天山北坡内陆河流域山地-平原绿洲和荒漠气候变化差异分析——以三工河流域为例

对中国天山北坡三工河流域山地、绿洲、荒漠不同下垫面区域1961-2007年气象资料序列进行了分析, 结果表明: 近50 a平原绿洲区平均温度以0.3 ℃·(10a)~(-1) 趋势上升;流域山区增温趋势较慢, 平均每10 a以0.17 ℃的趋势增温, 但本世纪初增温速率加快, 绿洲区和山区分别增加0.7 ℃和 0.5 ℃. 流域CO_2浓度和CH_4浓度持续上升, 且高于全球平均水平.原绿洲区1987-2007年比1961-1986年平均降水量偏多35%;山区降水量平均每10 a增加速率和绿洲区基本一致, 但波动较大, 20世纪80年代降水增加较显著, 90年代降水量减少到70年代水平, 本世纪初降水量显著增加. 气候变化序列用Mann-Kendall方法检验认为, 山区温度和降水没有达到突变水平, 平原绿洲区降水在1984年发生了由低向高的突变, 温度在1995年发生了由低向高的突变. 夏季荒漠空气相对湿度、太阳辐射量均小于绿洲, 但温度却始终高于绿洲, 绿洲"湿岛效应"和"冷岛效应"特征明显. 荒漠-绿洲温差有3 h、 20 h的主要周期, 温差突变一般发生在凌晨.     

基于NOAA/AVHRR的贵州喀斯特地区植被覆盖变化研究

利用1982- 1999年的AV HRR- N DV I数据和贵州省的气象观测数据,依据距平均一化植被指数(N DVI )和距平湿润指数( MI ) ,通过与非喀斯特地区的对比分析,研究了贵州喀斯特地区植被覆盖的变化趋势及其与气候湿润程度的关系,并对贵州省的生态建设进行了简要的评估,得出以下结论: 贵州喀斯特地区的植被覆盖总体处于上升趋势; 20世纪80年代处于湿润程度逐渐下降的时期, 90年代初,湿润程度缓慢上升;喀斯特地区存在相对干旱和相对湿润两种不同的地表环境,从而其植被覆盖变化与气候湿润程度的关系也存在较大差异;贵州近20年的生态建设和保护工作取得了一定成效。      

天山北坡玛纳斯河流域晚冰期以来植被垂直带推移*

建立了反映天山北坡玛纳斯河流域典型花粉类型与气候指标（湿润指数和温暖指数）的统计函数。基于前人研究得出的玛纳斯湖沉积剖面中不同花粉的百分含量复原了晚冰期以来玛纳斯河流域古气候的变化,并基于山地植被—气候—地形关系推断了玛纳斯河流域的植被演变过程。研究结果表明：该区晚冰期以来经历了暖干—冷湿—暖干—偏冷偏湿—暖干—冷湿—暖干的气候变化过程,植被垂直带基带相应为荒漠—荒漠草原（在局部低洼地段发育有草原和低湿地草甸）—极旱荒漠—荒漠化草原—荒漠—荒漠草原（局部发育低湿地草甸和草原）—荒漠的演化过程。当气候由暖干转为冷湿时,玛纳斯河流域所有的植被界限均向下移,此时荒漠化草原面积增大,针叶林的下限可以到达今天的禾草草原,同时森林带的面积有所增加。当气候由冷湿转为暖干时,玛纳斯河流域所有的植被界限均向上移,荒漠的面积大增,禾草草原和森林的面积均有所减小。     

用树木年轮重建天山北坡中西部7～8月379a的降水量

天山北坡中西部的两个树轮年表与该区域7～8月的降水显著相关.考虑到降水对次年和再次年树木年轮生长的影响,较好地重建了该区域7～8月379a的降水序列,经多方面验证,表明其具有较好的可信性.在379a中,以6.6、6.5、5.4a的周期最为显著,有1734年、1759年、1819年、1872年、1963年5个突变年份,且经历了6个偏湿期及6个偏干期,与伊犁地区重建降水有很好的一致性.     

天山北坡玛纳斯河355a来年径流量的重建与分析

玛纳斯河树轮年表序列与该河肯斯瓦特水文站年径流总量相关显著,使用5个树轮年表序列较好地重建出天山北坡玛纳斯河肯斯瓦特水文站355a来的年径流总量,解释方差达61%.355a重建流量变化表明:1)玛纳斯河年径流总量355a来大致经历了11个偏枯水期和10个偏丰水期,最长的偏丰水期为1670-1699年,持续了30a,最长的偏枯水期为1949-1994年,持续了46a;2)最显著的两个百年流量变枯趋势为1872-1995年和1671-1775年,径流量减少率分别为0.19×10⁸m³·(10a)^-1和0.26×10⁸m³·(10a)^-1;3)在1711-1712年、1872年重建流量发生过两次突变,前者年径流量由多到少突变,后者相反;4)重建流量最丰水的年代为17世纪80-90年代,比现今偏多17.9%～18.1%,最枯水的年代为19世纪60年代,比现今偏少16.7%;5)重建流量存在着58～59、9.6、27.2、16.9、4.8、4.3、2.9～3.0a的变化周期.     

对天山山前地下水库开发利用的认识

针对天山山前三工河流域不同水文地质单元区的地下水动态分析人手,对流域大力开发山前地下水库,造成其水位持续下降对潜水溢出带环境的改变和水位最终保持稳定的现象进行探讨分析,结合流域生态环境趋于良性发展的现实,从保护流域生态环境和社会发展的角度出发,提出开发三工河流域山前地下水库必须保持潜水溢出带有相对较高的稳定水位,山前地下水库中心控制开采水位在数值上应不低于潜水溢出带处的地面高程。三工河流域40多年开发利用地下水的模式对流域社会经济发展和环境的贡献,可为相似于三工河流域的地区开发利用地下水资源提供借鉴和经验。     

近50a阿克苏河流域土地利用/覆被变化过程

针对干旱区跨境河流域土地利用/覆被变化(LUCC)研究薄弱、无法满足环境变化评价的问题,选择西天山跨越吉尔吉斯斯坦国和中国的阿克苏河流域为研究区,在遥感和GIS的支持下,获取了近50a阿克苏河流域土地利用/覆被数据,并利用数理统计模型,对该流域LUCC的过程、趋势及土地利用程度变化进行系统分析.结果表明:阿克苏河流域土地变化从前期(1960-1990年)的准平衡状态转变为后期(1990-2008年)的不平衡状态,土地类型也呈现出从双向转换向单向转换过渡,且不同类型差异较大;流域后期LUCC的速度是前期的2.1倍,其中耕地和建设用地增加最快而沼泽地和盐碱地减少最快,草地变化速度最小.流域土地利用处于发展时期,且流域下游绿洲区域土地利用程度综合指数及其变化较大.政策调整、人类活动增强、气候变化以及径流变化是LUCC的主要驱动因子.     

基于多源数据的近50 a玛纳斯河流域冰川变化分析

我国新疆玛纳斯河流域的冰川变化极大影响流域内及其周边地区的经济社会发展.使用国产高分一号(GF-1)遥感影像和Landsat8数据,分别通过基于多源数据的冰川识别方法和波段比值法获取了2013年玛纳斯河流域冰川信息,结合玛纳斯河流域第一次(1964年)、第二次(2009年)冰川编目数据与1998年、2003年TM影像冰川目视解译结果等四期的冰川边界矢量数据,对玛纳斯河流域1964-2013年50 a来的冰川变化特征进行了综合分析.研究结果显示:玛纳斯河流域冰川自2009年以来有略微增加的趋势,2013年冰川面积比2009年增加了10.25 km²,这在一定程度上抑制了长期以来冰川的快速消融;1964-2013年,玛纳斯河流域的冰川总体呈减少趋势;冰川面积从1964年的673.61 km²减少到2013年的512.07 km²,面积减少161.54 km²,减少23.98%;近50 a来,流域内冰川面积在海拔4500 m及以上呈净增加趋势,而在海拔4500 m以下呈净减少趋势,冰川在海拔(4000±100) m左右退缩的速率最大,高达0.5 km²·a^-1;冰川面积的减少主要体现为大量的冰舌后退和小面积冰川的快速消融,超过85%的冰川冰舌后退距离在200 m以上;该流域的冰川变化主要集中在南、北两个坡向,在南坡向上出现明显的先减少和后增加的变化趋势;1964-2013年,玛纳斯河流域的气温和降水量呈较明显的增加趋势,线性增加率分别为0.26℃·(10a)^-1和16.07 mm·(10a)^-1.研究结果表明气温的持续升高和降水量的增加分别是导致玛纳斯河流域冰川减少期和增加期形成的主要原因.     

树轮宽度记录的天山东段近200a干湿变化

利用采自天山东部两处不同地点上下限的西伯利亚落叶松(Larix sibirica Ledb.)树轮样芯,分别建立了树轮宽度年表.经相关普查和响应函数的计算表明,天山东段森林下限的树轮年表与该地区3~6月的降水和气温相关显著,通过定义湿润指数,以树轮宽度为指标,重建了天山东段巴里坤地区近200 a来春季至初夏湿润指数的演变历史,解释方差为42%.统计分析表明,重建的湿润指数序列与邻近气象站的器测资料计算得到的湿润指数序列呈显著的正相关关系.重建序列能较好地反映天山东段近200 a来春季至初夏的干湿变化,在200 a中有6个显著的湿润时段和7个显著的干旱时段.天山东段近200 a来3~6月湿润指数序列的显著周期是11 a,然后依次存在16 a、5 a、8 a、3 a和32 a的稳定周期.     

近50 a来新疆区域与天山典型流域极端洪水变化特征及其对气候变化的响应

以年极端洪水超标率来反映区域极端洪水, 分析了新疆区域极端洪水变化; 以年最大洪峰记录分析了天山山区主要河流极端洪水变化规律, 并用14站资料分析了天山山区气候变化特征, 讨论了天山主要河流极端洪水变化对区域气候变化的响应. 结果表明: 受气候变暖影响, 1957-2006年全疆极端洪水呈区域性加重趋势, 尤其南疆区域极端洪水明显加剧, 北疆区域也有加重趋势, 但相对较缓. 全疆及北疆、 南疆在20世纪90年代中期以来都处于洪水高发阶段. 近50 a来, 在新疆区域洪水呈加重趋势的变化背景下, 发源于天山南坡的托什干河和库玛拉克河年最大洪峰流量呈显著增加趋势, 发源于天山北坡的玛纳斯河与乌鲁木齐河年最大洪峰流量虽有增加, 但是变化趋势较缓. 以年最大洪峰流量发生转折年为界, 天山典型流域托什干河、 库玛拉克河、 玛纳斯河和乌鲁木齐河在20世纪90年代(或80年代)以来与前期相比, 呈现出相似的变化特征: 年最大洪峰流量明显增大, 年际间变化更加剧烈, 洪水年更频繁. 以年最大洪峰流量发生转折年份为界, 玛纳斯河、 托什干河和乌鲁木齐河后期的年最大洪峰集中日期较前期推迟2~9 d, 库玛拉克河却提前5 d. 玛纳斯河、 乌鲁木齐河和库玛拉克河后期的集中度较前期增加0.8%~8.3%, 托什干河减小1.1%. 1961-2010年, 新疆天山山区气温明显上升, 升温率为0.34 ℃·(10a)^-1, 1997年以后明显增暖; 天山山区降水显著增加, 增加速率15.6 mm·(10a)^-1, 同时极端降水强度增大、 频数增多. 近50 a来天山主要河流极端洪水变化与区域增温以及天山山区极端降水事件增多等有密切关系.     

气候变化对塔里木河来自天山的地表径流影响

塔里木河水资源主要来自天山南坡两条源流,选择西段阿克苏河和中段开都河-孔雀河作为研究区.1956-2003年研究河源山区气温呈持续升温且降水波动增加的趋势,其中1995-2003年升温强劲,升温速率高出48 a期间平均的3倍以上;降水自1986年后持续增加,20世纪90年代较80年代增幅达18%,并显示出河源山区湿岛向塔里木盆地扩展.因高山缺少气象观测,出山径流过程变化可以综合反映中高山带的气候变化.塔里木河来自天山的地表径流在1986-2003年间持续增长,以冰川融水补给为主的库玛拉克河,1994年以来年径流量增加已在前期平均值基础上提升了一个台阶;开都河以降水径流补给为主,1986-2002年出现了观测记录以来的丰水期,并使1986年后博斯腾湖水位快速上升,恢复到1958年记录的最高水位以上.两河年径流变化趋势基本相似,但也显示有西、中段的气候变化局部差异,出现丰枯水期的不一致;然而,在近16 a升温过程中,年径流增长幅度和快慢相近.     

树轮记录的天山南坡阿克苏河过去300a径流变化特征

利用采自天山南坡阿克苏河上游5个采样点的树木年轮样本,建立了5个树木年轮宽度年表．树轮宽度年表与近48a阿克苏河径流资料相关普查表明,阿克苏河年径流量与树轮标准化宽度年表显著相关,最高单相关系数达0．611（α〈0．00001）．利用该年表重建了阿克苏河过去300a的年径流量系列,经多方面验证表明,重建结果具有较好的可...     

天山北麓晚全新世环境演变及其人类活动的影响

在天山北麓(坡)不同海拔、不同植被带、不同沉积相选取剖面, 进行14C测年和沉积相、孢粉、粒度、磁化率及烧失量分析, 探讨晚全新世的环境演变. 通过对比艾比湖、大西沟、东道海子、桦树窝子和四厂湖等剖面反映的环境信息, 结果表明: 晚全新世以来, 气候有冷暖干湿波动, 但干旱的总面貌未发生根本变化. 反映在植被上, 山区森林、低山丘陵区草原-荒漠草原、平原区荒漠-荒漠草原的植被景观无根本变化, 但是在森林的上下界限、平原河谷林的发育程度、平原低地草甸的面积上, 随气候的变化而发生波动.平原湖泊受环境变化的影响十分明显. 晚全新世以来, 平原湖泊水面变化频繁, 3.1～2.4 ka BP, 1.7～1.3 ka BP和1.27～0.3 ka BP时期是高湖面阶段.1.7～0.6 ka BP的中世纪, 气候比较湿润, 温暖, 平原湖泊处于高水位期, 1.7～1.3 ka BP期间天山的云杉林带下限下移, 林带加宽, 自然环境处于最好阶段.人为活动只是在近代对环境产生较大影响, 主要表现在对平原地区水系和自然绿洲的影响上, 河流流量减少、流程缩短、尾闾湖消亡、扇缘溢出带北移、地下水位降低, 泉水流量减少等成为普遍现象.人工绿洲取代自然绿洲, 自然绿洲大面积减少, 尾闾湖滨绿洲大面积消亡, 平原河谷绿洲面积减少, 扇缘溢出带绿洲和大河三角洲绿洲为人工绿洲取代.     

天山天格尔山南北坡降水特征研究

对新疆天山天格尔山南北坡乌拉斯台河和乌鲁木齐河流域及其山前平原不同高度气象(水文)站近40a降水实测资料的统计分析,研究天山天格尔山南北坡不同坡向及高度的降水特征.结果表明:山区降水远大于山前平原,南北坡降水均呈现为增加趋势,冬季和夏季降水的增加趋势明显;山前平原区降水的年际变化幅度大于山区;冬、春季降水变率大于夏、秋季,南坡降水变率远大于北坡,冬、春季表现地尤为突出.年际降水的减少趋势出现在乌鲁木齐河流域中山峡谷地带的英雄桥水文站,其春季3月份的降水量减少趋势非常显著;乌鲁木齐河源大西沟气象站4～5月和6～8月月降水呈明显的反相关变化.     

中国天山地区降水对全球气候变化的响应

天山地区的降水变化及其对全球气候变化的响应是近年来研究的热点。利用中国天山地区40个气象站1951-2014年的月降水数据,运用线性倾向估计、相关分析等气候诊断方法,分析了该区域的降水变化,探讨了主要气候指数与降水同步变化的相关关系。结果表明：年降水呈现出"西多东少,北多南少,高山多外围少"的特征,年降水变化率为6.0 mm·（10a）^-1。SASMI与年降水表现为显著正相关,PDO、PNA和AO与年降水表现为弱正相关,且有局限性。在枯水期,SASMI与天山北坡及部分中高山地带的降水表现为弱正相关,而在西天山南坡表现为弱负相关,ENSO与中、西天山南北坡的中低山带的降水变化相关性较高。在丰水期,SASMI与天山南坡和高山区降水变化相关性较高,PDO与中、西天山南北坡的低山带部分站点的降水变化相关性较高。     

1998 - 2017年天山麦兹巴赫冰川湖面积变化研究

天山麦兹巴赫冰川湖突发洪水是阿克苏河重要的致灾源。利用1998 - 2017年不同时段的Landsat、 环境灾害卫星及高分遥感数据, 通过Munsell HSV变换, 获取了湖面范围。通过对比不同时期的冰湖面积, 对1998 - 2017年麦兹巴赫冰川湖最大面积的变化进行了分析。结果表明： 麦兹巴赫冰川湖的面积从1998年的3.75 km2逐渐变化为2017年的2.87 km2, 影响冰湖储量的下湖面积从3.3 km2减少为1.88 km2, 呈现缩小趋势, 上湖面积则有明显扩张。叠加了时间因子的正积温同冰湖面积有良好的正相关性, 说明气温通过影响冰雪融水以及冰坝稳定性, 从而影响冰湖的面积。研究内容可为区域性冰湖面积变化提供特殊案例, 并为冰湖面积扩张归因分析提供科学参考。     

东天山喀尔里克山北坡淖毛湖盆地土壤粒度分布特征及成因

对东天山喀尔里克山北坡-淖毛湖盆地不同类型土壤的粒度进行分析.结果表明:研究区土壤主要由粉粒和砂粒组成,从喀尔里克山北坡、中部地区到淖毛湖盆地,土壤粒度平均值逐渐变大,颗粒分选性差,偏度多属极正偏或正偏,峰态集中在宽、中等和窄3个等级,表明其成土母质较粗、来源相对复杂.土壤的粒度参数Mz、σ、SK和KG值很好地表征了不同土地类型和植被类型及盖度对土壤粒度特征的影响.土壤粒度分维值呈现出随海拔降低逐渐减小的趋势,并且分维值与粘粒含量呈正相关关系.喀尔里克山北坡土壤中粘粒的含量高于中部地区和淖毛湖盆地的土壤,反映出不同地区土壤母质来源和沉积环境的差异.不同地带土壤概率累积曲线的空间变化及综合参数特征表现出地形和气候对颗粒运动形式有一定影响,并且不同地区土壤在成因上既有区别又有联系.     

新疆天山北坡中段河流冰凌洪水特征分析

冰凌洪水(冰洪)是新疆天山北坡中段河流冬季的一种特殊洪水,其暴发主要受气温、逆温带范围、冬季河流来水量、冰情冰厚、地势.河道弯曲率和河床条件等多种因素影响."冰洪"具有随机性、规律性和不重复性三种特性,冰凌洪水的峰型类似于暴雨洪水具有陡涨陡落的特点,峰前陡峭而落峰则相对缓一些.以四棵树河为典型流域,对冰凌洪水的成因、发展和运动规律进行研究,并发现冰凌洪水具有"水鼓冰开"现象.对四棵树河1967-2006年冰洪流量的年内、年际分布情况看,20世纪70-80年代由于冬季气候寒冷,是"冰洪"发生最多的时期;自进入20世纪90年代以来由于受全球气候变暖等因素影响,冰凌洪水呈现衰退趋势,气候变暖对冰洪影响非常大.