植被恢复与气候变化影响下的鄱阳湖流域蒸散时空特征

蒸散是地球表层物质循环与能量交换过程的重要组成部分,了解其时空特征和影响因素具有重要的科学意义。以鄱阳湖流域为研究区,基于WaSSI-C生态水文模型,利用气象数据、叶面积指数数据和土壤数据等估算1983-2011年鄱阳湖流域蒸散,分析其时空特征,并通过情景模拟定量分析植被恢复和气候变化对蒸散的影响。研究表明：鄱阳湖流域蒸散多年均值变化范围为741~914 mm/a,植被和降水量分布是造成流域蒸散空间差异的主要原因;近三十年来鄱阳湖流域蒸散呈阶段性增长趋势,增长率为1.495 mm/a;植被、气温和降水对鄱阳湖流域蒸散的单独影响均为正向,但气温和降水的联合效应会导致蒸散下降;鄱阳湖流域蒸散变化的主导因素具有空间差异性,从整体上看,植被恢复是驱动蒸散呈增加趋势的主要原因,而气候变化是导致蒸散年际波动的主要原因。     

基于MODIS数据的无定河流域蒸散模拟

利用黄土高原无定河流域水文气象资料、MODIS数据及GIS背景信息,应用分布式生态水文模型（VIP模型）,按250m空间分辨率模拟了该流域水量平衡各分量的时空分布。结果表明:2000²003年无定河流域年蒸散量分别为300 mm、397 mm、460 mm和443 mm;流域蒸散有明显的由南向北,由东到西的梯度递减特征,降水量和地表植被覆盖度的差异是其空间变异的主要因素;蒸腾与蒸发空间分异显著,但两者的变化相互补偿,降低了蒸散的空间变异性。整个流域平均而言,不同植被类型间的年蒸散总量差异不明显。白家川等9个子流域年蒸散量的模拟结果与水量平衡法估计结果具有较好的一致性。     

基于MODIS数据的博斯腾湖流域地表蒸散时空变化

基于2002～2009年期间的MODIS遥感数据和气象观测数据,运用能量平衡法计算博斯腾湖流域的地表蒸散量,蒸散平均绝对误差为12.39 mm,相对误差为14.15%。根据遥感反演结果分析了研究区地表蒸散的时空变化特征及其与降水、气温等气候因子的关系。博斯腾湖流域年地表蒸散表现出西北高东南低的空间分布格局,明显受到土地覆盖类型的影响。蒸散季节变化主要表现为单峰形式,夏季蒸散量占全年总蒸散量的48.10%。降水、气温对于博斯腾湖流域的地表蒸散变化有重要影响,并且在不同季节中两者的贡献度存在很大差异。     

1981-2010 年气候变化对青藏高原实际蒸散的影响

基于1981-2010 年青藏高原80 个气象台站观测数据, 通过改进的LPJ 动态植被模型, 模拟并分析了青藏高原实际蒸散及其与降水的平衡关系(P-E) 的时空变化。研究结果表明, 在过去三十年来青藏高原气候呈现以变暖为主要特征的背景下, 降水量整体略有增加, 潜在蒸散呈减少趋势, 特别是2000 年以前减少趋势显著;青藏高原大部分地区实际蒸散呈增加趋势, P-E的变化趋势呈西北增加-东南减少的空间格局。大气水分蒸散发能力降低理论上会导致实际蒸散减少, 而青藏高原大部分地区实际蒸散增加, 主要影响因素是降水增加, 实际蒸散呈增加(减少) 趋势的区域中86% (73%) 的降水增加(减少)。     

无定河流域水量平衡变化的模拟

利用黄土高原无定河流域1982~1991年的水文气象、土地利用、土壤质地、数字高程和NOAA-AVHRR遥感信息,建立基于土壤-植被-大气传输机理的分布式生态水文模型,模拟流域水量平衡的时空分布。研究结果发现,该流域的年平均植被指数(NDVI) 的年际变化不明显,但NDVI最大值的年际变化显著。该流域年累计NDVI与降水年总量关系不明显,说明该流域植被的生长并不完全受控于降水总量。模拟的实际蒸散量用无定河及其岔巴沟子流域实测降水与实测径流的差值进行验证,误差小于5%。整个流域模拟时段的平均降水量为372±53 mm yr-1,实际蒸散量为334±33 mm yr-1,其中蒸腾为130±21 mm yr-1,有明显的年际波动。地表径流的年际变化相对较小。蒸散发的季节变化特征与降雨基本一致,即7、8、9月雨季高,其他月份低。降水量和实际蒸散量呈现显著的空间分异性,表现出由东南(高NDVI) 向西北(低NDVI) 递减的梯度差异。地表径流的空间分异亦沿东南-西北梯度变化,但高值分散在中部。以岔巴沟子流域1991年的地表覆被度为基准,发现在全流域都覆盖上某一种植被的情况下,蒸腾和土壤蒸发的变化非常明显,地表径流和实际总蒸散的变化并不显著。只有在全流域都变成荒漠情景下,实际总蒸散才显示出较明显变化(17%),表明在西北干旱半干旱区,土地利     

滹沱河上游山区近50年蒸散变化及主要影响因子分析

准确估计流域蒸散,掌握其变化趋势和主要影响因子,对科学认识流域水文循环规律以及管理流域水资源具有重要意义。利用傅抱璞年蒸散量公式计算滹沱河上游山区及其子流域1958-2007年逐年蒸散量,并利用Mann-Kendall-Sneyers等方法分析了流域蒸散趋势和突变特征,及其主要影响因子。结果表明在滹沱河流域傅抱璞公式能够较好的拟合蒸散。50 a来全流域及各子流域年均蒸散呈下降趋势。降水对蒸散起控制作用,相对湿度在流域部分地区显著影响蒸散(α=0.05)。     

基于水文随机方法的大尺度径流空间插值图化研究——淮河流域蚌埠以上区间为例

跨越不同时空尺度水文径流时空分异性及其图化问题的研究是当前国际地理水文科学研究的热点前沿。本文针对中国湿润流域年平均径流特点,探讨了基于地理相关关系的水文随机方法(Hydro-Stochastic) 在大尺度流域上应用的可行性。在淮河流域蚌埠以上区间开展径流空间插值实验,通过对流域出口流量在空间随机场内的分解生成研究区内10 km×10 km分辨率产流分布图,以及以1 km长度为基本单元的河道内径流量图。该方法在描述径流空间分异性的过程中,综合了水文学、地貌学、地理学的特点,以地统计空间插值方法为基础,结合了水量平衡约束以及数据不确定性分析理论,最终输出不同形式的径流空间分异结果。分析表明,径流插值结果能够很好的反映流域内产流的空间分布特征,并满足河道上下游的水量平衡关系。该方法避免了水文模型的复杂性,描述径流时不依赖气象资料,可以方便的在广大地区推广使用。     

青海湖水文特征及水位下降原因分析

青海湖自有记载以来,湖水位一直处于下降之中。通过分析流域内的各项水文因子的特征及湖泊水量平衡,看出流域内降水有逐步变小的趋势;湖泊长期处于水量收支负平衡中,致使湖水水位下降。降水变小及湖水位下降又改变了流域水文环境,使径流变小、径流系数下降。通过进一步分析发现,青海湖对降水变化的敏感性要大于其它因子的变化。     

陕西大理河流域土地利用/覆被变化的水文效应

近年来,土地利用/覆被变化的水文效应研究已成为国际的前沿和重点。在大理河流域,LUCC(包括水土保持措施)对水循环和水量平衡产生了深远影响,该流域LUCC水文效应的研究势在必行。根据研究区1990年代三期土地利用数据分析了LUCC的时空变化特征,采用特征变量时间序列法及降水-径流模型对LUCC水文效应进行了研究。结果表明:流域土地利用类型以耕地和草地为主,近10年来,耕地和草地面积有所减少,而林地和建设用地面积持续增加;流域年径流和月径流演化过程均表现出明显的下降趋势;LUCC及水土保持具有减少流域年径流、汛期流量以及增加枯季流量的作用,相对于降水因素,人类活动对流域水文的作用占主导地位;在1990~2000年期间,主要由LUCC引起的年均径流减少量达2616.6×10⁴ m³,占该期间实测减水总量的62.19%。     

内陆河流域分布式水文模型——以黑河干流山区建模为例

应用常规的气象水文数据并结合GIS, 建立了一个适合西北内陆河山区流域分布式水文模型, 并对黑河干流山区出山径流进行了模拟计算和讨论。模型以子流域作为最小的产流、汇流单元, 将各子流域分为裸地区、乔木区、牧草区和冰川区, 并根据实测剖面资料将土壤分为3层, 各分区单独进行水量平衡计算。产流过程基于蓄满产流理论, 以月和日为步长, 月模型在黑河干流山区流域应用效果较好, 日模型受降水的随机性和观测站点少的限制效果不佳。模型参数敏感性分析发现, 降水资料的代表性是模型模拟成败的关键。月模拟结果表明, 植被覆盖可以调节径流过程, 增加流域土壤储水量, 尤其是乔木森林, 即植被具有涵养水源的功能。在全球变暖背景下, 黑河未来出山径流会有一定程度的增加, 冰雪融水和实际蒸散发也会增加, 永久积雪与冰川面积缩小, 雪线上升, 但近期内不会造成冰雪储量大量减少。     

阿克苏河流域的面雨量序列及其与径流关系

以数字高程模型 (DEM) 的1km×1km网格数据为基础,对阿克苏河流域14个气象站和水文站的1961~2000年的年降水资料进行了自然正交分解 (EOF),通过回归分析,建立主要特征向量与地理因子的插值模型,给出了一个面雨量序列的计算方法,为建立气候要素的区域平均序列提供了一个有效的解决方案,并由此推算出年阿克苏流域平均年降水量的空间分布以及面雨量序列。径流量与面雨量之比 (R/P) 平均为0.43,最高为0.69 (1997年),最低为0.30 (1963年)。计算出的阿克苏河流域面雨量序列与阿克苏河实测径流量序列的趋势变化率分别为5.79×10⁸ m³/10a和4.29×10⁸ m³/10a,两者均表现出增加趋势,但面雨量的增加速率要比径流量大一些,年际变化幅度也要大,面雨量和径流量的变差系数Cv值分别为0.17和0.13。阿克苏河年径流量的变化与夏季0^oC层高度、年面雨量有着十分密切的关系,表明20世纪90年代以来新疆气候的变化是阿克苏河流域径流稳定增加的一个非常重要的因素。     

鄱阳湖流域水文变化特征成因及旱涝规律

本研究分析了1960-2008年鄱阳湖流域的气候和水文变化特征,用水量和能量平衡关系解释和印证了这些特征,并由此揭示了鄱阳湖流域水文变化特征的成因及干旱和洪涝发生的规律.得到以下主要结论:1)正常或偏湿年份鄱阳湖流域6月份容纳水量能力已达到饱和,若6-7月降水量超出正常年份,则流域超饱和,洪涝发生.长江中上游降水量7月份的异常偏多会对鄱阳湖流域的洪涝起触发和强化作用.2)鄱阳湖流域7-10月蒸发量大于降水量,特别是7-8月蒸发量大于降水量的一倍以上,所以若4-6月流域降水量少于平均年同期量的20％以上,则累积效应使秋旱发生.当初冬(11月)降水偏少时,秋旱可持续到来年的初春,形成严重的春旱.长江中上游降水量对鄱阳湖流域的春旱没有直接影响,但7-8月降水量偏少时则对秋旱起重要的强化作用.3)长江对鄱阳湖流域的水文过程和旱涝的发生、发展的影响主要在7-8月的“长江与鄱阳湖耦合作用”时期和9-10月的“弱长江作用”期.     

Using rainfall-runoff modeling to interpret lake level data

Using water balance computations, the behavior of different kinds of lakes is discussed. Simple analytical expressions relating water level to hydrological conditions and lake bathymetry are given. The importance of knowing the river basin area when analyzing lake levels is stressed. A conceptual rainfall-runoff model including lake routing is used to simulate runoff and lake levels and to compute quasi-steady state conditions and long-term transient situations. It is suggested that models can be used to construct curves relating lake levels to precipitation and lake evaporation. By comparing with paleo-lake levels, the annual precipitation related to these levels can be found, provided information is available about the seasonal distribution of the precipitation.     

1972-2019年萨雷兹堰塞湖遥感时序监测与水文特征过程分析

堰塞湖的水文特征过程对于库区洪水宏观调控、预报预警、安全防治等具有重要意义。为了及时掌握萨雷兹堰塞湖水文特征和历史演化过程,本文基于密集时间序列遥感数据,综合调查全面系统地分析了1972—2019年帕米尔高原萨雷兹堰塞湖的水文特征以及时空变化过程;并通过“面积-水位”关系模型重建了1972—2019年萨雷兹堰塞湖的历史水位面积演变时序过程;在此基础上采取M-K趋势和突变检验分析了水文变化特征。研究结果表明：① 萨雷兹堰塞湖水位总体上呈现波动性显著上升趋势,这种波动趋势主要表现为年内波动和高位震荡,但振幅在逐年减小。② 萨雷兹堰塞湖水文时序演化过程在2013年前后出现了一个突变拐点,面积水位变化特征表现为由原来的缓慢增加转变到加速上升。③ 1972—2019萨雷兹堰塞湖面积和水位关系模型为：y=-0.1003x²+18.181x+2440,（R²=0.63,P<0.05,双尾）。结合流域气象、径流以及相关文献数据分析得出萨雷兹堰塞湖的水文特征年内/际波动直接受穆尔加布河径流补给量的影响;区域冰川积雪加速消融带来的河道径流补给量增加是近年来面积水位加速上升的主要原因。     

巴丹吉林沙漠沙山区径流与地下水补给条件

在全球高差最大的巴丹吉林沙漠沙山斜坡上发现了沙漠区罕见的因大气降水而产生的地表超渗径流,地表径流侵蚀,缓渗径流及因地下径流出露而产生的地表径流--风沙混合物理沉积与化学沉积(次生盐).根据电镜观察,能谱分析,化学分析和粒度分析等资料,研究了径流化学沉积物的矿物和化学组成,风积沙和径流--风沙混合物理沉积物的粒度组成,径流类型及沙山区水分平衡,降水对地下水与湖水的补给机制.超渗径流的出现表明,虽然该区降水量少,但存在能够为地下水提供补给来源的较强有效降雨过程.径流,径流--风沙混合物理沉积和化学沉积等六项科学指标从深层次上充分证明,该区降水通过入渗至少达到了沙山的下部,完全能够对地下水构成有效补给.细粒层相对的隔水性是该区地下径流出露于地表的原因.沙山区确实存在令人惊奇的水分正平衡,即在大气降水在经过蒸发和蒸腾等消耗之后,每年还有约134648.4 t/km²水补给了地下水和湖水,成为湖水的重要补给来源之一.沙山区能够产生有效降水,植被稀少蒸腾量少,沙层入渗率高和沙层受蒸发影响深度很小是该区水分出现正平衡和大气降水能够补给地下水的四个条件,也是导致该沙漠区有众多湖泊发育的主要条件.     

近50 a来乌鲁木齐河源区径流变化及其机理研究

 乌鲁木齐河源区径流是供给中下游地区和乌鲁木齐市的重要水源。通过对河源区3个水文断面（1号冰川、空冰斗和总控）有观测记录以来的径流变化研究,一方面提供径流观测的最新资料,使人们对乌鲁木齐河源区径流近期变化有新的认识;另一方面通过对气候、冰川变化的综合分析,揭示乌鲁木齐河源区径流近50 a变化事实和可能的原因。结果表明：河源区3个水文断面径流自有观测记录以来整体上呈增加趋势,其中总控水文断面径流虽有增加,但不显著。影响3个水文断面径流变化的因素不同,1号冰川水文断面径流变化受控于冰川区热量条件,当消融期气温大于2 ℃时,径流呈加速增长。1号冰川径流不仅包含了冰川对气候变化的瞬时响应,也包含了冰川对气候变化的滞后响应,由冰川物质平衡和面积计算的冰川体积损失量变化较好地验证了径流变化。对于空冰斗融雪径流,降水量多寡是导致径流变化的主导因素,但冰斗区固态降水多,气温亦起着不可忽视的作用。总控水文断面径流大小与气温和降水关系比较复杂,表现为近年来气温和降水增加,径流却有下降趋势,这可能与河源区实际蒸散增强、冰川快速退缩导致径流峰值已经出现、大范围冻土消融导致的地下渗漏量增多等原因有关。     

塔里木河流域径流变化趋势及其对气候变化的响应

This paper has studied the change of streamflow and the impact of climatic variability conditions on regional hydrological cycle in the headwater of the Tarim River Basin. This study investigates possible causes of observed trends in streamflow in an environment which is highly variable in terms of atmospheric conditions, and where snow and ice melt play an important role in the natural hydrological regime. The discharge trends of three head streams have a significant increase trend from 1957 to 2002 with the Mann-Kendall test. Complex time-frequency distributions in the streamflow regime are demonstrated especially by Morlet wavelet analysis over 40 years. The purpose is to ascertain the nature of climatic factors spatial and temporal distribution, involved the use of EOF （Empirical Orthogonal Function） to compare the dominant temperature, precipitation and evaporation patterns from normally climatic records over the Tarim＇s headwater basin. It shows that the first principal component was dominated since the 1990s for temperature and precipitation, which identifies the significant ascending trend of spatial and temporal pattern characteristics under the condition of the global warming. An exponential correlation is highlighted between surface air temperature and mean river discharge monthly, so the regional runoff increases by 10%-16% when surface air temperature rises by 1 ℃. Results suggest that headwater basins are the most vulnerable environments from the point of view of climate change, because their watershed properties promote runoff feeding by glacier and snow melt water and their fundamental vulnerability to temperature changes affects rainfall, snowfall, and glacier and ice melt.     

Streamflow trends and hydrological response to climatic change in Tarim headwater basin

This paper has studied the change of streamflow and the impact of climatic vari-ability conditions on regional hydrological cycle in the headwater of the Tarim River Basin. This study investigates possible causes of observed trends in streamflow in an environment which is highly variable in terms of atmospheric conditions, and where snow and ice melt play an important role in the natural hydrological regime. The discharge trends of three head streams have a significant increase trend from 1957 to 2002 with the Mann–Kendall test. Complex time-frequency distributions in the streamflow regime are demonstrated especially by Morlet wavelet analysis over 40 years. The purpose is to ascertain the nature of climatic factors spatial and temporal distribution, involved the use of EOF (Empirical Orthogonal Function) to compare the dominant temperature, precipitation and evaporation patterns from normally climatic records over the Tarim’s headwater basin. It shows that the first principal component was dominated since the 1990s for temperature and precipitation, which identifies the significant ascending trend of spatial and temporal pattern characteristics under the con-dition of the global warming. An exponential correlation is highlighted between surface air temperature and mean river discharge monthly, so the regional runoff increases by 10%–16% when surface air temperature rises by 1℃. Results suggest that headwater basins are the most vulnerable environments from the point of view of climate change, because their wa-tershed properties promote runoff feeding by glacier and snow melt water and their funda-mental vulnerability to temperature changes affects rainfall, snowfall, and glacier and ice melt.     

气候变化对渭河上游径流量和输沙量的影响

利用渭河上游北道水文站的径流量和输沙量资料和渭河上游流域16个气象站的气象资料,分析了1951—2000年期间气候变化对渭河上游径流量和输沙量的影响。结果表明:渭河上游径流量变化总体呈下降趋势,跃变点发生在1967年,20世纪60年代径流量最大,90年代以后径流量最小。径流量的变化主要取决于流域降水量的变化。葫芦河支流流域的降水量对径流量变化的影响最为敏感,其次是榜沙河支流流域的降水量。输沙量的多少主要取决于上游降水量的多少和大雨的次数,其次是风速大小和大风次数的多少。