ENSO事件对长江上游1470-2003年旱涝灾害影响分析

对长江上游旱涝灾害时间序列(1470-2003年)及SST指数序列(1868-2003年)作统计相关与谱分析,探讨了长江上游旱涝灾害与ENSO事件的遥相关关系.结果表明:长江上游旱涝灾害主周期要大于ENSO事件的主周期,前者主周期主要为16.69a,5.09a以及10.47a,而后者主周期主要为5a,～10～12年以及～10a.交叉谱分析结果表明,长江上游旱涝灾害与SST在约5a以及约10～12a周期上呈现出显著的相关性.可以认为ENSO事件发生周期与生存周期的长短直接影响着长江上游旱涝灾害发生的周期与频率,并在5a以及10～12a的周期上表现出高的统计相关性.SST指数与长江上游旱涝灾害相关分析表明,ElNiño事件的发生使长江上游发生旱灾机率增大,而LaNiña事件的发生则使长江上游发生涝灾的机率增大.     

1961-2010年西北干旱区极端降水指数的时空变化分析

结合绝对阈值和百分位法定义极端降水事件的优点,提出了一种更灵敏的检测极端降水事件的方法. 该方法不仅能检测出常用降水指数无法检测到的降水量稀少地区尤其干旱区的极端降水事件,同时也能过滤掉其检测到的降水量丰富地区的虚假极端降水事件. 此方法首次被应用于统计1961年1月至2010年2月西北干旱区72个气象站点的年和季节的极端降水指数（大降水和强降水指数）,并分析了极端降水指数的时间变化趋势及其空间分布特征. 结果表明：西北干旱区春（3-5月）、秋（9-11月）、冬（12月至次年2月）三季极端降水指数无显著（P>0.05）变化趋势,夏季（6-8月）大降水的频率和降水量以及大降水降水量占总降水量的比重都显著增加;新疆地区极端降水指数为增加趋势的区域基本都分布在海拔较高（约海拔1 000 m以上）的地区;西北干旱区东部极端降水指数变化趋势的空间分布有明显的季节差异,表现为夏、秋季大部分地区为增加趋势,冬、春季大部分地区为减小趋势.     

云南近5个半世纪雨季同旱涝空间模态的时间变化

旱涝灾害是云南的主要气象灾害,严重制约了云南社会经济的发展。文章根据云南21个地区来自历史文献资料的旱涝指数、树木年轮重建的帕默尔干旱指数及观测降水数据（1958~2012 A.D.）,采用五级旱涝指数分类系统将其归一化并应用反距离加权插值补充历史文献缺失的记录,最终获得21个地区近5个半世纪（1470~2012 A.D.）完整的雨季旱涝指数序列。应用主成分分析对该旱涝指数数据集作分析以揭示云南旱涝的主要空间模态,并应用系统突变检测、小波分析等方法对主要空间模态的得分作分析以探讨其时间变化特征和周期性。结果显示,主成分分析得出的第一主成分（解释总方差的50.9%）揭示了空间一致性模态,说明一致性旱涝（同旱同涝）是云南过去5个半世纪旱涝的主要空间模态。第一主成分得分显示了3个阶段（1470~1680 A.D.、1681~1910 A.D.和1911~2012 A.D.）的旱涝状况,活跃的1470~1680 A.D.出现较多极端、严重旱涝以及持续数年的云南大旱和大涝,平静的1681~1910 A.D.少见旱涝灾害,又复活跃的最近一个世纪（1911~2012 A.D.）见到较多的干旱,在2009~2012出现持续4年的云南大旱。小波分析结果表明,云南旱涝存在3~7 a、10~15 a和30~50 a周期变化,3~7 a周期贯穿近5个半世纪,显著的10~15 a和30~50 a涛动出现在1580~1750 A.D.和1470~1700 A.D.。将其与一系列气候代用指标和大型气候型的比较表明,云南雨季旱涝主要受控于南亚夏季风,而过去5个半世纪的南亚夏季风主要受ENSO和IOD的年际变化及PDO和AMO的年代际变化影响。

     

1901~2020年中国西北地区干湿变化的时空特征

西北地区是我国西部大开发的主战场和重要的生态安全屏障,研究西北地区在全球变化背景下的干湿演化规律对我国高质量发展具有重要意义。本研究选取0.5°空间分辨率的逐月标准化降水蒸散指数(SPEI)格点数据集,利用Mann-Kendall趋势检验、EOF经验正交函数分解以及小波分析等方法,探索西北地区1901~2020年月尺度、年尺度、4年尺度的干湿变化时空演化特征。研究结果表明,西北地区SPEI值总体上呈逐渐下降的趋势。空间变化上,西北地区干湿变化情况存在明显的空间分异,研究区西南和西北部分表现为湿润趋势,而在中部和东部则表现为干旱趋势,这种反相变化特征在长时间尺度干旱上表现更加明显。时空模态的分解表明,西北地区月尺度干湿演化具有空间一致性,而在较长时间尺度上,区域干湿演化跷跷板模式占据主导地位,且这种空间差异模式在1990年代末期明显增强。在时间变化上,西北地区干旱具有较显著的2~8年短时间尺度的周期性变化规律,同时具有明显且连续的约11年和约22年长时间尺度的周期性变化特征。基于本分析结果,可以推断西北地区干湿变化时空演化特征可能受太阳活动和厄尔尼诺与南方涛动(ENSO)等因素的影响。研究结果还表明,SPEI指数在中国西北地区干旱分析研究中具有较好的适用性,研究结果可为该地区预防干旱事件和适应气候变化工作提供参考。

     

北江干流年最大洪峰流量变化特征及其影响研究

利用北江干流4个水文站资料建立了年最大洪峰流量序列,运用线性回归分析序列的趋势,利用Mann–Kendall法识别突变点,应用经验模态分解(EMD)分析序列的周期,采用R/S法分析序列的持续性特征,并初步探讨了序列的影响因素。结果表明:4个测站的序列均呈不显著增加趋势,不存在显著突变点,有4~6a、8~10a等多个波动周期;4个序列都具有长期记忆性,未来仍将呈不显著增加趋势。相关性分析表明,南亚夏季季风是序列的显著影响因素,太阳活动则可能影响其周期性。     

树轮记录的长江源区近412年以来3-5月降水量变化

利用采自长江源区青海省治多县立新乡夏日寺的大果圆柏建立树轮宽度标准年表。通过与气候要素的分析发现,该地区树木生长主要受干旱限制,树轮年表与3-5月降水量相关较好（r=0.67）。由此重建了长江源区412年以来的3-5月降水量变化,重建方程稳定可靠,方差解释量为44.9%。重建结果显示,重建序列大体经历了10个湿润时期和10个干旱时期,并显示研究区近10年有显著的变湿趋势。采用经验模态分解（EMD）方法对重建序列进行分析,重建降水序列可分解为7个IMF分量,其中,2~4年和6~10年的主要分量表明了降水量与ENSO等海气环流的相关联系,11~28年的分量则显示了区域降水与太阳活动的可能联系。与邻近地区的重建结果对比发现,其变化趋势比较一致。通过时空相关分析,表明重建序列具有较好的时空代表性。此外,重建结果还得到了气象灾害历史记录的验证。     

1962-2007年广东干湿时空变化特征分析

利用广东省74个气象站点1962-2007年的月降水与气温数据,计算多时间尺度的标准化蒸散发指数,采用旋转经验正交函数(REOF)、Mann-Kendall趋势检验和小波分析等方法分析广东近50年来的干湿时空变化特征。研究结果表明:① 广东20世纪70年代以来干旱发生事件随时间持续增多,空间范围扩展;② 根据REOF时空分解的前6个空间模态,可以将广东划分成6个干湿特征区域,分别位于珠江三角洲、韩江流域及东江流域上游、西江流域及北江中下游流域、粤东沿海区域、北江上游区域和粤西沿海区域;③ 广东干湿发展具有明显的东西部差异性,其中西江流域和北江中下游流域、雷州半岛为主的粤西沿海流域存在着显著的干旱趋势;④ 6个分区干湿变化普遍具有2~8年的振荡周期,但最强振荡周期有所差别。     

基于MCI的新疆干旱变化特征分析

基于新疆92个国家气象站1961—2019年逐日气温和降水数据,通过气象干旱综合监测指数（MCI）分析新疆干旱过程及干旱强度,结果表明：（1）全疆年平均干旱日数在空间分布特征为：各地轻旱、中旱的年平均干旱日多数分布在研究区西北部,少数分布在研究区东南部;重旱年平均干旱日数以昆仑山脉为轴线,自西向东呈递减趋势,北疆特旱年平均干旱日数大于南疆;（2）年平均干旱强度呈自东南向西北依次加重的分布特征,春、夏季区域间干旱强度空间差异较小,秋季区域间干旱强度差异性较大;（3）干旱强度与其影响范围时序变化特征趋向一致;通过旋转经验正交函数（REOF）的时空分析,将新疆分成三个模态：第一模态南北疆成相反形式的分布特征,第二模态为东西部相反的分布特征,第三模态呈伊犁河谷偏湿的分布特征,且各模态干旱强度随时间变化趋势不同。     

1980—2019年新疆南部不同强度暴雨洪水灾害的空间分布和时间变化特征

以1980—2019年新疆南部出现的暴雨洪水灾害事件造成的死亡人数、倒塌房屋数、倒塌棚圈数、牲畜死亡数、受灾面积作为灾情要素,采用比值权重法和无量纲化线性求和,构建了暴雨洪水灾害事件的灾损指数。根据灾损指数,采用百分位数法将每次暴雨洪水灾害事件定量划分为一般、较重、严重、特重四个等级。结果表明：新疆南部暴雨洪水事件在塔里木盆地北缘多于南缘,西部多于东部,高值区集中在阿克苏地区、喀什地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州一带;暴雨洪水事件多发在3—10月,年出现次数呈现明显上升趋势,增幅为8次·（10a）^-1,主要表现为一般性灾害发生频次的增加;新疆南部暴雨洪水灾害年平均灾损指数在1985年和1999年发生两次突变,平均值表现出“低—高—低”阶段性变化;暴雨洪水灾害发生次数与3—10月降水量、大雨发生日数、暴雨发生日数密切相关。近40年来新疆南部降水量的增多,导致暴雨洪水灾害次数增加;年平均灾损指数与特重和严重灾害发生次数关系密切,后者对其贡献率达87%。     

西北干旱地区凝结水试验研究

采用称重法,分别在非冻结期和冻结期,对不同土质的土样进行凝结水观测试验,分析讨论凝结水发生的条件、凝结水发生的时间、凝结水形成的主要影响因素、积雪条件下的凝结水、凝结水的数量及其变化以及凝结水的生态环境意义,研究成果对于认识干旱地区凝结水的形成机制及其生态环境意义具有重要价值.     

中国西北干旱区多级洼地地下水环境同位素分布特征及指示意义

研究区位于西北干旱区,有两级储水洼地,地下水由山区侧向补给一级洼地,一级洼地通过泉水排泄地下水继而补给二级洼地,同时大气降水直接入渗、洪流间接入渗补给各储水洼地。通过氢氧同位素比例公式计算得到一级洼地大气降水占总补给量60%,其中直接补给量约占21%,山区洪流补给量约占79%,另外,山前侧向补给占40%;二级洼地降水补给量占38%,上游泉水补给量占62%。通过氚值指示,二级洼地不受现代降水影响;活塞流与全混合模型计算得到一级洼地浅层孔隙水平均年龄为32～60 a。     

Hydrochemical characteristics and salinity of groundwater in the Ejina Basin, Northwestern China

A hydrochemical investigation was conducted in the Ejina Basin to identify the hydrochemical characteristics and the salinity of groundwater. The results indicate that groundwater in the area is brackish and are significantly zonation in salinity and water types from the recharge area to the discharge area. The ionic ration plot and saturation index (SI) calculation suggest that the silicate rock weathering and evaporation deposition are the dominant processes that determine the major ionic composition in the study area. Most of the stable isotope δ¹⁸O and δD compositions in the groundwater is a meteoric water feature, indicating that the groundwater mainly sources from meteoric water and most groundwater undergoes a long history of evaporation. Based on radioactive isotope tritium (³H) analysis, the groundwater ages were approximately estimated in different aquifers. The groundwater age ranges from less than 5 years, between 5 years and 50 years, and more than 50 years. Within 1 km of the river water influence zone, the groundwater recharges from recent Heihe river water and the groundwater age is about less than 5 years in shallow aquifer. From 1 km to 10 km of the river water influence zone, the groundwater sources from the mixture waters and the groundwater age is between 5 years and 50 years in shallow aquifer. The groundwater age is more than 50 years in deep confined aquifer.     

西北地区矿山环境地质问题及动态数据库建设

西北地区矿产资源丰富,矿业开发已成为地区经济发展的主要经济支柱。但是由于该区生态环境脆弱,不合理的矿业开发导致矿山环境地质问题严峻,部分矿区呈现加速恶化势态。资源损毁、地质灾害、环境污染是矿业活动的主要环境地质问题。矿业引发的地质环境问题与矿产资源类型、开发方式、地域条件及矿山企业的规模、性质关系密切。在研究分析矿山环境地质问题的基础上,建立了以MAPGIS为平台的可视化动态环境地质数据库。     

西北侏罗纪盆地沉积层序演化与储层特征

笔者研究了西北侏罗纪盆地沉积层序及储层特征,根据露头观察,井下实钻资料及实验室内分析结果,提出中,下侏罗统主要为湖沼相含煤碎屑岩沉积,主要发育河流中冲积相及三角洲相的砂岩集集体,上统为红色或杂色碎屑岩,侏罗纪计导氏孔低渗为主的富含火山岩屑的碎屑岩,局部可发育较好砂岩储层,侏罗系本身可构成妨好的生储盖组合。     

我国西北人畜饮用缺水地区储水构造特征与工程范例

为缓解我国西北严重干旱地区居民生活饮用缺水问题,1999年以来,中国地质调查局组织实施了大量的地下水勘查与供水示范工程。文章基于勘查数据和取水工程实践,介绍了本项课题摸索出的一套有效的找水技术与方法,重点总结归纳了在西北地区内陆盆地边缘地下水深埋带和中生代碎屑岩盆两类典型水文地质区,寻找地下水必须解决的关键科学问题,以及两类水文地质区的典型储水构造及其在供水工程中的应用范例。     

天山石炭-二叠纪大火成岩省裂谷火山作用与地幔柱

中国西北部石炭纪-早二叠世喷发的天山裂谷火山岩系构成了一个大火成岩省。该火山岩系的组成以玄武质熔岩为主，其次有中性和酸性熔岩及火山碎屑岩。根据岩石学、主元素、微量元素和Sr—Nd—Pb同位素数据，天山玄武岩可分为两个主要岩浆类型：①高Ti／Y（HT）类型，以高Ti／Y（〉500）、高Ce／Y（〉3）和相对低Nb／Zr（〈0．11）、低εNd（t）为特征；②低Ti／Y（LT）类型，以低Ti／Y（〈500）为特征。LT熔岩又可以进一步分为两个亚类：LT1熔岩以低Nb／Zr（〈0．15）和高εNd（t）（＋3．1～＋9．7）为特征；LT2熔岩具有较高的Nb／Zr值（〉0．16）和较低的εNd（t）值（-0．98～-2．91）。元素和同位素数据表明，HT和LT熔岩的化学变异不是由一个共同母岩浆的结晶分异作用所产生。它们极有可能是源于一种似洋岛玄武岩源的幔源（^87St／^86Sr（t）≈0．7045，εNd（t）≈＋4，^206Pb／^204Pb（t）≈18．35．^207Pb／^204Pb（t）≈15．66，^208Pb／^204Pb（t）≈38．25．La／Nb≈0．7），且具有不同的熔融条件和经受了不同的分异和混染。以碱性熔岩为主的HT熔岩是产生于幔源石榴子石稳定区的低度部分熔融，其化学变异受控于单斜辉石（Cpx）[士橄榄石（O1）]分离作用。相反，LT类型的母岩浆则是形成于幔源的尖晶石一石榴子石过渡带：碱性LT2亚类的母岩浆是产生于部分熔融程度较低的条件下；而以拉斑玄武质为主的LT1亚类的母岩浆则是产生于部分熔融条件较高的条件下：它们经受了浅层辉长岩质分离作用，化学变异较大。天山玄武岩可能是产生于地幔柱头。HT和LT岩浆的岩石成因又进一步为地壳和岩石圈地幔的混染作用所复杂化。我们的研究揭示，天山大火成岩省的火山岩中存在空间上的岩石地球化学变化。天山东段的LT1火山岩系的厚度最大．它们记录了玄武岩侵位的主幕，该处可能是地幔柱或地幔熔融异常的中心位置。相反，厚度较小的HT和LT2玄武岩则可能是意味着地幔柱活动影响的减弱。事实上，HT和LT2玄武岩也是该大火成岩省边缘部分的主要岩浆类型。HT和LT2熔岩的地幔熔融程度较低，可能是与地幔柱边部的岩石圈相对较厚和地热较低有关。     

Repeated Wildfires in the Middle Jurassic Xishanyao Formation (Aalenian and Bajocian Ages) in Northwestern China

The coal-bearing strata in the southern Junggar Basin in northwestern China have recently attracted the attention of coal geologists. Its abundance of coal resources is of great interest as there is a potential of unlocking details about the palaeoclimatic information. Coal deposits have the capacity to record wildfire events, even those with inefficient combustions. To characterize wildfire events and palaeoclimatic history of the Middle Jurassic Xishanyao Formation (Aalenian and Bajocian ages), 22 coal samples from borehole cores and coal mines in the southern Junggar Basin were collected and their macerals were analyzed. The results indicated that fusinite and semi-fusinite were the dominant components of inertinite with proportions of 35.27% and 54.67%, respectively. The presence of inertinite is an indicator that wildfires occurred at the time of peat land development, and the widespread occurrence suggests large scale wildfires during the Middle Jurassic. This study proposes a new parameter for the evaluation of wildfire features by combining burning frequency and burning temperature. The comprehensive evaluation index (CEI) was influenced by the lacustrine basin level and ancient plant types from a sequence framework. During the Middle Jurassic, most wildfires were surface fires with low level and ground fire with high level. High oxygen levels were estimated in the lower, middle, and upper members of the Xishanyao Formation with corresponding to 26.78%, 24.55%, and 23.55%, respectively. The high oxygen levels would be the primary cause of repeated wildfires in the Middle Jurassic. These results are helpful for understanding palaeoclimatic changes in the Middle Jurassic.     

过去千年中国西北干旱区温度变化特征及成因分析

本研究基于过去千年多成员集合模拟试验(CESM-LME)数据, 在与同化资料(LMR)、参与CMIP6两个模式(MRI-ESM2和MIROC-ES2L)过去千年模拟结果以及观测/再分析资料(CN05.1)进行对比验证模式模拟结果可靠性的基础上, 分析了中国西北干旱区过去千年地表温度变化特征和影响因子。研究表明, CESM-LME全强迫试验能够较好地模拟出中世纪气候异常期、小冰期和现代暖期温度异常特征, 模式模拟的中国西北干旱区中世纪气候异常期温度变化幅度与现代暖期的相当。通过计算不同尺度上各单因子敏感性试验与全强迫试验中地表温度序列相关系数发现, 不仅在年尺度上, 年代际、多年代际、百年尺度上火山活动强迫出的地表温度序列与全强迫试验中的均呈现显著的相关关系, 但二者的关系在过去千年并不稳定; 另外, 1850年后温室气体排放对西北干旱区地表温度升高起到了主导作用。根据火山喷发纬度位置和气溶胶注入量两个标准将过去千年火山活动分为3种类型, 即北半球火山(NHV)、赤道火山(TRV)和南半球火山(SHV)。NHV爆发对西北干旱区降温的影响最强, TRV次之, 但是二者差别不大, 均在爆发10~12个月之内降温至-2.0 ℃以下。与以往研究不同的是, SHV爆发后中国西北干旱区地表温度在10个月后降温幅度能达到-1.7 ℃, 且该冷异常可持续到22个月之后。

     

定量评估我国西北干旱区土地利用变化对植被指数的影响

在全球变化的背景下,定量区分人类活动和气候波动对干旱区植被的影响具有重要意义。采用多种统计学方法,分析了我国西北干旱区1990-2010年土地利用/覆被变化（LUCC）和1982-2010年归一化植被指数（NDVI）的时空变化特征,并定量评估了LUCC对NDVI变化的影响。结果表明：1990-2010年,西北干旱区耕地增加量最多,高达13 476 km²,其次是林地和水域,各地类增加的面积主要来自草地（12 590 km²）和未利用地（6 025 km²）。各土地类型变化速度快慢依次为：耕地 > 建设用地 > 水域 > 林地 > 草地 > 未利用地。2000-2010年,研究区土地利用程度综合指数（0.79）明显高于1990-2000年（0.23）,表明近年来人类活动对土地利用变化的影响程度显著增强。1982-2010年,西北干旱区NDVI呈增加态势,但近年来（2002-2010年）NDVI略有下降。其中,1990-2000年,LUCC对西北干旱区NDVI总变化的贡献率较低,仅为2.9%;而1990-2010,LUCC的贡献率为26.7%,表明气候变化对植被指数变化的贡献率高达73.3%。