近50a淮河流域汛期降水日数和强度的分布与变化特征

选用1961-2010年淮河流域145个地面气象站的观测资料,分析淮河流域汛期(5-9月)降水的时空变化规律.结果表明:淮河流域汛期降水的空间分布不仅受到地理位置和地形的影响,而且与湿度和风速的空间分布具有较好的相关性;在时间变化上,雨日出现频率有下降的趋势,但暴雨日比重和暴雨日平均降水量均有升高的趋势.淮河流域汛期暴雨日出现频率以及各类型雨日的平均降水量均有上升的趋势,强降水时空变化呈现局地性和频发性.     

三峡库区蓄水运行前后水土流失时空变化模拟及分析

利用三峡库区水土流失预测模型和250m的MODIS-NDVI数据,模拟三峡库区蓄水运行前后水土流失时空变化,结果表明:三峡库区2000-2008年水土流失波动较大,总体上水土流失面积、总量和强度都旱减弱趋势,2006-2008年年均水土流失总量和面积分别比2000-2002年减少4.10×106t和1129.6km2;...     

青藏高原及其毗邻地区降水中稳定 同位素成分的时空变化

位于唐古拉山以南的青藏高原南部和南亚,温度效应均不存在.在所统计的站点中,只有大约一半的取样站具有降水量效应.位于唐古拉山以北的青藏高原中、北部和毗邻的中亚地区,各取样站均具有显著的温度效应.由于来自源区水汽的直接凝结,南亚地区降水中平均稳定同位素成分相对较重.稳定同位素比率的季节差异较小；从青藏高原南坡的坚景到唐古拉山,降水中稳定同位素比率急剧减小;从唐古拉山到青藏高原北部,降水中稳定同位素成分随纬度增高而增大.     

极端气候事件综合危险性等级指标构建及近60年来长江流域极端气候综合分析

本文利用经过均一化订正的长江流域共669个气象站近60年(1961—2020年)逐日观测资料,采用相对阈值和绝对阈值相结合的极值分析方法,对长江流域近60年极端高温事件、极端低温事件、极端干旱事件和极端降水事件进行识别,分析了年发生频率和线性变化趋势.在此基础上,考虑到全国极端气候事件发生情况,构建了多个极端气候事件综合危险性等级指标,比较客观地给出了长江流域极端气候事件综合危险性等级.研究结果表明,相对于全国其他地区,长江流域大部分地区极端气候综合危险性等级较高,虽然自1961年以来综合年发生频率呈现弱的线性减少趋势,但自20世纪90年代以来,长江流域极端气候事件发生的危险性相对于全国其他地区明显偏高.通过对不同极端气候事件危险性和变化规律研究,结果表明：长江流域近60年极端干旱事件年发生频率呈现线性减少趋势,与全国他其区域相比较,长江流域大部分地区极端干旱发生的危险性等级都在中级以上,说明长江流域容易发生极端干旱事件;长江流域近60年极端降水事件年发生频率呈现弱的增加趋势,危险性等级指数分析表明,高危险区主要位于长江中下游地区,湖南西部、江西大部、湖北南部等地发生极端降水事件的危险性很高;近60年长江流域大部分地区极端高温事件显著增加,尤其进入21世纪以来发生更加频繁,但相对于全国其他地区,危险性等级较低;近60年长江流域极端低温事件显著减少,但相对于全国其他地区,极端低温事件发生的危险性增加明显.进入21世纪以来,长江流域极端气候事件的综合危险性不断增加,极端高温和极端干旱相伴而生的高温干旱复合型事件频繁发生,极端降水事件和极端低温事件在全国的占比不断升高,造成的社会经济影响越来越严重,说明长江流域加强极端气候事件风险防范的重要性和紧迫性.

     

长江流域近50年降水变化及其对干流洪水的影响

根据我国长江流域气象观测站近42年的资料,分析了整个流域年和季节平均面雨量、暴雨日数和暴雨量的变化特征,以及降水对流域径流和洪水的影响.长江流域年和夏季平均面雨量存在明显的年际和年代变化特征,也表现出比较显著的趋势变化特点.大部分测站年平均面雨量呈增加趋势,夏季和冬季平均面雨量的增加趋势尤其明显;秋季平均面雨量呈显著下降趋势.同时,年和夏季暴雨日数和暴雨量也在较大范围内呈显著增加趋势.长江流域的降水对干流平均流量具有重要影响.1973年、1983年和1998年的洪水主要是由明显高于平均的流域面雨量引起的;长江下游平均流量变化趋势也同流域年平均面雨量、夏季平均面雨量变化趋势基本一致,特别是70年代末以来,下游平均流量和流域面雨量的上升趋势更加明显,并同时在1998年达到最高值.长江流域大的丰水年一般对应El Nino年或El Nino次年,表明E1 Nino对长江较大洪水可能具有一定影响.     

2008-2020年三峡库区小江叶绿素a的时空演变特征及驱动因子

2008年至2020年期间,对三峡水库小江5个监测断面的叶绿素a(Chl.a)及主要环境因子进行季度监测,分析小江Chl.a的时空变化特征,探讨水体Chl.a与环境因子的相关关系,解析影响小江Chl.a变化的主要环境因子。结果表明,小江Chl.a年平均浓度为(20.69±9.41)μg/L,变幅为5.96～33.90μg/L。Chl.a浓度季节差异较大,总体呈现出春、夏、秋3个季节明显高于冬季的变化特征,且春季Chl.a浓度最高,为34.48μg/L;空间分布上,Chl.a浓度呈现倒“N”型分布规律,黄石断面最高(29.55μg/L),养鹿断面最低(15.23μg/L)。Pearson相关性分析结果显示,小江Chl.a浓度与COD_Mn、电导率、pH、溶解氧呈显著正相关关系,与NO₃^--N、PO₄^3--P、透明度呈显著负相关关系。通过逐步回归分析,筛选得到对小江Chl.a影响最重要的5个环境因子。通径分析表明,各环境因子对水体Chl.a浓度的作用大小在时空上存在一定差异。不同季节...     

鄱阳湖区域极端降水异常的特征及成因

鄱阳湖区域4-7月极端降水总量存在显著的2-4年周期变化,且鄱阳湖4-7月极端降水总量的变率存在比较显著的增加趋势.1998年6月鄱阳湖地区极端降水总量异常偏多,而2001年6月异常偏少,仅为1998年的13.5%左右.通过分析大气环流场、水汽输送等方面的差异,发现1998年6月500hPa高度场上乌拉尔山高脊和鄂霍次...     

极端降水条件下白洋淀主淀区水化学特征及水质变化

极端降水是影响水环境质量的重要气象因素之一,随着全球气候变暖,极端降水事件的频率和量级呈显著上升的趋势,对湖泊水化学和水环境产生了深刻的影响.白洋淀是华北地区重要的湖泊型湿地和生态功能区,为查明极端降水条件下白洋淀主淀区的水化学和水质特征,本研究利用Piper三线图、Gibbs图和多元统计方法阐明了白洋淀极端降雨后的水化学特征、氢氧稳定同位素特征和水质空间变化,揭示了极端降水条件对白洋淀主淀区水化学和水质的影响.结果表明：(1)在极端降水条件下,白洋淀主淀区湖水呈弱碱性,水化学类型主要为Ca-HCO₃·SO₄型,极端降水减弱了蒸发结晶作用和人类活动等因素对白洋淀主淀区湖水水化学组成的影响.极端降水是导致白洋淀主淀区pH、电导率和总溶解性固体发生大幅度变化的原因之一.(2)极端降水条件下白洋淀主淀区湖水的δ²H和δ¹⁸O值的范围分别为-60.86‰～-35.01‰和-8.84‰～-3.45‰,其值均与水深呈显著负相关.极端降水使得白洋淀主淀区湖水的氢、氧稳定同位素贫化,但对其空间分布的影响不大,湖水氢...     

地球系统视角下的多圈层复合极端事件研究进展与展望

复合极端事件对社会、经济和生态所造成的影响相较于各事件独立发生时更为严重,这类事件已成为近10年来地球科学领域的研究热点之一.气候变化背景下许多复合极端事件频发、强发,极端事件间的组合形式也呈现出新特点,对科学研究和防灾应对提出了更高的要求和更严峻的挑战.本文在地球系统多圈层相互作用的视角下系统梳理了多类高影响复合极端事件的定义、机理、变化、归因、预估等方面的研究现状;探讨了复合极端事件研究在数据需求、机理分析、模型模拟、归因预估、风险评估和适应应对等方面的挑战及可能的解决方案;进一步展望了该领域未来可能的发展趋势和急需多学科、多部门联合攻关的重点研究内容.在气候变化重塑极端事件类型的背景下,科学研究、防灾减灾和应对气候变化工作均需从传统单一极端事件视角向复合极端事件视角转变,对研究对象、思路和方法进行全方位的革新.本文对复合极端事件研究领域的发展和多学科领域的交叉合作将起到一定的促进作用.     

洪泽湖叶绿素a浓度的时空变化特征

叶绿素a浓度是衡量藻类生物量及评价水体营养状态的重要指标.基于洪泽湖2012年12月至2013年11月的水质监测数据,利用统计手段分析湖区叶绿素a浓度的时空变化规律,并进一步探究叶绿素a浓度与各项水质理化因子的响应关系.从时间维度上看,洪泽湖叶绿素a浓度季节变化规律在不同湖区有所差异,东部湖区叶绿素a浓度随季节变化曲线呈"双峰型",分别在3月和8月达到峰值.北、西部湖区叶绿素a浓度在春季变化平缓,并在秋季达到峰值.从空间维度上看,3个湖区之间叶绿素a浓度在春、冬两季存在显著差异,其余季节差异不显著.典范对应分析表明洪泽湖不同月份、不同湖区叶绿素a浓度与水质理化因子之间存在不同的响应关系.本研究为探究洪泽湖藻类时空异质性原因、宏观掌控其营养状态以及制定相应水质改善措施提供参考依据.     

极端天气下三峡库区土地利用对河流水质的多时空尺度影响

为探究极端天气下流域内水质对土地利用的响应关系,本研究基于不同空间尺度(1000 m河段缓冲区、500 m河岸带缓冲区及子流域)的土地利用指数以及旱季(2019年11月)、雨季-洪水期(2020年7月)和雨季-干旱期(2022年8月)的水质数据,探究流域内土地利用对水质的多时空尺度影响,从而得到保护流域水质和规划流域内土地利用格局的最佳时空尺度和对水质影响最显著的预测因子。研究表明:(1)流域水质受极端天气影响,降雨会增强水体的稀释能力,高温会加快水中微生物反应速率,具体表现为雨季-洪水期的水质较好,雨季-干旱期次之,旱季较差。(2)土地利用对水质指标的影响存在时空尺度效应,土地利用在子流域和旱季尺度下对河流水质影响最显著。(3)不同土地利用指数对流域水质影响存在差异,耕地、林地、斑块密度、最大斑块指数和边缘密度是影响水质指标最显著的解释变量。其中林地与多数水质指标具有负相关关系,建设用地、耕地、斑块密度与较多水质指标存在正相关关系。本研究结果为合理规划土地利用格局以及保护河流水质提供科学依据,对三峡库区环境可持续发展及生态保护具有一定意义。     

三峡水库成库后水体中CODMn、BOD5空间变化

根据2004年2、5、8月,三峡水库成库后6个水平断面、4个垂直断面采样分析,对水体水质参数、DO以及CODMn和BOD5的水平分布和垂直分布进行了研究.研究结果表明,成库后BOD5达到国家地表水Ⅰ类标准,CODMn不同季节变化较大,水质范围在Ⅱ-Ⅳ类标准.BOD5、CODMn变化范围分别在0.1-1.3 mg/L,1.8-6.3 mg/L,受三峡水库成库的影响,水平分布上,DO、CODMn、BODs在成库区域低于上游区;CODMn含量丰水期＞平水期＞枯水期;BODs浓度降低主要与污染物停留时间变长有关,CODMn主要是与泥沙沉积有关.垂直分布上,污染物3个层次变化不显著,未出现分层现象.枯水期、平水期、丰水期颗粒态含量占总CODMn范围分别为5.5%-27.3%,9.1%-28.8%,48.6%-78.3%.三峡水库对CODMn、BOD5有净化作用,枯水期成库区域通量CODMn、BODs比上游区降低44%、76%,平水期降低13.5%,32%,丰水期降低31.8%、19.1%.各采样站点有机物通量和流量有显著的相关性.大宁河库湾受浮游藻类生长的影响,DO饱和率高于干流库区.     

三峡小江回水区透明度季节变化及其影响因子分析

三峡成库后其季节调蓄过程使该水域湖沼学特征具有独特性.根据三峡小江流域回水区段为期2年的定位跟踪观测,对透明度(SD)和主要环境指标的相互关系进行分析研究.研究期间,小江回水区透明度均值为170±7cm,各采样点透明度差异不明显且季节变化过程一致,自春末夏初开始降至最低水平,夏季汛期相对稳定,夏末入秋持续升高,冬季维持在较高状态,入春后下降.对透明度和主要环境指标的相关性分析发现,无机悬浮颗粒(PIM)是影响透明度的主要指标.透明度同PIM、Chl.a多元回归模型为:SD=(-89.389±8.101)·lg(PIM)+(-84.008±8.624)·lg(Chl.a)+(264.132±8.232).汛期低水位状态下(145-150m)小江回水区水动力条件趋于天然河道,河道输沙量增加使无机悬浮颗粒含量远高于藻类生物量而成为影响透明度的主要环境指标.在中水位(150-156m)和高水位(156m以上),虽然藻类进入非生长季节,但水位抬升和水体滞留时间的延长促使悬浮颗粒物大量沉淀,悬浮生长于表层水体的藻类成为影响透明度的主要环境指标,生物作用对透明度的影响明显.     

汛期洪水资源化利用对三峡水库淤积影响研究

作为三峡水库诸多优化调度方式中的一种,洪水资源化利用对水库淤积的影响受到持续关注,开展针对场次洪水的相关研究有助于进一步深化对水库淤积科学问题的认识,有望为调度工作提供一定的技术支撑。通过2013年以来的历史水文资料分析与水沙运动数值模拟,探究了入库洪水的输沙过程以及洪水资源化利用对库区淤积与水库排沙的影响。结果表明:洪峰流量介于30000～55000 m3/s的中小洪水是近年三峡入库洪水的主要形式,随着入库洪峰流量的增加,洪水的地区组成逐渐趋向于金沙江下游、嘉陵江共同主导;常年回水区淤积、水库排沙是“消化”入库泥沙的两种主要途径,且以前者的作用为主;针对Ⅰ-3类入库洪水,坝前起调水位Z₀的抬升或洪水资源化利用对水库淤积的影响主要在于造成了库区淤积的重分布,次要在于改变了水库的排沙作用,在Z₀≤150 m条件下,洪水资源化利用对水库淤积的影响相对较小;针对典型洪水,当武隆洪峰流量Q’_WL与入库洪峰流量Q’_RK的比值小于1/5(即Q’_WL/Q’_RK<1...     

基于Matlab的三峡水库地震数据处理与分析

本文以Matlab为平台,编制了相应的程序代码,实现了SAC二进制数据读取、地震观测报告数据检验、频谱分析、地震数据的互相关计算和各种地震数据成图等项功能,并将它们运用于长江三峡水库地震加密台网数据的处理.结果表明,三峡库区地震都属于水库诱发地震,在仙女山断裂过江段、九湾溪断裂附近的地震属于断层因蓄水诱发的错动事件;巴东库区神龙溪两岸地震明显呈现出3条线性分布,这是由于水库蓄水后库水从神龙溪两岸等地下暗河渗入而诱发的地震;在长江三峡库区泄滩乡以西的两岸则存在着一些与蓄水相关的塌陷地震.     

三峡库区的入侵鱼类及库区蓄水对外来鱼类入侵的影响初探

三峡水库已于2010年10月完成175 m的蓄水目标,蓄水后三峡库区形成一个生态位严重空缺的人造湖泊生态系统.近年来,库区及长江上游外来入侵鱼类呈增长态势,已发现外来入侵鱼类23种,且部分已处于种群数量暴发阶段.水库蓄水初期营养盐输入增加和初级生产力的提高通常也利于广适性鱼类和外来种的生存,对外来鱼类的入侵和种群数量的扩散暴发产生一定的促进作用.外来鱼类在生态位竞争上与土著鱼类相比处于明显优势地位,可能将严重危害三峡库区的渔业资源及其水域生态系统的安全.因此,对于三峡库区的鱼类入侵及其所带来的相关效应等问题,应引起密切关注和重视,尽早建立三峡库区入侵鱼类的预警和防治体系,严格评估人为引种活动,深入研究外来鱼类得以成功入侵的原因与机理.     

近20年来三峡水库泥沙淤积及其对库区的影响

泥沙问题是三峡工程建设与运行中的关键技术问题之一,只有妥善处理好泥沙问题,才能保证三峡工程长期有效使用,维持水库功能的全面发挥。本文首先结合实测水文、河道地形观测资料,对三峡水库运行近20年来的泥沙淤积特性及水库排沙比进行了较为全面的分析研究,并与已有研究成果进行了对比;其次,围绕防洪、航运以及坝前段的泥沙淤积等方面,进一步分析了水库淤积产生的影响。结果表明:三峡水库蓄水以来,在不考虑区间来沙的情况下,三峡水库共淤积泥沙20.484亿t,近似年均淤积1.102亿t,水库排沙比为23.6%,水库年均淤积量为原论证预测值的33%。其中,库区干流段累计淤积泥沙17.835亿m³(变动回水区冲刷0.694亿m³;常年回水区淤积18.529亿m³),淤积在水库防洪库容内的泥沙为1.648亿m³(干、支流分别淤积1.517亿m³和0.131亿m³),占水库防洪库容的0.74%,“十一五”攻关阶段研究得出的多年平均淤积量及排沙比较实测值均偏大,变动回水区冲淤则出现反向的...     

三峡库区消落带不同水位高程植被和土壤特征差异

植被和土壤是消落带生态系统的重要组成部分.本研究选择三峡库区腹地忠县境内的3个地质地貌和土地利用历史相似的近自然消落带,对不同水位高程(160 m和170 m)植被群落和土壤特征进行研究,结果表明:一年生草本在消落带植物物种数中比例高达72.4%,而多年生草本仅为27.6%;不同水位高程植被物种组成完全相同,且盖度、生物量、生物多样性指数均没有显著差异;随着水位高程变化,群落优势物种存在一定差异,即160 m高程优势种为多年生狗牙根(Cynodon dactylon),而170 m高程为一年生白酒草(Conyza japonica);土壤容重、含水量、pH、有机质、总氮、总磷在160 m和170 m水位高程间均没有显著差异.因此,160 m和170 m水位高程在淹水时间和深度上的差异造成群落优势种的不同,而对当前植被和土壤特征并没有显著影响.     

Study of the flood control scheduling scheme for the Three Gorges Reservoir in a catastrophic flood

The Three Gorges Project is the world's largest water conservancy project. According to the design standards for the 1,000‐year flood, flood diversion areas in the Jingjiang reach of the Yangtze River must be utilized to ensure the safety of the Jingjiang area and the city of Wuhan. However, once these areas are used, the economic and life loss in these areas may be very great. Therefore, it is vital to reduce this loss by developing a scheme that reduces the use of the flood diversion areas through flood regulation by the Three Gorges Reservoir (TGR), under the premise of ensuring the safety of the Three Gorges Dam. For a 1,000‐year flood on the basis of a highly destructive flood in 1954, this paper evaluates scheduling schemes in which flood diversion areas are or are not used. The schemes are simulated based on 2.5‐m resolution reservoir topography and an optimized model of dynamic capacity flood regulation. The simulation results show the following. (a) In accord with the normal flood‐control regulation discharge, the maximum water level above the dam should be not more than 175 m, which ensures the safety of the dam and reservoir area. However, it is necessary to utilize the flood diversion areas within the Jingjiang area, and flood discharge can reach 2.81 billion m³. (b) In the case of relying on the TGR to impound floodwaters independently rather than using the flood diversion areas, the maximum water level above the dam reaches 177.35 m, which is less than the flood check level of 180.4 m to ensure the safety of the Three Gorges Dam. The average increase of the TGR water level in the Chongqing area is not more than 0.11 m, which indicates no significant effect on the upstream reservoir area. Comparing the various scheduling schemes, when the flood diversion areas are not used, it is believed that the TGR can execute safe flood control for a 1,000‐year flood, thereby greatly reducing flood damage.     

三峡库区消落带土壤有机质和全氮含量分布特征

在三峡库区消落带落干期间(2010年4月),对库区巫山-重庆主城区段消落带土壤有机质(OM)和全氮(TN)含量分布及与土壤理化性质的相关性进行了调查研究.结果表明该区域消落带土壤OM和TN含量均较低,分别为10.70±4.03和0.84±0.39 mg/g,且服从正态分布.消落带土壤碳氮比(C/N)较低,推测消落带土壤无机氮在淹水期间存在向上覆水体释放的可能性.在与其它关于土壤OM和TN含量研究的比较中,研究区域内土壤OM和TN含量处于偏低的水平;而在与对照带样品的比较分析中发现,消落带样品的OM和TN含量变异系数均偏低,因此消落带干湿交替可减小不同区域消落带之间土壤OM和TN含量差异.相关性分析表明,消落带土壤pH、ORP、TN与OM之间呈显著正相关,可见研究范围内消落带土壤氮形态可能主要以有机氮的形式存在于有机质中,而C/N与TN呈负相关,与OM相关性不显著,表明C/N的大小主要取决于TN含量.