黄河源区植被对活动层温度和水分的影响

植被和活动层水热关系是青藏高原冻土生态环境的重要组成部分,对气候变化和工程活动积极响应,是目前全球变化研究的热点之一.为了解植被差异对活动层水热过程的影响,以场地监测和植被调查数据为基础,分析了黄河源区高温高海拔多年冻土区同一地貌单元内局地条件相似而植被差异显著的3个场地活动层温度和水分变化.初步结果表明:植被盖度较低时,活动层水分含量也低,且含水量高值区趋于中下部;植被盖度较高时,冷季地气温差和温度位移都减小,暖季地气温差增大;随着植被盖度增大,冻融开始和结束时间明显滞后,冻融持续时间延长.初步揭示了黄河源区地表植被对活动层水分和温度的影响过程,对研究和保护高寒生态环境稳定具有重要意义.      

黄河源区水环境变化及黄河出现冬季断流的原因

自1954年有水文观测资料以来,黄河曾在青海省玛多县黄河沿水文站发生过3次断流。本文在分析黄河源区水环境特征及其影响因素的基础上指出,鄂陵湖、扎陵湖的环湖融区调节能力低,当遇到连续干旱、冬季其调节水量不足以维系黄河径流时便会发生断流,这是断流的主因。湖水位降低、开采沙金、过度放牧等自然和人为因素也会对黄河发生断流产生影响。鄂陵湖口附近黄河上修建的水电站开始蓄水,提高了两湖及环湖融区的调节能力,今后黄河冬季出现断流的可能性将大为降低。     

黄河源区1000年以来的环境演化

黄河源区地处青藏高原东北部,其环境变化一方面是青藏高原东北部环境变化的反映,另一方面对研究黄河的发育和演变有着重要意义.本文详细研究了黄河源区鄂陵湖岸边剖面的第四系沉积特征、孢粉组合特征、磁化率和碳酸盐含量变化,结合OSL测年,将黄河源区1000年以来的环境演化分为三大阶段,即1000年以前和360年以来气候相对比较干旱,1000～360年期间气候相对比较湿润,显示出一个较大的干冷-温湿-干冷气候变化旋回.在后两大阶段中又可以进一步划分出4个相对温湿的气候段和3个相对干冷的气候段.     

黄河源区1000年以来的环境演化

黄河源区地处青藏高原东北部,其环境变化一方面是青藏高原东北部环境变化的反映,另一方面对研究黄河的发育和演变有着重要意义.本文详细研究了黄河源区鄂陵湖岸边剖面的第四系沉积特征、孢粉组合特征、磁化率和碳酸盐含量变化,结合OSL测年,将黄河源区1000年以来的环境演化分为三大阶段,即1000年以前和360年以来气候相对比较干旱,1000～360年期间气候相对比较湿润,显示出一个较大的干冷-温湿-干冷气候变化旋回.在后两大阶段中又可以进一步划分出4个相对温湿的气候段和3个相对干冷的气候段.     

黄河源区基流变化及其植被响应研究

黄河源区是我国最大的自然保护区之一,但近年来存在一系列严重的生态环境退化现象。来自地下水的基流量的变化正是植被生长环境变化的直接反映,因此开展基流量变化研究对于高寒干旱区的生态环境变化规律认识与环境恢复都具有重要的科学价值。黄河源区地下水位变化对植被生长具有直接的影响,研究结果表明：1956-1998年来自地下水的基流量总体上呈现枯—丰—枯的变化规律,表明了源区地下水位呈现低—高—低的总体变化规律;源区的基流量与地表植被的生长之间具有良好的相关性,汛期降水之后,地下水对植被生长的影响逐渐增大。     

黄河源区的古冰川与古环境探讨

黄河源区盆地北面的扎日加山，布青山、阿尼玛卿山和南面的巴颜喀拉山，中 新世以来有３次大冰期，以倒数第三次冲川规模最大，形成４个大冰帽。中更新世开始，由于昆仑山的强烈隆起，盆地沉积中心由北向南迁移，形成了河源区下沉性湖泊群，堆积了厚数十米至两百多米的河湖相沉积。     

气候变化对黄河源区水资源的影响

利用气候模型结果和大尺度分布式水文模型评估黄河源区未来的水资源.根据IPCC DDC的13个系列的GCMs成果,结合黄河源区的实测气象资料,分析了该地区气候在未来100 a内的可能变化;建立了考虑融雪和冻土影响的分布式水文模型,经验证该模型能够适用于黄河源区.计算出了相应的径流情景,分析了黄河源区水量尤其是水资源特性(径流的年内、年际分布)的可能变化;对南水北调西线工程的需水量进行了简单评估.     

黄河源区冻土对植被的影响

黄河源区由于近年来气候变化的影响,打破了高寒植被与冻土环境之间稳定的适应性关系,由此引发了一系列生态环境退化的现象.在黄河源区多年野外工作的基础上,定量分析了冻土与植被之间的关系.研究表明:多年冻土埋深通过影响浅层土壤含水量影响植被生长的,多年冻土的埋深与浅层土壤含水率和植被的覆盖率具有良好的相关性规律.冻土埋深<2 m时,冻土埋深决定浅层土壤含水率,成为影响植被的生长主要因素;埋深>2 m时,冻结层上水水位低、补给量少,冻结层上水水量小,毛细上升高度不能达到植被根系分布的浅层土壤中,植被生长环境干旱化,多数植被生长受限制,这时只有少量根系发达的耐旱植被存活,覆盖率小,一般不超过35%.因此,2 m的多年冻土埋深为“生态冻土埋深”.近20 a来,黄河源区地温长期处于增温状态,多年冻土出现表层融化,形成深埋的或少冰的冻土等现象;部分地带完全融化消失,连续多年冻土变成不连续冻土或岛状冻土.多年冻土退化后,土壤含水量减少,导致植被物种更替、“黑土滩”等退化现象.     

黄河源区潜在蒸散量估算方法适用性分析

潜在蒸散量（Potential Evapotranspiration）是区域水量平衡研究的重要参数。为在资料短缺的情况下准确计算潜在蒸散量,并科学评价其简化算法的适用性。基于黄河源区11个气象站点1970—2018年气温、降水、相对湿度、风速、日照时数等逐日观测资料,以联合国粮农组织（FAO）推荐的Penman-Monteith（PM）法为参考,从年、月及空间尺度等方面分析了Priestly-Taylor（PT）法、Doorenbos-Pruitt（DP）法、Hargreaves-Samani（HS）法、Rohwer（RO）法、Thornthwaite（TH）法、Blaney-Criddle（BC）法6种简易算法的计算精度。结果表明在黄河源区HS法与PM法的平均偏差最低,仅为3.487 mm/mon,精度最高。但HS法未考虑平均相对湿度对于潜在蒸散量估算效果的影响,在气候湿润的黄河源区东南部红原县、河南县、若尔盖县、玛曲县及久治县存在精度不高的问题。因此引入平均相对湿度因子对HS法进行修正,并评价了改进后的HS法的应用效果。结果表明,引入平均相对湿度因子修正HS法后,黄河源区整体年潜在蒸散量的平均偏差由−22.008 mm/a降至6.174 mm/a;月潜在蒸散量的平均偏差由3.487 mm/mon降至1.031 mm/mon;空间尺度上,以上5县的平均偏差明显降低,平均降幅达5.33 mm/mon。表明改进后的HS法能够有效解决黄河源区东南部精度不高的问题,可以为黄河源区潜在蒸散量的简化计算提供参考。     

黄河源区河流阶地特征及源区黄河的形成

提要：本文通过对黄河源区河流阶地的系统测量和研究,认为黄河源区黄河阶地主要由堆积阶地组成,少量侵蚀阶地,阶地拔河高度低,阶面比较开阔平坦。黄河自源头至入扎陵湖段仅发育一级河流阶地,从鄂陵湖出水口至黄河乡段发育两级河流阶地,从黄河乡以下至久治县东段发育三级河流阶地。结合ESR测年结果,黄河源区河流阶地形成的时间主要为中更新世晚期—全新世,T1河流阶地的形成时代约为1万年;T2河流阶地的形成时代为5.8～1.9万年;T3河流阶地的形成时代为16.1～2.5万年。河流阶地研究表明,黄河在源区形成较晚,可能为晚更新世晚期。     

黄河源区多年冻土活动层土壤水文过程季节变异分析

为从整体上认识多年冻土活动层土壤水文过程季节变异特性,以黄河源区巴颜喀拉山北坡冻土剖面为例,结合大气降水、冻土土壤水分、冻土层上水的野外观测,采用HYDRUS-1D软件冻融模块进行模拟分析,分析冻融作用对活动层土壤水文过程的影响,研究结果表明:(1)冻土层上水位与土壤水热之间存在着相互影响、相互作用的关系,依据活动层土壤温度变化,基于冻融过程,多年冻土活动层土壤水分与冻土层上水位可划分为冻结稳定、快速融化、融化稳定和快速冻结4个阶段。(2)降雨入渗是坡面尺度下活动层土壤水文过程的主要驱动力,活动层冻融锋面是主要限制性因素,受冻融过程影响,冻结期降雨减少,土壤冻结,土壤储水能力下降,土壤水分下渗停止,坡面侧向流动减弱,土壤水分和冻土层上水位处于下降趋势;融化期降雨增多,土壤融化,土壤储水能力上升,土壤水分下渗强烈,坡面侧向流动增强,土壤水分和冻土层上水位处于上升趋势。(3)受坡面地形影响,上坡活动层厚度大于下坡,上坡冻融锋面变化较下坡平缓,上坡土壤水分和冻土层上水位的变化幅度相对下坡较为平缓,而上坡土壤水分相对下坡含量较低,下坡冻土层上水位相对稳定。     

1976-2014年黄河源区湖泊变化特征及成因分析

选取黄河源区1976-2014年Landsat系列卫星影像, 解译了该区域1 km²以上的42个湖泊水面. 结果表明: 除鄂陵湖外, 扎陵湖和其他中小湖泊在过去的38 a间总体上存在稳定(1976-1994年)-萎缩(1994-2004年)-扩张(2004-2010年)-稳定(2010-2014年)四个阶段的变化过程, 湖泊总面积2004年最小, 2007年已经超过1976年. 扎陵湖和鄂陵湖2004年面积仅较1994年萎缩了1.4%, 萎缩幅度很小. 2005年, 扎陵湖水面已恢复到萎缩前的水平. 鄂陵湖在2005年以后水位开始快速上升, 2007年7月上升至海拔4 270 m以上, 2008-2014年的平均水位达到海拔4 270.58 m, 较1986-1999年的平均值(海拔4 268.25 m)上升了2.33 m, 湖面较1994年扩张了30.0~45.2 km². 中小湖泊面积1994-2004年从288.0 km²萎缩到193.0 km², 萎缩幅度33.0%, 2004年是萎缩速度最快的一年, 2005年即迎来了快速增长, 这两年中小湖泊面积的年均变化率分别达到-14.5%·a^-1和 32.9%·a^-1, 变化速率远大于其他年份. 1956-2014年的气候水文变化显示, 58 a来研究区气温上升趋势显著, 变化倾向率达到了0.32℃·(10a)^-1. 2003、2004和2005年蒸发能力、降水量、径流量开始依次显著增加, 至2014年, 平均较前分别偏多53.8 mm(6.9%)、57.4 mm(18.5%)和 3.523×10⁸ m³(52.7%). 湖泊面积对气候、水文变化以及人类活动的响应关系表明, 作为特大型外流湖, 扎陵湖、鄂陵湖受降水径流补给变化的影响相对较小, 鄂陵湖2005年后的扩张是下游黄河源电站抬高水位所致. 中小湖泊面积变化与降水、径流有密切的关系, 近期扩张是由降水、径流显著增加引起. 流域尺度上, 气温上升、蒸发能力增强不是2005年以后湖泊扩张的直接原因.     

Evolution of the freeze-thaw cycles in the source region of the Yellow River under the influence of climate change and its hydrological effects

As an important water source and ecological barrier in the Yellow River Basin, the source region of the Yellow River (above the Huangheyan Hydrologic Station) presents a remarkable permafrost degradation trend due to climate change. Therefore, scientific understanding the effects of permafrost degradation on runoff variations is of great significance for the water resource and ecological protection in the Yellow River Basin. In this paper, we studied the mechanism and extent of the effect of degrading permafrost on surface flow in the source region of the Yellow River based on the monitoring data of temperature and moisture content of permafrost in 2013–2019 and the runoff data in 1960–2019. The following results have been found. From 2013 to 2019, the geotemperature of the monitoring sections at depths of 0–2.4 m increased by 0.16°C/a on average. With an increase in the thawing depth of the permafrost, the underground water storage space also increased, and the depth of water level above the frozen layer at the monitoring points decreased from above 1.2 m to 1.2–2 m. 64.7% of the average multiyear groundwater was recharged by runoff, in which meltwater from the permafrost accounted for 10.3%. Compared to 1960-1965, the runoff depth in the surface thawing period (from May to October) and the freezing period (from November to April) decreased by 1.5 mm and 1.2 mm, respectively during 1992–1997, accounting for 4.2% and 3.4% of the average annual runoff depth, respectively. Most specifically, the decrease in the runoff depth was primarily reflected in the decreased runoff from August to December. The permafrost degradation affects the runoff within a year by changing the runoff generation, concentration characteristics and the melt water quantity from permafrost, decreasing the runoff at the later stage of the permafrost thawing. However, the permafrost degradation has limited impacts on annual runoff and does not dominate the runoff changes in the source region of the Yellow River in the longterm.     

黄河源地区磁组构特征及其地质意义

黄河源区位于青藏高原东北部,区内主要为三叠系沉积地层,发育一系列由北向南的推覆构造带,间有早期近直立的韧性剪切带。笔者对黄河源地区巴颜喀拉山群沉积岩进行了磁组构分析,结果显示岩石磁化率各向异性度P值和磁化率百分率各向异性度H值均不大,反映该地区总体韧性变形较弱,较强韧性变形仅发育于局部地段;岩石磁组构具有磁面理发育、磁线理不发育、磁化率椭球呈压扁形椭球体的特点,反映在挤压应力作用下,岩石发生了压扁变形,主应力方位主要为NNE-SSW(近SN)向,其次为NE-SW向。根据岩石磁组构分析认为黄河源地区存在两条韧性剪切带,韧性剪切带与现今湖泊水体的展布有一定的耦合关系;北部韧性剪切带沿现今黄河河谷分布,控制着扎陵湖、鄂陵湖和玛多"四姐妹湖"的展布;南部韧性剪切带沿岗纳格玛错—野牛沟一线展布,控制着岗纳格玛错和尕拉拉错等残余湖泊的分布。     

Land degradation in the source region of the Yellow River, northeast Qinghai-Xizang Plateau: classification and evaluation

Land degradation imposes a great threat to the world. It is not merely an environmental issue, but also a social and economic problem. Land desertification is among the main aspects of environment changes in the source region of the Yellow River. Previous studies focused on water resource utilization and soil erosion, but land degradation in the source region of the Yellow River even the whole Qinghai-Xizang Plateau received little attention. Based on the data obtained by field investigation and TM satellite images of 2000, this study provides the classification and evaluation information of the land degradation in the source region of the Yellow River. There are six types of land degradation in this region: water erosion in the northern mountains around the Gonghe Basin, sandy desertification in the Gonghe Basin and Upland Plain Area, aridization in the lower reaches, salinization in the Gonghe Basin, vegetation degradation in the intramontance basin and freezing and thawing erosion in the high mountains. The total degraded area is 34,429.6 km², making up 37.5% of the land in the study area. Finally, land degradation in the source region of the Yellow River was evaluated according to changes in the physical structure and chemical component of soils, land productivity, secondary soil salt and water conditions.     

黄河源区气温变化特征及预估分析

利用黄河源区青海段9个代表性站点1961-2017年逐日气温资料和未来RCP4.5排放情景下的预估数据,分析和预估了黄河源区年平均、年平均最高、年平均最低和极端气温变化特征。结果表明：近57年来年平均最高、年平均、年平均最低气温均呈显著上升趋势且倾向率依次增大。年平均气温和年平均最高气温在1997年存在显著突变。通过分析1961-1997年、1998-2007年以及2008-2017年阶段性变化可知,年平均气温持续上升,年平均最高气温先上升后趋于稳定,而年平均最低气温升温速率在1998-2007年最大,2008-2017年升温速率较1998-2007年有所降低。暖昼日数持续增多,霜冻日数和冰封日数持续减少,冷夜日数在1998-2007年减少速率最低,近10年来减少速率增大。未来33年黄河源区年平均、年平均最高、年平均最低气温和极端暖事件均呈明显的增加趋势,极端冷事件呈减少趋势。对黄河源区过去和未来气温变化规律进行了探讨,将为该区域气温变化对策的制定与实施提供理论依据。