测器分析变化背后的驱动机制。结果表明：① 三江源地区城镇空间增幅达774.56%;生态空间和农业空间以2005年和2015年为转折点,分别呈“U”字型和倒“U”字型变化趋势;② 研究区仅发生了4种交叉转换：生态空间转农业空间规模为1154.1 km²,多发生在气候变化主导区,转化量大但速度在逐步放缓;农业空间转生态空间规模为1140.8 km²,多分布在气候与人类活动共同作用区,转化速度呈明显变快趋势;农业空间和生态空间转为城镇空间的总量分别为41.0 km²和12.3 km²,多分布在县（市）驻地镇附近,转化速度在三个阶段表现为“缓慢增长―变快―减缓”的态势;③ 地理基础条件是“三区空间”格局演化的基本动力和前提,制约着交叉转换的位置和方向;社会经济因素是演化的关键驱动力,对交叉转换规模和速度均具有显著影响;生态保护政策在2005年之后驱动作用显著,尤其在“生态―农业”空间的相互置换过程中发挥着稳定作用。本研究可为牧业地区主体功能降尺度传导和国土空间用途管制提供新思路,可应用于三江源地区生态环境保护决策和各级国土空间规划编制工作。     

三江源生态工程实施以来草地恢复态势及现状分析

三江源生态保护与建设工程实施以来,区域生态环境发生了明显的改善。为了正确认识该地区草地退化恢复的程度及其空间分布特征,本文通过对比分析2004年和2012年2期遥感影像,利用人工解译的手段获取了工程实施后三江源地区退化草地变化态势数据集,并在此基础上分析了退化草地的恢复态势,以及草地退化现状的空间格局特征。结果表明：① 2004-2012年三江源生态工程实施以后,该地区草地退化呈现不同程度的减缓态势,而且局部地区草地状况明显好转;② 三江源地区各县草地退化趋势基本得到控制,退化草地变化以轻微好转和明显好转为主,退化发生和退化加剧现象仅发生在极少数县;③ 2012年三江源退化草地面积比2004年降低了5.78%,其中中度退化草地的面积减少最显著,下降了5.35%。黄河源和长江源草地退化的形势依然比较严峻,玛多县、曲麻莱县、称多县北部和治多县东南部草地退化最明显。三江源生态工程自实施以来,草地恢复态势及现状分析对归纳总结三江源生态保护与建设一期工程的成功经验和基本教训,以及合理指导二期工程的实施具有重要的科学意义。     

Vulnerability of Himalayan springs to climate change and anthropogenic impact: a review

The climate change and unsustainable anthropogenic modification can intensify the vulnerability of the Himalayas. Natural springs are the principal source of potable water security for the Himalayan population. The changes in the trend of precipitation, temperature and glacier melt are expected to impact the quantity and quality of spring water significantly. This review presents an insight to unravel the effects of climate change and land use land cover changes on the spring resources and outline the essential elements of spring hydrology in the Himalayas. The sensitive response of spring flow to the climate has been observed to follows an annual periodic pattern strongly dependent on snowmelt,rainfall, and evapotranspiration. Among all types,Karst aquifers were found to be highly vulnerable. The changes in the forest and urban landscapes are affecting the recharging sites in the headwater region.In the Central Himalayan region(Kosi River basin,Kumaun), the number of perennial springs is decreasing at a rate of three springs year-1, and nonperennial springs are increasing at the rate of one spring year-1. The high concentration of NO3-, Cl-1,SO42-, and coliform counts reported from the spring water evidence a high susceptibility of shallow aquifers to the non-point source of pollution. Future projections indicate high surface-runoff and occurrence of extreme events such as floods, glacial lake outbursts, and landslides can affect the flow and water quality of springs. As the impact of climate change and anthropogenic activities are expected to increase with time remarkably, there is an urgent need to promote regional scientific studies on springs targeting hydrogeochemical evolution, vulnerability assessment, recharge area dynamics, and development of springshed management program.     

Response of snow hydrological processes to a changing climate during 1961 to 2016 in the headwater of Irtysh River Basin,Chinese Altai Mountains

With changing climatic conditions and snow cover regime, regional hydrological cycle for a snowy basin will change and further available surface water resources will be redistributed. Assessing snow meltwater effect on runoff is the key to water safety, under climate warming and fast social-economic developing status. In this study, stable isotopic technology was utilized to analyze the snow meltwater effect on regional hydrological processes, and to declare the response of snow hydrology to climate change and snow cover regime, together with longterm meteorological and hydrological observations, in the headwater of Irtysh River, Chinese Altai Mountains during 1961-2015. The average δ~(18) O values of rainfall, snowfall, meltwater, groundwater and river water for 2014–2015 hydrological year were-10.9‰,-22.3‰,-21.7‰,-15.7‰ and-16.0‰, respectively.The results from stable isotopes, snow melting observation and remote sensing indicated that the meltwater effect on hydrological processes in Kayiertesi River Basin mainly occurred during snowmelt supplying period from April to June. The contribution of meltwater to runoff reached 58.1% during this period, but rainfall, meltwater and groundwater supplied 49.1%, 36.9% and 14.0% of water resource to annual runoff, respectively. With rising air temperature and increasing snowfall in cold season, the snow water equivalent(SWE) had an increasing trend but the snow cover duration declined by about one month including 13-day delay of the first day and 17-day advancement of the end day during 1961–2016. Increase in SWE provided more available water resource. However, variations in snow cover timing had resulted in redistribution of surface water resource, represented by an increase of discharge percentage in April and May, and a decline in Juneand July. This trend of snow hydrology will render a deficit of water resource in June and July when the water resource demand is high for agricultural irrigation and industrial manufacture.     

Characteristics of rainfall erosivity based on tropical rainfall measuring mission data in Tibet, China

Rainfall erosivity in Tibet from 2000 to 2OlO was estimated based on simplified erosion prediction model using daily rainfall data derived from the Tropical Rainfall Measurement Misssion （TRMM） 3B42 rainfall measurement algorithm. Semi- monthly erosive rainfall and rainfall erosivity were validated using weather station data. The spatial distribution of annual rainfall erosivity as well as its seasonal and annual variation in Tibet was also examined. Results showed that TRMM 3B42 data could serve as an alternative data source to estimate rainfall erosivity in the area where only data from sparsely distributed weather stations are available. The spatial distribution of rainfall erosivity in Tibet generally resembles the distribution of multi-year average of annual rainfall. Annual rainfall erosivity in Tibet decreased from the southeast to the northwest. The concentration degree of rainfall erosivity shows an increasing trend from the southeast to the northwest. High rainfall erosivity accompanies low rainfall erosivity concentration degree and vice versa. Rainfall erosivity increased in the middle and western Tibet and decreased in the southeastern Tibet during the 11 years of this study.