黑河流域地下水同位素年龄及可更新能力研究

通过对黑河流域地下水的放射性同位素如氚(T)和¹⁴C的测定, 对该流域浅层和深层地下水的年龄以及其更新速率进行了估算. 结果表明: 整体上看, 从黑河流域的上游、中游至下游, 浅层和深层地下水年龄逐渐增加, 地下水更新速率也逐渐增大. 其中, 黑河上游浅层和深层地下水平均更新速率分别为1.96%·a^-1和1.76%·a^-1, 可更新能力最强; 中游浅层和深层地下水平均更新速率为1.25%·a^-1和0.68%·a^-1, 可更新能力次之; 下游浅层和深层地下水平均更新速率分别为0.74%·a^-1和0.18%·a^-1, 可更新能力最差. 黑河流域不同地带地下水由于循环条件的不同, 浅层和深层地下水年龄存在较大的差异. 其中, 中游山前平原补给条件较好, 浅层和深层地下水年龄较小; 中、下游远离河道地区浅层和深层地下水补给条件差, 显示了更老的年龄. 黑河流域埋深40 m以上的浅层地下水平均更新速率(1.13%·a^-1)高于埋深40~100 m之间的中层地下水(0.65%·a^-1)以及埋深100 m以下深层地下水(0.55%·a^-1). 因此, 在黑河流域地下水开发过程中要合理开发浅层地下水, 适当缩减开发深层地下水.     

疏勒河上游径流组分及其变化特征定量模拟

气候变化背景下,西北干旱区内陆河流域的水文过程发生显著变化,制约着地区经济社会和生态建设的稳定发展。定量分析和评估高寒山区径流的变化,有助于加强西北地区水资源的规划管理,实现水资源的可持续利用,保障区域水安全。选取位于青藏高原东北边缘、祁连山西段的疏勒河上游作为研究区,利用包含冰雪消融模块的寒区水文模型分布式SPHY模型（Spatial Processes inHydrology model）对流域的径流过程进行定量模拟,根据模拟结果分析了疏勒河上游近45 a径流组成及径流与各组分的变化特征。结果表明：（1）率定期日径流和月径流模拟的Nash效率系数分别为0.62和0.86,验证期达到0.79和0.95,模拟的月径流与实测月径流过程基本一致;（2）径流由四部分组成,冰川径流占总径流的年平均比例为30.5%,融雪径流的占比为12.9%,降雨径流的占比为13.5%,基流的占比为43.1%;（3）由于气温升高、降水增多,冰川径流与降雨径流均呈增加的趋势,平均增加幅度分别为4.66×10⁶ m³·a^-1和2.46×10⁶ m³·a^-1,融雪径流呈减少的趋势,平均减少幅度为1.01×10⁶ m³·a^-1;（4）近45 a年径流增加了69.6%,冰川融水对流域径流增加的贡献率达到48%,非冰川区降水增加的贡献率达到52%。     

希夏邦马峰东坡冰川与冰川湖泊变化遥感监测

1977-2003年的遥感影像显示,希夏邦马峰东坡的冰川在迅速退缩,而其相应的冰川湖泊在迅速增大.南部的吉葱普冰川每年的退缩速度57099 m²,冰舌退缩48 m·a^-1,相应的卢姆池米冰湖面积增加速度大约为79048 m²·a^-1;北面的热强冰川退缩速度在63224 m²·a^-1,冰舌退缩71 m·a^-1,相应的扛西错冰湖面积增加约73 425 m²·a^-1.从这两个冰湖的类型和变化分析,认为其具有发生冰川湖泊溃决洪水的潜在危险.     

基于Sentinel-1SAR数据的南极松岛冰川流速监测

南极入海冰川的流速对了解物质平衡和海平面上升具有重要意义。基于Sentinel-1 SAR数据,利用特征跟踪法提取了2015-2017年松岛冰川的冬夏季流速,分析了冰川流速的年际和季节变化特征。结果表明松岛冰川处于高速流动状态,流速最高达4 400 m·a^-1左右。沿主流线方向,2015-2017年2月（夏季）的平均流速分别是3 502 m·a^-1、3 529 m·a^-1、3 498 m·a^-1。2015-2017年8月（冬季）的平均流速分别是3 473 m·a^-1、3 498 m·a^-1、3 478 m·a^-1。2015-2017年松岛冰川主流线上平均流速为3 450~3 550 m·a^-1,流速总体保持稳定,没有明显变化。2015-2017年松岛冰川流速没有明显季节差异,冬夏季流速大致持平。基于裸露岩石作为控制点的分析表明误差为22~39 m·a^-1,冰川流速监测结果是可信的。     

青藏高原热融湖横向扩张速率对湖下融区发展影响的数值模拟

热融湖是高纬度和高海拔富冰多年冻土区重要的自然景观。这些湖由于富冰多年冻土或地下冰的融化而形成,由于湖水向周边多年冻土传递热量而持续扩张。以青藏高原北麓河地区一个热融湖的信息和冻土监测资料为基础,运用柱坐标系下伴有相变的热传导模型模拟了以不同的横向扩张速率演化的热融湖湖下融区的发展过程。结果表明：在青藏高原多年冻土厚度为75 m的北麓河盆地,分别以横向扩张速率0.10 m·a^-1、0.15 m·a^-1、0.20 m·a^-1和0.25 m·a^-1演化的热融湖,在湖形成分别达760 a、703 a、671 a和652 a时,湖下形成贯通融区,相应的多年冻土从上向下融化的平均速率分别为8.22 cm·a^-1,8.89 cm·a^-1,9.31 cm·a^-1和9.74 cm·a^-1。热融湖的横向扩张速率对湖下的融区发展和土壤热状况有重要的影响,在现场调查资料的基础上选取正确的热融湖横向扩张速率是热融湖对多年冻土热状况作用数值模拟研究的必要前提。     

天山南坡科其喀尔冰川消融区运动特征分析

基于2009年5月至2011年10月科其喀尔冰川的花杆观测资料,对其消融区的表面运动特征进行分析. 结果表明：冰川消融区的年水平运动速度最大值为86.69 m·a^-1,年垂直运动速度最大值为15.34 m·a^-1,均出现在冰川海拔4 000~4 200 m的消融区上部;在靠近冰川末端的冰舌下部,受冰量补给减弱、厚层表碛覆盖等影响,冰川运动缓慢,年水平运动速度小于5 m·a^-1,而垂直运动速度值小于2 m·a^-1. 大多数横剖面的水平运动速度具有从中部向边缘逐渐减小的特征,而有的剖面却出现局部速度增大的区域. 整体而言,冰川水平及垂直运动速度随海拔降低而减小,符合冰川运动的一般规律,但主要受地形作用的影响,垂直运动速度随海拔的变化会出现波动. 消融期月水平运动速度与同期气温和降水的变化具有一定的相关性,可能反映出气候快速变化对冰川运动的影响.     

1971—2000年中国陆地植被净初级生产力的模拟

利用植被与大气相互作用模式(AVIM),基于气象台站的观测资料模拟了1971—2000年中国陆地生态系统NPP的变化特征.结果表明:1971—2000年我国陆地植被年均NPP变化范围在0~987.67 gC·m^-2·a^-1,全国平均值为349.74 gC·m^-2·a^-1,30 a呈现出递增的变化趋势.对各类植被NPP的模拟显示,最近30 a我国热带雨林、落叶阔叶林以及有地被层的阔叶林的年均NPP减小,而混交林、常绿针叶林、落叶针叶林、有裸土的灌丛、草地以及作物的年均NPP均为增加趋势.由于采用了先进的农业技术,与自然条件下我国作物的年均NPP变化相比,我国实际的粮食单产在上述时期呈显著的增长,表明了人类活动对于我国陆地植被净初级生产力有着深刻的影响.     

1972-2016年东天山哈尔里克山地区冰川物质平衡研究

新疆哈密地区是世界上极端干旱的地区之一,依托高峻的哈尔里克山发育的现代冰川成为维系本区绿洲生存与发展的固体水库。对哈尔里克山地区冰川的监测与研究可获得本区冰川对全球气候变化的响应,也为哈密地区的水资源评估、生态建设与绿洲经济的可持续发展提供基础数据与理论支持。基于地形图、SRTM DEM和资源三号立体像对等数据,采用大地测量法对哈尔里克山地区自地形图成图以来44年间冰川物质平衡进行了研究。结果表明：1972-2016年间冰川平均表面高程下降了（9.15±0.98）m,冰川物质平衡为（-0.18±0.02）m·a^-1 w.e.,冰量损失显著。其中,1972-1999年间,冰川物质平衡为（-0.04±0.01）m·a^-1 w.e.,冰量损失较缓慢;1999-2016年间,冰川物质平衡增至（-0.36±0.05）m·a^-1 w.e.,冰量损失加剧。此外,南北坡的冰川物质平衡空间差异性明显。1972-1999年间,北坡冰川物质平衡为（-0.05±0.01）m·a^-1 w.e.,南坡冰川物质平衡为（-0.02±0.01）m·a^-1 w.e.,北坡冰川物质损失略大于南坡;1999-2016年间,北坡冰川物质平衡为（-0.27±0.04）m·a^-1 w.e.,南坡冰川物质平衡为（-0.45±0.05）m·a^-1 w.e.,南坡冰川损失量远大于北坡。结合哈密与伊吾气象观测资料分析可知：冰川的物质平衡与气温变化呈现出很强的相关性,研究区的降水量自20世纪50年代以来呈增加趋势,但温度变化对冰川物质平衡的影响大于略微增加的降水的影响。1999年后,南坡冬夏季气温的增长幅度均超过北坡,这是南坡冰量损失加剧的主因。     

1976-2017年柴达木盆地湖泊面积变化及其成因分析

高原湖泊是反映气候变化敏感的指示器。利用1976-2017年的多源资料对柴达木盆地湖泊面积动态进行了监测。结果表明：近50多年来,柴达木盆地气候呈现气温升高,降水普遍增加的增暖增湿趋势,21世纪以来这一趋势更为明显,但存在地区差异,年平均气温升温速率自东向西趋于增加,降水增加速率自东向西趋于减小;柴达木盆地外围东部的托素湖面积1956-2017年总体呈弱的减小趋势,减速为0.41 km²·a^-1。但2005-2017年期间湖面以1.34 km²·a^-1的增速呈明显扩张趋势,中部的小柴旦湖面积与过去13年同期平均相比,扩大了19.87 km²,而西部的尕斯库勒湖呈先增加后减小的趋势。柴达木盆地气候变化、植被面积、入湖径流等因子是导致湖泊面积变化的主要原因。     

多年冻土南界附近青藏铁路路基下的冻土退化

基于2006-2012年青藏铁路多年冻土区唐古拉山南侧安多断面地温监测资料,分析了多年冻土南界附近路基下多年冻土的退化过程及其影响因素.结果表明：该监测断面天然场地多年冻土退化表现为多年冻土天然上限下降与多年冻土地温升高,观测期内多年冻土天然上限下降0.29 m,下降速率为4 cm·a^-1;路基下10 m处多年冻土温度升高0.03℃,升温速率为0.004℃·a^-1.该监测断面路基左路肩下多年冻土退化表现为多年冻土人为上限下降、多年冻土地温升高、多年冻土下限抬升以及多年冻土厚度减少.观测期内多年冻土人为上限下降0.41 m,下降速率为6 cm·a^-1;路基下10 m处多年冻土地温升高0.06℃,升温速率为0.009℃·a^-1;多年冻土下限抬升0.50 m,抬升速率为7 cm·a^-1;多年冻土厚度减少0.90 m,减少速率为13 cm·a^-1.工程作用是导致路基下多年冻土退化的主要原因,气温升温与局地因素中的冻结层上水发育促进了这一退化过程.路基下融化夹层的出现,导致多年冻土垂向上由衔接型变为不衔接型.     

区域气候模式对温室效应引起的中国西北地区气候变化的数值模拟

使用RegCM2区域气候模式,进行了CO₂加倍对中国区域气候影响的数值试验,对西北地区进行了重点分析.结果表明,在CO₂加倍的情况下,西北地区的气温将明显升高,年平均升高值为2.7℃,高于全国平均变化.同时降水也将明显增加,平均增加率达到25%,远高于全国平均,增加率的数值大小依次为冬季、春季、秋季和夏季.     

西北地区东部季节干旱的时空变化特征分析

干旱作为我国西北地区东部影响最大的气象灾害, 可引起农业减产、水资源短缺、土地荒漠化和生态环境恶化等严重问题.在国家新一轮西部大开发战略实施之初, 在全球气候变暖背景下, 有必要对干旱发展的最新特征和演变趋势进行详细分析研究, 为加强防旱、抗旱,促进经济发展提供科学决策依据和参考.采用国家干旱标准综合干旱指数(CI指数), 利用西北地区东部74个气象代表站逐日气温、降水资料, 分析了西北地区东部不同级别干旱日数在各个季节的时空分布和变化趋势. 结果表明: 在气候变暖背景下, 西北地区东部从长期趋势看, 春、夏、秋季干旱呈加剧趋势, 冬季干旱呈减轻趋势. 21世纪以来春、夏季干旱进一步加剧, 尤其是夏季加剧更显著, 而秋、冬季干旱出现了减弱的新趋势. 在西北地区东部主降水期3-11月重-特旱加剧趋势比轻-中旱加剧显著, 南部干旱化趋势比北部更加明显. 尤其是宁夏同心地区春旱加剧非常显著, 已成为西北地区东部重-特旱最严重的地区.对于干旱发展的这一新动态, 必须引起有关部门的高度重视, 采取科学、有效手段加强防旱、抗旱.     

新疆21世纪气候变化的高分辨率模拟

使用一个25 km高水平分辨率区域气候模式(RegCM3),嵌套MIROC3.2_hires全球气候模式结果,进行了IPCC SRES A1B情景下,东亚区域21世纪气候变化的模拟,针对新疆地区进行了分析.首先对模式模拟的当代（1981-2000年）气候进行检验,结果表明:模式对年平均气温、降水的空间分布和数值均具有较...     

西北干旱区近50年气候变化特征与趋势

20世纪后期全球增暖趋势越来越明显，受全球增暖的影响，西北地区的气候也将受到不同程度的影响。选取了西北干旱区1951-2000年的21个代表站点气温、降水量资料，采用趋势系数法对西北干旱区近50年气温和降水变化进行分析，找出各分区的变化趋势。结果表明：近50年西北干旱区气温呈上升趋势（0．22℃／10a），1986年后气温明显升高；柴达木盆地和新疆北部升温较大；各季都有增温趋势，贡献最大的是秋冬两季。降水变化有增加的趋势（3．2mm／10a），年降水量贡献最大的是夏季；各区降水都有增加，其中新疆北部降水增加最多。西北干旱区近50年气温升高趋势是南北高，中间低；降水量增加趋势从东南向西北呈现递增的格局。     

Quantifying 21st-century France climate change and related uncertainties

We tackle here the question of past and future climate change at sub-regional or country scale with the example of France. We assess France climate evolution during the 20th and 21st century as simulated by an exhaustive range of global climate simulations. We first show that the large observed warming of the last 30 years can be simulated only if anthropogenic forcings are taken into account. We also suggest that human influence could have made a substantial contribution to the observed 20th century multi-decadal temperature fluctuations. We then show that France averaged annual mean temperature at the end of the 21st century is projected to be on the order of 4.5 K warmer than in the early 20th century under the radiative concentration pathways 8.5 (RCP8.5) scenario. Summer changes are greater than their winter counterpart (6 K versus 3.7 K). Near-future (2020–2049) changes are on the order of 2.1 K (with 2.6 K in summer and 1.8 K in winter). Model projections also suggest a substantial summer precipitation decrease (−0.6 mm/day), in particular over southern France, and a moderate winter increase, (0.3 mm/day), mostly over the northernmost part of France. Uncertainties about the amplitude of these precipitation changes remain large. We then quantify the various sources of uncertainty and study how their ranking varies with time. We also propose a physically-based metric approach to reduce model uncertainty and illustrate it with the case of summer temperature changes. Finally, timing and amplitude of France climate change in case of a global average 2-K warming are investigated. Aggressive mitigation pathways (such as RCP2.6) are absolutely required to avoid crossing or barely exceeding the 2-K global threshold. However, France climate change requiring adaptation measures is still to be expected even if we achieve to remain below the 2-K global target.     

气候变暖对长江源径流变化的影响分析

在气候变暖背景下, 20世纪60年代以来, 长江源区气温年和四季增温显著, 蒸发量、 径流量总体呈增加趋势; 进入21世纪后, 源区降水量呈增加趋势。沱沱河作为长江源区的主要径流, 以此为代表研究长江源区气候变暖对径流的影响具有重要的现实意义。利用1981 - 2015年沱沱河水文站径流量资料、 沱沱河同期气象站降水量、 气温、 蒸发量的实测资料, 分析了长江源区沱沱河降水、 气温、 蒸发量变化对径流量的影响。结果显示： 在全球变暖背景下, 近35 a来沱沱河流域年及四季平均气温、 平均最高气温、 最低气温均呈显著增加趋势; 年及春、 夏、 秋季降水量增加而冬季降水量减少; 春、 冬季蒸发量呈增加趋势, 年及夏、 秋季蒸发量呈减少趋势。沱沱河流域降水量是影响径流量大小的最主要的气候因子, 夏季降水量的增多与夏季径流量的增多关系密切, 年平均最低气温升高导致的冰川和积雪融水对径流量的影响次之, 蒸发量对径流量的影响明显低于前两者。     

2003-2011年青藏高原佩枯错相对水量变化及其对气候变化的响应

湖泊的退缩与扩张是全球气候变化的指示器.利用2003-2011年Landsat ETM数据和2003-2009年ICESat激光测高数据, 分别对青藏高原佩枯错湖泊的面积和高程变化进行了分析, 并进一步估算了湖泊2003-2009年相对水量变化.结果表明: 佩枯错面积年内变化明显, 湖泊面积冬季最小, 春季出现小峰值, 秋季达到最大; 面积年内波动明显(1.18%), 但在冬季、 春季和秋季相对稳定, 波动范围分别为0.26%、 0.1%和0.29%. 2003-2011年湖泊呈退缩趋势, 冬季、 春季和秋季面积年际变化率分别为-0.52 km²·a^-1、-0.35 km²·a^-1和-0.61 km²·a^-1; 2003-2009年间湖泊水位下降了1.17 m, 变化率为-0.05 m·a^-1; 2003-2010年, 冬季总水量减少了2.51×10⁸ m³, 春季总水量减少了1.74×10⁸m³, 秋季总水量减少了2.80×10⁸ m³, 平均相对水量变化率分别为-0.35×10⁸ m³·a^-1、-0.21×10⁸ m³·a^-1、-0.37×10⁸ m³·a^-1. 从空间上看, 湖泊退缩主要发生在东北角、 东南角和西南角.气候因素分析表明, 佩枯错湖泊退缩秋季主要是因为夏半年平均气温的升高, 冬季和春季则主要是因为冬半年降水量的减少.     

基于区域农业用水量的干旱重现期计算方法

为研究实际水利条件下农业干旱的发生规律,简化农业干旱事件的评估方法,提出基于区域农业用水量的干旱重现期计算方法。通过构建农业用水量距平百分率干旱指标W_A,在基于降雨量距平百分率干旱指标P_A识别干旱事件的基础上,提取W_A干旱指标下的干旱历时和干旱烈度特征变量,并根据以P_A为干旱指标的干旱烈度频率分布曲线F_S（x）和干旱历时频率分布曲线F_D（x）,运用Copula的简化方法计算基于W_A的干旱事件重现期T,最后结合基于P_A的干旱事件重现期T₀,回归分析出T与T₀间关系的计算公式。选取干旱灾害影响严重的亳州市为实证区域开展应用研究,计算得到1975-2007年各场干旱事件的T₀和T以及T₀与T的经验关系式。结果表明:T比T₀更合理地反映区域农业实际受旱状况,重现期T₀和T间存在高度的相关关系,采用T的回归方程可简化计算考虑区域实际抗旱能力下的干旱事件重现期,在区域防旱减灾实践中具有推广应用价值。     

西北地区空中水汽时空分布及变化趋势分析

使用NCEP/NCAR1958%D2000年再分析格点资料,分析了西北地区空中水汽和水汽输送的时空分布特征和变化趋势.结果表明:1)西北地区空中水汽地域分布主要集中在西北地区东部和西部的天山北部以及塔里木河流域盆地,而西北地区中部水汽含量较少,尤以青海的西部和北部为最;2)西北地区空中水汽主要来自印度洋孟加拉湾、南海以及阿拉伯海的水汽输送,北面还有一支来自西伯利亚和蒙古方向的水汽输送;3)西北地区空中水汽含量自50年代末至80年代中期呈明显下降趋势,而从80年代后期开始水汽又呈波动上升趋势.水汽增加地区主要在新疆北部沿河西走廊至甘肃中部祁连山区中段以及南疆盆地西部,而其它地区近年来水汽明显减少,其中减少幅度最大的地方位于西北中部的甘肃、青海、新疆交界处以及东部的陕西省;4)从空中水汽年代际变化趋势看,60～70年代西北大部分地区呈现减少趋势,而80～90年代全区普遍呈现增多趋势,以西北地区西部水汽增多趋势最为明显.最后讨论了影响西北地区水汽分布及输送的气候动力因子.     

全球气候变暖对西北地区秋季降水的影响

分析了在全球气候变暖背景下,西北地区秋季降水的时空变化特征和主要影响因素,发现秋季降水量的均值突变现象在四季中最为明显,西北地区东部和西部降水在年代际尺度上具有相反的变化趋势.El Nino年秋季,新疆脊偏强,印缅槽偏弱,西北地区东部降水偏少;La Nina年秋季降水形势相反.CO₂倍增情况下的数值试验表明,西北地区西部夏季降水增加明显,而秋季不明显;西北地区东部夏季降水呈减少趋势,而秋季降水增加明显.