利用重力卫星GRACE监测亚马逊流域2002—2010年的陆地水变化

本文利用GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) 卫星重力资料研究了亚马逊流域2002—2010年的陆地水变化,并与水文模式和降雨资料进行了比较分析.在年际尺度上,GRACE结果表明:2002—2003年和2005年,亚马逊流域发生明显的干旱现象;2007年至2009年,陆地水呈逐年增加的趋势,并在2009年6月变化值达到最大,为772±181 km3;自2009年6月至2010年12月,陆地水总量又急剧减少了1139±262 km3,这相当于全球海平面上升3.2±0.7 mm所需的水量.水文模式得到的亚马逊流域陆地水在2010年也表现出明显的减少.降雨资料与GRACE观测资料有很好的一致性.在2005年和2010年的干旱期,亚马逊流域的降雨显著减少,说明降雨是亚马逊流域陆地水变化的重要因素.此外,本文采用的尺度因子的方法有效地降低了GRACE后处理误差的影响.     

2005—2017年两次强ENSO事件对中国区域陆地水储量变化影响的卫星重力观测

近年来极端气候事件的频发对全球和区域性水循环产生了重大影响,特别是2005—2017年间两次强ENSO(El Nino-Southern Oscillation)事件使得全球陆地水储量出现了较大的年际波动.GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)重力卫星随着数据质量的提高、后处理方法的完善和超过十年的连续观测,捕捉陆地水储量异常的能力明显提高,这为研究2005—2017年间两次强ENSO事件对中国区域陆地水储量变化的影响提供了观测基础.本文综合利用GRACE卫星重力数据、GLDAS水文模型和实测降水资料分析了中国区域陆地水储量年际变化和与ENSO的关系.研究发现:长江流域中、下游地区和东南诸河流域与ENSO存在较高的相关性,与ENSO的相关系数最大值分别为0.55、0.78、0.70,较ENSO分别滞后约7个月、5个月和5个月.其中长江流域下游地区与ENSO的相关性最强,2010/11 La Nina和2015/16 El Nino两次强ENSO事件使得陆地水储量分别发生了约-24.1亿吨和27.9亿吨的波动.在2010/11 La Nina期间,长江流域下游地区和东南诸河流域陆地水储量异常约在2011年4—5月达到谷值,而长江流域中游地区晚1~2月达到谷值.在2015/16 El Nino期间,长江流域中、下游地区和东南诸河流域陆地水储量从2015年9月到2016年7月持续出现正异常信号.其中,2015年秋冬季(2015年9月至2016年1月)陆地水储量异常明显是受此次El Nino同期影响的结果;2016年春季(4—5月)陆地水异常是受到此次厄尔尼诺峰值的滞后影响所致;2016年7月的陆地水储量异常则与西北太平洋存在的异常反气旋环流有关.     

1960年以来气候变化与人类活动对鄱阳湖流域生态径流改变的影响

基于鄱阳湖流域五河水文站1960-2013年逐日径流量和14个国家级气象站的日气象数据,本文利用长短记忆模型框架构建神经网络模型来开展鄱阳湖流域的径流过程模拟,结合生态赤字与生态盈余等生态径流指标,定量分析了鄱阳湖流域的水文变异特征.同时,利用差异化的情景模拟方式,定量区分了人类活动和气候变化对鄱阳湖流域生态径流变化的...     

南四湖流域1980-2015年土地利用变化及其对流域生境质量的影响

生境质量在一定程度上决定了区域生物多样性维持能力的高低,评估区域生境质量对土地利用/覆被变化的响应,可以间接衡量区域生物多样性维持功能的时空变化,为生物多样性保护提供定量参考.本文以南四湖流域为例,运用InVEST-Habitat Quality模型模拟评价1980-2015年流域生境质量的时空变化,定量评估湖区退耕还湿还林和丘陵地区退耕还林2种政策情景对区域生境质量改善的效果.结果表明：35 a间流域耕地、林地和草地大量转化为建设用地,城市建设用地增长40.23%,湖泊面积减少35.56%,主要转化为渔业坑塘;南四湖流域整体生境质量处于较低水平,近35 a来快速发展的工农业生产和不断扩张的城市用地使得流域生境质量呈现降低趋势,当前平均生境质量为历年最低（0.20）.环境保护力度和人类活动剧烈程度的差异导致生境质量在空间上呈现出西部平原区（0.19） < 东部丘陵山区（0.44） < 南四湖湖区（0.81）的分布特征.近35 a来生境稀有度（即生境保存完整性指数）较高的区域主要是湖区主体和流域东部丘陵山区,但部分边缘湖区生境稀有度指数却极低,受人类活动干扰剧烈,主要原因在于沿湖渔业养殖和农业活动.定量评估湖区退耕还林还湿和流域丘陵旱地退耕还林2种政策情景对生境质量的改善效果,结果表明湖区退耕还湿还林能使湖区生境质量上升9.21%,而丘陵旱地退耕还林可使流域平均生境质量提高16.75%.     

1960-2012年鄱阳湖流域旱涝急转事件时空演变特征

基于鄱阳湖流域五河7个主要入湖控制站1960-2012年的实测径流资料,通过短周期旱涝急转指数,结合TFPWMK趋势检验法及集合经验模态分解法,分析了鄱阳湖流域旱涝急转事件的时空分布、演变趋势、强度及周期变化等,并探讨了旱涝急转指数的不确定性及旱涝急转事件的成因.结果表明:鄱阳湖流域旱涝急转事件主要分布在3-10月,其中3-6月主要表现为"旱转涝",7-10月主要表现为"涝转旱",且不同年代间存在一定的时空差异;五河以轻度旱涝急转事件为主,重度旱涝急转事件发生频率较低,主要发生在抚河、信江和饶河流域,且多以"涝转旱"事件为主;在年代际上,鄱阳湖流域旱涝急转事件在1990s发生的频率最高,在2000s最低.同时,除饶河外,鄱阳湖流域年最强"涝转旱"事件的发生强度呈减弱趋势,而年最强"旱转涝"事件的发生强度在赣江和修水北支有减弱趋势,在饶河和修水南支有增强趋势.五河旱涝急转的变化存在2个特征时间尺度,分别为1a和21～35a,而年最强旱涝急转事件的发生强度具有3a左右的周期变化特征.这些变化与流域降水的不均匀性及强烈的人类活动等有关.本研究结果有助于全面系统认识鄱阳湖流域在全球变暖背景下极...     

鄱阳湖水龄季节性变化特征

基于环境水动力学模型EFDC源程序,建立了染色剂模型和水龄模型,在将模型与航测水文数据验证吻合的基础上,分别计算了鄱阳湖自然条件下春、夏、秋、冬季的水龄和倒灌前后鄱阳湖染色剂和水龄分布的变化,以及五河水系各分支河流水龄.分季节的水龄计算表明鄱阳湖水体交换受季节性来水影响明显.夏、秋季的水龄相对较小,在多数年份又受到长江水倒灌的影响导致水龄有所增大;冬、春季水龄较大,亦无长江水倒灌现象,相较于夏、秋季,水域面积明显减少.分支流的水龄计算表明,西南湖区的水体交换主要受到赣江的影响,西北湖区水体交换主要受到修水和赣江的影响,南部湖区主要受到抚河与信江的影响,东部湖区主要受到饶河的影响,湖心区和入江水道则受到五河水系的综合影响.同时水龄的研究表明拟建的鄱阳湖水利枢纽工程"调枯不调洪"的原则是合理的,为鄱阳湖水利枢纽工程论证提供了重要的参考依据.     

鄱阳湖水利枢纽工程对湖泊水位变化影响的模拟

水位变化是影响湖泊水文过程和生态环境的重要因素.本研究基于环境流体动力学(EFDC)模型构建了鄱阳湖水利枢纽工程与主湖区的二维模型,模拟水利枢纽工程运行后对主湖区及湿地保护区水位变化节律的影响.模拟结果表明:水利枢纽工程对湖泊水位的影响由北向南逐渐减小,水利枢纽工程提升了大湖北部水位,使南北水位差减小,将影响鄱阳湖枯水期的流速及自净能力.吴城和南矶湿地自然保护区核心区水位变化受水利枢纽工程的影响较小,吴城自然保护区核心区在水位低于13.8 m时与大湖脱离,不再受水利枢纽工程影响,但水利枢纽工程会影响蚌湖与大湖脱离时间;南矶自然保护区位于鄱阳湖南部,水位受水利枢纽工程影响很小.水利枢纽工程条件下,湖泊水位受人工控制,枯水年和平水年湖泊水位的变化基本一致;枯水年水利枢纽工程对湖泊水位的影响大于平水年,但对湖泊南部的水位变化影响仍然较小.模型模拟结果可以揭示在目前调度方案下,水利枢纽工程对湖泊水位变化节律的影响规律,为工程建设提供一定的理论参考.     

淮河流域焦岗湖水质参数时空变化及影响因素

焦岗湖是淮河左岸一个天然湖泊,集防洪、灌溉、养殖、旅游等多种功能于一体.利用焦岗湖4个季节水质监测数据,运用Kriging方法,分析焦岗湖水质参数的时空变化及影响因素.结果表明:由于受水文季节变化过程及人类活动等综合影响,焦岗湖水质参数在时间及空间上均存在一定差异.从时间变化来看,夏季透明度较低、秋季较高;溶解氧浓度在春、冬季显著高于夏、秋季;总氮、总磷浓度与高锰酸盐指数均表现为夏季最高、秋季最低.从空间变化来看,4个季节的透明度空间差异较为显著;溶解氧浓度在春、冬季空间分布较为均匀,夏季呈现中心高周围低的变化趋势,秋季则表现为西高东低;总磷浓度春季分布较为均匀,夏、秋及冬季则呈西高东低之势;高锰酸盐指数在春、秋季节呈现东高西低之势,夏季高浓度主要集中在湖区北部,冬季浓度变化不大.     

鄱阳湖“五河”入湖口沉积物中微塑料污染物的特征及其时空分布

微塑料作为新型环境污染物正日益受到人们密切关注,为探索微塑料在鄱阳湖流域的污染状况,以鄱阳湖流域"五河"入湖口的沉积物为研究对象,分别在3个水文周期（平水期、丰水期和枯水期）选择6个典型区域采集沉积物进行分析.采用浮选分离方法及金相显微鉴定技术,分析鄱阳湖"五河"入湖口沉积物中微塑料的类型、丰度和表面形貌等特征,旨在揭示鄱阳湖沉积物中微塑料的空间分布规律及不同水位期的动态变化.研究结果显示微塑料的类型有碎片类、发泡类、薄膜类和纤维类,其中主要以碎片类微塑料为主,所占百分比为51.95%;70%的微塑料粒径<1 mm,微塑料（<5 mm）的平均丰度为811.11 n/kg,6个样点的微塑料丰度值表现为朱港 > 吴城 > 渡头乡 > 龙口 > 瑞洪镇 > 南矶山.6个样点的微塑料丰度值与鄱阳湖水位动态均具一致性,在枯水期所占比例最高,达到44.41%;平水期次之,达到31.52%;丰水期所占比例最低,仅占24.07%.不同水期、不同样地存在不同程度的微塑料污染问题警示人们要重视塑料垃圾的排放及其污染问题,以减少对湖泊、河流等湿地生态环境的影响.     

鄱阳湖水位变化规律的研究

根据都昌水位站１９５３￣１９９２年水位资料,对鄱阳湖水位的基本特征、退水过程及演变趋势进行了统计分析,在此基础上指出鄱阳湖开发利用中面临的主要问题和水位变化对鄱阳湖生态环境可能造成的影响。     

鄱阳湖区水资源综合开发与治理

以鄱阳湖区自然条件为基础,分析了湖区水资源开发利用现状,水体污染现状以及水旱灾害,并对湖区２０００年与２０１０年的需水量及水质污染进行了预测,最后,对整个湖区水资源的综合开发治理作了较全面的规划。     

鄱阳湖碟形湖泊植物分解和水位变化对水体碳、氮浓度的叠加效应

以鄱阳湖典型碟形湖泊——白沙湖为监测对象,开展水体有机碳(TOC)、总氮(TN)、铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO_3~--N)浓度的年内动态变化的定位观测,结合在白沙湖开展的灰化薹草(Carex cinerascens)分解模拟实验和稳定同位素示踪技术,对薹草分解过程和水体营养盐浓度变化进行时间匹配,分析水体中颗粒态有机物(POM)的来源,并探讨水位变化和薹草分解对水体营养盐浓度的交互作用.结果表明,水体TOC、TN和NH_4~+-N浓度在枯水季1—4月明显高于其他月份;薹草在0~60 d具有最高的分解速率,鄱阳湖碟形湖泊洲滩湿地薹草分解起始时间为当年12月前后;水体POM与薹草活体和分解残体的δ~(13)C差异不显著,而与苦草和藻类具有显著性差异,说明薹草分解残体是水体中POM的主要来源;薹草分解过程明显影响湖泊水体TN、NH_4~+-N和TOC浓度变化;水位变化对湖泊水体NO_3~--N浓度变化效应最明显.     

丰水期鄱阳湖水体中氮、磷含量分布特征

以2011年7月份鄱阳湖实测数据为参考,对鄱阳湖丰水期总氮(TN)、总磷(TP)空间分布特征及其影响因素进行了分析,并就鄱阳湖氮、磷营养盐结构特征及其与叶绿素a的相关性进行了探讨.结果表明:鄱阳湖氮、磷含量已经达到了发生富营养化的条件,且TN含量呈现由东向西、由南向北逐渐降低的趋势;TP在几个主要的采砂区,尤其是南北湖交界处污染最严重.鄱阳湖以磷限制为主,氮污染相对比较严重,且氮、磷不是鄱阳湖藻类生长的限制性因素.TN同时受悬浮泥沙和水流作用的影响,在上游航道受水流影响较大,在入江水道则主要受陆源污染的影响.TP含量则主要受悬浮泥沙和采砂活动的影响,受水流作用影响相对较小.     

洪泽湖出入河流及湖体氮、磷浓度时空变化(2010—2019年)

基于2010-2019年洪泽湖湖体水质逐月监测数据,筛选出影响湖体水质的主要污染物指标为总氮（TN）和总磷（TP）;选取洪泽湖周边25条主要入湖河流和2条出湖河流在2019年10月2020年9月的监测数据,探讨河流外源性输入对不同湖体区域氮磷的影响及其水期变化规律.结果发现：①湖体TN、TP浓度长期居高不下,年均浓度范围分别在1.39~1.86、0.080~0.171 mg/L波动.主要入湖河流TN、TP时空平均浓度（1.92~5.70和0.114~0.181 mg/L）,均高于同区域湖体（1.15~1.46和0.088~0.101 mg/L）,其中北部入湖河流肖河、马化河和五河与临近湖区TN、TP浓度呈现显著正相关,是影响北部湖体TN、TP浓度的主要河流;南部入湖河流维桥河和高桥河是临近湖区非极端降雨期TN、TP的主要来源.②调水工程对湖体及入湖河流TN、TP浓度分布影响显著,调水期湖体沿调水方向TP浓度逐渐上升,TN浓度则呈现先降后升的趋势,南部入湖河流维桥河和高桥河TN浓度达到水期峰值,分别为10.69和9.90 mg/L.③极端降雨期入湖河流的TN、TP浓度显著高于其它水期,由于湖体对TN、TP的富集作用不同,TP浓度呈现中间高,四周低,而TN浓度呈现沿洪水流向逐渐降低的规律.