天山乌一号冰川物质平衡特征的统计分析

利用天山乌鲁木齐河源一号冰川物质平衡的多年观测资料,通过数学统计方法提取主成分,获得影响该冰川物质平衡的主要因素,通过成分矩阵的旋转获得表示冰川物质平衡特征的两个主因子,其中第一主因子为影响冰川物质平衡的常年因子,代表该冰川的多年持续变化方向与趋势,第二主因子为影响冰川物质平衡的年际因子,代表该冰川在平衡年内的物质平衡变化特征。常年因子的持续下降反映了冰川持续后退的现实,年际因子在上世纪80年代中期以后突然强劲上升,实际上是冰川物质平衡水平提高,平衡年内积累量和消融量都增加的表现,清晰地指示了西北地区气候由暖干向暖湿的转型。常年因子是冰川物质平衡变化的主导因子,控制了冰川变化的方向。常年因子具有较好的周期性,以6年周期最为明显,但其形成原因尚不明。年际因子周期性不明显,但可以看出其周期与太阳黑子变化具有相关性,同时受到常年因子的影响。     

近50 a来乌鲁木齐河源区径流变化及其机理研究

 乌鲁木齐河源区径流是供给中下游地区和乌鲁木齐市的重要水源。通过对河源区3个水文断面（1号冰川、空冰斗和总控）有观测记录以来的径流变化研究,一方面提供径流观测的最新资料,使人们对乌鲁木齐河源区径流近期变化有新的认识;另一方面通过对气候、冰川变化的综合分析,揭示乌鲁木齐河源区径流近50 a变化事实和可能的原因。结果表明：河源区3个水文断面径流自有观测记录以来整体上呈增加趋势,其中总控水文断面径流虽有增加,但不显著。影响3个水文断面径流变化的因素不同,1号冰川水文断面径流变化受控于冰川区热量条件,当消融期气温大于2 ℃时,径流呈加速增长。1号冰川径流不仅包含了冰川对气候变化的瞬时响应,也包含了冰川对气候变化的滞后响应,由冰川物质平衡和面积计算的冰川体积损失量变化较好地验证了径流变化。对于空冰斗融雪径流,降水量多寡是导致径流变化的主导因素,但冰斗区固态降水多,气温亦起着不可忽视的作用。总控水文断面径流大小与气温和降水关系比较复杂,表现为近年来气温和降水增加,径流却有下降趋势,这可能与河源区实际蒸散增强、冰川快速退缩导致径流峰值已经出现、大范围冻土消融导致的地下渗漏量增多等原因有关。     

天山东段冰雪消融与产汇流水文过程——以乌鲁木齐河源区为例

应用天山北坡乌鲁木齐河源区1 号冰川、空冰斗和总控3 个水文断面2011 年5-9 月每10min 实测水位数据、15 min 的气温、降水数据、1 号冰川消融及空冰斗区积雪观测数据,采用排除和不排除降水对冰雪消融产流影响的研究方法,系统分析了不同冰川覆盖率下水文断面冰雪消融特征及产汇流过程。结果表明：（1） 乌鲁木齐河源区3 个水文断面流量昼夜差异明显,1 号冰川水文断面白天径流大于夜晚径流,空冰斗和总控断面则相反;3 个断面流量亦具有显著日变化过程,且流量峰值大小和到来的时间存在差异。（2） 在排除与不排除降水两种天气影响下,1 号冰川最大流量滞后最高气温分别为1~3 h 和0~1 h;空冰斗断面分别为10~16 h和13 h,总控断面分别为5~11 h 和6~7 h,反映了1 号冰川从消融产流到汇流时间最短,空冰斗积雪消融产流时间最长,总控位于二者之间,同时亦反映伴随降水过程冰雪融水汇流迅速,即从产流到汇流时间有一定的缩短。（3） 影响3 个水文断面流量变化的因素不同,冰川区热量条件是影响1 号冰川水文断面的关键,1 号冰川在过去20 余年间,冰内、冰下排水道变得更为单一,对融水的阻滞和贮存作用弱化,融水汇流过程变得更为迅速。（4） 冰川覆盖山区流域水文断面在冰川消融期的流量过程线变化及最大流量与最高气温时滞变化规律在一定程度上对于认识冰川覆盖率有差异背景下的流域下垫面水系演化、冰雪消融过程及水文断面径流补给具有重要的指示意义。     

Hydrological processes of glacier and snow melting and runoff in the Urumqi River source region,eastern Tianshan Mountains,China

Hydrological processes were compared, with and without the influence of precipitation on discharge, to identify the differences between glacierized and non-glacierized catchments in the Urumqi River source region, on the northern slope of the eastern Tianshan Mountains, during the melting season (May-September) in 2011. The study was based on hydrological data observed at 10-min intervals, meteorological data observed at 15-min intervals, and glacier melting and snow observations from the Empty Cirque, Zongkong, and Urumqi Glacier No.1 gauging stations. The results indicated that the discharge differed markedly among the three gauging stations. The daily discharge was more than the nightly discharge at the Glacier No.1 gauging station, which contrasted with the patterns observed at the Zongkong and Empty Cirque gauging stations. There was a clear daily variation in the discharge at the three gauging stations, with differences in the magnitude and duration of the peak discharge. When precipitation was not considered, the time-lags between the maximum discharge and the highest temperature were 1-3 h, 10-16 h, and 5-11 h at the Glacier No.1, Empty Cirque, and Zongkong gauging stations, respectively. When precipitation was taken into consideration, the corresponding time-lags were 0-1 h, 13 h, and 6-7 h, respectively. Therefore, the duration from the generation of discharge to confluence was the shortest in the glacierized catchment and the longest in the catchment where was mainly covered by snow. It was also shown that the hydrological process from the generation of discharge to confluence shortened when precipitation was considered. The factors influencing changes in the discharge among the three gauging stations were different. For Glacier No.1 station, the discharge was mainly controlled by heat conditions in the glacierized region, and the discharge displayed an accelerated growth when the temperature exceeded 5°C in the melt season. It was found that the englacial and subglacial drainage channel of Glacier No.1 had become simpler during the past 20 years. Its weaker retardance and storage of glacier melting water resulted in rapid discharge confluence. It was also shown that the discharge curve and the time-lag between the maximum discharge and the highest temperature could be used to reveal the evolution of the drainage system and the process of glacier and snow melting at different levels of glacier coverage.     

SRM融雪径流模型在乌鲁木齐河源区的应用研究

 乌鲁木齐河源区发育现代冰川7条,冰川面积5.6 km²,并有大范围的积雪,冰雪消融期融雪径流对乌鲁木齐河贡献显著。应用SRM（snowmelt?runoff model）融雪径流模型来探讨乌鲁木齐河源区融雪期径流情况,利用度日方法,由流域本身特征及参变量获取方法的深入分析来率定模型参数,应用模拟指标Nash-Sutcliffe系数R²=0.702和积差Dv=6.81%来评价模型表现,研究发现：（1）气温、降水作为该模型的直接驱动变量对模型的模拟较为敏感。尝试对乌乌鲁木齐河源区的气温、降水数据进行IDW插值并进行修正,使得模型模拟精度提高,对模型变量的输入精度问题上提供了新的思路;（2）不同高度带上积雪的度日因子并不是稳定的,而度日因子的选取与调整对模型也非常重要;（3）模型本身的局限性也导致模拟精度的降低。结果表明SRM模型可在乌鲁木齐河流域推广应用,这必将对认识和利用乌鲁木齐河流域冰雪水资源具有重要意义。     

天山高山冰缘环境中岩石漆的形貌、成分和成因分析

在乌鲁木齐河源海拔3800m以上的空冰斗内发育有黑色富Mn型岩石漆。运用特征元素浓度线扫描对岩石漆表面成分进行了分析,并探寻了岩石漆与下伏基岩在成因上的关系;电镜扫描实验发现典型的葡萄状-半葡萄状一片状的表面微形态序列。实验结果显示,岩石漆的物质成分不可能来源于下伏基岩,而是外部米源;粘土矿物在岩石漆形成过程中起到非常重要的作用;岩石漆表面出现蜂窝状的溶蚀孔洞,可能是近年来乌鲁木齐市及河谷后峡地区工业生产造成的酸性污染物传递到河源区对岩石漆化学腐蚀的结果。     

塔里木河三源流区气候变化对径流量的影响

结合对近50年塔里木河源流区气象、水文资料的分析,探讨了过去半个世纪塔里木河源流区气候变化及其对河川径流的影响。研究结果显示,在过去50年里,塔里木河三源流径流流量总体呈现增加的趋势,期间有波动过程;对影响径流变化的气温、降水和蒸发等因子分析发现,降水量变化对塔里木河径流量变化影响最为显著,而温度的升高,加速了山区冰雪资源的消融,加大了冰雪融水对径流量的补给,但同时导致蒸发量增大,增加了地表淡水资源的消耗,对山区来水量的增大起到一定的削弱作用。     

天山乌鲁木齐河源区大西沟表土花粉散布特征

在天山乌鲁木齐河源区大西沟垂直植被带表土孢粉分析及植被调查的基础上，对大西沟垂直带的植被与表土孢粉的关系进行了探讨。从表土孢粉百分比含量可划分出4个孢粉带，其对应的植被带分别为高山垫状植被、高山草甸、亚高山草甸和云杉(Picea)林带。孢粉百分含量基本上反映了大西沟地区垂直植被带分布的特征。云杉、麻黄(Ephedra)、藜科(Chenopodiaceae)和蒿属(Artemisia)等植物花粉明显表现为超代表性。山谷上升气流在天山山地垂直植被带的表土孢粉散布中起着重要的作用。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川致冷效应的小气候观测

高山冰川以其下垫面的致冷效应形成独特的冰川小气候.为研究冰川小气候特征,2007年7月在天山乌鲁木齐河源1号冰川表面及末端冰碛上架设5台自动气象站,并进行了为期一个月的基本气象要素的观测.以观测数据为基础,描述和分析了与冰川致冷效应有关的冰川区温度与湿度变化特征、冰面逆温、温跃现象、冰川风现象,并就冰川致冷效应对局地对...     

祁连山疏勒河源区冻土退化对土壤微生物生物量碳氮的影响

对青藏高原东北缘祁连山西段疏勒河源区多年冻土区0~50 cm土壤微生物生物量碳氮分布特征及其影响因素进行分析。结果表明:稳定型和极不稳定型多年冻土区0~50 cm土壤中微生物量碳含量范围分别为0.015~0.620 g/kg和0.019~0.411 g/kg,微生物量氮含量范围分别为0.644~12.770 mg/kg和0.207~3.725 mg/kg;土壤微生物量总体呈现出稳定型显著高于极不稳定型多年冻土,表明多年冻土退化（多年冻土由稳定型退化为极不稳定型）对土壤微生物量积累有明显抑制作用。土壤微生物生物量碳占有机碳、微生物生物量氮占全氮的比值在稳定型多年冻土中显著高于极不稳定型,表明多年冻土退化对土壤微生物的矿化能力有明显抑制作用。土壤微生物量及其与土壤养分的比值有显著的剖面变化特征,随土壤深度增加而减小。土壤微生物量碳氮均与土壤温度显著负相关,与地下生物量显著正相关。稳定型多年冻土中,土壤微生物量碳氮与碳氮比正相关、与氧化还原电位负相关;不稳定型多年冻土中,土壤微生物量碳氮与pH正相关。土壤微生物量碳氮与土壤温度和pH在剖面变化上显著相关。逐步回归分析表明驱动微生物生物量碳氮在不同多年冻土类型和土层之间变化的因子是不同的。     

塔里木河源流区近50 a径流量与气候变化关系研究

 通过对近50 a塔里木河源流区径流、温度、降水量的年代际分析,探讨了过去半个世纪塔里木河源流区气候变化及其对河川径流的影响。研究结果显示,在过去50 a里,塔里木河三源流径流量总体呈现增加的趋势,尤其体现在20世纪90年代以后,丰水年出现次数较多;对径流和降水量与温度作相关分析可知,随着温度的逐年代升高,其对径流量的影响越来越显著。蒸发量随着温度的升高也在逐渐增大,但是降水量的增长速率远大于蒸发量的增长速率,所以即使蒸发量的增加也不足以使径流量减少。     

乌鲁木齐河源467年春季降水的重建与分析

通过相关分析发现,乌鲁木齐河树轮宽度年表与大西沟气象站4-5月降水相关性较好,最高单相关系数为0.490(α=0.001),且具有明显的树木生理学意义。本文使用逐步回归分析方法筛选出哈熊沟C点和波尔钦沟标准化年表建立重建方程,交叉检验结果显示该方程具有较好的稳定性,利用该方程重建了乌鲁木齐河源大西沟气象站467年春季(4-5月)降水的变化序列,解释方差达41.6%。对该序列的特征分析表明:(1)467年来乌鲁木齐河源4-5月降水经历了13个偏湿及12个偏干阶段;(2)467年来乌鲁木齐河源4-5月降水变化中,出现276个正常年、86个偏干年、98个偏湿年、5个干旱年、2个湿润年,最长的偏湿阶段为1646-1687年(42年),最长的偏干阶段为1704-1733年(30年),最湿的偏湿阶段为1694-1703年(平均降水量为86.9mm,比最近41a平均偏多18.7%),最干的偏干阶段为1635-1645年(平均降水量为60.0 mm,比最近41年平均偏少18.0%),最湿润年为1697年(98.2 mm, 34.2%),最干旱年为1951年(42.6 mm,-41.8%);(3)467年的重建春季降水长序列具有2.04-2.15年、2.25-2.31年、2.38年、31年、34.44年、51.67年和62年的变化准周期,并且在1635年、1704年、1758年、1781年、1832年和1915年发生过降水突变。     

Sensitivity of mountain runoff to climate change for Urumqi and Kaidu rivers originating from the Tianshan Mountains

The mountain watersheds of Kaidu River and Urumqi River, which separately originate from the south and north-side of the Tianshan Mountains in Xinjiang, are selected as the study area. The characteristics and trends on variation of temperature, precipitation and runoff, and the correlativity between temperature, precipitation, and runoff were analyzed based on the past 40 years of observational data from the correlative hydrological and weather stations in the study areas. Various weather scene combinations are assumed and the response models of runoff to climate change are established in order to evaluate the sensitivity of runoff to climate change in the study areas based on the foregoing analysis. Results show that all variations of temperature, precipitation, and runoff overall present an oscillating and increasing trend since the 1960s and this increase are quite evident after 1990. There is a markedly positive correlation between mountain runoff, temperature, and precipitation while there are obvious regional differences of responding degree to precipitation and temperature between mountain runoff of Urumqi River and Kaidu River Basins. Also, mountain runoff of Urumqi River Basin is more sensitive to precipitation change than that of Kaidu River Basin, and mountain runoff of Kaidu River Basin is more sensitive to temperature change than that of Urumqi River Basin.     

乌鲁木齐市城区和郊区气温分布及廓线特征

利用乌鲁木齐市5座100 m气象塔10层气温观测资料,通过统计方法详细分析了乌鲁木齐市城区和郊区近地层不同高度气温季节变化和日变化特征。研究表明：乌鲁木齐市四季均存在逆温,北郊逆温最明显。近地层100 m内主城区气温日较差较小,约为3.5～5.5 ℃;郊区气温日较差较大,约为4.2～7.0 ℃。夏季郊区气温高于城区,冬季北郊气温最低、南郊最高;白天大气基本上为超绝热不稳定状态,夜间城区气温高于郊区。春、秋季,白天城区和郊区温差小、夜间大,且愈近地面温差愈大;春季城区与南郊温差可达2.4 ℃、秋季可达3 ℃。城区和郊区各季节各层最高气温与最低气温出现时间几乎不同步达到。夏季、秋季、冬季和春季最高气温分别约在17:00～18:10、16:00～17:20、14:30～15:50（北郊滞后1.5 h）、17:00～18:00（南郊提前1.5 h）出现,最低气温分别约在7:10～8:20、8:00～9:00、冬季为多个时段（这与出现逆温有关）、7:30～8:40出现。     

天山山区典型内陆河流域径流组分特征分析

通过对天山南北坡的两个典型流域降水、地下水、河流、融冰雪水δD和δ¹⁸O及水化学检测,基于同位素径流分割模型定量分析了年内径流组分特征。结果表明：（1）两条河流的径流组成中地下水为构成径流的主要成分,其次是冰川融水,融雪水及降水,但南北坡径流组分表现出较明显的差异,乌鲁木齐河流域中冰川融水的比重要大于黄水沟流域,对气候变化响应明显。（2）两条河流在不同季节径流组分也表现出较大差异,春季径流组分差异最为明显。     

乌鲁木齐河流域气候变化的区域差异特征及突变分析

利用乌鲁木齐河流域气象站的气温和降水资料,运用一元回归分析法和5年趋势滑动,进行了气候变化的趋势分析。结果表明:乌鲁木齐河流域的年平均气温在20世纪60-80年代偏低,90年代以后偏高,即80年代前呈下降趋势,90年代后呈上升趋势,并且秋、冬季升温幅度较大;60年代降水量最少,之后逐渐增多,2000年以来迅速增多;气温变化在空间上表现出上游气温低于下游,秋、冬季气候变暖明显早于春、夏季;降水变化的空间差异也明显。在此基础上,利用滑动T检验法、YAMAMOTO检验信噪比(SNR)、Mann-Kendall法、Cramer法和Pettitt法进行气候突变分析。结果表明:乌鲁木齐河流域气温降水突变不明显,不同方法检验的结果不太一致;春、夏季气温可能在1997年发生突变,而秋、冬季在80年代末90年代初发生突变。     

表层雪中稳定同位素季节变化及其与水汽输送的关系——以天山乌鲁木齐河源1号冰川积累区为例

根据2002年9月至2005年12月在天山乌鲁木齐河源1号冰川积累区采集的表层雪样品,揭示了该区表层雪中δ<'18>O值的季节变化特征,讨论了水汽输送对降水中δ<'18>O值变化的影响.研究表明,天山乌鲁木齐河源1号冰川表层雪中δ<'18>O值季节变化显著,变幅可达12.59‰左右,其变化趋势和气温的变化趋势基本一致,...     

Study on diversity and temporal-spatial characteristics of eukaryotic microorganisms on Glacier No.1 at the Urumqi River Head, Tianshan

Surface snow samples of different altitudes and snow pit samples were collected from Glacier No.1 at the Urumqi River Head, Tianshan. Denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) was used to examine the diversity and temporal-spatial characteristics of eukaryotic microorganisms with different altitudes and depths. Results show that the eukaryotic microorganisms belong to four kingdoms—Viridiplantae, Fungi, Amoebozoa, and Alveolata. Among them, algae (especially Chlamydomonadales) were the dominant group. The diversity of eukaryotic microorganisms was negatively correlated with altitude and accumulation time, but positively correlated with δ¹⁸O values. These results indicate that temperature is the main factor for the temporal- spatial change of eukaryotic microorganisms, and the diversity of eukaryotic microorganisms could be an index for climate and environmental change.     

近50年新疆天山奎屯河流域冰川变化及其对水资源的影响

基于地形图、遥感影像、气象与水文资料,对气候变化背景下奎屯河流域近50 a冰川变化及其对水资源的影响进行了研究。结果表明：1964~2015年该流域冰川面积减小了约65.4 km²,冰储量亏损了约4.39 km³,且2000年后冰川消融与退缩加快。消融期内正积温增大带来的冰川物质支出（消融）高于源自年内降水的冰川物质收入（积累）是造成该流域冰川消融与退缩的主要原因。1964~2010年该流域径流年际变化总体呈上升趋势,1993年后径流增加趋势显著,且周期性丰枯变化发生了改变。52 a间该流域冰储量亏损引发的水资源损失量达39.5×10⁸m³,年均亏损量约占多年平均径流量的12%,且20世纪80年代后冰川融水在径流中所占比重增大。     

黄河入海径流变化及影响因素

黄河人海径流是黄河水循环的重要分量,涉及整个流域,它的变化是流域气候与人类活动的综合体现。以黄河人海口利津水文站1963～2009年实测径流量年均值为基础,采用随机水文学方法,对人海径流动态变化进行了分析;结合流域内7个径流来源区的78个气象站同时段月均降水和气温数据及流域内取水量和水利工程等资料,探讨了不同径流来源区的气候因素和人类活动对人海径流量的影响。结果表明：近50年来人海实测径流量呈显著下降趋势,且存在1968年、1985年、1996年与2002年这四个突变点;人海天然径流量同样呈显著下降趋势,只有1985年一个突变点。唐乃亥以上区间的降水量、兰州至龙门区间的气温以及龙门至三门峡区间的降水和气温是引起人海天然径流量变化主要因素;气温因素的季节性变化对人海天然径流量也有影响,其中夏季降水与冬季气温是重要的因素。自20世纪70年代以来,人类活动对人海径流量的影响不断加强,且在耗水量、水土保持及水利工程等方面表现出明显的空间差异。取水量、降水、气温对黄河人海实测径流量变化的贡献率分别为42．2％、39．2％、18．6％。