中国西北气候由暖干向暖湿转型的特征和趋势探讨

由于全球显著变暖和水循环加快,使得中国西北主要是新疆地区于1987年气候发生突然变化,随着温度上升,降水量、冰川消融量和径流量连续多年增加,内陆湖泊水位显著上升,洪水灾害也迅猛增加,同时,植被有所改善,沙尘暴日数锐减,从而改变了19世纪末期至20世纪70年代的变暖变干趋势.以降水量增加超过蒸发量增加所导致的径流量增长及湖泊水位上升作为气候向暖湿转型的主要标准,西北地区目前的气候变化可分为3个区域,即1)显著转型区;2)轻度转型区;3)未转型区.作者初步认为,西北气候向暖湿转型可能是世纪性的,预期西北东部在21世纪上半期也会向暖湿转变,但预测有较大的不确定性.     

近40a来新疆河流洪水变化

随着全球变暖,水循环加快,降水量、冰川消融量和径流量连续多年增加,导致20世纪90年代以来新疆河流各类洪水频繁发生,且呈现出峰高量大的特征.近40a来洪水灾害的频次呈逐年增加趋势,尤其是1987年以来,洪灾发生的频次增高,灾害损失成10倍增加.其原因主要是由于天山中西部为主的地区气候由暖干向暖湿转型所致.     

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。     

西北气候由暖干向暖湿转型的信号、影响和前景初步探讨

全球大幅度变暖,水循环加快,增强降水和蒸发.中国西北部从19世纪小冰期结束以来100a左右处于波动性变暖变干过程中.1987年起新疆以天山西部为主地区,出现了气候转向暖湿的强劲信号,降水量、冰川消融量和径流量连续多年增加,导致湖泊水位显著上升、洪水灾害猛烈增加、植被改善、沙尘暴减少.新疆其他地区以及祁连山中西段的降水和径流也有增加趋势.这样气候转型前景如何,是仅为年代际波动还是可发展为世纪性趋势,是只限于天山西部还是可能扩及整个西北以至华北.从引用现有区域气候模式预测,对径流变化模式预测和相似古气候情景的讨论,认为转向暖湿的趋势可以肯定,但目前尚不能确切预测转型扩大在时间上与空间上变化的速度和程度.     

1860-2005年伊塞克湖水位波动与区域气候水文变化的关系

应用吉尔吉斯坦天山伊塞克湖1860-2005年的湖水位资料及土尤克苏冰川雪线和卡拉库里气象站1879-1998年的观测资料,分析了伊塞克湖145 a来水位波动的主要原因及区域气候变化特征,并与中国新疆天山地区的博斯腾湖及1号冰川雪线变化进行了比较.结果表明:天山伊塞克湖地区近百年来气候一直处于暖干化过程,1986年以后气候有转向暖湿的迹象.这种现象是与我国西北气候由暖干向暖湿转型相对应的,是转型在空间上的向西扩展.分析认为,气候变化的暖湿转型原因主要是全球变暖导致全球水循环速度加快,西风环流和印度洋环流带来的水汽含量增加,导致了该区降水量增加;也与气候变暖使局地蒸发量加大,降水机会增多而引起降水量增加等因素有关.     

乌鲁木齐河源1号冰川不同时期雪层剖面及成冰带对比研究

对20世纪60年代、80年代和21世纪初天山乌鲁木齐河源1号冰川(以下简称1号冰川)雪层剖面特征、成冰带的对比分析研究,发现自20世纪60年代以来,1号冰川雪层剖面厚度明显减薄,结构变得简单,各层界限变得模糊.成冰带类型及其分布发生了明显变化,60年代存在于冷气候条件下的冷渗浸带,80年代被渗浸带所替代.21世纪初,1号冰川成冰带变化更为显著,尤其是东支,顶部已具有消融带特征.研究表明,20世纪80年代以来河源区气候变暖是导致上述变化的主要原因.     

气候变化对天山北坡奎屯河高山区地表径流的影响

采用奎屯河流域的乌苏、沙湾气象站1960—2009年50 a来的气温、降水量资料和奎屯河将军庙水文站的降水量、径流量资料,分析了气温、降水、冰川等变化对奎屯河出山口地表径流的影响.结果表明:将军庙水文站年降水变化与径流量呈显著正相关;尽管气温呈上升趋势,但年径流与平原地区和出山口的气温相关不很密切,气温可通过影响蒸发增加山区消耗水量,减少径流.然而,气温变暖会加剧冰雪消融,使冰川退缩变薄,特别是消耗冰川积累量来增加河川径流.在奎屯河出山口地表年径流量中,与20世纪80年代相比,冰川径流增加了5.7%,多年平均情况下消耗冰川积累的融水径流约占冰川径流的30%.同时,随气候变化的极值化,要注意高山地区降水减少和汛期气温降低引起河川径流减少,降水、气温高值引起的年径流增大与洪水危害,以及引起河川径流的年际变幅增大,并对水利工程造成的影响.有关气候变化对河川径流定量预测有待今后进一步探讨.     

用冰川区水量(物质)平衡模型估计气候变化对冰川水资源影响的初步研究

本文提出了一个水量(物质)平衡模型,估计可能的气候变化对冰川区水文的影响。以天山北坡乌鲁木齐河源1号冰川为例,假设温度升高1—4℃和相应的降水量变化为0,±10%,±20%组合成二十种气候变化情景进行计算。结果表明:目前的冰川融水量(R_i)是处在冰川退缩阶段的高值期,假设的二十种气候情景下的R_i均小于此值。因此,未来全球气候变暖,将会导致我国西北高寒山区以冰川融水补给为主的河川径流量逐渐减少。     

20世纪全球变暖的冰冻圈证据

20世纪80年代以来，地面气象观测结果表明全球气温在明显升高，而探空资料和卫星遥感资却表明低层大气在降温，这使得人们对于全球变暖问题提出了质疑。通过对近100多年来冰冻圈各组成要素（冰川、积雪、冻土、海冰等）变化的综合分析，并结合全球不同地区的冰芯记录，证明了20世纪全球气候是在变暖，指出开展冰冻圈（尤其是冰盖、积雪、冻土和海冰）与大气／海洋之间相互作用（影响和响应）过程研究的必要性和迫切性。     

中亚天山是全球气候变化和水循环变化的热点地区

新疆水资源有80%以上形成于盆地周围的中高山区,其中高山地区的冰川和积雪融水是内陆河流的主要补给源,随着全球变化引起的高山寒区升温和降水变化在此反映敏感,已经显示出自20世纪80年代中期以来的异常变化.一方面,气温持续升高可以加速冰川消融,导致冰川面积缩小,冰厚减薄,运动速度加快等;另一方面,降水量的增大又将增大冰川物质积累,加快冰川运动,促使冰川前进.     

近期博斯腾湖水位变化及其原因分析

新疆博斯腾湖1987年以来湖泊水位的变化(上升)与主要补给河流开都河径流量的变化有直接关系, 而这与发源于天山中段降水和高山冰雪融水的河流, 受到气候变化影响很大有关. 全球变化研究结果显示, 中亚干旱区是全球温度上升幅度较大的地区. 当地的气象资料表明, 过去20 a年平均温度明显升高的趋势, 对水资源储量和补给来源影响深远.     

塔里木河流域气候与径流变化及生态修复

从20世纪90年代中期开始,塔里木河流域气温上升、降水增加,阿克苏河、开都河等主要河流几乎同步进入持续的丰水周期时段,为塔里木河流域生态修复创造了绝好的“天时”和历史性机遇.这种大区域的气候异常变化现象引起了国内外广大学者的广泛关注,区域气候异常变化是全球气温上升影响盆地气候向温湿转型,还是一个世纪性的水文周期变化现象,一时间成为了学术界的热点议题.系统分析了塔里木河流域山区水文气象站近50 a来的气温、降水、河川径流以及塔里木河来水量变化,并系统评价了利用开都河丰水期的有利时机,向塔里木河下游应急输水及其生态修复情况.     

新疆冰川近期变化及其对水资源的影响研究

新疆的冰川水资源居全国第一,在新疆水资源构成和河川径流调节方面占有重要地位。最近30多年来,随着气温升高,冰川出现了剧烈的消融退缩,冰川融水径流量普遍增加,并对气温的依赖性增强。文章基于最新冰川观测研究资料,阐述新疆冰川的近期变化,分析对水资源的影响。研究表明,所研究的1800条冰川,在过去26～44年间,总面积缩小了11.7％,平均每条冰川缩小0.243km2,末端退缩速率5.8m/a。冰川在不同区域的缩小比率为8.8％～34.2％,单条冰川的平均缩小量为0.092～0.415km²,末端平均后退量为 3.5～10.5m/a。由于新疆各流域中冰川的分布、变化特征,以及融水所占河川径流的比例不同,因此,未来气候变化对新疆各个区域水资源的影响程度和表现形式是不同的。分析表明,在塔里木河流域,冰川水资源具有举足轻重的作用,但是,一旦冰川消融殆尽,对该地区将产生灾难性影响,现今该区冰川消融正盛,估计在今后30～50年,只要保持升温,冰川融水量仍会维持。未来20～40年,天山北麓水系中,1km²左右的小冰川趋于消失,大于5km²冰川消融强烈,因此,以小冰川居多的河流受冰川变化的影响较大。东疆盆地水系中的冰川数量少,并处在加速消融状态,河川径流对冰川的依赖性强,冰川的变化已经对水资源量及年内分配产生影响,水资源已经处在不断恶化之中。对于伊犁河与额尔齐斯河流域,未来冰川变化对水资源的影响在数量上可能有限,但会大大削弱冰川融水径流的调节功能。而气候变化对积雪水资源的影响和可能造成的后果应该予以特别关注。     

河西内陆河径流对气候变化的响应及其流域适应性水资源管理研究

为探讨河西地区内陆河径流对气候变化的响应, 选取1955-2008年石羊河、黑河和疏勒河的河流流量资料进行计算和分析. 结果表明: 50多年来, 石羊河年径流总体呈明显下降趋势, 黑河呈略有增加趋势, 疏勒河呈明显增加趋势, 地域上呈现愈往西部的河流年径流量增加愈明显. 三大河流进入1990年代后有下降趋势, 进入21世纪均有明显增多趋势. 三大河流径流对气候变化有不同响应, 石羊河流域主要受季风气候影响, 气候变暖, 蒸发加剧, 水分散失量大, 是造成径流减少的主要原因;黑河和疏勒河流域主要受西风带环流影响, 径流增多的重要原因是气候变暖降水明显增多. 为减缓气候变化对流域水资源利用的不利影响, 在分析三大内陆河流量对气候变化响应特征的基础上, 提出了适应性水资源管理的建议. 建议应提高水资源利用效率;改变生产方式, 调整农业种植业结构与布局;加大祁连山自然保护区建设, 搞好水资源可持续利用;积极开发祁连山丰富的空中云水资源、哺育祁连山冰川等流域适应性水资源管理对策, 对流域进行综合治理与开发利用, 这些措施和对策将为流域水资源开发提供科学依据.     

天山南坡清水河与阿拉沟流域径流变化特征及其对气候变化的响应

依据1956-2012年天山南坡清水河流域的克尔古提水文站以及阿拉沟流域的阿拉沟水文站资料,采用Mann-Kendall非参数检验法和交叉小波变换法,分析了清水河与阿拉沟出山径流的趋势、突变、周期变化等特征,并进一步探讨了出山径流对气候变化的响应。结果表明：清水河与阿拉沟流域年径流量均呈上升趋势,其中1988年为径流突变年,该年前后年均径流变化态势不同,1988年以后径流升幅显著。同时,流域径流过程呈现多时间尺度的周期变化,以32 a以上大周期为主,2 a和8 a小周期变化为辅。因流域下垫面特征等差异,清水河出山径流对降水变化的响应程度强于阿拉沟,而阿拉沟出山径流对气温敏感性高于清水河。且受冰川径流调节作用与多年冻土退化的影响,阿拉沟径流过程对气温的滞后性强于清水河。     

河西内陆河流域出山径流对气候转型的响应

对甘肃河西内陆河流域出山径流变化过程与趋势的研究表明,从20世纪80年代中后期开始,受西风环流降水的影响,祁连山区中、西部的黑河、疏勒河流域的气候环境发出了由增温变干转为变湿的讯号,具体表现为随着山区气温升高,降水量增加,出山径流相应增大.采用区域气候模式预测和水文统计模式的计算,亦同样证实出山径流有显著的增加趋势.但受季风影响的祁连山东部的石羊河流域则尚未出现这种转变,从20世纪50年代起,出山径流量持续下降,表明其气候环境仍向增温变干的方向发展.     

全球变暖情景下黑河山区水循环要素变化研究

利用有关水文气象台站的观测资料,对近50年来黑河上游山区流域降水、气温与径流深等水循环要素的变化进行了分析,结果表明：该区域的平均气温变化总体上呈上升的趋势,且其升温幅度高于全球过去50年的升温幅度;降水与径流的变化均呈增加的趋势,但增幅不是十分显著,且径流增长的增幅要大于降水量,这意味着径流的增长并不完全依赖降水的增加,气温上升导致的冰川和高山积雪及地下冻土层融水增加也是影响黑河上游山区流域径流变化的重要原因。根据降水和气温未来的变化趋势,预计在未来50年中, 除非遭遇到特别极端的气候组合,黑河山区径流仍将维持过去50年来缓慢增加的趋势,但增幅非常有限,最大变幅基本在目前多年均值的±5%左右。     

气候变化对河西内陆干旱区出山径流的影响

根据祁连山区与河西走廊平原区有关水文气象台站的降水、气温和径流观测资料，分析了该区域近50a来气候变化的特征及其与全球气候变暖的关系。出山径流对气候变化的响应以及未来的变化趋势，结果表明，河西内陆干旱区的山区和走廊平原区近几十年来气温变化总的呈上升趋势，与全球增温存在着某种种度的一致性。但山区气温的变化幅度一般大于走廊平原区，其中祁连山中段温度升幅为最大。全球增温对河西内陆干旱区气候与出山径流的影响有着明显的地域性差异，受此影响影响，河西祁连山东部地区出山径流呈明显的下降趋势，中部地区出山径流的增加趋势不是十分明显，西部出山径流在山区降水量与气温同时上升的情况下，呈明显的上升趋势。     

Response of Glacier and Lake Covariations to Climate Change in Mapam Yumco Basin on Tibetan Plateau during 1974–2003

The study of spatial and temporal covariances of glaciers and lakes would help us to understand the impact of climate change within a basin in Tibet. This study focuses on glacier and lake variations in the Mapam Yumco(玛旁雍错)Basin (covering 7 786.44 km2)by Integrationg series of spatial data from topographic maps and digital satellite images at four different times 1974, 1990, 1999,and 2003. The results indicate that (1) decreased lakes, retreated glaciers, enlarged lakes and advanced glaciers co-exist in the basin during the last 30 years; (2) glacier recession was accelerated in recent years due to the warmer climate; (3) lake areas in the basin are both reduced and enlarged by an accelerated speed with more water supplies from speeding melt glaciers or frozen ground in the last three decades.     

Climatic causes of ecological and environmental variations in the source regions of the Yangtze and Yellow Rivers of China

In the source regions of the Yangtze and Yellow Rivers of China, glaciers, frozen ground, the hydrological system, and alpine vegetation have changed over the past decades years. Climatic causes of these variations have been analyzed using mean monthly air temperature and monthly precipitation between 1956 and 2000, and monthly evaporation from φ20 evaporation pans between 1961 and 1996. In the source region of the Yangtze River, lower temperature and plentiful precipitation during the 1960s and continuing into the early 1980s triggered a glacier advance that culminated in the early 1990s, while a robust temperature increase and precipitation decrease since 1986 has forced glaciers to retreat rapidly since 1995. Permafrost degradation is another consequence of the climatic warming. The variations in the hydrological system and alpine vegetation are controlled mainly by the climate during the warm season. Warmer and drier summer climate is the major cause of a degradation of the vegetation, desiccation of the high-cold marshland, a decrease in the areas and numbers of lakes and rivers in the middle and north source regions of the Yangtze and Yellow Rivers, and a reduction in surface runoff in the source region of the Yangtze River for the last 20 years. The causes of eco-environmental change in Dari area, near the outlet from the source area of the Yellow River, are different from those elsewhere in the study area. A noticeable reduction in runoff in the source region of the Yellow River and degradation of alpine vegetation in Dari area are closely related to the permafrost degradation resulting from climate warming.