气候变化与人类活动对渭河源区近30年径流量影响研究

利用渭河源区渭源水文站和气象站1981—2010年气温、降水、蒸发以及径流实测资料,运用坎德尔秩次相关、斯波曼秩次相关、线性趋势回归检验法对水文气象要素变化趋势进行检验,利用双累积曲线以及累积距平曲线找出年径流量突变年份,运用定量分析法计算气候变化与人类活动对径流量变异的贡献程度。结果显示:渭河源区年均降水量与年径流量均呈减少趋势,年均气温与年蒸发量呈显著上升趋势;渭河源区年均气温、年均降水量、年蒸发量、年径流量均发生显著性突变;年均降水量与年径流量相关性最高,降水量是影响渭河源区年径流量衰减主要气象因素;气候变化与人类活动对径流量变化的贡献率分别为23.2%和76.8%。人类活动是渭河源区流域径流量变异的关键驱动因素,对径流量变化的影响远大于气候变化影响程度。     

近50年来降水变化和人类活动对黄河入海径流通量的影响

以黄河流域的降水、实测径流量、天然径流量、净引水量以及上中游流域的水土保持措施面积等资料为基础,运用经验统计分析法,研究了近50年来黄河入海径流通量的变化及其与降水和人类活动的关系。结果表明,不同的径流来源区降水的变化对入海径流通量的影响是不同的。引水所形成的侧支循环强度的急剧增大,使入海径流通量大幅度下降。上中游大规模水土保持生效后,这一地区的天然年径流有所减少,也导致入海径流通量的减少,入海径流通量与历年梯田、造林、种草面积之间具有一定的负相关。以入海径流通量作为因变量,以净引水量、流域年降水量和上中游梯田、林草面积作为自变量,建立了多元回归方程。     

近40年来新疆策勒绿洲气候变化特征分析

利用策勒县气象站1961～2000年气温和降水观测资料,以回归分析、趋势线分析、5年滑动平均等方法分析了位于昆仑山北麓的策勒绿洲近40年来气温和降水的年际变化、季节变化及变化特征.分析结果显示:(1)近40年来策勒绿洲年均气温总体呈增加趋势,年均气温线性倾向率为0.27℃/10a.从20世纪60年代,气温在平均值附近波动降低,自70年代以来波动较大,并明显升高.气温波动基本上与我国西北地区气温变化趋势一致.年内气温变化存在季节差异,夏、秋和冬三个季节气温均呈上升趋势,春季的气温呈下降趋势,其中冬、秋两季对全年平均气温增加贡献较大.(2)近40年来策勒绿洲年降水量总体呈减少趋势.年均降水量线性倾向率约为-0.63mm/10a,结果与我国西北地区气候由暖干向暖湿转变的趋势相反.20世纪60年代年降水在多年平均值附近波动.增减不明显,自70至80年代渡动较大,先减后增,到90年代低水平波动,变干趋势明显.年内降水量变化有明显的季节差异,除了夏季外,春、秋、冬三个季节降水均呈减少趋势,减少幅度从大到小依次为冬季、秋季和春季.     

气候和人类活动对黄河源区径流量变化的贡献率研究

根据1961-2015年黄河源区有关台站的观测数据,利用差积分法、累积距平法对黄河源区径流量和气候变化趋势进行了分析,并基于累计量斜率变化率分析方法评估气候和人类活动对黄河源区径流量减少的贡献率。结果表明：黄河源区年径流量、年降水量、年平均最大冻土深度呈减少趋势,源区蒸散量呈增大趋势;与基准时期1961-1989年相比,在不考虑气温影响的情况下,气候和人类活动对黄河源区径流量变化的贡献率在1990-2008年分别为33.12%和66.88%,在2009-2015年分别为73.61%和26.39%;两个时段相比,气候对径流量减少的贡献率上升,而人类活动的贡献率下降,这与气候变暖及2005年黄河源区启动的三江源自然保护区生态保护和建设工程有关。     

黄河上游地区气候变化及其对黄河水资源的影响

通过对1961年以来黄河上游地区气候变化的分析,发现黄河源区进入80年代中后期以后,年平均气温上升趋势非常明显,特别是1998年的年平均气温竟达到-2.1℃,是40年来年平均气温最高的一年;进入90年代,春季和夏季温度急剧回升.黄河上游地区年平均降水量及秋季降水量无明显的变化趋势,且其年际间的波动趋于缓和;冬季(12～2月)和春季(3～5月)降水量的变化趋势呈现出逐年增多的趋势;夏季(6～8月)降水量变化趋势却表现出显著的减少趋势.同时,分析了38年黄河上游径流量及其与流域降水、气温的关系,着重分析了干旱气候对黄河水资源的影响.结果表明,黄河上游地区水资源呈减少趋势,其减少趋势进入90年代后尤为明显.这一变化趋势与黄河上游地区夏季降水量变化趋势有着一致性,说明汛期降水量的减少是黄河上游流量减少的最直接的气候因子.     

疏勒河流域山前区降水量变化趋势分析

选取疏勒河流域山前代表站党城湾、昌马堡、鱼儿红、玉门市站1978-2014年实测逐月降水与气温资料。利用距平分析法、坎德尔秩次相关检验法、皮尔逊Ⅲ型降水量频率曲线、降水量模比系数等相关水文统计方法对流域内山前区降水量、年均气温变化趋势进行分析,结果表明山前区降水量有自东南至西北递减的趋势,降水量年内分布不均匀,年际分布呈周期性增减过程,山前区降水量与年均气温长系列变化呈增加趋势     

黄河源区气候变化的季节特征与区域差异研究

基于黄河源区有关气象台站的观测数据,对该区黄河沿水文站以上、黄河沿水文站-吉迈水文站区间、吉迈水文站-玛曲水文站区间、玛曲水文站-唐乃亥水文站区间各区域及整个黄河源区1960-2014年期间气温、降水的季节变化特征及其区域差异进行了分析。结果表明：黄河源区气温变化与全球气温变化有着较好的一致性,各区年平均气温与各季气温的年际变化均呈波动状上升态势并明显高于过去50a全球与我国气温的升幅,且各气温系列升幅差异不大;而各区年平均气温与各季气温的年代际变化的上升态势较年际变化的更为显著,但不同区域各季气温升幅差异较大。各区气温均在1996年后出现一个跃动,跃动后各气温系列均值较跃动前有较大幅度的上升。由于区域地理环境的影响,黄河源区降水量的变化比较复杂,各区各季降水量的变化具有较大的差异。近50余年来,总体上整个河源区平均降水量的年际变化呈不明显的增长态势。其中河源区的上半部分,即黄河沿以上、黄河沿-吉迈之间等海拔较高的区域年降水量增长比较显著,而源区的下半部分,即吉迈-玛曲、玛曲-唐乃亥之间的区域,年降水呈减少态势,并且对全区平均降水量与产流量贡献最大的吉迈-玛曲之间的区域,年降水量的减少非常显著。各区冬春季和夏季降水量普遍呈增长态势,秋季是河源区各季节中降水唯一减少的季节,其中吉迈-玛曲之间的区间秋季降水量的减少最为显著。各区域各季降水量的年代际变化较其年际变化差异更大,但近十余年来大部分区域各季降水普遍偏多。各区域降水系列亦有突变发生,但突变时间并不像气温系列那样一致;年降水量与夏季降水量的突变大都发生在2005年,秋季降水量突变大都发生在1986年,春季和冬季降水量突变的时间杂乱无序;突变前后系列均值有增有减,且幅度大小不等。     

吉林近50a来气候的年代际变化特征及其突变分析

利用吉林省50个地面气象站的观测资料对近50 a来吉林气候的年代际变化进行了诊断分析, 结果表明: 吉林省的年平均气温在20世纪50年代呈下降趋势, 60年代为相对低温期, 70年代开始表现出逐渐增温的趋势; 20世纪50年代降水量逐渐减少, 60-70年代为相对降水少的时期, 80年代降水略有增加, 进入90年代以后, 降水量又表现为逐渐减少的趋势. 近50 a来气候的年代际变化经历了一个"冷湿-冷干-暖湿-暖干"的过程.吉林省的最高、最低气温在近50 a内的总体趋势都是上升的, 但从增温率来看, 最低气温大约是最高气温的2.3倍.采用分段线性拟合的方法对吉林省年降水量和年平均气温进行气候突变的检验, 发现年降水量在1977和1987年各有一次突变, 年平均气温只在1969年发生了一次突变.     

气候变化对柴达木盆地水资源的影响-以克鲁克湖流域为例

利用气象、水文和遥感资料,根据柴达木盆地克鲁克湖流域湖泊、湿地和水文状况进行了分析.对柴达木盆地克鲁克湖流域1990-2006年TM卫星影像图解译,并与20世纪50-70年代遥感影像资料对比发现,克鲁克湖以及湿地沼泽群的面积变化不显著,而位于河流尾闾的托素湖水域面积以8.71 km2·(10a)-1的趋势缩小.建立了气候因子与湖泊面积回归方程,计算表明:上一年8-10月降水及年降水对克鲁克湖影响为正效应,而蒸发量及年干燥度对湖泊影响为负效应;气温对托素湖面积影响的贡献率最大,其次为年均水汽压饱和差,均为负效应.当降水量不变,气温每升高1 ℃,托素湖面积将减小5.40 km2;1989年以前,人为因子对托素湖萎缩占主导作用,贡献率为72.73%～85.03%;1989年之后,克鲁克湖维系了一个新的平衡,气候因子对湖泊萎缩贡献率占居主导作用,贡献率为78.39%.     

辽宁省气温变化趋势中的城市化影响研究

利用1961 - 2017年逐日平均、 最低、 最高气温资料、 DMSP/OLS卫星夜晚灯光数据, 定量分析了城市化对辽宁省平均气温和极端气温指数趋势变化的影响。研究表明： 辽宁省气温呈显著增加趋势, 城市站增温速率明显快于乡村站; 平均最低气温增温率最快, 平均气温次之, 平均最高气温相对较慢; 四季增温速率依次为： 冬季>春季>秋季>夏季; 最低气温的城市化影响贡献率最大, 平均气温次之, 最高气温相对较小; 城市站最低气温的明显升高和最高气温增幅较小, 必将导致日较差明显减小和日较差城市化影响贡献率的增大。城市化加剧了辽宁省极端低温事件的显著减少和极端高温事件的明显增加, 城市化对极端气温事件影响显著。与冷事件有关的极端气温指数的城市化影响均为负值, 与暖事件有关的均为正值; 相对指数的城市化影响贡献率较大, 持续时间指数次之, 除气温日较差以外的绝对指数相对较小。基于最低气温的极端气温指数比基于最高气温的极端气温指数受城市化影响更显著, 其原因可能是城市热岛强度的非对称性以及城市站和乡村站气溶胶浓度之间的差异, 导致最高气温的增加没有最低气温的增加显著。     

山西上空水汽输送和水分循环研究

利用山西省周边共8个探空站的实测资料,计算了山西省上空1959年～1992年的水汽含量和1990年的水汽收支与水汽输送通量,包括总输送、切变输送、时间涡动输送、平均输送等分量。在此基础上建立了山西省水分循环和水量平衡模型。结果表明,山西上空水汽含量年内干湿变化大于全国平均情况,多年变化存在一定的丰枯阶段性;年水汽净输入量约690亿m3,主要从西边界和南边界输入,从东边界输出,涡动输送量是主要输入机制,平均输送是主要输出机制,受强西风环流控制;山西的自然地理条件使其对大气水资源的利用率为30%,低于全国平均利用率;山西水分内循环较全国平均情况强盛,由于水分内循环的作用,可使当地蒸发形成的降水量占全年总降水量的15%;地下水开采已对大气水分循环要素产生影响,进而可能对山西省自然环境的变化产生负效应。这些事实增进了对山西省水资源的水文和水文气候学背景的认识。     

1956-2016年渭河支流葫芦河流域径流及降水的年际变化特征

研究河流径流量和流域降水量的变化特征,对区域水资源规划与开发利用具有重要意义。基于葫芦河干流上下游的两个主要控制水文站实测年径流量及其流域年降水量资料,运用标准距平累计曲线法、小波分析法和Mann-Kendall等方法,研究了葫芦河干流年径流量和年降水量的年际变化趋势、周期性和突变性。结果表明：葫芦河上下游年径流量变化趋势一致性较好,流域年降水量变化趋势与径流量变化趋势基本对应,均呈下降趋势,但径流减少的速率远大于降水减少速率,且下游径流量的减少速率比上游更快。葫芦河上下游径流量变化的大周期一致,但下游径流小周期的转换要比上游径流和流域降水更频繁,上下游径流量与其流域降水量变化周期的年份对应关系不好,径流变化的主周期和次周期均小于降水的变化周期。葫芦河下游年径流量在1988年发生了突变,而上游径流量和流域降水量均无明显的突变点。     

陆面过程模式对不同土壤物理性质的敏感性研究

使用NCAR陆面过程模式（LSM）和荷兰Cabauw1987的大气观测资料，考察了在11种不同的土壤条件下陆面过程模式所模拟的地表能量及水分循环的差异。结果表明，粘土含量较高的土壤具有较好的持水能力，蒸发量和径流量都比较大，而在含砂量高的土壤中，水分大量的下渗，蒸发量和径流量小，从而到地表热通量的分配，在不考虑大气反馈的情况下，各种土壤造成的差异主要出现在春季的4、5月份。     

全球变暖对新疆水循环影响分析

随着全球气候变暖,新疆地区降水量、冰川数量、径流量、地下水位等自20世纪80年代中后期以来发生了很大的变化.通过对61个国家水文、气象站点20世纪50年代到2000年的降水量、气温、冰川、径流量、湖泊水量、地下水位的变化资料分析,探讨了新疆水循环的变化趋势和原因.结果表明:新疆地区降水量增加主要是由于全球水循环速度加快引起的.通过分析新疆高山冰川的变化,试图揭示全球气候持续变暖对新疆乃至整个西北地区水资源可能造成的巨大影响.     

陇东黄土高原土壤储水量与蒸发和气候研究

利用长期土壤湿度和气候观测资料，分析了陇东黄土高原陆面蒸发和土壤储水量的年际变化及其与气候因素的关系。在近20年来，陇东黄土高陆面蒸发和土壤储水量的年际变化主要表现为逐年减少的趋势，个别季节表现为增加的趋势；年际变化的速率具有季节和空间差异性。陆面蒸发和土壤储水量随着温度的升高而减少，随着降水的增加而增加。但是陆面蒸发和土壤储水量与温度的关系不密切，与降水的关系密切。变暖不是陇东黄土高陆面蒸发和土壤储水量逐年减少的气候因素，降水的逐年减少才是陇东黄土高原陆面蒸发和土壤储水量逐年减少的气候因素。陇东黄土高原的土壤干旱化与地表蒸发关系不大，降水的逐年减少可能是土壤干旱化的根本原因。     

2001-2018年石羊河流域植被变化及其对流域管理的启示

植被是流域生态系统的重要指标,植被景观管理也是流域综合管理的重要内容。综合利用长时间序列MODIS反射率和归一化差值植被指数（NDVI）产品及Landsat卫星遥感影像,基于谷歌地球引擎（GEE）平台,利用计算机自动分类的方法,监测了2001-2018年间石羊河流域的植被（包括灌溉土地）的逐年变化,结合降水、径流量和地下水位地面监测数据,分析了全流域植被指数、植被面积、灌溉土地范围的变化特征及其与水循环之间的互馈关系。研究发现,2001-2018年间,石羊河流域的植被面积以每年约135 km²的速率增加,其中,自然植被和灌溉土地分别以每年60.5 km²和74.6 km²的速率增加。除了金昌区的植被增加以灌溉土地为主外,其他区域都以自然植被的增加为主。特别是民勤地区,由于十多年的持续调水和有效退耕,地下水位近年来开始抬升,自然植被开始恢复。但与此同时,中游凉州区和永昌县的生态风险加大。未来可从灌溉规模控制、地表与地下水统一调度、景观分级和配置技术发展、优化产业结构、强化与流域外的连通性等方面加强流域综合管理,提高流域社会系统弹性,增强可持续发展能力。     

祁连山-黑河流域水循环中的大气过程

利用气象台站探空资料、地面观测资料和NCEP/NCAR再分析气候资料,分析了祁连山-黑河流域水循环中的大气过程,结果表明:受西风带波动影响的水汽来源贫乏是此区大气水汽含量少的原因之一;水汽输送通量辐散是此区大气水汽含量少的原因之二;就年平均而言,祁连山-黑河流域大气水汽含量仅为高湿的江南地区的20%,为半干旱区的华北中部的约40%;高海拔的祁连山区因降水效率高,地面蒸发量小,地表水物质易于聚积形成径流;黑河流域因降水效率低,降水量值与地面蒸发量值相当,对地表水的贡献很小。在祁连山黑河流域25°×25°区域上空,大气年输入水量为6678亿m3,输出为6502亿m3,净输入水量为176亿m3;输入水汽呈逐年减少的趋势。20世纪70～80年代有明显的下降,近40年来祁连山黑河流域的气温在升高,大气中的水汽含量在减少,降水量的减少将难以避免。     

南水北调西线一期工程引水区和黄河上游区域气候特征分析

利用引水区和黄河上游地区25个站1951—2000年50 a的气温和降水逐日资料,分析了研究区域降水的时空分布特征;把引水区和黄河上游地区分成7个小区,利用小波分析的方法研究了各小区气温和降水的多时间尺度特征.结果表明:黄河上游和南水北调西线引水区夏、秋、冬三季降水以同步的变化为主,其次为黄河上游与引水区之间存在反位相的变化.春季降水主要表现为黄河上游与引水区之间存在反位相的变化,其次才表现为一致的变化.各区的气温均以同步升温为主.降水具准3 a和准22 a周期,气温的振荡周期主要是2~5 a的小周期和准11 a的周期.引水区和黄河上游地区近50 a来夏季的降水在一致变化的基础上也有着明显的区别.     

基于地表水循环遥感观测的黑河流域水平衡分析

流域内水循环各环节的水量及其时空分布是不断变化的,掌握流域水循环与水平衡状况是进行流域水资源合理开发利用的重要基础。以2000—2019年黑河流域水文显著变化期为研究时段,综合应用TRMM与GPM卫星观测的降水量、遥感估算的蒸散发量等数据并结合气象站点、水文站点等观测数据,对流域降水、蒸散发与径流等水循环要素的水平衡进行了分析。结果表明:祁连山区是主要产流区,向中游年均下泄水量约为45.11×108 m3。其中,消耗于中游的年均量约为29.92×108 m3,约占66%;补充下游的年均量约为15.19×108 m3,约占34%。民乐—张掖盆地是黑河中游水资源消耗的主要区域,年均消耗的上游来水和当地降水量达43.97×108 m3,约占中游消耗量的75%;中游农田蒸散发年均消耗水量约20.3×108 m3,占总消耗量的35%;上游区降水量增加是黑河干流出山口径流量增加的主因,对径流量增加的贡献率为96%,导致年均径流增加0.35×108 m3,潜在蒸散发对径流增加几乎没有贡献。根据目前黑河干流上游径流量变化与中游水资源消耗现状,如果未来水文周期变化导致上游径流减少,中下游用水矛盾凸显的风险较大。地表水循环遥感观测可作为流域水平衡分析的方法之一,分析流域地表水水资源的空间分布状况、揭示水资源变化趋势与原因,支撑水资源合理配置,陆面实际蒸散发是水平衡分析不确定性的主要来源,准确估测不同类型下垫面实际蒸散发量是提升分析可靠性的关键。基于互补相关的陆面实际蒸散发估算方法相对简单,但其中用于计算湿环境蒸散发量的Priestley-Taylor公式中乘性经验系数受地形影响空间变异很大,区域上采用统一数值会对结果造成不可忽视的影响。     

近400年澜沧江源区年平均流量周期特征及其对厄尔尼诺的响应

本文基于重建的1595~2006年澜沧江源区年平均流量(澜沧江流量)和NOAA古气候资料,应用MTM-SVD方法对澜沧江流量周期变化规律及其对厄尔尼诺的响应进行了分析。结果表明,近400年澜沧江流量与厄尔尼诺有显著负相关,在年代际的13.5年和年际的5年周期上存在显著协同变化,并且分别对当年春末和上年秋初的大气环流有很好的响应。在13.5年和5年典型循环过程中,二者都表现出反位相的对应关系,当厄尔尼诺指数偏低(高)时,澜沧江流量偏多(少)。但是进一步分析海温异常空间分布,发现在13.5年周期中,澜沧江流量主要受中部型厄尔尼诺事件影响,而在5年周期循环中,澜沧江流量则主要受东部型厄尔尼诺事件调控。在13.5年典型周期循环中,中部型厄尔尼诺会引起双圈沃克环流异常,同时激发PJ(太平洋-日本涛动)遥相关波列,并影响澜沧江源区气温和降水,从而导致澜沧江流量异常;在5年周期循环中,东部型厄尔尼诺会引起单圈沃克环流异常,同时激发EU(欧亚)遥相关波列,进而影响澜沧江流量变化。