1970～2014年长江流域极端降水过程的时空变化研究

基于长江流域131个气象站数据,利用Mann-Kendall非参数检验、主成分分析及R/S分析等方法分析了长江流域极端降水的时空变化特征。结果表明:(1)主要强降水指数变化均呈现增加趋势。20世纪70年代主要极端降水指数呈持续下降趋势,20世纪80年代、90年代和2000年以后降水指数变化趋势年代差异增大,稳定性差。(2)强降水在太湖流域、鄱阳湖流域大部分地区和洞庭湖流域的下游地区呈显著增加。(3)除了弱降水指数外,各极端降水指数之间具有显著的相关性。(4)长江流域降水的主要特点在于弱降水变化不显著,强降水变化幅度较大,降水过程不稳定,容易发生洪涝灾害。     

塔里木河流域水文气象要素时空变化特征及其影响因素分析

本文首先应用非参数Mann—Kendall检验法和线性趋势统计检验法对塔里木河流域各水文气象要素的时间序列变化趋势进行显著性检验。根据Mann-Kendall计算的倾斜度值分析了该流域水文气象要素的空间变化趋势，进而探讨了研究区水文气象要素的时空分布特征。然后采用非参数Z统计量检验法分析其时空变化特点，特别是对降雨、径流、日照时数和平均气温变化趋势的对比分析。判识了影响塔里木河流域水文气象要素时空变化规律的主导因素。研究结果表明：流域内降水、平均气温呈较为明显的上升趋势，径流量则表现出明显的减少趋势，说明人类活动的影响在部分水文气象要素的变化趋势中可能占据了主导地位。     

2000-2014年蒙古高原植被覆盖时空变化特征及其对地表水热因子的响应

利用MODIS NDVI数据、同期地表水热组合数据和植被类型数据,对2000-2014年蒙古高原生长季和三季（春、夏、秋季）植被覆盖时空演变特征及其对地表水热因子响应模式进行分析。研究表明：这15 a来,蒙古高原生长季及三季归一化植被指数NDVI均呈增加趋势,且呈显著增加趋势区域主要集中在内蒙古地区,一定程度上反映了该地区生态恢复工程的有效性。研究区植被覆盖变化与地表水分指数LSWI有密切的关系,因此证明研究区植被覆盖的增加归因于自然和人为因素的共同作用。不同类型植被NDVI均呈增加趋势,其中荒漠植被NDVI增加最明显,森林植被增加平缓,且存在季节性差异。此外,不同类型植被NDVI受水热因子影响也存在季节性差异。     

1982～2015年渭河流域植被变化特征及气候因素影响

基于GIMMS NDVI3g（the third generation of Global Inventory Modeling and Mapping Studies Normalized Difference Vegetation Index）数据,结合趋势分析、Mann-Kendall检验和Pearson相关分析等方法,识别了渭河流域19822015年不同时间尺度（年、月及季节）植被NDVI的动态变化特征及气候因素影响。结果表明,近34年渭河流域NDVI呈现增长趋势,且20002015年NDVI较19821999年显著增长,趋势线斜率分别为0.003和0.001,退耕还林后植被覆盖状况明显改善;年均NDVI与气温呈显著正相关,与降水的正相关性较弱;月均NDVI与气温和降水都表现为显著正相关,相关系数分别为0.926,0.743;春秋季NDVI与气温呈现显著正相关,夏季NDVI与气温、降水的相关性不明显,冬季NDVI与前期气温存在滞后相关。     

1951-2010年洮河流域水文气象要素变化的时空特征

采用M-K检验、小波分析和Sen斜率等方法, 对1951-2010年60 a来洮河流域不同地理-生态区间水文气象要素变化的时空特征进行了综合研究.结果表明: 洮河流域水文气象要素呈现多种周期不同尺度的振荡特性, 气温、降水和径流的年代际变化周期以9~13 a和2~5 a最为常见.气温从1990年代中期开始明显上升, 突变的时间北部略早于南部, 西部明显迟于东部;除上游草原牧区外, 降水总体于1990年代初期开始减少;受降水变化影响, 流域河川径流量1990年代发生明显减少.过去60 a, 洮河流域气温以0.18 ℃·(10a)^-1的速率增温;降水以0.03 mm·(10a)^-1的速率减少;河川径流量以11.36 mm·(10a)^-1的速率减小;近30 a来洮河流域以0.63 ℃·(10a)^-1的速率增温, 降水以8.86 mm·(10a)^-1的速率减少, 径流以21.00 mm·(10a)^-1的速率减少.降水和径流变化在不同时期和不同生态-地理区间差异明显, 与区域气候和下垫面因素变化所致的流域能水通量过程的变异有关.     

东亚夏季风北部边缘区近260年以来的极端干旱事件

基于高分辨率的树轮年表数据集, 分析了近260年东亚夏季风北部边缘区发生的极端干旱事件, 并利用统计算法分析了极端干旱事件的强度及影响范围。结果显示, 区域在1890~1894年、1898~1905年、1926~1932年及1991~1997年发生极端干旱事件, 其中1890~1894年的极端干旱事件在部分年表中表现显著, 1898~1905年的极端干旱事件在大部分年表中均有所记录, 1926~1932年的极端干旱事件几乎在所有年表中均有记录, 是近260年来发生的强度最强、波及范围最广的干旱事件, 1991~1997年的极端干旱事件影响范围不大, 但在其影响区域强度较高。     

藏东南树木年轮记载的公元1560年以来的极端干旱事件

青藏高原的极端干旱事件会导致高原内部河流的水文异常, 进而对流域内的农业生产和人类生活产生巨大影响。然而, 干旱事件发生的时空规律及其与全球变化的关系尚不明确。气象器测资料相对较短是极端干旱事件研究中的一个重要限制因素。本文利用西藏昌都地区3个采样点(马秀、热玉和腊久)的大果圆柏(Sabina tibetica Kom.)树轮宽度数据, 分析了自1560年以来该区域极端干旱事件发生的特征。分析结果表明, 树轮宽度可指示5~8月标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation-Evapotranspiration Index, 简称SPEI), 3个采样点树轮年 表20世纪共同的极低生长年份(1972年、1984年和1995年)与藏东南地区20世纪的区域干旱事件一致(1954~2006年); 在过去447年间(1560~2006年), 3个采样点共同的极端干旱事件发生最频繁的时期为1650~1700年间, 多达6次/50年, 发生最少的时期有1600~1650年、1800~1850年和1950~2000年, 每50年仅有1次; 在20世纪, 极端干旱事件的发生频率低于历史上的平均值。极端干旱发生最频繁的1650~1700年对应于太阳活动较弱的蒙德极小期(Maunder Minimum)。研究结果有助于进一步认识青藏高原极端干旱事件的发生规律及其与全球气候变化的关系。     

叶尔羌流域极端气候变化特征及其对径流的影响研究

基于1954—2015年叶尔羌流域的气温、降水和径流数据,采用M-K突变检验、距平、趋势分析、Hill估计方法揭示了影响流域水文过程的气候指标,采用主成分回归分析方法探讨了极端气候与极端水文事件之间的关系。结果表明：（1）叶尔羌河流域年平均气温、降水均呈显著上升趋势;年平均气温突变时间为1998年,年平均降水不存在突变。（2）流域径流量、极端径流量呈上升趋势,其中径流量变化显著,极端径流的阈值为148.3 mm,64年间共计发生18次极端径流事件。（3）流域极端降水对径流以及极端径流的变化影响较大,极端气温影响次之。     

内蒙古西辽河平原植被指数时空变化及其影响因素研究

西辽河平原位于我国北方农牧交错带,属半干旱气候,发育科尔沁沙地,生态环境极其脆弱,开展植被指数时空变化及其影响因素研究,对于预测土地退化风险意义重大,可为该流域生态环境保护治理及水资源合理开发利用提供技术支撑。利用2000—2019年MODIS NDVI数据,采用一元线性回归趋势法和Mann-Kendall检验分析了近20年来该地区的植被生长变化趋势及突变情况。从影响植被生长的水热条件出发,分析了NDVI值与气象因素（降水、气温）、土壤湿度、地下水埋深等因子的相关关系;结合人类活动,分析了土地利用类型变化对NDVI值的影响。结果表明：（1）2000—2019年生长季NDVI值整体呈上升趋势,不存在显著突变点,最高值0.56,最低值0.41。（2）NDVI值在空间上呈现“东高西低”的分布特征,不同用地类型的NDVI值由大到小依次为耕地>林地>沼泽地>滩地>草地>盐碱地>沙地。（3）92.5%的区域植被呈增长趋势,7.5%的区域植被呈减少趋势。（4）NDVI值与降水、气温、土壤湿度呈正相关关系,相关系数分别为0.86,0.78,0.81,降水对植被影响最大。（5）最适宜天然植被生长的地下水埋深约为3 m,当地下水埋深大于10 m时,NDVI值会随着埋深的增加剧烈减小。（6）人类活动如土地开垦、植树造林是近20年来NDVI值呈增加趋势的主要原因之一,在一定程度上改善了当地生态环境。     

1960-2011年长江流域潜在蒸发量的时空变化特征

以长江流域123个气象站1960-2011年逐日气象数据为基础, 应用Penman-Monteith模型, 在ArcGIS环境下通过IDW插值法、 TFPW-MK、 R/S等方法分析了全流域潜在蒸发量变化的时空变化、 趋势性和持续性, 并探讨了影响潜在蒸发量的主要气象因素.结果表明: 年潜在蒸发量自1960年以来至2002年呈波动减少趋势, 2003-2009年呈显著增加趋势, 整体为增加趋势; 其中, 上游高原区、 上游盆地区、 下游区年潜在蒸发量呈增加趋势, 中游区呈下降趋势, 增幅最大的是上游盆地区.四季中, 春、 夏、 秋季和年潜在蒸发量具有持续性, 未来将持续增加.最低气温、 最高气温是影响长江流域潜在蒸发量增加的主要因子.     

长江流域降水极值的变化趋势

依据1960-2005年长江流域147个气象站逐日降水,ECHAM5/MPI-OM气候模式模拟的长江流域79个格点20世纪实验期(1941-2000年)以及未来3种排放情景(SRES-B1,A1B,A2)下21世纪前50年逐日降水数据,建立年最大强降水和汛期<1.27 mm/d的最长干旱持续天数序列。运用广义极值分布,广义帕雷托分布,广义逻辑分布与韦克比分布等4种分布函数定量拟合了长江流域降水极值的概率分布。研究表明:韦克比分布函数能够较好地拟合长江流域降水极值的概率分布。在3种排放情景下,未来降水极值的重现期呈现不同的空间分布特征。长江流域,尤其是中下游大部地区,1951-2000年间的50年一遇强降水和干旱事件,在2001-2050年间发展成为25年一遇降水极值事件。未来气候变暖条件下,降水极值重现期出现的这种变化趋势,将会对水资源趋势产生重大的影响。     

长江流域20cm蒸发皿蒸发量的时空变化

利用长江流域107个气象站1951-2000年的20cm口径蒸发皿逐日蒸发资料,采用Mann-Kendall趋势检验法和IDW反距离权重空间插值法分析了近50年来,尤其是20世纪90年代长江流域的年和季节蒸发皿蒸发量的时空变化.50年来,长江流域以年平均、夏季和秋季蒸发皿蒸发量显著下降为主要特点,尤以20世纪90年代最为显著,是年平均和夏季蒸发皿蒸发量最小的时期,比前0年平均值分别低-25.9mm和-36.1mm,这种趋势中下游地区比上游地区明显得多,尤其是在鄱阳湖流域.     

长江上游流域降水结构时空演变特性

为研究气候变化和人类活动背景下的长江上游流域降水结构时空分布特性,利用长江上游流域67个气象站点1961—2005年45年的日降水资料,分析了各种不同历时连续降水的时空演变特征。通过Trend Free Pre-Whitening方法消除降水时间序列中的自相关成分,利用非参数的Mann-Kendall法检验了降水结构的变化趋势。结果表明:① 长江上游流域及各分区各历时降水发生率随降水历时增加呈指数递减趋势,贡献率先增加后降低,以短历时降水为主;② 长江上游短历时（1 d和2 d）降水贡献率发生突变的时间在1976年,长历时（6 d和10 d）降水发生率发生突变的时间为1984年,贡献率发生突变的时间为1999年;③ 长江上游短历时降水集中出现的次数增加,降水强度增大,降水量占总降水量的比例较大,而长历时降水出现频次降低,降水量占总降水量比例下降,其中岷沱江流域、大渡河流域、长江干流区间通过了显著性检验。     

长江流域降水稳定同位素的云下二次蒸发效应

对长江流域443个GNIP的降水样品同位素原始资料,分降雪和降雨进行δ2H和δ18O线性回归,得到降雪样品的相关方程为δ2H=7.965δ18O+17.114,有最大的斜率和截距;而降雨样品根据降水量大小从<10mm至>300mm分为4组后,得到的相关方程随着降水量的减小,斜率和截距均减小,斜率从7.701减小为5.705,截距从7.812×10-3减小为-5.479×10-3。δ2H~δ18O相关方程的斜率及截距与气温、水汽压之间的关系表明,在降水从云层底部降落到地面的过程中,仅较小降雨事件有明显的二次蒸发现象,并伴随着同位素的分馏。长江流域较小降雨事件占有比例很小,仅为所有降水事件的6.32%,所以二次蒸发效应仅引起地区大气降水方程斜率和截距的微弱减小。研究表明,单个降水原始资料的同位素分析,能产生长期加权平均降水同位素分析得不到的宝贵信息。     

Orbital- and sub-orbital-scale climate impacts on vegetation of the western Mediterranean basin over the last 48,000 yr

High-resolution pollen analysis of Alborán Sea core MD95-2043 provides a 48-ka continuous vegetation record that can be directly correlated with sea surface and deep-water changes. The reliability of this record is supported by comparison with that of Padul (Sierra Nevada, Spain). Marine Isotope Stage (MIS) 3 was characterised by fluctuations in Quercus forest cover in response to Dansgaard-Oeschger climate variability. MIS 2 was characterised by the dominance of semi-desert vegetation. Despite overall dry and cold conditions during MIS 2, Heinrich events (HEs) 2 and 1 were distinguished from the last glacial maximum by more intensely arid conditions. Taxon-specific vegetation responses to a tripartite climatic structure within the HEs are observed. In MIS 1, the Bölling-Allerød was marked by rapid afforestation, while a re-expansion of semi-desert environments occurred during the Younger Dryas. The maximum development of mixed Quercus forest occurred between 11.7 and 5.4 cal ka BP, with forest decline since 5.4 cal ka BP. On orbital timescales, a long-term expansion of semi-desert vegetation from MIS 3 into MIS 2 reflects global ice-volume trends, while Holocene arboreal decline reflects summer insolation decrease. The influence of precession on the amplitude of forest development and vegetation composition is also detected.     

An assessment of human versus climatic impacts on large-sized basin erosion: the case of the upper Yangtze River

Riverine sediment load, a reflection of basin erosion and sediment yield, is influenced by both climatic and human factors. Complex interaction between various factors within a basin dampens and counteracts the forces that drive sediment variations. The gross human impact index and the index estimation method have both been proposed to reflect the impacts of human activities on soil erosion and sediment yield. Sediment load and daily rainfall data from 1955 to 2010 in the upper Yangtze basin, and in the Wu, Jialing, Min and Jinsha subbasins, were collected to assess the human versus climatic impacts on sediment yield. From 1955 to 2010, the average annual runoff in the study area was 428.2 billion m³, and the average annual suspended sediment load was approximately 0.43 billion t. There was a critical point in 1984, 1985, 1991, 1993 and 1999 when the sediment load decreased in the Wu, Jialing, upper Yangtze, Min and Jinsha river, respectively. The annual regional rainfall erosivities in the upper Yangtze basin in most years ranged between 2,500 and 3,500 MJ mm hm^?2 h^?1 year^?1 and fluctuated around 3,000 MJ mm hm^?2 h^?1 year^?1 with a small coefficient of variation of 0.11. In the Jinsha subbasin, the index indicated that increasing rainfall erosivity could not account for the reduction in riverine sediment load and that anthropogenic erosion-control measures played a key role. The index values for the Min, Jialing and Wu subbasins ranged from 76 to 97 % and for the upper Yangtze basin is 95 %, demonstrating the joint effects of precipitation and human activities in all basins, with erosion-controlling measures playing a major role in sediment load reduction.     

长江水质地球化学

文章在对1958—1990年期间长江水系191个站点水质监测资料进行统计分析的基础上,研究了长江主要离子的地球化学。结果表明,长江水系各地河水总溶解性固体(TDS)含量的差别达一个数量级(49·7~518·1mg/L),TDS的平均值为205·9mg/L,是全球河流均值的3倍。相比之下,河水TDS含量的季节性变化并不大,尽管河水流量的季节变化很大。长江的主要离子化学主要受岩石风化作用,尤其是碳酸盐矿物的溶解作用所控制。长江中上游的川贵地区酸雨严重。酸雨作用于当地广泛分布的石灰岩和富含碳酸盐的三叠纪砂页岩,导致近半个世纪来长江水质的酸化趋势,使大部分河段SO24-和Ca2+含量增高,总硬度与总碱度的比值增高。     

气候变化对黄河流域生态径流影响预估

人类活动和气候变化严重改变了黄河水文情势和生态径流,分析未来气候变化对河流生态的影响对流域水资源管理和长期规划意义重大。本文对第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的13个全球气候模式数据进行偏差订正,驱动水文模型进行径流模拟,应用流量历时曲线方法分析SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5情景下2026年至21世纪末年、季节尺度的花园口生态径流变化。结果表明:订正能明显降低降水、气温模拟偏差;人类活动严重影响了1986-2010年花园口生态径流;2026-2100年年均气温和年降水量增加趋势显著,低排放情景增速慢,高排放情景增速快;气候变化可在一定程度上缓解水库调控、水土保持等人类活动对生态径流的负面影响,SSP5-8.5情景缓解程度最高,冬季缓解程度最高,夏、秋季最低。     

长江流域矿产资源特征及成矿规律

长江流域分布着我国很多重要的矿产资源基地。在长江流域不搞大开发的前提下，如何合理地开发利用矿产资源以保障国家的能源资源安全，同时又要保护生态环境，达到人类与环境和谐共赢的目的，是当前迫切需要研究的新课题。本文系统梳理了长江流域已发现的128种矿产、14683处矿产地信息，总结了长江流域矿产资源分布特征，系统分析了长江领域矿产资源的时空演化规律。长江流域矿产种类较齐全，能源矿产总体不发育但页岩气有潜力，金属矿产以铁、有色金属为主，矿物类和岩石类非金属矿产都比较发育，水气矿产潜力很大。时间上，成矿历史悠久，按构造演化时段，可分为太古宙、元古宙、晚古生代、早古生代、中生代、新生代6个时段，以中生代和晚古生代为主要成矿期；空间上，可划分八大资源集中区，上游矿产地数量较多，但下游成矿密度更大。只要合理布局，科学谋划，加强法制，严格管控，通过矿产资源的高端开发利用，不但可以为社会经济的高质量发展提供资源保障，也可以为环境保护作出新的贡献。