青藏高原湖泊变化遥感监测及水量平衡定量估算研究进展

青藏高原湖泊是气候变化的重要指示器,20世纪90年代中期以来,在暖湿化环境下降水增多和冰川冻土加速融化导致的湖泊扩张是青藏高原最为突出的环境变化特征。值得注意的是,湖泊水位变化的空间分布特征和西风带及印度季风带影响区的降水量变化具有高度的空间一致性。严酷的自然环境导致对青藏高原内陆湖泊的实地观测变得难以企及,而遥感技术的发展正好可以克服以上局限,该技术已经成为青藏高原湖泊变化监测的主要研究手段。本文围绕遥感监测技术与方法,综述了青藏高原湖泊面积、水量、冰物候、水体参数以及水量平衡定量估算等方面的研究进展。部分研究以流域为尺度应用多源遥感与水文模型进行水量平衡定量评估,结果表明青藏高原内陆地区的湖泊水量增加的主要贡献因素是降水增多,而冰川融化、冻土消融及其他因素的贡献程度却相对较小。当前,学术界一般认为：大尺度的降水年代际变化是青藏高原湖泊近期变化的主要原因,而冰川冻土加速消融又进一步加速湖泊扩张或抑制了部分湖泊收缩。过去,关于青藏高原湖泊变化的气候响应机制研究大多停留在对降水、蒸发、温度、风速、冰冻圈融化等气候因素的定性描述上;现在,在湖泊水量平衡方面,越来越多的研究开始在定量化方面取得进展;将来,随着更多遥感数据的开放共享,以及更多水文与气象站点的投入使用,将为青藏高原湖泊的水量平衡定量研究提供更好的数据条件。     

近40年来青藏高原湖泊变迁及其对气候变化的响应

湖泊对气候波动有敏感记录。本文以GIS和RS技术为基础,在野外实地考察的基础上,从20世纪70年代、90年代、2000年前后和2010年前后4期Landsat遥感影像中提取了青藏高原所有湖泊边界信息,建立了青藏高原湖泊空间数据库。分析表明的青藏高原面积大于0.5 km2的湖泊总面积变化：（1）从20世纪70年代至90年代增加了13.42%; （2）从20世纪90年代至2000年前后增加了4.86%; （3）从2000年前后至2010年前后增加了13.04%。可见,近40年来,青藏高原湖泊个数和面积均呈增加的趋势。气象数据分析表明,青藏高原气候出现了由暖干向暖湿的转型,表现为气温升高、降雨量增加和蒸发量减小。笔者选取了研究区内面积大于10 km2的时间上合适做比较的所有湖泊,逐一分析了其在4个时期的动态变化情况,并根据变化结果进行了分区。不同时期的湖泊变迁具有区域差异性：（1）从20世纪70年代至90年代,西藏北部、中部、藏南、青海羌塘盆地和青海东部湖泊呈萎缩趋势; （2）20世纪90年代至2000年,青海北部湖泊萎缩; （3）2000年至2010年,除藏南外,青藏高原其余地区湖泊全面扩张。不同补给源的湖泊对气候变化的响应模式不同：（1）气温主要影响以冰雪融水及其径流为主要补给源的湖泊,如色林错、赤布张错等; （2）降雨量主要影响以大气降雨和地表径流为主要补给源的湖泊,如青海羌塘盆地; （3）蒸发量直接影响湖泊水量的散失,在青藏高原总体蒸发量减小的大环境下,部分地区因升温引起的湖泊蒸发效应超过了降水和径流量增加,湖泊出现萎缩的现象,如羊卓雍错流域。总之,地质构造控制了湖泊变迁的总格局,而短时间尺度的湖泊变迁主要受气候因素的影响。此外,湖泊动态变化还受冰川、人类活动、湖盆形状、补给和排泄区等因素的影响。     

粒度和元素证据指示的居延海1.5kaBP来环境演化

居延海是黑河的终端湖, 在最近3 000 a来已由原来面积 800 km2逐渐萎缩而最终干涸, 同时其周边环境也发生了巨大的变化.东居延海(索果诺尔)湖相沉积的粒度和元素资料研究结果表明: 明清以前湖泊的变化主要受气候变化的影响, 温暖时期, 气候偏湿, 入湖水量增多, 湖泊面积扩大, 流域化学风化作用增强; 寒冷时期, 气候偏干, 入湖水量减小, 湖泊萎缩, 流域化学风化作用减弱.明清之后特别是近40 a来, 由于黑河上中游地区大规模的土地开发及水资源利用, 入湖水量不断减小, 甚至河流断流, 最终导致了目前居延海的干涸.     

青藏高原东南缘新生代的三期构造隆升——来自河流纵剖面分析的证据

青藏高原东南缘新生代期间经历了多阶段隆升过程,但其主要隆升阶段、时代及其在地貌上的响应等仍不清晰。本文针对金沙江上游流域(石鼓以上),对青藏高原东南缘新生代期间构造隆升的响应过程及特征进行研究,利用数字高程模型,提取分析了金沙江上游段的河流纵剖面形态、集水区坡度和陡峭指数(k_sn)等构造地貌指标,发现金沙江上游存在三个主要裂点,将金沙江干流由NW至SE分为曲麻莱、玉树、沙东和奔子栏四个具有不同河道参数的河段。除曲麻莱段外,各段支流河道也可划分为不同的河段,剖面以及河道参数呈现不同的特征,其中上游河段陡峭指数、河道坡度值均为南部大,北部小;中上游与中下游河段,陡峭指数、河道坡度值南北部差异不大;下游河段,地貌上表现为陡峭指数与河道坡度值北部较大,南部较小。此外,在对裂点的成因进行分析后发现,青藏高原东南缘的构造隆升过程是该区河流地貌特征的主控因素。结合前人的热年代学数据,研究认为,金沙江上游的三个区域性裂点的形成可能指示或响应了青藏高原东南缘在新生代以来发生的三期构造隆升事件,且隆升时间从早到晚分别在20～30 Ma、9～15 Ma、3～6 Ma间,这表明构造地貌分...     

青藏高原近25年来主要湖泊变迁的特征

青藏高原分布有青海湖、纳木错、色林错3个特大型湖泊和扎日南木错、当惹雍错、阿牙克库木湖、班公错、哈拉湖、鄂陵湖、羊卓雍错、扎陵湖、赤布张错、乌兰乌拉湖、昂拉仁错11个大型湖泊。通过对20世纪70年代中期的MSS图像和90年代末期—21世纪初期的ETM 图像的解译,对近25年来青藏高原重点湖泊的变迁进行了分析。研究结果表明,哈拉湖、鄂陵湖面积相对稳定;青海湖、扎日南木错、当惹雍错、阿牙克库木湖、扎陵湖、乌兰乌拉湖等8个湖泊的面积都有不同程度的缩小,其中青海湖、乌兰乌拉湖面积减少最多,分别为60.60km2、59.80km2;纳木错、色林错、班公错3个湖泊的面积都有不同程度的增加,其中色林错面积增加最多,达140.52km2。重点湖泊的变迁分析为研究青藏高原的湖泊演化和气候、环境变迁提供了新资料。     

GEOCHRONOLOGICAL LIMITATIONS FOR INTERPRETING THE PALEOCLIMATIC HISTORY OF THE TIBETAN PLATEAU

在当前全球变化背景下,青藏高原冰川急剧退缩严重影响着东亚地区水资源.为了有效地规划水资源,需要对高原气候变化及其机制有深入的理解.尽管在青藏高原及周边地区有大量的古气候记录,但是目前对高原气候的时空变化及其机制仍缺乏深入一致的认识.青藏高原冰川、树轮和石笋记录可以提供过去气候变化的框架,但是这些记录的分布局限于一些特定的地理区域.青藏高原上广泛分布的湖泊沉积物是研究高原气候的时空变化及其机制的优良介质.湖泊沉积物岩芯的年龄控制主要依赖于放射性碳同位素定年,但大多数高原湖泊具有碳库效应,为建立沉积岩芯年代控制需要进行碳库年龄校正所带来的年龄误差目前未有深入研究,这在某种程度上制约了利用湖泊沉积物记录研究高原气候时空变化及其机制.本文比较了目前确定高原湖泊碳库年龄的方法并提出建议采用的方法,汇总目前己发表的高原湖泊碳库年龄,讨论湖泊现代碳库年龄的空间分布及其影响因素,讨论湖泊碳库过去变化及其可能造成的岩芯年代控制误差;以青海湖和班公错两个高原湖泊已发表的记录为例讨论过去碳库年龄变化可能造成对记录完全不同的解释;还讨论了由碳库效应校正而带来的湖泊沉积物岩芯年龄控制误差对青藏高原湖泊记录的末次盛冰期终止年代的空间分布及其对变化机制解释的影响.如果考虑碳库效应的过去变化,目前所观测到的高原气候时空变化及其机制需要重新解释.因此,为了更好地理解青藏高原气候时空变化及其机制,我们需要更多有良好定年、高分辨率和定量化的湖泊记录,本文也建议在解释目前湖泊记录时需要应对年龄控制极大重视.     

基于RS和GIS技术青藏高原湖泊动态变化研究

以青藏高原70年代MSS影像数据与2000年ETM影像数据为主要信息源，基于RS和GIS技术研究近30年来青藏高原湖泊面积的动态变化。结果表明：近30年来在部分湖泊面积减小的情况下青藏高原湖泊总面积和数量是增加的，其面积增加3316．52km^2，但在各区域具有不同的变化趋势。     

东濮凹陷西洼南段老第三系岩相古地理特征

东濮凹陷西洼南段老第三系属地堑型湖盆沉积,主要发育河流相、三角洲相、冲积扇相、扇三角洲相以及湖泊相。两条边界断层,尤其是西侧长垣断层的活动性控制着该区的岩相古地理格局：断层活动强烈时,湖盆水域扩大,湖水加深,主要发育扇三角洲、三角洲及深湖－半深湖沉积;断层活动减弱时,水体变浅或干涸,湖盆被充填,主要发育冲积扇或河流相沉积。     

晚第四纪柴达木盆地东部古湖泊高湖面光释光年代学

高湖面是湖泊演化的鼎盛期,指示区域的温暖湿润气候。关于青藏高原湖泊高湖面的年代有不同的观点。一种观点(主要是基于14C测年)认为在氧同位素三阶段晚期青藏高原普遍存在"大湖期"或"泛湖期",并且其温度和降水可能比全新世还高。另一种观点(主要基于释光、铀系测年等)认为青藏高原湖泊的最高古湖面出现在氧同位素五阶段,之后湖面逐渐下降。柴达木盆地位于青藏高原的东北部,其高湖面年代的研究可为认识青藏高原环境演化提供基础资料。本文选择柴达木盆地东部的托素湖和尕海湖高出现代湖面的湖相沉积和湖岸砂堤为研究对象,利用石英光释光测年方法建立其年代序列。根据沉积物沉积特征和光释光年代结果认为,尕海湖和托素湖古高湖面出现在82～73ka、63～55ka、34.4ka和全新世早期。通过与青藏高原及周边湖泊高湖面年代记录对比,认为尕海湖和托素湖的最高湖面主体出现在氧同位素五阶段,之后湖面逐渐下降。     

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。     

Microplastic pollution in surface water and sediments of Qinghai-Tibet Plateau: Current status and causes

To study the current status and causes of the microplastic pollution in surface water of the Qinghai-Tibet Plateau, this paper compared the average microplastic abundance in sediments and surface water of the Qinghai-Tibet Plateau and the results are as follows. First, the average microplastic abundance in surface water of the independent rivers and the whole area is 247–2686 items/m³ and 856 items/m³, respectively. The average microplastic abundance in sediments of independent rivers or lakes and the whole area is 0–933 items/m² and 362 items/m², respectively. Meanwhile, the degree of microplastic pollution in river sediments is higher than that in lake sediments, and the rivers suffering from microplastic pollution mainly include the Brahmaputra River, Tongtian River, and Nujiang River. Second, compared with the microplastic pollution in other areas of the world, the levelof microplastic pollution in the lakes and rivers of the Qinghai-Tibet plateau is not lower than that of well-developed areas with more intensive human activities. Finally, this study suggests that relevant government departments of the Qinghai-Tibet Plateau should strengthen waste management strategies while developing tourism and that much attention should be paid to the impacts of microplastics in the water environment.©2021 China Geology Editorial Office.     

Characteristics of the change of major lakes on the Qinghai Tibet Plateau in the last 25 years

On the Qinghai-Tibet Plateau there are three super large lakes, the Qinghai Lake, Nam Co and Siling Co, and eleven large lakes, the Zhari Nam Co, Tangra Yumco, Ayakkum Lake, Banggong Co, Har Lake, Ngoring Lake, Yamzho Yumco, Gyaring Lake, Chibuzhang Co, Ulan Ul Lake and the Ngangla Ringco. The authors studied the changes of these major lakes in the past 25 years, based on interpretations of the MSS images obtained during the middle 1970s and ETM⁺ images obtained in the late 1990s or at the beginning of the 21st century. The study shows that: the areas of the Har Lake andNgoring Lake have remained relatively stable; the areas of the Qinghai Lake, Zhari Nam co, Tangra Yumco, Ayakkum Lake, Gyaring Lake, Ulan Ul Lake and Ngangla Ringco have been reduced to varying degrees, of which the areas of the Qinghai Lake and Ulan Ul Lake have decreased most sharply by 60.60 km² and 59.80 km² respectively; the areas of the Nam Co, Siling Co and Bangong Co have increased more or less, of which the area of the Siling Co has increased most sharply by 140.42 km². The analysis on the changes in areas of major lakes has provided new materials for the study of the lake evolution, climatic change and environmental variation on the Qinghai-Tibet Plateau. __________ Translated from Geological Bulletin of China, 2007, 26(12): 1633–1645 [译自: 地质通报]     

Study on Environmental and Hydrological Effects of Thermokarst Lakes in Permafrost Regions of the Qinghai-Tibet Plateau

Thermokarst lake is the most visible morphologic landscape developing during the process of permafrost degradation, and it is still an international hot topic in permafrost research. The climate warming, and the consequent degradation of the permafrost on the Qinghai-Tibet Plateau aggravate thermokarst lake development. The permafrost is normally considered as an aquiclude, and the permafrost degradation, especially when the permafrost is completely thawed by a thermokarst lake, might influence regional ground water. Therefore, a research program focusing on environmental and hydrological effects of thermokarst lakes in permafrost regions of the Qinghai-Tibet Plateau was started and supported by the National Natural Science Foundation of China. The work proposed by the application includes: To analysis the spatial and temporal distribution rule of thermokarst lakes in the Qinghai-Tibet Engineering Corridor (QTEC) under the climate change and engineering activities, and to evaluate the ecological environment effects through remote sensing and field investigation; to reveal the main factors influencing a typical thermokarst lake and its hydrothermal condition, and to elucidate the conversion relationship between the thermokarst lake and the groundwater with hydrological and isotope tracer tests; to make an analysis of the influences of different lake stage and size on regional permafrost, hydrological conditions and ecological environment through numerical simulation and statistical modelling, considering the relationships between the thermokarst lake and the ground water level. The research results will help to accurately assess regional permafrost ecological environment evolution and trend prediction, and to reasonably understand the impact factors of the permafrost hydrological evolution and its response mechanism to the ecological environment in the river source regions of the Qinghai-Tibet Plateau. In this paper, the research status analysis, the main research contents, research objectives and prospects were introduced so as to provide some references for related researchers and engineers.     

Microplastic contamination in lacustrine sediments in the Qinghai-Tibet Plateau: Current status and transfer mechanisms

This paper aims to investigate the present situation and transfer mechanisms of microplastics in lacustrine sediments in the Qinghai-Tibet Plateau. The study surveyed the average abundance of microplastics in sediments. The abundance of microplastics in sediments of lakes from the Qinghai-Tibet Plateau is 17.22–2643.65 items/kg DW and 0–60.63 items/kg DW based on the data of the Qinghai Lake and the Siying Co Basin. The microplastic abundance in sediments from small and medium lakes is very high compared to that in other areas in the world. Like microplastics in other lakes of the world, those in the lakes in the Qinghai-Tibet Plateau mainly include organic polymers PA, PET, PE, and PP and are primarily in the shape of fibers and fragments. The microplastic pollution of lacustrine sediments in the Qinghai-Tibet Plateau is affected by natural changes and by human activities, and the concentration of microplastics in lacustrine ecosystems gradually increases through food chains. Furthermore, the paper suggests the relevant administrative departments of the Qinghai-Tibet Plateau strengthen waste management while developing tourism and pay much attention to the impacts of microplastics in water environments. This study provides a reference for preventing and controlling microplastic contamination in the Qinghai-Tibet Plateau.©2022 China Geology Editorial Office.     

青藏高原新型层控与褶皱湖泊的发现

青藏高原是我国免受人类干扰的最大湖泊分布区,是进行湖泊研究的理想区域。利用高空间分辨率遥感影像对可可西里地区的湖泊进行研究,发现了由地层和褶皱控制的新型湖泊,并通过对涟湖成因的剖析,提出了层控湖泊的概念。研究表明: 可可西里的层控湖泊主要受古近系和新近系红层控制,软硬岩层的韵律变化使湖泊在形态、数量、规模和空间分布等方面具有明显的规律性; 受地层出露宽度的限制,层控湖泊以小型和微型湖泊为主; 褶皱湖泊也发育在古近系和新近系红层中,在青藏高原很可能属于首次发现; 大部分层控湖泊的形成时代晚于中新世,与构造运动有关的沉积环境动荡变化,是其成群、成带发育的根源。     

青藏高原河流演变研究进展

青藏高原是中国及亚洲大河的发源地,高原内部河网水系发达。在高原抬升、气候变化和人类活动的三重叠加作用下高原河流未来可能发生显著变化,由此引发的一系列交叉学科问题正成为关注热点。在前期多年高原河流野外调查的基础上,对近几十年青藏高原河流演变的研究进展,如地质背景、高原抬升和河流地貌特征与演变等进行较系统的分析和总结。展望了中等时间尺度下气候变化对河流演变的影响,短时间尺度下人类活动的局部、突变和加速的作用;提出冲积河群的新概念,初步给出其定义、特征和分布,以期在这个新框架下促进复杂辫状河道和弯曲河道形成与演变的深入研究。     

青藏高原西北部晚第四纪以来的隆升作用 ——来自西昆仑阿什库勒多级河流阶地的证据

青藏高原的隆升是新生代最壮观的地质事件,关于青藏高原隆升研究一直是地学界的研究焦点.河流阶地的发育记录了丰富的构造运动和气候变化的信息,近年来被广泛应用于构造运动和气候演变的研究,但前人研究的河流阶地基本分布在青藏高原的周缘,阶地的形成可能是气候与构造运动共同作用的结果.本文通过高分辨率卫星影像的解译,在青藏高原内部的西昆仑阿什库勒地区发现了多达七级的河流阶地.对该处河流阶地结构、沉积特征、几何特征的研究表明该阶地是典型的构造成因阶地.野外利用全站仪对河流阶地地貌形态进行了精细的测量,获得了各级阶地的拔河高度分别为4～5m(T1)、9～ 10m(T2)、16 ～ 18m(T3)、28～31m(T4)、45～48m(T5).通过宇宙成因核素10Be测年方法对各级阶地面的暴露年龄进行了测定,获得了各级阶地的形成时代分别为7.7±0.7ka(T1)、32.7±3.lka (T2)、53.6±2.5ka(T3)、115.7±23.2ka(T4)、166.8±10.4ka (T5)、19.5±8.5ka (T6).由此确定了晚第四纪166.8ka以来不同时期的河流下切速率总体介于0.2～0.35mm/yr,该速率代表了青藏高原西北部晚第四纪166.8ka以来的平均隆升速率.