HYDROLOGICAL CHANGES DURING THE PAST 50 YEARS OVER THE TIBETAN PLATEAU AND ITS REGIONAL DIFFERENCE

基于气象台站、再分析资料分析以及过去研究成果的综合,系统总结了过去50年青藏高原水文环境变化趋势及其区域差异性.显著、同步的地表升温是青藏高原水分循环最为显著驱动特征.日照、风速的下降形成大气驱动因子的减弱,表现为蒸发力下降.大气水汽含量与其他因子造成降水量微弱增加,但区域差异明显.随着地表气温上升,最大积雪水当量减少、冻土活动层厚度增加.尽管蒸发力下降,地表土壤湿度的增加依然导致蒸散发微弱增加.     

中国大气降水的氧同位素温标

中国北部中 高纬度地区大气降水δ1 8O与地面气温的相关性与中国其他地区不同 ,前者是正相关 ,后者是负相关。海口与香港的年均δ1 8O 温度系数为 - 0 .42‰ /℃ ,二者都属于热带季风型气候。高纬度地区年均δ1 8O 温度系数与月均系数相近 ,约为 0 .4‰ ℃ ,例如 ,兰州 0 .35‰ ℃ ,张掖 0 .46‰ ℃ ,乌鲁木齐 0 .42‰ ℃。中纬度地区石家庄月均δ1 8O 温度系数 (0 .11‰ ℃ )小于年均δ1 8O 温度系数 (0 .34‰ ℃ )。华北平原古大气降水δ1 8O 古地面气温系数为 0 .36‰ ℃ ,与石家庄现代大气降水年均δ1 8O 现代年均地面气温系数相近。因此 ,中国中高纬度地区大气降水的年均δ1 8O 温度系数 ,可用作氧同位素温标再造当地古气温。     

大气CO_2浓度不致影响气温和海面上升

大气温度因素复杂,现撇开太阳运动、地壳运动、大气环流、大气层下垫面等因素,来看其他因素的作用。1.气温上升,导致海水温度上升,浮游生物活动加剧,加快了碳的同化作用以及CO_2以碳酸盐形式沉积的速度,以致海水CO_2浓度剧降,使大气中CO_2渗于水,几方面作用结果是减低了大气CO_2浓度。2.大气CO_2浓度上升,绿色植物的光合作用加强,抑制了大气中浓度上升的趋势。3.石化燃料的使用,产生大量CO_2和尘埃。大气中尘埃含量的增加,加强了对太阳辐射的散射和反射,使达到地表的太阳辐射减弱,导致整个地表降温。4.水体温度上升,促使海水蒸发,使一部分水由水体进入大气层,导致海平面下     

小冰期时中国南方地区降水模式的差异研究

小冰期是过去一千年中全球气候变化的重要事件之一。关于小冰期时中国季风区和西风影响区气候变化的对比研究众多,但是缺乏中国南方地区降水模式时空差异的研究,难以了解中国南方地区降水变化规律。为了系统地了解小冰期时中国南方地区降水的复杂性,本文将中国南方地区划分为东南—华南沿海地区、中部地区以及西南地区三个区域,总共选取了19条高分辨率的古气候记录进行对比研究,主要有以下几点认识:(1)相对于中世纪暖期而言,小冰期期间中国南方东南—华南沿海地区的气候偏湿,这可能与雨带在中国南方的滞留时间延长和沿海地区受台风的影响增强有关。(2)中国中部地区秦岭南麓和神农架高山林区在小冰期时期主要呈"冷湿"的模式,差异在于秦岭南麓区域主要在小冰期中后期偏湿,这与中部其他区域偏"冷干"的模式不同。这种区域差异可能是由于地形地势和大气环流的复杂性导致。(3)中国西南地区受印度夏季风和东亚夏季风的共同影响,且该区域地形复杂,其气候变化在小冰期时期存在更加明显的空间差异,没有呈现出比较一致的降水模式。与小冰期期间的降水变化不同的是,近30年东南—华南沿海地区除了台湾和雷州半岛,其他区域降水明显减少,可能受气温和人类活动等因素的影响。通过结合高分辨率的古气候记录,我们系统分析了中国南方小冰期的干湿模式在时空上的差异及其可能的影响因子,这对于认识小冰期时中国南方不同区域降水的复杂性及未来旱涝灾害的防控具有一定意义。     

中国极端气温季节变化对全球变暖减缓的响应分析

利用经过质量控制和均一化处理的中国气象站点1979-2014年逐月最高气温和最低气温资料,对806个无缺测站的数据进行趋势分析和比较,并且计算了各季节对变暖减缓的贡献率,结果表明:中国区域极端气温(最高和最低气温)存在变暖减缓或变冷现象,而不同区域在不同季节对全球变暖减缓的响应程度不同.相比于1979-1999年,2000-2014年极端气温在全国大部分地区春、冬季有明显的变暖减缓或者变冷现象,在长江流域以北大部分地区极端气温在夏季变暖减缓或变冷现象明显,而秋季全国大部分地区最低气温有明显的增暖现象.全国许多地区春季是导致极端气温变暖减缓或变冷的最主要季节,而夏、秋、冬季则是导致部分地区变暖减缓或变冷的主要季节,此外秋季也是导致全国许多地区最低气温变暖的最主要季节.我国大部分地区2000-2014年的变暖减缓或变冷趋势可能受太平洋年代际振荡(PDO)冷位相的调控,而PDO冷位相对最低气温的影响范围更大一些.     

青藏高原50年来水循环要素变化趋势及其区域差异性

基于气象台站、再分析资料分析以及过去研究成果的综合,系统总结了过去50年青藏高原水文环境变化趋势及其区域差异性.显著、同步的地表升温是青藏高原水分循环最为显著驱动特征.日照、风速的下降形成大气驱动因子的减弱,表现为蒸发力下降.大气水汽含量与其他因子造成降水量微弱增加,但区域差异明显.随着地表气温上升,最大积雪水当量减少...     

中上新世气候增暖的归因分析

中上新世是古气候研究领域的重要时期,研究此时期气候能为理解地球气候系统和预估未来气候变化提供帮助.利用美国国家大气研究中心研发的通用气候系统模式的平板海洋模式组件CCSM4-SOM,模拟了相对于工业革命前期,大气CO2浓度、地形和地表类型改变对中上新世气候增暖的不同影响.结果表明,地形改变对全球年平均地表气温影响较小,但在地形降低较大区域其增温效果十分明显;大气CO2浓度增加导致全球年均地表气温显著增加,而且全球各纬度均有增温,由于海冰反馈作用,两半球高纬海域增温更为显著;地表类型改变在北半球高纬增温效应最为明显,部分地区增温幅度已超过大气CO2浓度增加所引起的增幅.总体来看,大气CO2浓度增加所引起的增温效应在全球年平均和全年纬向平均上表现显著,但在高纬局地区域,它的影响并没有地形和地表类型改变的影响大.     

气候变暖对湖泊热力及溶解氧分层影响研究进展

气候变暖对湖泊物理、化学、生物和生态系统有着复杂而深刻的直接和间接影响,而具体影响随研究区域和水体表现不尽相同。气候变暖通过改变湖泊热力和溶解氧分层进而影响湖泊生物过程和生态系统结构与功能。从全球湖泊变暖趋势、长期缓慢气温上升、极端高温事件以及气候情景模拟等方面详细综述了气候变暖对湖泊热力及溶解氧分层影响的研究进展。研究表明,全球不同区域湖泊均存在不同程度的变暖趋势;长期缓慢气温上升和短期极端高温均会造成湖泊热力分层提前,分层结束推迟,分层时间延长,混合层和温跃层深度下降,以及热稳定性增加;相伴随的是溶解氧扩散深度和氧跃层深度明显下降,加剧了湖泊底部好氧和厌氧环境。除了这种直接影响外,气候变暖引起的流域降水、入湖物质的变化以及风速的变化也会对湖泊热力和溶解氧分层产生许多间接的影响,因此未来仍然需要更多的实验证据、经验和数值模型来验证和预测气候变暖对湖泊热力及溶解氧分层的影响。     

冻土过程参数化方案与中尺度大气模式的耦合

将发展的冻土过程参数化方案与耦合了NCARLSM陆面过程模式的中尺度大气模式MM5相耦合,对包括我国北方,蒙古国,东西伯利亚的高纬度地区进行了模拟.模拟时间选为北半球季节冻土生成的10月份.模拟结果表明,模式能够较好地模拟出该区域的冻土分布,并且对大气模式中海平面气压场、气温场的模拟改进显著.     

降雨对多年冻土区浅层滑坡失稳的影响研究

近年来青藏高原多年冻土地区降雨量呈增大趋势,导致活动层沿多年冻土层滑脱,诱发的冻土浅层滑坡灾害严重影响区域生态环境和人类活动。冻土浅层滑坡失稳是渗流、温度和应力复杂耦合的过程,明确降雨条件下多年冻土斜坡水热力响应机制,揭示降雨诱发冻土浅层滑坡失稳的机理十分关键。基于冻土水热力耦合数值模拟方法,建立了仅施加气温变化的模型一和在气温变化基础上施加强度为9 mm·d^-1、持续降雨18 d的模型二,探讨了低强度、长时间降雨对多年冻土斜坡水热力演化的影响。结果表明：夏季雨水入渗对斜坡浅层温度场产生扰动,进而影响土体冻融过程,活动层以下有形成富水层的可能。雨水入渗导致融土饱和度大幅增加,水分渗流方向由竖直向下逐渐转变为顺坡方向。极限状态下斜坡位移分布在活动层,符合冻土浅层滑坡变形特征,降雨入渗数天后活动层位移有显著增大的趋势,最大位移所在位置向坡脚转移。降雨对斜坡稳定性影响显著,雨水入渗对活动层水热力产生持续影响,斜坡安全系数最小值出现明显滞后。研究结果为青藏地区冻土浅层滑坡灾害防治提供了科学指导。     

新疆夏季变湿的大气环流异常特征

利用1961-2003年NCEP/NCAR再分析资料和中国气象局整编的新疆夏季(6~8月)月降水量资料,分析了新疆夏季1971-1986年干旱期和1987-2003年湿润期的大气环流变化异常特征.结果表明:在平均环流场上,中亚-巴尔喀什湖槽及上下游地区脊的增强是新疆地区夏季变湿的环流场特征之一,且中亚-巴尔喀什湖槽随高度增加强度明显增强,200 hPa达到最强;源于低纬阿拉伯海向北直至中亚对流层低层偏南的强气流是湿润期环流异常、降水增多的又一特征,也是水汽重要来源之一;中亚上空高空急流轴南压是新疆夏季湿润期与干旱期高空急流最重要的差异特征.     

古高程计：氢氧同位素的新应用

定量恢复高大地形的古高程是地质学家一直以来追求的目标，将自生矿物中氢氧同位素用作古高程计的历史不长，这种方法还有很大的应用潜力，可用到比新生代更古老的时期。根据与气团上升和水汽凝结的热动力学性质相关的瑞利平衡分馏原理，建立了这种古高程计的热动力模型，这个模型应用简便，适用于纬度小于35°的地区。区域性经验关系的方法误差较小，但也有计算繁琐、适用区域有限的不足。以上两种方法的计算精度均有待于提高。研究中使用方解石作为样品最普遍，在方解石、高岭石、蒙脱石和针铁石等矿物中,究竟使用哪种推算古高程产生的误差更小，还需进一步研究。     

Raman spectroscopic study of K-lingunite at various pressures and temperatures

K-lingunite is a high-pressure modification of K-feldspar that possesses the tetragonal hollandite structure. Variations of the Raman spectra of K-lingunite were studied up to ~31.5 GPa at room temperature, and in the range 79–823 K at atmospheric pressure. The Raman frequencies of all bands were observed to increase with increasing pressure, and decrease with increasing temperature for K-lingunite. This behavior is in line with those observed for most of other materials. New sharp Raman bands appear at pressures greater than 13–15 GPa, suggesting a phase transition in K-lingunite with increasing pressure. The transition is reversible when pressure was released. The appearance of these new Raman bands may correspond to the phase transition revealed earlier at around 20 GPa by X-ray diffraction studies. Instead of transforming back to its stable minerals, such as orthoclase, microcline or sanidine, K-lingunite became amorphous in the temperature range 803–823 K at atmospheric pressure.     

青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式(Ⅰ):物理过程与实验方案

路基表面的热状况具有时空分布的非均匀性,筑建在冻土区的路基,其下伏冻土层对上边界非均匀热强迫的响应,会引起冻土层的冻胀、融沉非均匀变化,进而造成路基的变形失稳.因此,了解路基表面热状况的时空变化规律对监测和防治路基冻融病害、保证路基稳定性具有重要意义.鉴于此,从热力学研究角度出发,以气候影响因子-大气辐射传输-地气交接面辐射特性-地气间热量交换为研究主线,基于能量守恒原则,建立针对青藏铁路沿线地表、路基上表面和路基左右边坡表面的普适性热力学数值模式,用于高海拔青藏铁路全线的任意坡度和走向的路基表面热状况的定量化研究与应用.     

天然气水合物稳定带的计算方法与参数选择探讨

天然气水合物稳定带的研究对于认识天然气水合物的成矿与分布规律以及资源评价都具有重要的指导意义。在计算稳定带厚度的不同方法之间,特别是在参数的选择上存在很大的差异。通过简单评价天然气水合物稳定带计算的几种方法和参数选择,认为选择压力计算公式时要考虑孔隙水产生的压力、海底以上水柱的压力和大气压;考虑大气压的压力随纬度变化的二阶方程是最符合实际的深度-压力转换方程;通过实验得到的方程只适用于纯水或盐度为33.5‰的海水中纯甲烷的预测;根据热力学理论可以计算不同盐度、不同气体组分的稳定带的温压条件;用相平衡图的方法最简单,但误差很大;通过四阶方程拟合实验数据和热力学数据得到的稳定带厚度更接近实际情况;不同方法预测的稳定带底界与实际含水合物沉积底界很难一致。     

北京永定河流域地下水氢氧同位素研究及环境意义

利用氢氧同位素方法对北京地区永定河流域地下水状况及补给运移规律进行了研究。在系统采集了不同地点、不同深度的地下水样品的基础上,分析测试样品的δD、δ^18O、T。通过分析研究成果资料,初步判断出本区地下水的状况及补给运移规律：浅层地下水主要以近10a左右的“新水”为主,而且其主要补给方式是地表大气降水的垂直入渗补给;中深层地下水普遍混有“新水”,且新水比例有增大趋势;深层地下水基本以50a以上“老水”为主,但局部已混有“新水”。本区地下水的状况反映出浅层水补给深层水的越流现象普遍,这会引起深层地下水水质下降。由此可见,本区地下水水资源由于人工不合理的开采利用,状况不容乐观。     

青藏高原东缘古近纪沙漠及其对季风起源的启示

沙漠沉积是地质历史演化过程中的一种特殊沉积,是特殊气候条件下的产物,对研究全球气候变化、大气环流样式具有独特的作用。沙漠沉积在地质历史中普遍存在但极少保存,它的发现和研究对恢复地质历史具有重要意义。研究表明,现代东亚季风系统建立前,尤其是古近纪早、中期,青藏高原东缘仍然处于行星环流所控制的干旱带内,发育了大量代表干旱炎热气候的石膏与盐类沉积,但至今尚未找到沙漠存在的确切记录。近年来,笔者采用沉积学、古气候学、古地理学等手段,并结合前人研究资料,对青藏高原东缘沉积盆地的古近纪早、中期红色地层进行了综合研究。结果表明,青藏高原东缘存在一个厚度稳定的古近纪早、中期风成沙丘富集带。在此基础上,通过古地理、沉积模式及古气候替代指标等分析,论证了青藏高原东缘存在古近纪盆山型沙漠沉积体系的可能性。沉积相、古流向分析揭示,青藏高原东缘存在一个由干旱向潮湿、由行星风系向季风风系转换的界面,可能暗示了东亚季风建立事件的发生。本研究相关成果可为新生代中国干旱带演化与全球气候变化研究提供可贵的沉积学资料,也可为青藏高原隆升与东亚季风起源研究提供重要的大气环流证据。     

广东河台金矿成矿流体特征

通过对矿石中石英包裹体的气、液相成分和氢、氧同位素分析,结果表明,河台金矿床成矿流体具多来源的特性,即为变质热液、大气降水和岩浆热液的混合流体.高村和云西矿床不同中段石英包裹体测温等温线图表明,成矿流体是自下而上,自北东向南西方向运移的,矿液运移方向与矿体侧伏方向一致.成矿的物理化学条件分析表明,成矿的环境属于中高温弱碱性还原环境.     

A 50-year record of NO<Subscript>x</Subscript> and SO<Subscript>2</Subscript> sources in precipitation in the Northern Rocky Mountains,USA

Ice-core samples from Upper Fremont Glacier (UFG), Wyoming, were used as proxy records for the chemical composition of atmospheric deposition. Results of analysis of the ice-core samples for stable isotopes of nitrogen (δ¹⁵N, ) and sulfur (δ³⁴S, ), as well as and deposition rates from the late-1940s thru the early-1990s, were used to enhance and extend existing National Atmospheric Deposition Program/National Trends Network (NADP/NTN) data in western Wyoming. The most enriched δ³⁴S value in the UFG ice-core samples coincided with snow deposited during the 1980 eruption of Mt. St. Helens, Washington. The remaining δ³⁴S values were similar to the isotopic composition of coal from southern Wyoming. The δ¹⁵N values in ice-core samples representing a similar period of snow deposition were negative, ranging from -5.9 to -3.2 ‰ and all fall within the δ¹⁵N values expected from vehicle emissions. Ice-core nitrate and sulfate deposition data reflect the sharply increasing U.S. emissions data from 1950 to the mid-1970s.     

黑河流域生态水文样带调查

样带研究是研究全球变化与陆地生态系统关系最有效的途径之一。通过在黑河流域上、中、下游分别确定具有代表性的流域样带和空间网格,系统调查植被、土壤、水文、地貌和气候特征及人类活动和社会经济特征,建立相应的数据库。完善流域整体概念的野外观测试验研究网络,形成以流域为单元、科学问题为导向的生态—水文过程的数据—模拟研究平台,使我国流域生态水文研究进入国际先进行列。