多空间分辨率遥感数据监测土地覆盖特征的比较研究

中国晚第四纪湖泊数据库1) 详细记录了我国不同区域湖泊水量变化信息。该数据库的湖泊古水量变化数据 ,是建立在对逐个湖泊钻孔、剖面沉积物性质、水生植物花粉及其他微体生物组合与丰度的变化、湖泊和盆地内地貌证据、考古及历史文献记载等的系统分析上。该数据库尽可能综合多项证据 ,对湖泊过去水量状况做出统一的解释。同时为了与全球其他古湖泊数据库一致 ,尽可能系统地排除那些受非气候因素 (如洪水、火山活动、构造运动、流域侵蚀、人类活动等 )、非直接气候因素 (如冰川融水、海面升降、跨流域地下水 )影响的湖泊水量记录。因此该数据库产生的湖泊古水量记录能够较好地反映流域的降水 (Ｐ)和有效降水 (降水量减蒸发量     

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。     

干旱区内流河流域长时间尺度水循环重建与模拟——以石羊河流域为例

干旱区内流河流域水循环是干旱区古气候研究的热点,前人做了大量研究,但大部分研究主要利用气候代用指标重建古气候与古环境演化规律,长时间尺度模拟与重建对比研究较少。以石羊河流域为研究对象,在石羊河流域古环境记录基础上结合古气候模拟、全新世古季风模拟、湖泊能量与水量平衡模拟,古降水量和古径流量定量重建等方法,系统地模拟重建全新世时期石羊河流域水循环。可以看出模拟结果与重建结果具有很好的一致性,均指示中全新世是全新世"气候适宜期"。为干旱区流域性气候变化重建与模拟研究提供了新的视角。     

中国湖泊沉积记录的环境演变:研究进展与展望

综合分析了８０年代后期以来中国湖泊沉积与环境演变研究的新进展,着重对湖泊沉积记录与亚洲古季风变迁、青藏高原湖泊沉积与环境演变、人与自然相互作用的湖泊响应等方面进行了扼要综述,指出今后研究的方向是：湖泊沉积环境指标与气候要素关系的定量研究、高分辨率环境演化时间序列与空间分异规律、现代湖泊沉积动态过程与环境、中国第四纪湖泊数据库与全球变化研究、科学交叉及与其它地质记录的比较研究。     

西藏札达盆地上新世—早更新世气候变迁与湖泊演化

通过孢粉组合分析, 结合河湖相地层岩性特征和古地磁及电子自旋共振(ESR)法年龄测定结果, 探讨了西藏札达盆地上新世—早更新世的古气候变迁与札达古湖泊演化的关系.研究表明, 札达盆地古湖泊演化可划分为早(湖泊形成期)、中(稳定发展期)、晚(湖泊消亡期)三期.早期(距今5.41~4.40 Ma), 札达盆地为温凉而干旱的疏林草原植被气候, 随后转变为温暖稍湿的森林草原植被气候, 最后转变为温暖潮湿的亚热带针阔叶混交林气候, 这一时期古湖开始形成; 中期(距今4.40~2.57 Ma), 古气候进入寒温期, 古植被表现为先由暖温带针阔叶混交林带向山地寒温带暗针叶林带过渡, 再由山地暖温带针阔叶混交林→山地寒温带暗针叶林交替出现的过程, 古湖泊进入发育期; 晚期(距今2.57~1.36 Ma), 湖区古气候环境进入寒冷期, 古植被为山地寒温带暗针叶林→山地暗针叶林向低矮灌木→干冷草原的变化, 古湖泊进入消亡阶段.古湖泊演化与古植被、古气候演变有很好的相关性, 高原隆升控制了古气候环境的变化, 进而影响湖泊水量的变化.      

中国古湖泊水位记录及末次间冰阶以来大气环流变化

单个湖泊的水位波动是流域范围内水量平衡的综合体现,而区域一致的湖泊水位波动可以指示区域降水和有效降水的变化,并进而反映水汽输送与大气环流的空间格局,综合大范围湖泊水位波动数据,建立相应的古湖泊水位数据库,来定性恢复区域乃至全球的古气候状况,这已成为第四纪科学研究领域最有成效的途径之一。     

全新世青藏高原及周边典型湖泊演化模拟

湖泊在区域水循环和生态系统演化中起着重要作用。在以往的湖泊演化研究中多利用湖泊沉积物代用指标重建湖泊与气候变化过程,缺乏对湖泊水循环特征的定量研究。基于瞬态气候演变模型、特征时段流域和湖泊水量,以及能量平衡模型,对青藏高原及周边6个典型湖泊进行了水量平衡计算和湖泊演化模拟。结果表明：小柴达木湖和罗布泊全新世期间降水和蒸发的变率较小;色林错和纳木错早中全新世降水和蒸发的变率较大,主要受控于温度和净辐射变化;青海湖和猪野泽早中和中晚全新世降水和蒸发变率接近。系统分析了全新世期间青藏高原不同气候区湖泊水循环要素演化过程,有助于理解该区湖泊演化的古气候学机理。     

贵州白鹇湖沉积物记录的4～2kaB.P.干旱气候事件及其生态环境影响

喀斯特地区的生态环境具有先天脆弱性,对气候变化响应敏感,是研究气候变化-生态环境变化耦合关系的理想场所.选取我国典型喀斯特地区湖泊白鹇湖为研究对象,系统分析了沉积物柱芯有机质C/N比值、Sr/Rb比值和孢粉的剖面变化.研究结果表明,白鹇湖地区3.6～2.2kaB.P.气候持续向干旱化方向发展,导致流域陆地植被显著退化,草本植物减少,蕨类植物增加,湖泊陆源有机质输入减少,沉积物有机质C/N比值降低.该干旱事件还导致流域化学风化作用减弱,Sr/Rb比值增大.白鹇湖过去5000年的气候与生态环境变化历史表明自然气候变化对喀斯特生态环境可产生重大影响,为喀斯特生态环境先天脆弱性提供了历史性证据.     

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.     

全新世岱海流域化学风化及其对气候事件的响应

通过对岱海 12.08 m沉积岩芯 210Pb和 AMS- 14C精确定年及地球化学、物理指标的综合分析,重建了包括 8.2 ka冷期、中世纪暖期 (MWP)和小冰期 (LIA)等典型气候事件在内的全新世以来所经历的化学风化及其环境演化过程.全新世早-中期 (9.0～ 3.5 ka),岱海流域处于温暖湿润气候环境,主要环境特征表现为流域化学风化显著增强、生物生产力逐步提高、湖泊水位大幅度抬升.在 7.90～ 8.25 ka期间存在一次冷气候事件,其发生时间与来自湖沼、海洋、生物组合和极地冰芯等在内的全球环境记录基本一致,具体表现为流域化学风化减弱、湖泊生产力降低以及湖泊水位下降. 2.5 ka以来,岱海沉积物中环境指标的显著变化,表明进入气候波动更频繁的新冰期.岱海沉积物中的指标变化也展示了本世纪以来的气候增暖过程,但其化学风化强度还没有达到 MWP的程度.     

呼伦湖水面蒸发及水量平衡估计

为重建水文资料缺乏的呼伦湖流域的水文序列,本研究基于长期的气象观测记录,采用彭曼公式估计了湖泊的水面蒸发,并建立一个两参数月水量平衡模型模拟湖周的入流,通过水量平衡计算,模拟了湖泊月水量、水位变化,重建了42年(1961-2002)的呼伦湖区水文序列。模拟的水位变化趋势与实际比较接近,误差较小,模拟精度较好。所重建的42年呼伦湖水文序列,可为该区域的水资源评价管理提供科学依据。     

亚洲内陆干旱区巴里坤湖记录的H1突变事件

对亚洲内陆干旱区Heinrich (H)事件发生时的气候状况和植被响应过程的研究有利于加深对内陆干旱生态系统与气候突变事件关系的理解.本研究以新疆巴里坤湖BLK11A岩芯450~610 cm段的沉积物为研究载体,基于AMS 14C年代控制,通过岩性、粒度、 X射线荧光光谱元素钛含量( XRF-Ti)和孢粉变化特征等对H1突变事件(17~15 cal. ka B. P.)发生时流域的气候特征和植被分布状况进行了重建.研究结果表明: 1)H1时期湖泊岩性以砂质或者粉砂质的浅湖相为主,湖泊水位较低.沉积物粒度分布频率曲线表现出与流域现代扬尘一致的双峰分布特征,同时XRF-Ti含量增加,两者共同指示了流域局地扬尘发生频率增加,且对湖泊物质输入起主导作用;2)该时期耐旱的荒漠植被比例显著增加,植被覆盖度降低,流域生物量也相应降低,代表了流域植被显著退化;3)结合中纬度欧亚内陆干旱区其他地质记录,发现这一区域H1时期整体以冷干气候为主,风沙活动加强,湖泊萎缩,植被退化.主要原因为西风携带水汽的减少,使得能够到达该内陆区域的降水减少,另一方面温度降低导致了冰雪融水补给的减少,两者共同导致了内陆干旱区植被和环境的退化.     

湖泊古气候、古环境重建与生物标志物

正全球变化与区域响应一直是人类生存所面临的重大科学问题,是维系当今社会可持续发展的关键。通过一系列高精度的仪器分析,重建高分辩率的古气候、古环境记录可以系统探究历史时期的气候变化过程及驱动机制,从而理解现代气候的变化模式,并为全球变暖背景下未来气候变化趋势预测提供重要的历史依据(图1)。古气候、古环境变化的信息来源与带有时间属性的介质有关,如树木年轮、冰芯、石笋、黄土、湖泊沉积、海洋沉积和沼泽泥炭沉积等(图2)。这些重要地质材料的一个     

考虑水力连通的羌塘内流区洼地单元提取与分类

羌塘内流区是青藏高原面积最大的内流区,气候变化正在加剧其湖泊水系结构与水量的演变,开展内流区流域调查并科学估算其水资源的变化具有重要意义。本文提出一种新型内流区流域划分方法,该方法通过引入高程-面积联合阈值,以解决由气候变化与数字高程模型分辨率等因素引起的洼地单元提取难题。基于已监测的羌塘内流区流域重组与湖泊水位的变动幅度,确定了高程-面积联合阈值分别为10 m和50 km²,并对洼地单元进行划分,共识别出163个具有合理集水面积、永久性分水岭的封闭内流区洼地单元。引入多个相关数据集及已有算法评估本方法,结果表明：该方法适用于大尺度内流区洼地单元提取,提取精度优于现有算法及数据产品;依据洼地单元间水力连通特征,将全区163个洼地单元划分为5种主要类型,其中以“上下游互通型”(Ⅱ型)、“高山型”(Ⅳ型)洼地单元为主,“凹陷型”(Ⅴ型)洼地单元则多与其他类型复合存在,受气候条件的影响更加显著。     

基于气候模式统计降尺度技术的未来青海湖水位变化预估

借助于全球气候模式(德国MPI ECHAM5.0)输出信息和流域最近40年的气象观测资料,建立青海湖流域统计降尺度模式(QH-SDM),从而得到流域尺度未来30年(2010-2030年)气候变化情景,并由此驱动水文模型SWAT及湖泊水量平衡模型模拟了青海湖近几十年水位变化过程,预估了未来30年青海湖湖泊水文变化情景。结果表明,青海湖水位的未来变化将经历缓慢下降、逐渐回升、稳步升高3个阶段,到2030年,湖泊水位将达到3195.4 m左右,高出目前水位约2.2 m,面积接近4500 km2,蓄水量达到813亿m3,湖泊恢复到了20世纪70年代初的水平,预计这一结果将会缓解目前青海湖流域水资源紧缺的格局,并有利于植被恢复,减少土地沙化面积,对流域生态环境的改善和国民经济的发展将十分有益。     

山东小清河流域湖泊的环境变迁

小清河流域为西起济南,东至渤海湾,南缘泰鲁沂山地北麓,北界黄河之间的区域。在史前及历史时期,小清河流域湖泊广布,在地层沉积记录和古文献记载中均得以证明。这些湖泊形成于早全新世,在中全新世达到鼎盛,晚全新世以来湖泊逐渐衰退与消亡,如原来存在的鹊山湖、浒山湖、清水泊等湖泊,这在古文献中也多有记载,现已在平原上消失。本文着重对麻大湖、锦秋湖、白云湖等的历史演变进行了探讨。通过查阅历史文献、地层剖面分析、地名考证等多种途径和方法对小清河流域的湖泊消失的原因进行了研究和分析。认为在气候变干的大背景下,湖泊消失的原因主要有两个：一是黄河泛滥所造成的小清河流域的泥沙淤积;二是疏浚河道、围湖造田、过渡利用水资源等人类活动的影响。研究本区湖泊的形成与消亡,对恢复古环境、探讨其演变过程有着重要的意义。     

青海湖全新世稳定暖湿期的古水量平衡估算

各种地貌学、沉积学等证据揭示了青海湖流域在全新世大暖期是一个温暖湿润的环境,特别是距今6000～7200a.B.P.的稳定暖湿期,湖水位远高于现代.利用内陆湖泊的水热平衡原理,构造了青海湖古水量平衡计算模型.计算结果表明,在全新世稳定暖湿期,流域内的降水量、蒸发量及径流量分别比现代高32.0%、14.0%及67.0%.     

1879-2015年巴尔喀什湖水位变化及其主要影响因素分析

近年来因气候变暖和人类活动影响,巴尔喀什湖水位下降,造成了湖泊及周边区域的生态危机,引起了国际关注.基于巴尔喀什湖流域1879-2015年的湖泊水位、河川径流、降水、气温和土地利用等数据,采用趋势分析、突变检验、周期分析和相关性分析等方法,定量解析了流域湖泊水位、气候和土地利用等变化特征,综合探讨了巴尔喀什湖水位的影响因素.结果表明:1879-2015年,巴尔喀什湖水位在340～344 m呈明显丰枯周期性的变化,变化周期为48～52年;1988-2015年,水位呈现显著上升趋势,增速约为6.91 cm/a.巴尔喀什湖流域主要河流的入湖水量均呈减少趋势,东部主要支流甚至出现断流现象,使得伊犁河入湖水量占比约80％,且不断增大;中国伊犁河流入哈萨克斯坦境内的水量呈增加趋势,但由于普恰盖水库截流蓄水,导致伊犁河下游水量急剧减少.巴尔喀什湖流域农业用地从1928年左右开始到现在经历了"增加—减少—增加—平稳"的变化过程,伊犁河中下游哈萨克斯坦的农业用地扩张和水利工程建设造成了伊犁河入湖水量减少,是巴尔喀什湖水位下降的根本原因.研究结果可为中哈跨境流域水资源合理利用、生态环境保护等提供一定参考.     

江汉平原江陵湖泊沉积物粒度特征及气候环境意义

以江汉平原江陵湖泊沉积物为研究对象,结合沉积物岩性、粒度组成、孢粉和有机碳同位素等,分析了江陵湖泊沉积物粒度组成特征及该区域近9 000 a来的气候环境变化。研究发现,江陵湖泊沉积物记录了该区湖泊水体逐渐减小直至消亡的过程,气候环境变化大致可分为以下5个阶段：（1）8 900～6 300 a B.P.为水体较深、面积较大的开阔湖阶段,气候暖湿;（2）6 300～4 700 a B.P.为面积较小、水体较浅的潴水湖阶段,气候干旱;（3）4 700～3 400 a B.P.为面积更小、水体更浅的洼地湖阶段,气候偏暖偏湿;（4）3 400～2 500 a B.P.为湖沼泥炭发育阶段,气候暖湿;（5）2 500 a B.P.以来,由湖泊及湖沼堆积转化为洪水漫滩堆积,古云梦泽开始萎缩,气候变干。江陵湖泊沉积物粒度所记录的区域气候干湿变化与国内邻近区域（特别是鄱阳-洞庭湖区）显示出较好的一致性,沉积物粒度研究是恢复区域古降水等气候环境变化的有效途径。     

西藏色林错沉积物介壳同位素重建的2000年以来气候变化研究

青藏高原作为印度季风与西风交汇的特殊区域,对全球气候变化响应敏感,成为了古气候研究的热点地区。青藏高原湖泊众多,存在巨厚连续的湖泊沉积物,为古气候重建提供了优良载体。而介形类壳体在湖泊中沉积连续,生长过程记录了气候变化,同时有效屏蔽了湖泊水体中同位素的累积效应,能够反映介壳生长阶段短时间尺度的同位素水平,理论上是高精度气候重建的理想载体。基于此,本研究选取青藏高原中部地区湖泊色林错湖芯(SL16-1-1)顶部0～107 cm部分为对象,对其中的介形类壳体进行种属鉴定及碳氧同位素分析,以期建立高分辨率的古环境变化记录,结合沉积物Rb/Sr、 Ti/Si环境代用指标,重建色林错湖区近2000年来的气候变化记录,结果揭示了：1)介形类壳体碳氧稳定同位素变化对气候变化(尤其冷气候)尤为敏感,是重建高分辨率环境变化过程的优良载体;2)色林错地区对小冰期冷事件的响应较早于其他地区;3)色林错介形类壳体2000年来的气候重建结果与青藏高原研究成果大体一致,特别是与内地文献记录和物候史料记载高度一致,说明色林错湖泊记录具有广泛代表性,同时证实利用湖泊沉积物介形类壳体进行古气候高分辨率重建具有可靠性。