基于NPP-VIIRS数据的喜马拉雅山北坡典型湖泊湖冰提取分析

现阶段使用遥感数据监测湖冰物候特征已成为主要的技术手段.NPP-VIIRS是一个较新的卫星数据,它具有空间分辨率较高、波段数多、重访周期短等优点,使用该数据提取湖冰信息是对该领域的一个有益补充.基于NPP-VIIRS数据利用阈值法对拉昂错、玛旁雍错、佩枯错、普莫雍错等典型湖泊进行湖冰提取.获得四个湖泊逐日的冻结百分比,...     

从第三极到北极： 湖冰研究进展

在全球气候变暖背景下, 第三极和北极地区的增温尤其明显, 冰冻圈对气候变化有着更为敏感的响应。湖冰作为冰冻圈的重要组成部分, 其变化不仅是气候的指示器, 同时也通过改变能量平衡、 大气环流、 辐射平衡等影响区域气候。通过对比不同观测手段及主要模型模拟方法在湖冰研究中的优缺点及适用性, 总结了第三极和北极湖冰变化的时空特征, 结果表明：第三极和北极地区湖冰均显示初冰日推迟、 消融日提前、 封冻期缩短的趋势; 第三极和北极地区湖冰厚度呈持续减少趋势; 未来湖冰的这些变化将更加显著。第三极和北极地区湖冰的变化主要受到气温的影响, 同时也受到风速、 湖泊理化性质的限制。在系统梳理第三极和北极地区湖冰变化的基础上, 总结了湖冰研究面临的问题和挑战, 为未来湖冰研究提供科学依据。     

青海湖地区冰消期以来气候变化的黄土记录

青海湖周围堆积着很多黄土和风沙沉积,这些风成沉积序列是过去气候变化的良好记录.相对于湖泊沉积,这些沉积物受到的研究较为薄弱.对青海湖南岸的黄土堆积进行了光释光年代学、磁化率、Fe/Mg值、粒度和有机质含量等气候替代性指标测量.在具有绝对年代标尺控制的基础上,结合气候替代性指标变化特征的分析,表明冰消期以来青海湖地区的古气候经历了多次的冷暖和干湿变化过程:14～9 ka间气候前期相对冷干,后期转为凉干,其中可能在11 ka左右存在一次暖湿事件;9～2.5 ka间气候呈暖湿状态;2.5 ka以后的地层扰动较大.黄土和湖泊沉积记录的环境变化过程具有可比性.     

青海湖近千年来气候环境变化的湖泊沉积记录

本文通过对青藏高原上所钻取的古里雅冰芯和青海都兰树轮高分辨率气候变化记录的对比,分析了过去近2 000a来的气候变化特征.结果表明:1)这两个地区过去2 000a来温度都在波动中逐渐上升,展示了气候逐渐变暖的趋势.进入20世纪以来,气候显著变暖,并有加速变暖的趋势;2)树轮和冰芯均明显地记录了小冰期的3次冷期,其出现的时间基本上一致.小冰期并不是过去2 000a来的最寒冷的时期.冰芯和树轮记录均表明公元初的寒冷程度要大于小冰期;3)古里雅冰芯所记录的温度和降水量揭示出,过去近2 000a来的降水和温度变化的总趋势是正相关关系;但在短时间尺度上,温度和降水的变化并不同步.这主要表现在两个方面,一是温度长期变化中的低频波动频率要大于降水,二是虽然温度和降水的变化在百年级时间尺度上有正相关性,但降水的变化要滞后于温度变化50～100a;4)同时周期分析表明,古里雅冰芯中的δ180和积累量以及都兰树轮记录的变化周期大多数与太阳活动有关,表明青藏高原地区冷、暖、干、湿变化的主要驱动力可能是太阳活动的变化;5)对这两记录的对比研究也揭示了气候变化的区域差异.如中世纪暖期在都兰树轮记录中很强而在古里雅冰芯记录中很弱,而都兰树轮记录中,中世纪暖期以后至1 800A.D.在波动中变冷,但在古里雅冰芯记录中这一时期在波动中变暖.     

青海湖北岸土壤温度变化特征

利用1981-2008年刚察站0～320cm逐月平均土壤温度资料和2001-2008年逐日土壤温度观测资料,分析了青海湖北岸土壤温度变化特征、气候突变和异常年份.结果表明:各层年、季平均土壤温度呈现为极显著的升高趋势,升温率为0.25～0.91℃.(10a)-1;月平均土壤温度呈波形变化,位相随深度增加而滞后;日平均土壤温度呈正弦曲线变化;1月和10月随着深度的增加,土壤温度逐渐增大,4月和7月土壤温度随深度增加而减小;14:00时土壤温度随着深度增加逐渐下降,2:00时、8:00时和20:00时土壤温度随着深度增加而升高;除冬季5cm和15cm,秋季40cm平均土壤温度变化相对平稳,未出现突变现象外,其余各层年、季平均土壤温度均发生了突变;15cm、20cm、40cm、160cm和320cm年平均土壤温度均在20世纪80年代出现了异常偏冷,春季平均土壤温度出现了异常偏暖现象,其余各季和年平均地均表现为异常偏冷.     

2017 - 2018年冬季乌梁素海湖冰表面裂缝形态分析

在2017 - 2018年冬季使用无人机对乌梁素海湖冰的冰面裂缝进行了航拍, 采用改进的自适应阈值分割方法进行图像二值化处理, 提取了冰裂缝的密度和分形维数。分析结果显示： 在固定区域的冰裂缝分形维数在1.35 ~ 1.50间变化, 冰裂缝数量随时间增加, 其分形维数也随之线性增大; 在冰生长期间, 冰厚度与冰裂缝分形维数也呈现出明显的线性关系（相关系数R²=0.75）。冰面不同区域的冰裂缝密度和分形维数在0.017 ~ 0.079、 1.38 ~ 1.64间变化, 且两者之间存在显著的对数相关性（相关系数R²>0.96）, 不同日期航拍数据拟合结果近似相等, 说明冰裂缝密度越大, 对应的分形维数越大。作为表征冰面形态特征的一种物理指标, 建立得到的冰裂缝分形维数与冰厚、 裂缝密度的相关关系, 对未来利用冰面裂缝形态监测冰层的生消过程可提供科学的参考。     

末次冰消期热带湖光岩玛珥湖古季风变化记录

末次冰消期热带湖光岩玛珥湖沉积物高分辨率的生物硅、总有机碳、总氮和总氢等有机地化指标记录显示了一系列百年至千年尺度的快速变化 ,表明季风环流系统运行的强烈不稳定性。这种不稳定变化与格陵兰冰芯记录的气候事件相比较 ,表现出一定的遥相关 ,但也表现出了末次冰消期初始转暖低纬度区超前高纬度区的显著不同 ,这种变化可能与低纬度区热带水文循环的驱动作用相关     

1982～2010年喀什木本植物物候变化与气候变化的关系

利用喀什国家基准气候站1982～2010年的气象观测数据和地面物候观测资料,采用气候倾向率和气候趋势系数方法,分析气温、降水、日照时数的变化特征以及其对新疆常见的5种木本树种物候期的影响.结果表明:近29年来喀什气候增暖,气温、降水量和日照时数等基本气象要素的增加趋势较明显,年平均气温和年总降水量的增幅分别为0.37～1.10℃/10a和12.14mm/10a;以季节而言,在春季气温和日照时数的升幅最大,降水量在秋季较明显.这种气候变暖的趋势与5种树物候期有密切相关,春季气温和春季日照时数的增多使物候期提前,而秋季的降水量促进木本植物的生长,使物候期延迟.     

近千年来青海湖水热变化再重建

中国近千年来的水文气候变化大致以暖期时季风区相对湿润而西北西风区相对干旱为特征,处在季风边缘区的青海湖对验证此特征因此显得特别重要。然而相互不一致的青海湖研究结果还时常出现,多数时候与沉积物年代及所采用指标的解释的不确定性有关。本文重新分析了青海湖东部靠近沙岛水深5m处的一根2m的沉积柱里的有机指标,长链烯酮和正构烷烃的分布特征。长链烯酮U₃₇^K'古温度指标、%C_37：4古盐度指标和直链烷烃的水生植物比（P_aq）指标显示当代暖期（1850~2000A.D.）和中世纪暖期（800~1400A.D.）时湖水相对温暖,盐度较低和湖水深度增加,而小冰期时（1400~1850A.D.）相反;并且中世纪暖期相对当代暖期要温暖湿润,证实了以前从湖心深水沉积柱获得的烯酮结果。本文结果也显示至少在盐度变化明显的青海湖长链烯酮古温度指标不包括C_37：4可能更合理一些;另外,气候从冷到暖的转变过程中,湖水温度和盐度变化似乎不同步,可能与径流输入的突然性增加有关。

     

青藏高原热喀斯特湖演化及其对多年冻土的热影响模型计算研究北大核心CSCD

青藏高原热喀斯特湖分布广泛,近年来在气候变暖背景下快速发展。热喀斯特湖的形成和发展与地下冰含量及气候变化有着密切关系,强烈影响多年冻土的热稳定性。为了更深入理解在气候变暖背景下热喀斯特湖的发展及其对下伏多年冻土的影响,以青藏高原北麓河地区一个典型热喀斯特湖的长期监测数据为资料,发展了耦合大气—湖塘—冻土三个过程要素的一维热传导模型,模拟了四种不同深度热喀斯特湖在气候变暖背景下的发展规律及其对多年冻土的热影响。结果表明:浅湖(<1.0m)在目前稳定气候背景下处于较稳定状态,湖冰能够回冻至湖底,对下伏多年冻土影响较小;较深湖塘(≥1.0m)冬季不能回冻至湖底,湖深不断增加,且底部在50年内将会形成不同深度的融区。随着气候变暖,热喀斯特湖的热效应显著,深度快速增加,较深湖塘的最大湖冰厚度减小,底部多年冻土快速融化形成开放融区。研究将有助于理解气候变化对青藏高原多年冻土区地貌演化及水文过程的影响。     

基于CryoSat-2卫星测高数据分析南极海冰厚度的时空变化

利用卫星测高数据能够获取大尺度、长时序的海冰厚度信息。相较于北极,目前南极海冰厚度特别是近期变化信息仍很缺乏。基于2013-2018年的CryoSat-2卫星测高数据,采用最低点高程法和静力平衡方程模型反演了近6年逐月平均海冰厚度并分析其时空变化规律。结果表明：2013-2018年南极海冰厚度整体呈现先上升后下降的趋势,其中,2014-2017年年平均海冰厚度表现为快速变薄。南极较厚的海冰集中在威德尔海西南海域,最大值出现在该海域2014年的7月（6.27 m）。年平均海冰厚度在2017年达到最低值。南极海冰厚度的时空变化研究可为深入研究海冰变化与全球变化的关系提供参考。     

基于卫星气候资料的1989-2015年南北极海冰面积变化分析

利用被动微波卫星海冰密集度气候资料,分析了1989-2015年南北极海冰面积和密集度的长期变化趋势。结果表明：研究期内,北极年平均海冰面积减少,南极海冰面积增加,变化趋势分别为-0.569×10⁶ km²·（10a）^-1和0.327×10⁶ km²·（10a）^-1,均通过了0.01水平的显著性检验,两极海冰面积变化趋势表现出明显的"非对称性"。两极总海冰面积出现了下降,变化趋势为-0.242×10⁶ km²·（10a）^-1。年海冰密集度在北极地区普遍减少,而在南极地区的变化趋势存在显著的空间差异,威德尔海、罗斯海北部海冰密集度增加,趋势超过了10%·（10a）^-1,别林斯高晋海、阿蒙森海的海冰密集度出现下降。北极各月海冰面积的变化趋势存在明显的季节差异,7-10月海冰面积减少明显,其中9月减少最显著,趋势为-0.955×10⁶ km²·（10a）^-1。南北极海冰冻结和融化的时间不完全对应,北极融化与冻结时间基本平衡,南极海冰冻结时间明显长于融化时间。南极年内海冰面积的变化幅度大于北极,呈现显著的季节性特征。北极极小海冰面积的变化趋势最显著,达到了-0.636×10⁶ km²·（10a）^-1。南极极大海冰面积出现的时间后移明显,趋势为0.733候·（10a）^-1;极小海冰面积出现的时间非常稳定,没有明显的变化趋势。     

青海湖地区生态环境动态变化遥感监测

由于青海湖地区的生态环境较为脆弱，且人类活动进一步加剧，人口、资源与环境的矛盾日渐突出，因此，近年来．青海湖及其周边地区的生态环境出现了明显变化，主要表现在水位下降及水域面积减小、草原退化、沙质荒漠化土地面积扩大等。文章采用1975年MSS卫星图像及1987、2000年TM卫星图像作为遥感信息源，并结合地理信息系统方法，旨在查明青海满地区耕地、沙质荒漠化土地和水域等生态环境要素的时空演化规律，为青海湖地区实现资源开发与环境协调发展提供科学依据。监测结果表明，25a来，青海湖地区的耕地及沙质荒漠化土地面积出现明显的扩大，而水域面积出现明显缩小，同时由于湖周各河流土壤侵蚀的加剧，在部分河流入湖处泥沙淤积较为严重，生态环境出现明显恶化。     

青海湖湖东沙地粒度端元分析及其指示意义

青海湖湖东地区广泛分布着风成沉积物,区域内典型风成沉积剖面的年代数据和环境代用指标准确记录了区域古环境变化。沉积物粒度端元分析方法能够将复杂的粒度数据分离出多个具有特定指示意义的粒度端元组分,广泛应用于古环境的重建研究。基于多次野外综合考察,选取青海湖湖东沙地厚度为500 cm的全新世典型风成砂-古土壤剖面,采用粒度端元分析方法对粒度数据进行分离,筛选出3个代表不同沉积动力特征的端元组分。通过分析各端元的粒度分布特征,并结合色度、磁化率和有机质指标进行对比分析发现,端元1与区域暖湿气候条件下的风化成壤作用有关,可以间接指示区域的水分条件;端元2和端元3代表了近地面风力的强弱,共同指示区域风沙活动的强弱。结合剖面年代和其他代用指标以及已有研究结果,可将研究区全新世以来的气候变化大致分为4个阶段：9.5 ka B.P.以前,气候整体以冷干为主;9.5~3.5 ka B.P.,气候温暖湿润,成壤作用明显增强;3.5~1.5 ka B.P.,气候经历暖湿-冷干的转变;1.5 ka B.P.以来,气候总体冷干。

     

基于物理模型的被动微波遥感反演土壤水分

利用土壤水分和海洋盐度(SMOS)卫星进行土壤水分反演的算法中,对地表发射率的描述仍采用半经验Q/H模型,该模型描述地表粗糙度对有效发射率在V和H极化下影响相同.基于微波散射理论模型-高级积分方程模型(AIEM)建立了一个针对SMOS传感器的参数配置,包含各种地表粗糙度和介电特性的裸露地表辐射模拟数据库,发展了L波段多角度地表辐射参数化模型.在此基础上,利用SMOS多角度双极化特点,建立了土壤水分反演算法.该算法可以消除粗糙度对土壤水分反演的影响,同时最小化反演过程中辅助信息引入带来影响.反演算法通过美国农业部提供的L波段多角度地基辐射计数据(BARC)进行验证,在20°~50°入射角,土壤水分反演精度在4%左右.     

近40年来气候变化对青海盐湖及其矿产资源开发的影响——以小柴旦湖为例

青海是中国盐湖主要分布区之一,蕴藏着丰富的矿产资源。文章以RS和GIS技术为基础,从20世纪70年代、90年代、2000年前后、2008~2009年和2013~2014年五期Landsat遥感影像中提取了青海面积大于10 km2的所有盐湖(不包括干盐湖),分析了其近40年来的变化趋势:总体上,盐湖总面积除在2000年前后有所减少外,基本上呈现增加的趋势;具体而言,2000年前后,萎缩的盐湖主要分布在柴达木盆地;其他时期均呈现全面扩张的趋势。在全球气候变暖的大背景下,通过分析青海地区11个气象台站的年平均气温、年降雨量和蒸发量数据,可知青海地区气候呈现了向暖湿方向转型的趋势,且2002年之后更为明显。最后,以青海省小柴旦湖为例,分析了湖泊淡化、矿产资源贫化对盐湖资源开发的影响,具体为:1资源开发成本升高、难度加大,甚至使一些处于工业开发临界品位的盐湖失去开发价值;2盐湖淡化条件下,锂等矿产资源有效提取技术亟待研发;3政府制定矿产资源开发政策时,需要对气候及盐湖的动态变化过程综合考虑。以上说明,青海地区的暖湿气候使盐湖大幅度淡化,给盐湖矿产资源开发带来了新的挑战。     

青海省青海湖国家地质公园主要地质遗迹类型及其地学意义

青海省青海湖国家地质公园是以湖泊水体景观为代表的地质公园,公园内地质遗迹和景观类型多样,集湖泊、河流、湿地、沙漠于一体,是一个地质科学内涵丰富、旅游资源多样的地质公园。长期的地质作用形成了复杂的构造、重要的地层记录,特别是新生代以来伴随喜马拉雅构造运动形成的多级夷平面、青海湖以及古湖岸线,对人类活动和环境的影响有着重要的地学意义。