1879-2015年巴尔喀什湖水位变化及其主要影响因素分析

近年来因气候变暖和人类活动影响,巴尔喀什湖水位下降,造成了湖泊及周边区域的生态危机,引起了国际关注.基于巴尔喀什湖流域1879-2015年的湖泊水位、河川径流、降水、气温和土地利用等数据,采用趋势分析、突变检验、周期分析和相关性分析等方法,定量解析了流域湖泊水位、气候和土地利用等变化特征,综合探讨了巴尔喀什湖水位的影响因素.结果表明:1879-2015年,巴尔喀什湖水位在340～344 m呈明显丰枯周期性的变化,变化周期为48～52年;1988-2015年,水位呈现显著上升趋势,增速约为6.91 cm/a.巴尔喀什湖流域主要河流的入湖水量均呈减少趋势,东部主要支流甚至出现断流现象,使得伊犁河入湖水量占比约80％,且不断增大;中国伊犁河流入哈萨克斯坦境内的水量呈增加趋势,但由于普恰盖水库截流蓄水,导致伊犁河下游水量急剧减少.巴尔喀什湖流域农业用地从1928年左右开始到现在经历了"增加—减少—增加—平稳"的变化过程,伊犁河中下游哈萨克斯坦的农业用地扩张和水利工程建设造成了伊犁河入湖水量减少,是巴尔喀什湖水位下降的根本原因.研究结果可为中哈跨境流域水资源合理利用、生态环境保护等提供一定参考.     

气候变暖背景下极端气候对青海祁连山水文水资源的影响

利用青海祁连山区极端气候要素和青海湖、哈拉湖及主要河流的水文资料,研究表明：冷夜日数（10%）呈显著减少趋势,暖夜日数（90%）呈显著增加趋势;年大风日数显著减少;年降水量21世纪初增加趋势最为显著并发生突变,降水量增加幅度中西段大于东段;≥ 5 mm、≥ 10 mm、≥ 25 mm年降水日数呈显著增加趋势,进入21世纪后更为明显,而≥ 0.1 mm年降水日数呈减少趋势;年平均大风日数与湖泊水位、河流流量变化呈负相关,大风天气的减少,可以缓解湖面和土壤因蒸发而导致的水分损失,对植被的改善可增加径流的产生,流入湖泊的流量增加;降水量与湖泊水位、河流流量呈正相关,受21世纪降水量增加的影响青海湖水位逐年上升,共上升1.67 m,达到20世纪70年代末的水位,中西部主要河流流量近几年也达到最大值,而东段流量增加不明显;祁连山区≥ 5 mm、≥ 10 mm、≥ 25 mm年平均降水量与湖泊、河流流量变化呈正相关,各量级年降水量对湖泊水位、河流流量的增加贡献显著。     

新疆博斯腾流域湿地遥感监测及时空变化过程

博斯腾流域是新疆最大的湖泊湿地分布区。湿地作为干旱区的一种特殊景观类型,在流域生态环境和水循环中发挥了重要的作用,其产生和消失、扩大和萎缩对区域生态环境将产生重要的影响。以Landsat系列数据为主要数据源,完成了博斯腾流域的3期遥感制图(1990、2000、2010年),分析了博斯腾流域湿地分布现状,探讨了区域湿地的时空变化过程和动态变化特征。结果表明:新疆博斯腾流域的湿地面积总体上一直在萎缩,1990-2010年总面积减少了16.24%;但是减少趋势相对变缓,且不同类型的湿地变化过程有所不同。其中:1990-2000年河流湿地和湖泊湿地表现为增加趋势,芦苇沼泽湿地表现为减少趋势;2000-2010年河流湿地、芦苇沼泽和湖泊湿地面积都表现为萎缩。在变化动态特征上,流域河流、湖泊湿地最近20a呈现倒"V"型波动,而芦苇沼泽湿地则持续下降。通过湿地变化与区域生态环境因子耦合分析表明,在近期内人类活动是造成区域湿地萎缩的主要因素。     

1962—2019年锡尔河-咸海三角洲湿地时空变化及驱动因素

咸海周边环境变化对中亚干旱区生态稳定有重要影响,研究锡尔河-咸海三角洲湿地演变对认识流域生态环境变化、实施生态修复等具有重要意义。基于多源遥感数据采用面向对象分层提取法方法,分析1962—2019年锡尔河下游三角洲湿地的时空变化特征,并结合咸海变化、耕地变化、河流水量和水利工程建设等探讨近60a湿地变化的驱动因素。研究表明:①近60 a在咸海持续萎缩的情况下,锡尔河下游三角洲湿地呈现先减小后增加的变化趋势,其中1962—1980年、1981—1991年和1992—2019年3个阶段的变化率分别为-38.29 km2/a、193.35 km2/a和14.36 km2/a;②湿地变化有明显的空间差异,锡尔河南、北2个入湖口区的湿地自1980年以来向咸海湖区扩张明显,耕地混合区的湿地自1991年以来向河道两侧扩张;③ 1962年后在入三角洲径流量总体减少的趋势下,灌渠建设和生态用水配置是三角洲湿地面积增加的主要原因,间接导致咸海入湖水量减少,咸海快速萎缩。锡尔河三角洲湿地恢复与咸海干涸形成了明显的生态反差,不利于咸海周边生态的整体恢复。     

咸海流域水文水资源演变与咸海生态危机出路分析

中亚的咸海问题已成为全球性的生态和社会问题,研究咸海流域水文水资源、经济社会发展演变与气候变化,对深入理解中亚地区咸海危机形成机理、未来发展趋势、探讨咸海生态危机出路具有重要意义,对类似区域跨界河流和我国西北干旱区水资源开发利用具有重要借鉴意义. 介绍了中亚五国咸海流域的水资源及其开发利用情况,重点分析了中亚五国咸海流域农业灌溉的发展演变、近80a来咸海流域气候变化趋势与主要河流水文演变情势及咸海水文特征演变. 结果表明,咸海生态危机完全是由人类自导并日益严重的水资源-生态-环境与社会危机,短期内难以遏制,长期来看也无法逆转. 结合咸海危机生态环境效应,讨论了3个跨流域调水方案拯救咸海的利弊与前景,探讨了立足于流域本身拯救咸海的综合治理措施. 最后,提出了咸海危机经验教训对我国内陆河水资源开发利用的若干启示.     

基于多源卫星测高数据的洞庭湖流域2003—2017年湖泊水位变化监测

利用ICESat-1和CryoSat-2测高数据获取了2003—2017年洞庭湖流域内湖泊的水位信息,分析了湖泊水位的时间变化过程,并结合TRMM卫星降水数据及人类用水等数据,讨论了湖泊水位变化对气候及人类活动的响应.结果表明,流域中80%的湖泊在2003—2009年呈现出水位下降趋势（-0.18~-0.09 m/a）;75%的湖泊在2010—2017年呈现出水位稳定或上升趋势（0~0.39 m/a）;总体来看,75%的湖泊在2003—2017年呈现出水位上升趋势（0.02~0.22 m/a）.分析表明,湖泊水位变化为多种因素共同作用的结果,降水为近年来洞庭湖流域内湖泊水位变化的主要驱动因子;以三峡水库为代表的水库运行会对湖泊水位产生季节性影响;同时,人类用水的持续增长也对湖泊水位有一定的影响.多源测高卫星为长时序大范围的湖泊水位监测提供了有力的手段,这对研究湖泊水位变化及其与气候和环境的响应具有重要意义.      

西南河流源区径流量变化规律及其未来演变趋势

采用统计学方法及集合经验模态分解、小波分析、水文模型等多种方法,在对气象水文、湖泊岩芯、树木年轮、气候模式数据进行深入分析的基础上,研究了西南河流源区径流变化规律与历史丰枯规律及其驱动机制,分析了未来气候变化影响下的径流演变趋势。结果表明:三江源地区的径流近50 a整体表现为上升趋势,雅鲁藏布江流域除尼洋河外的其他区域年径流量整体呈不显著下降趋势,气候变化是导致三江源、雅鲁藏布江和怒江流域径流变化的主要原因,其中降水是引起径流变化最关键的因子;主要河流径流不同时间尺度的丰枯演变规律为,雅鲁藏布江中游全新世洪水事件呈现出早晚全新世频繁、中全新世相对较少的特征,近500 a怒江流域重建径流序列存在10个丰水期和10个枯水期,丰枯序列变化主要受季风环流和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)活动的影响;在未来15~60 a,全球持续增温将使西南河流源区平均年径流深相比近30 a增加6%~14%,而极端径流呈现出“干更干、湿更湿”的变化特征,同时生态因子对径流变化的影响不可忽视。     

挠力河流域湿地水文特征变化研究

介绍了挠力河流域的基本情况和流域湿地变化特征。分析了1955-2000年挠力河流域主要水文站的径流变化特征及其相互之间的关系，得出了流域陆面蒸发呈增大趋势，而径流呈递减趋势。通过计算和分析菜咀子、宝清、保安和红旗岭4个水文站多年平均径流值，得出了挠力河流域现存湿地对径流的调节作用极为明显，但调节能力总体呈下降趋势。基于径流变化的特点，估算了现存湿地多年平均生态需水量。研究结论对流域湿地保护及水资源科学配置有重要参考价值和指导作用。     

近500年来咸海湖泊沉积记录的环境演变

过去的五十年里,作为曾经世界第四大湖泊的咸海面积急剧萎缩,环境质量严重下降并对大部分中亚地区造成了灾难性的影响.咸海的水位下降过程虽然历时相对较短却变化显著,为了了解这一变化的详细过程,1997年从咸海北部湖盆采集了AS17孔浅钻岩芯.通过对该岩芯的矿物学、介形虫、孢粉等沉积环境指标综合分析,结果表明岩芯在矿物学特征及生物特征上的一系列显著变化,揭示了过去近500年中咸海的沉积环境经历了含盐量增加-下降-再增加三个明显的阶段,并为15世纪咸海的干旱提供了新的证据.     

河流水质时空变化及其受土地利用影响的研究——以深圳市主要河流为例

从深圳市的现实研究需求出发,在对地表水体主要水质指标因子分析的基础上,研究了深圳市境内五个集雨面积大于100 km2的河流近10年的水质时空变化特征。然后结合5个流域的土地利用详查数据,应用统计分析和空间分析方法论证了流域内土地利用类型与河流水质关键指标之间的相关关系。研究结果表明,从1996-2004年深圳市5个主要河流的有机物污染程度有不断增加的趋势,不同时间段内5个流域的耕地、园地和建设用地的数量对相应河流水质的有机物污染有明显的正效影响作用。因此为了制定和实施合理的水环境保护对策,需要对流域内土地利用结构进行优化调整,以期构建流域尺度上水土资源协调发展的可行预案。     

Investigations on Aral Sea Regressions from Mirabilite Deposits and Remote Sensing

Remote sensing techniques including radar (Topex/Poseidon, Jason-1 and Envisat) and laser altimetry (Icesat), and moderate resolution spectro-radiometer (MODIS) images, are used to estimated current level and surface extent time variations of the Aral Sea. During the Holocene several phases of regression occurred, leading to desiccation of the Aral Sea. During the last 50 years, Aral Sea has drastically shrunk due to intense use of river’s water for irrigation purposes. It is currently separated into four distinct water bodies, namely, the Small Aral in the North, the Tchebas Bay in the North West, and the South West and the South East basins. The Kulandy strait connected the SW and SE basins until very recent times. These basins are now almost separated and salinity becomes very high (140–180 g/l) in the Eastern part. Rubanov discovered past deposits of mirabilite in the years 1970–1980. We investigate the significance of these deposits in the light of current evolution of the four water bodies that constitute the heritage of Aral Sea contemporary desiccation. Using remote sensing techniques, we have attempted to calculate the water balance of south Aral Sea during the last 3 years. We conclude in strong probability that the Kulandy strait carries water most of the time from the Eastern Basin to the Western Basin. We have demonstrated that it should have been the same process in the past to explain the Mirabilite deposit, but unfortunately, due to recent artificial water monitoring of the Aral Sea (dam in the Berg’s strait, new reservoirs in the Amu Darya’s delta), it is impossible to make definitive conclusion from actual Aral Sea water balance.     

咸海演化的关键问题及其对经济、社会和生态价值的重要启示

本文回顾了Aral Sea(咸海)海平面变化的最新认识,以供社会和经济项目决策者使用。我们提出了咸海生态标准的新认识:由于1960年之前当时的人类活动已经引起了湖泊萎缩,咸海在1960年之前是小到中型湖泊,而不是大型湖泊。对咸海认识的改变可能会使许多基于极端情景的昂贵计划变得更加现实。同时,基于地质、考古、历史和水文研究中所获得的多重数据的综合分析,本次结果认为咸海在过去的2万年内经历了多次突然的海侵和海退。然而,除了现代的原因外,引起这些变化的原因的认识仍然不完整,需要进行专门的调查研究。在这篇论文中,我们针对水位变化、气候变化与咸海盆地来自锡尔河和阿姆河供水变化相结合的研究方法进行了讨论。     

Water balance and water resources of the Aral sea basin and its man-induced changes

Presented natural-climatological characteristics of water resources forming conditions of the Aral sea basin. Analised flow variability correlation of Amy Darya and Syr Darya from the point of their influence on the sea level fluctuation.Shows up the tendences of structural changes and efficiency of water resources usage of the region, presents their present-day spacial-geographical peculiarities.On the basis of temporal analysis of water balance structure of the Aral Sea, forming processes of river flow and its discharge a conclusion about quantative correlation of natural and anthropogenic components of sea level degradation is made.     

中亚干旱区咸海面积变化与人类活动及气候变化的关联研究

咸海是亚洲仅次于里海的第二大内陆咸水湖, 20世纪60年代以来湖泊面积急剧萎缩。基于1960 - 2018年咸海的面积数据、 CRU气温和降水数据以及咸海流域灌溉面积、 水库容量等资料, 定量分析了1960年以来咸海湖泊面积的变化情况, 并从气候变化与人类活动两方面探究了咸海面积变化的主要影响因素。结果表明： 1960 - 2018年咸海的面积由6.85×10⁴ km²持续萎缩至（8.32±0.19）×10³ km², 共减少了（6.02±0.02）×10⁴ km²（约87.85%）, 其中1960 - 2009年面积萎缩了（5.94±0.02）×10⁴ km²（约86.77%）, 而在2009 - 2018年其面积萎缩速率明显放缓, 减少了740.04 km²（约8.17%）。统计结果显示, 1960年以来强烈的人类活动（主要表现为灌溉用水和水库储水量的持续增加）是导致咸海面积急剧萎缩的主要因素, 其对咸海面积变化的影响远大于气候变化。在中亚地区气候继续向暖湿变化的背景下, 咸海流域应尽快调整以农业灌溉为主的用水结构, 否则在上游冰川融水达到峰值后, 咸海可能面临干涸的危险。     

中亚各国在咸海流域水资源问题上的冲突与合作

咸海流域是中亚社会发展进程中水资源供需矛盾和生态环境问题表现最为突出的区域,已严重妨碍了经济发展和社会稳定,甚至严重影响到中亚国家间的关系. 在解决咸海问题上,中亚各国虽然都表现出了极度忧虑和希望合作解决共同问题的诚意,签订了一系列的多边和双边合作协议,付诸了较多的行动;发达国家和国际组织也多方介入,大力援助、积极斡旋,但仍未从根本上缓解咸海危机. 深入分析介绍了咸海流域的水资源及开发利用情况、中亚各国在咸海流域水资源问题上的冲突以及开展的一系列合作,探讨了咸海危机的潜在水冲突,提出了合理利用水资源,实现流域一体化管理,化解咸海危机的对策措施.     

国外水资源开发利用的经验教训

合理开发和利用水资源是西部大开发成功的关键。通过对美国水资源管理政策的演化及前苏联的“咸海生态灾难”的研究，总结其正反二方面的经验教训，以进一步提高水资源开发决策的科学性。     

Surface water and aerosol spatiotemporal dynamics and influence mechanisms over drylands

Under the background of global warming and excessive human activities, much surface water in drylands is experiencing rapid degradation or shrinkage in recent years. The shrinkage of surface water, especially the degradation of lakes and their adjacent wetlands in drylands, may lead to the emergence of new salt dust storm hotspots, which causes greater danger. In this paper, based on high spatial resolution global surface water (GSW) and multiangle implementation of atmospheric correction (MAIAC) AOD data, we systematically analyze the dynamic characteristics of surface water and aerosols in typical drylands (Central Asia, CA) between 2000 and 2018. Simultaneously, combined with auxiliary environment variables, we explore the driving mechanisms of surface water on the regional salt/sand aerosols on different spatial scales. The results show that the seasonal surface water features an increasing trend, especially a more dramatic increase after 2015, and the permanent surface water indicates an overall decrease, with nearly 54.367 % at risk of receding and drying up. In typical lakes (Aral Sea and Ebinur Lake), the interannual change feature of the surface water area (WA) is that a continuous decrease during the study period occurs in Aral Sea area, yet a significant improvement has occurred in Ebinur Lake after 2015, and the degradation of Ebinur Lake takes place later and its recovery earlier than Aral Sea. The aerosol optical depth (AOD) in CA shows obvious seasonal variation, with the largest in spring (0.192 ± 0173), next in summer (0.169 ± 0.106), and the smallest in autumn (0.123 ± 0.065). The interannual variation of AOD exhibits an increase from 2000 to 2018 in CA, with high AOD areas mainly concentrated in the Taklamakan Desert and some lake beds resulting from lake degradation, including Aral Sea and Ebinur Lake. The AOD holds a similar trend between Aral Sea and Ebinur Lake on an interannual scale. And the AOD over Ebinur Lake is lower than that over Aral Sea in magnitude and lags behind in reaching the peak compared with Aral Sea. The WA change can significantly affect aerosol variation directly or indirectly on the aerosol load or mode size, but there are obvious differences in the driving mechanisms, acting paths, and influence magnitude of WA on aerosols on different spatial scales. In addition, the increase of WA can significantly directly suppress the increase of Ångström exponent (AE), and the effects of WA on AOD are realized majorly by an indirect approach. From the typical lake perspective, the effects of WA on aerosol in Aral Sea are achieved via an indirect path; and the decrease of WA can indirectly promote the AOD rise, and directly stimulate the AE growth in Ebinur Lake.