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.      

内蒙古中东部达里湖湖岸堤记录的12.5 cal ka BP以来湖面波动过程*

内蒙古中东部位于东亚夏季风过渡区,对气候变化响应敏感。广泛发育的湖泊沉积物提供了全新世以来的环境变化的理想材料。湖岸沉积物直接记录的古水位,与高分辨率的湖心钻孔记录相结合,有助于全面认识古气候的变化历史和湖面波动的定量重建。运用AMS¹⁴C测年和GPS、DEM及1︰5万地形图等相结合的方法确定了达里湖北侧湖岸堤的年代和高程,并结合湖岸堤剖面的沉积序列指示的湖面变化过程,重建了12.5 cal ka BP以来达里湖的波动历史。12.5 cal ka BP,达里湖湖面海拔高度约为1253,m,至12.3 cal ka BP湖面经历短暂上升,至海拔1266,m左右;之后湖面下降,至全新世早期(11.2 cal ka BP),水位降至1254,m左右;随后湖面开始逐步上升,10.7 cal ka BP湖面水位稳定在1274,m左右;全新世中期湖面继续上升至某一高度(至少在1291,m)后,于全新世晚期4.8 calka BP 湖面高度降至1279,m,并于4.6 cal ka BP湖面继续下降至1275,m的高度。通过对比湖心钻孔记录的湖泊波动历史以及区域湖泊沉积记录,认为达里湖的水位波动受东亚季风活动的影响,具有区域的一致性。达里湖的水位变化较区域内的其他湖泊更为强烈,认为除了受区域气候变化的影响外,达里湖全新世晚期的湖面下降可能还与区域内强烈的构造活动和西拉木伦河溯源侵蚀导致区域水系的改变有关。     

内蒙古中东部达里湖湖岸堤记录的12.5 cal ka BP以来湖面波动过程

内蒙古中东部位于东亚夏季风过渡区,对气候变化响应敏感。广泛发育的湖泊沉积物提供了全新世以来的环境变化的理想材料。湖岸沉积物直接记录的古水位,与高分辨率的湖心钻孔记录相结合,有助于全面认识古气候的变化历史和湖面波动的定量重建。运用AMS14C测年和GPS、DEM及1︰5万地形图等相结合的方法确定了达里湖北侧湖岸堤的年代和高程,并结合湖岸堤剖面的沉积序列指示的湖面变化过程,重建了12.5cal ka BP以来达里湖的波动历史。12.5 cal ka BP,达里湖湖面海拔高度约为1253m,至12.3 cal ka BP湖面经历短暂上升,至海拔1266m左右;之后湖面下降,至全新世早期(11.2 cal ka BP),水位降至1254m左右;随后湖面开始逐步上升,10.7 cal ka BP湖面水位稳定在1274m左右;全新世中期湖面继续上升至某一高度(至少在1291m)后,于全新世晚期4.8 cal ka BP湖面高度降至1279m,并于4.6 cal ka BP湖面继续下降至1275m的高度。通过对比湖心钻孔记录的湖泊波动历史以及区域湖泊沉积记录,认为达里湖的水位波动受东亚季风活动的影响,具有区域的一致性。达里湖的水位变化较区域内的其他湖泊更为强烈,认为除了受区域气候变化的影响外,达里湖全新世晚期的湖面下降可能还与区域内强烈的构造活动和西拉木伦河溯源侵蚀导致区域水系的改变有关。     

近50a中国寒区与旱区湖泊变化的气候因素分析

以青藏和蒙新两大湖区代表的我国寒区和旱区湖泊为对象,通过各湖区典型湖泊与气候变化的时间序列分析,揭示了湖泊与气候变化的动态关系;通过区域尺度湖泊面积的阶段性变化过程与区域气候变化的关系,分析了湖泊变化的区域气候影响背景.结果表明:位于我国寒区和旱区的湖泊对气候变化具有高度敏感性,从气候的角度来看,内蒙古的湖泊受降水影响较为明显,新疆湖泊总体上受降水影响显著,但由于冰川的存在气温对湖泊也有一定影响.青藏高原典型湖泊变化的分析表明,降水、气温对不同湖泊有着不同的影响,在区域上湖泊与气候的变化关系表现的更为复杂,在降水增加、气温上升的情况下由于升温引起的湖泊蒸发效应超过降水增加导致的补给影响,湖泊总体趋于萎缩.     

柴达木盆地察尔汗古湖贝壳堤剖面粒度特征及其沉积环境

通过对柴达木察尔汗盐湖贝壳堤剖面沉积物粒度、碳酸盐和磁化率的对比,结合沉积物粒度频率曲线与多种粒度参数分析,详细讨论了研究剖面形成过程中物质搬运和沉积作用以及所反映的环境变化。结果表明沉积物粒度特征指示了湖泊水位的相对变化。在距今约38.2 ka BP（14-C年代,未校正。下同）左右,沉积记录指示古湖泊的范围和水位已达到剖面位置,之后湖泊继续扩张、水位波动上升;在距今约35.5 ka BP,粒径有一突然变细又变粗的过程,可能为一次较快速的湖面波动;在距今约35.5 ～ 33.3 ka BP之间,沉积物颗粒较粗,碳酸盐含量和磁化率值低,揭示湖泊水位较低。距今约33.3 ～ 27.1 ka BP之间,沉积物颗粒较细,碳酸盐含量较前一阶段高,表明此阶段湖泊水位相对较深,但粒度、碳酸盐和磁化率等指标也记录了三次较明显的湖泊快速但短暂的退缩过程;在距今约29.7～28.3 ka BP,沉积物颗粒最细,指示了此时期可能为湖泊水位最高期。从距今约27.1 ka BP开始,沉积积物颗粒明显变粗,揭示湖泊进入到退缩期,距今约18.1 ka BP,粒度指标的变化和上层的盐壳指示湖泊进入快速盐化阶段,之后湖泊退出剖面所在的位置,此后研究区湖泊水位再也没有达到这个高度。     

抚仙湖全新世自生碳酸盐及其区域气候和湖泊水位指示意义

抚仙湖是我国面积、蓄水量最大的高原湖泊之一。通过对抚仙湖FXH-B2钻孔岩芯296 cm沉积物的矿物组成和碳酸盐含量分析,结合岩芯XRF扫描数据和AMS^14C年代的测定,探讨了抚仙湖湖泊沉积物中碳酸盐含量与方解石矿物及沉积物Ca元素相对含量之间的关系及其环境指示意义,在对比和参考水下地形测量、地球物理勘探、水质和地球化学监测和不同部位钻孔岩芯的分析结果的基础上,重建了抚仙湖全新世以来气候和湖泊水位的变化。结果指示,抚仙湖碳酸盐含量与方解石的XRD信号强度、沉积物Ca元素的XRF扫描数据之间存在很高的相关性,沉积物中碳酸盐类物质主要为方解石(其他碳酸盐类矿物相对含量极微甚至可以忽略不计),沉积物中Ca元素主要来自碳酸盐,因此其含量由碳酸盐、即方解石矿物含量决定。沉积物中碳酸盐含量的变化可以用沉积物中Ca元素XRF扫描结果进行表示。由于抚仙湖处于亚热带季风气候区,以10月至次年4月降水量极少而蒸发强烈为特点的干季和以5月至9月降水为主的湿季所形成的干湿变化控制了湖泊演化的主要过程,区域气候变化是湖泊演化和水位变化的主要动力。结合湖泊沉积碳酸盐稳定同位素δ^18O和δ^13C、有机质含量及其同位素δ^13C、抚仙湖北部边缘水下侵蚀地形测量、地球物理勘探和沉积地层年代的确定和讨论,明确了抚仙湖沉积碳酸盐含量指示湖泊水位的变化,并重建了抚仙湖过去约12 ka以来水位变化的历史。结果显示,在约12 cal.ka B.P.至2.2 cal.ka B.P.期间的湖泊水位变化主要经历了波动式降低的过程,其中4.37~2.2 cal.ka B.P.期间高CaCO3含量、偏正的碳酸盐δ^18O、δ^13C值指示抚仙湖一度出现低于现代湖面约30 m左右的低水位,可能记录了抚仙湖流域极端的干旱时期,在2.2~2.0 cal.ka B.P.期间抚仙湖水位经历了快速升高的变化事件,期间湖水位快速上升达到现代湖水水位,揭示了印度季风控制区区域降水的特殊性和气候变化的突发性。     

1975-2006年西藏羊卓雍错流域内湖泊水位变化对气候变化的响应

根据1975年地形图、1988年至2006年的TM、CBERS卫星遥感资料和1962-2006年逐年平均气温、降水量、蒸发量、相对湿度、风速和日照时数等气象资料以及1974-2005年的湖泊水位水文资料,对西藏羊卓雍错及其流域内的空姆错、沉错和巴纠错等4个湖泊的水位变化以及对气候变化的响应作了分析.结果表明:该区湖泊面积在近30 a来呈缓慢下降趋势,2005年与1975年相比,分别减少了46.55 km2、1.73km2、0.03 km2、6.01 km2,减少幅度分别为7.2%、4.3%、0.1%、13.6%.其主要原因是,由于羊卓雍错的湖水主要以降水补给为主,在降水增加、气温上升的情况下由于升温引起的湖泊蒸发效应超过降水增加导致的补给影响,是湖泊面积下降的主要原因.     

西藏羊卓雍错近期湖水水位变化及其原因分析

分析了羊卓雍错湖水19742010年间的水位变化,特别是过去几年湖水水位的大幅度下降,并根据流域内浪卡子县气象数据分析了控制湖水水位变化的主要原因。计算了流域内降水累积距平及蒸发量累积距平,并与湖泊水位的年际变化进行了对比分析。研究结果表明,2005年以前羊卓雍湖湖水的水位年际变化与流域降水累积距平变化一致,而与蒸发量累积距平变化相反,降水与蒸发量变化可以解释93%的湖水水位变化。20052010年湖水水位变化偏离了降水量的变化趋势。分析表明,气候的变化远不能解释羊卓雍湖水位的快速下降,可能人为活动的影响,是导致羊卓雍湖水位下降的主要原因。     

内蒙古鄂尔多斯高原泊江海子全新世气候变化初步研究

以10个AMS~(14)C测年为框架,利用BJH01孔438cm沉积物岩芯的粒度、烧失量以及孢粉阔叶树含量等代用指标,初步重建了泊江海子地区冰消期以来的气候和环境变化:1)11820cal.a B.P.以前,钻孔处为风成环境,流域发育荒漠或草原化荒漠,气候寒冷干燥;2)11820~11390cal.a B.P.,湖泊形成,流域植被好转,降水略增加,气候变暖湿;3)11390~7510cal.a B.P.,湖泊维持高湖面,降水增加,区域植被演化为阔叶疏林草原,气候温暖湿润,其中10500~8500cal.a B.P.为最宜期;4)7510~6800cal.a B.P.,湖泊水位降低,区域植被退化,气候变干;5)6800~1590cal.a B.P.,气候总体波动变干,其中5000~4000cal.a B.P.为湖侵阶段,气候湿润,4000~1590cal.a B.P.为湖退阶段,气候最为干旱;6)1590cal.a B.P.以来湖泊扩张,水位升高至钻孔位置以上,流域植被为典型草原,气候与现在相当。泊江海子重建的全新世气候变化序列与区域乃至更大尺度的气候变化具有相关性,表现出早全新世湿润、中晚全新世变干的趋势,是季风系统通过海气耦合对北半球夏季日辐射增加的快速响应。     

博斯腾湖全新世岩芯沉积物碳酸盐氧同位素气候意义

西风影响区全新世气候变化逐渐受到重视.但目前该区高精度定年和气候意义明确的代用指标仍然缺乏.利用西风影响区新疆博斯腾湖BST04H钻孔岩芯沉积物全新世自生碳酸盐(细颗粒沉淀碳酸盐和介形虫壳体)氧同位素,结合该区降水同位素分布特征和流域水文状况,分析该区湖泊沉积物碳酸盐氧同位素的气候意义,并与湖泊不同位置钻孔碳酸盐氧同位素指标进行对比.结果表明,博斯腾湖深水区沉积物自生碳酸盐氧同位素主要反映了区域的降水(人流)/蒸发比,并保留了入流水体同位素组成的变化信息.全新世自8100cal.aB.P.以来,氧同位素呈现出在波动中逐渐偏正的长期变化趋势,中全新世以后波动幅度加大,其间氧同位素值偏负的波动并不完全指示有效湿度增加,而是入湖水体同位素变化,并与湖泊的水文状况有关.这种波动在湖泊西部距离入湖河口位置较近的钻孔中表现得更为明显.不同位置钻孔同位素变化有很好的对应性,但不同位置相同时段内的波动幅度不一样.实际研究中应充分对比分析,深入理解指标的意义,防止仅依靠某一个位置的指标将这种局地波动信息解释成代表大范围区域的气候或环境信息.     

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.     

有机质饱和烃和δ~(13)C_(org.)记录的博斯腾湖早全新世晚期以来生态环境演变

通过对新疆博斯腾湖湖芯沉积物中有机质饱和烃、有机质碳同位素组成(δ~(13)C_(crg))以及与前人得到的环境代用指标结果综合分析,重建了博斯腾湖从早全新世晚期以来古生态环境和湖泊水文的变化历史。结果表明,博斯腾湖大约在8130cal.a B.P.之前气候冷湿,湖泊不发育;约在8130~6400cal.a B.P.为暖湿的全新世适宜期,博斯腾湖流域降水和开都河径流量增加,湖泊水位上升外溢,水生植物及陆生植物发育;6400~5500cal.a B.P.左右冷湿,有效湿度较高,湖泊仍处于较高水位;5500~3000cal.a B.P.左右气候波动明显,为温干时期,而大约在4500—3900cal.a B.P.期间降温,为冷干环境;3000cal.a B.P.以来气温降低,2300~1250cal.a B.P.左右气温有所回升,大约自1250cal.a B.P.以来博斯腾湖地区自然环境逐渐干旱恶化,陆生植物发育较差,而湖泊中沉水植物发育较好。     

雄安新区地下水水位与降水及北太平洋指数的小波分析

基于1991—2016年雄安新区4个地下水监测孔的长时间序列水位数据、降水数据及北太平洋指数（North.Pacific.Index,NPI）,采用连续小波、交叉小波变换等方法,分析了三者的周期性变化及其之间的相互关系。结果表明:（1）雄安新区地下水水位、降水与NPI的主波动周期及各序列间共振周期均为1.a。（2）丰水年的地下水水位时滞小于全时段的地下水水位时滞,高降水量对潜水-承压水水位时滞的影响大于对承压水的影响。（3）地下水水位对NPI的时滞大于对降水的时滞;在丰水年,地下水水位对NPI的响应更快;地下水对降水和NPI的响应速度,明确反映了研究区地下水水位动态变化的主要气候影响因素是降水。     

基于完全遥感的湖泊湿地水文特征参数综合反演

湖泊水文特征参数在水资源合理配置、规划、灾害预警中发挥了重要的作用。在总结现有的水文特征参数遥感提取方法的基础上,依据多源多时相遥感数据,构建基于完全遥感的湖泊水文特征参数综合反演技术框架体系。首先,通过多光谱遥感影像完成水域面积参数的时间序列遥感提取;然后选取测高卫星ICESat GLAS的有效激光雷达点云数据,对湖泊水位高程信息进行反演;进一步根据湖盆数据对湖泊水资源量估算,并通过"面积—水位—水量"关系模型构建,实现湖泊水文特征参数的高动态模拟。实验表明:该方法反演的水文参数与实测数据一致性较好,误差较小,结果可信度高;体现了遥感在水资源综合监测中的技术优势,可为区域水资源调查与监测提供技术参考。     

2002年前后博斯腾湖水位变化及其对中亚气候变化的响应

通过对湖泊补给水量的分析,博斯腾湖2002年前后水位由高向低的转折变化是由开都河径流变化造成的.对2002年前后天山南北其它主要湖泊的水位和河流径流变化作了比较分析结论.由于山区河源径流补给组成不同,表现出在同一中亚气候背景下,即2002年前后该地区气温降低而降水东西各有差异,使得天山西段受降水补给为主的河流,2002年后径流仍有增加,具体反映在伊塞克湖、巴尔喀什湖等水位持续上升和托什干河等径流的偏丰;而天山东部的开都河,受降水减少和气温降低对冰川变化的双重影响,2003年以来径流明显减少,导致博斯腾湖的水位持续下降.     

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。     

阿拉善高原古湖岸堤释光测年与晚第四纪湖面变化

阿拉善高原位于现代西风环流与东亚季风环流过渡带,该地区分布的湖泊对全球性气候变化响应极为敏感,阿拉善高原广泛分布的古湖岸堤为较准确地重建晚第四纪湖泊水位变化提供了良好载体.近年对黑河、石羊河尾闾湖泊以及吉兰泰盐池、雅布赖盆地等地的古湖岸堤的沉积地层以及石英和钾长石释光测年研究,重建了不同区域较高分辨率的末次间冰期以来湖泊时空演化过程.发现早在300 ka以前阿拉善高原就已经形成了高水位湖泊,黑河尾闾额济纳盆地在MIS11或更早、 MIS9、 MIS7、 MIS5和MIS 1形成了高湖面湖泊,高湖面湖泊形成存在100 ka的周期.阿拉善高原在末次间冰期及全新世形成了稳定高湖面湖泊,但间冰期内部湖面波动具有空间差异性,东部区域湖泊高湖面出现在MIS 5e^5c和中全新世,西部湖泊高湖面出现在MIS 5a^5c和晚全新世.湖面变化的空间差异性很可能与冰期-间冰期旋回尺度及间冰期内部东亚夏季风与西风气候系统在阿拉善高原的相互作用密切相关.     

巴丹吉林沙漠地下水与湖泊的相互作用

巴丹吉林沙漠以其独特的沙丘湖泊景观而受到关注。地下水对湖泊的强烈蒸散耗水起到了支撑作用,而湖泊群的存在反过来也会影响该沙漠的区域地下水循环模式。在区域尺度上,银根-额济纳旗中生代盆地对巴丹吉林沙漠的水文地质特征具有控制作用。通过水文地质调查和典型湖泊的综合观测,表明沙漠湖水的年蒸发量可以达到1 200~1 550 mm,盐湖形成时间达到千年尺度,本地降水入渗形成的浅层地下水和来自沙漠周边地区的深层地下水对湖水都有贡献。地下水总体上自东向西流动并受到湖泊群的干扰,形成了局部地下水系统与区域地下水系统的嵌套结构。越靠近沙漠东侧,区域侧向径流对湖泊的补给贡献越大,反之则浅层地下水循环对湖泊的补给贡献更大。     

新疆巴里坤湖十五万年来古水文演化序列

通过巴里坤湖钻孔岩芯沉积相分析、年代学测定、粒度分析、碳酸盐及其稳定同位素测定、孢粉分析等综合研究,建立了巴里坤湖沉积岩芯剖面十五万年来的时间序列、湖水位变化的古水文演化序列,分辨出十五万年来经历的高湖面阶段和低湖面阶段。低湖面阶段对应于冰期阶段,在冰期时,降水主要积累于山地,进入湖泊的水量较少,湖水位降低;高湖面阶段对应于间冰期的到来,山地冰川融化,湖水位迅速上升,但很快达到新的平衡,水位保持稳定。     

新疆干旱区柴窝堡湖沉积记录的150年来气候环境特征

通过乌鲁木齐附近柴窝堡湖钻孔岩芯的粒度、有机质含量、化学元素以及同位素等多项分析,开展了研究区近150年来的气候环境演化研究.通过沉积记录与器测气象资料比较,认为沉积物的有机质含量反映了流域降水的变化,而有机质碳同位素的变化则与温度相关.在运用有序样品最优聚类分析对沉积物地球化学元素序列进行阶段划分的基础上,综合粒度、有机质含量以及同位素等多环境代用指标的分析,恢复了不同阶段的气候环境信息.结果表明,1860～1910A.D.,各环境指标显示当时湖泊水位较高,湖水较深,显示偏冷、偏湿的气候环境特征.1910～1950A.D.,粒度、地球化学元素、有机质、磁化率等指标波动明显,虽然有机碳同位素值有所升高,但仍然总体偏负,显示该阶段湖泊环境总体上波动强烈,气候不稳定.其中约1920A.D.左右,粒度显示突然变化,有机碳同位索、烧失量、元素含量等也均发生了显著的波动,指示明显气候环境事件的存在.1950A.D.以来,钻孔岩芯的磁化率升高,重金属元素含量以及总磷含量呈现明显富集,而有机质及其碳同位素变化却与器测温度和降水变化一致,指示了近期气候和人类活动对湖泊环境的影响.