早全新世沙沟河古洪水沉积及其对气候变化的响应

对沙沟河一级阶地河漫滩ZJDZ剖面中360个样品的粒度,矿物的成分含量及pH值等沉积特征进行分析,并对关键层位进行了一共6个¹⁴C年代测定。结果表明:10.9~4.0 ka B.P.期间沙沟河发生多次大规模洪水,10.9~7.0 ka B.P.期间沙沟河发生20次左右大型洪水,洪水重现期为0.40 ka,其中,10.9~9.0 ka B.P.期间洪水的规模逐次增加,9.0~7.0 ka B.P.期间洪水的规模有所减小;7.0~4.2 ka B.P.期间至少有过4~5次大型洪水,洪水的重现期为0.71 ka。洪水事件主要发生在比较湿润的气候背景下,高频率洪水事件的发生与气候频繁的干湿波动有关。     

伊河龙门峡段全新世古洪水和历史洪水水文学重建

对伊洛河流域进行水文学和沉积学野外调查,在伊河龙门峡（LMX）地点发现典型的全新世黄土—古土壤剖面,根据野外沉积特征和磁化率、粒度分析判定该剖面夹有五层洪水滞流沉积层（SWD）。通过OSL测年和地层对比,确定该地层记录了四期五次特大洪水事件,分别发生在3100~3000 a BP、1800~1700 a BP、770~610 a BP和420~340 a BP,并结合史料等初步判断其中包含了AD 223和1761年历史洪水的沉积记录。这些古洪水事件与全新世气候恶化、转折和气候事件有明确的对应关系。采用古洪水水文学方法恢复洪峰水位,并采用比降—面积法计算出古洪水和历史洪水事件的洪峰流量介于14100~15800 m³/s。同时,根据实测获得1958年7月17日伊河龙门大洪水的洪峰水位和流量数据,采用相同参数和方法恢复其洪峰流量,误差仅有-3.6%,表明在该河段古洪水水文学重建所选参数和计算结果是可靠的。这些研究成果既证明季风气候区河流水文系统对全新世气候异常事件响应敏感,又为伊洛河流域水利、交通和防洪工程建设提供基础数据,具有重要的科学意义和实践价值。     

黄河流域末次冰消期以来古洪水事件研究进展

近20多年来,黄河流域末次冰消期以来古洪水事件研究取得了丰硕成果。论文系统回顾了黄河流域有关古洪水事件识别、年代序列建立、气候成因揭示、古洪水洪峰水位和洪峰流量恢复以及古洪水事件社会影响探讨等方面的内容;提出了当前在古洪水悬移质泥沙沉积物精确断代、古洪水成因及古洪水水文重建等方面面临的主要问题和未来的发展建议;并在现有研究的基础上从加强有条件河段不同规模古洪水的重现期、不同河段古洪水沉积记录的对比研究及建立古洪水水文学数据库等方面对未来黄河流域古洪水研究进行了展望,以期为全球变化背景下黄河流域洪水的预测、防治及风险评估和黄河流域生态保护与高质量发展提供科学依据。     

南极GRV 022888和GRV 052408橄辉无球粒陨石的岩石矿物学特征及成因探讨

主要介绍GRV 022888和GRV 052408两块南极陨石的岩相学和矿物化学特征,并在此基础上探讨其成因。GRV 052408陨石主要由橄榄石(~60 vol%)和辉石(~35 vol%)组成,含少量富碳质填隙物(~5 vol%);而GRV022888陨石基本由橄榄石(~98 vol%)构成,仅有很少量辉石,富碳质不透明填隙物含量也较低(~2 vol%)。这两块陨石中的橄榄石都可以见到明显的核部富铁边部富镁的反环带结构。结合岩相学和矿物化学特征,将它们划分为单矿Ⅰ型橄辉无球粒陨石。根据橄榄石-易变辉石-熔体温度计,计算得到两块陨石的形成温度在1 220℃左右。我们的研究结果支持橄辉无球粒陨石为球粒陨石质母体部分熔融后的残余物成因假说。     

黄河永和关段全新世古洪水研究

通过对黄河中游晋陕峡谷段进行系统地考察, 在多个地点发现全新世古洪水滞流沉积物。选择永和关段YHG剖面进行了沉积学和水文学研究。根据野外宏观沉积学特征, 确定YHG 剖面含有一组五层古洪水滞流沉积层。采样分析测试表明其磁化率低、烧失量小、CaCO₃含量低, 粒度成分分类为粉沙质细沙和细沙质粉沙。它们是黄河洪水悬移质泥沙在高水位滞流情况下的沉积物, 记录了黄河晋陕峡谷段一期五次特大古洪水事件。通过地层学对比分析和OSL 测年断代, 确定这五次洪水发生在全新世中期-晚期转折阶段, 即3200-3000 aBP。这也是我国历史上商末-西周初年的气候恶化转折阶段。利用“古洪水SWD厚度与含沙量关系法”恢复古洪水洪峰水位, 采用面积-比降法计算出5 次古洪水事件洪峰流量介于28380~48590 m³/s 之间。该结果有效地延长了黄河中游洪水数据序列, 为万年尺度洪水流量-频率关系的计算提供了基础数据。这对于黄河中下游水利水电工程洪水设计和洪水资源化开发管理具有重要的现实意义, 对于揭示黄河中游水文过程对于全球变化的响应规律具有重要的科学意义。     

黄河中游马莲河历史与现代洪痕沉积与水文学研究

通过对马莲河流域深入调查研究,在马莲河下游峡谷峭壁发现了一组4个显著的洪痕。洪痕沉积物分析看出,马莲河洪水悬移质泥沙以粉沙为主,粘粒和沙粒含量都较低,磁化率值也很低。将这些数据与流域内马家原剖面黄土土壤的的分析结果对比,可知马莲河现代洪痕沉积物是暴雨洪水对于流域内黄土和土壤侵蚀、搬运沉积形成。采用面积－比降法对该组洪痕所记录的4次洪水事件进行了洪峰流量恢复计算。表明高于常水位3.3 m、5.5 m、6.7 m洪痕洪峰流量分别为1 170m³/s、4 060 m³/s、5 690 m³/s。它们与雨落坪水文站观测2005、2003、1977年的洪水洪峰流量值相当,误差小于5 %。最高洪痕高出常水位10～12 m,计算恢复其洪峰流量为13 980 m³/s,洪水发生年代为1841年（清代道光21年）。这些研究结果对于马莲河流域的防洪减灾、水利水电工程设计和水土流失防治具有重要科学意义。     

城镇化流域降水径流氢氧同位素特征及洪水径流分割

为研究人类活动影响下河流降水径流响应特征,以珠江三角洲典型城镇化流域石马河为研究对象,采集2017年1-12月日降水、河水样品和3场台风期间的时段降水、洪水样品,通过测定其氢氧稳定同位素组成（δD、δ ¹⁸O）,分析流域降水、径流氢氧同位素组成特征,并利用同位素二元混合模型,分割3场台风降水事件中事前水及事件水对流量过程的贡献。结果表明,研究区域大气降水δD、δ ¹⁸O的变化范围分别为-105.10‰~+9.98‰和-14.80‰~-0.55‰,年加权平均值为-57.88‰和-8.61‰,大气降水线为δD = 7.70δ ¹⁸O+8.61（R ²= 0.98）;河水δD、δ ¹⁸O的变化范围分别为-91.23‰~-15.96‰和-12.66‰~-4.01‰,δD-δ ¹⁸O基本落在局地大气降水线上,表明降水是石马河径流的主要来源。3场台风期间,事件水占洪水总径流量的比例分别为59.7%、55.0%和69.4%,均高于事前水占比。洪水涨水初期事前水和事件水同步增长,涨水后期事件水比例逐渐增大,洪峰期间比例大于80%,成为径流主导成分,表明流域城镇化过程中下垫面不透水面积的增加会显著改变水文循环过程。本研究成果可为珠江三角洲城镇化流域水文预报提供理论基础。     

赣北黄茅潭湖泊沉积记录的240年以来古洪水事件

古洪水研究是近几十年来全球变化研究的一个热点,同时也是难点。本文利用赣北黄茅潭的湖泊沉积,建立了小冰期以来全球变暖背景下的区域洪水记录。采用²¹⁰Pb和¹³⁷Cs方法厘定了地层年代,基于粒度与元素地球化学指标的对比分析,揭示了器测记录(1950年)以来指标记录的特点与区域日降水超过50 mm天数的关系,认为黄茅潭HMT-01孔粒度(包括粗粉砂+砂/粘土比值、平均粒径)和Zr/Rb、Ti/Rb、Zr/Fe比值可作为洪水指标记录,共识别出1950-2010年期间记载的13次洪水事件中的11次。基于这些指标记录及指标特点,共识别1769-1950年间由历史文献记录的31次洪水事件中的23次,识别率达74.2%。研究表明：①湖泊沉积中Zr/Rb、Ti/Rb、Zr/Fe比值和粒度参数(平均粒径、粗粉砂+砂/粘土)作为洪水指标,对洪水事件沉积有较好的指示作用,且Zr/Rb比值对洪水事件的检出率较高;②黄茅潭流域洪水发生频率暖期高于冷期;③年代际尺度上,1820s-1840s,1860s-1870s为19世纪冷期黄茅潭洪水高频期,这两个阶段对应东亚夏季风偏强,长江中下游地区降雨较多;20世纪赣北黄茅潭洪水基本随1920s-1940s,1980s-1990s两个变暖阶段而高频出现,与长江中下游大洪水演变特点基本一致。研究结果为利用湖泊沉积记录反演过去的洪水变化,延长洪水序列、认识洪水规律提供了一定的科学依据。     

1947-2006年东半球陆地干旱化特征——基于SPEI数据的分析

 利用1947—2006年逐月全球陆地高分辨率(0.5°×0.5°)标准化降水蒸散指数SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)资料,分析了过去60 a东半球(40°S—80°N,20°W—180°E)陆地的干旱化趋势和变率、干旱面积变化、干旱事件的持续性和周期性以及可能的变化成因等。结果显示,东半球80%的陆地上目前处于干旱化进程中,其中北非及中蒙边界等地干旱化趋势最为显著。干旱变率最大地区出现在非洲北部、中国青藏高原、中国西北东部及中蒙边界一带、俄罗斯中北部以及东北部。北非、中蒙边界中段及中国青藏高原地区也是持续性异常干旱事件出现频次最高的地区。基于功率谱的周期分析则显示,东半球大部分地区第一显著周期为1.5～3 a左右,中亚部分地区存在准4 a周期振荡,而北非地区存在准12 a周期的年代际变化。SPEI距平场的经验正交函数(EOF)分析第一模态反映了东半球陆地大部分地区干旱化总体上具有一致性,对应的时间函数与全球陆地气温距平相关系数高达0.81,表明全球变暖与东半球干旱化趋势有着紧密联系;第二模态对应的时间函数与超前8个月的南方涛动指数(SOI)的相关系数为0.60,因而大尺度的干旱周期性振荡受ENSO活动影响显著。     

秦岭南北河流不同尺度特大洪水对比研究

以秦岭南北的汉江上游、渭河为例,对比分析了万年以来洪水发生的时间、流量的差异,并探讨了气候变化与洪水发生的联系。结果表明:在长时间尺度上,秦岭南北的汉江上游、渭河均有古洪水事件的沉积记录,汉江上游的洪水流量远大于渭河流域的洪水流量,洪水发生时间主要集中在4 200~4 000 a BP和3 200~3 000 a BP这两个时间段内;对季风气候变化分析表明,4 200~4 000 a BP和3 200~3 000 a BP是季风突变气候恶化的两个转折期,气候突变使得秦岭南北河流在这个时间段均有古洪水事件记录,但因测年分辨率的限制,似乎秦岭南北洪水发生时间具有一致性。在短时间尺度上,对秦岭南北实测洪水分析发现,虽然大多数年份秦岭南北没有洪水同时发生,但在个别年份内秦岭南北还是有洪水同时发生情况;从华西秋雨角度分析表明,秦岭南北的汉江上游、渭河处于华西秋雨核心区,但因多种因素的影响,在多数情况下秦岭南北洪水发生的时间并不都是完全相同。研究成果有助于从水文学角度在长时间尺度上揭示秦岭南北地区主要河流洪水发生规律,深化特大洪水事件与季风气候的关系;同时也加深了对秦岭地理分界作用的认识,对秦岭南北因地制宜的进行防洪减灾和水资源的合理调度开发有重要的实践意义。     

地理学的一般问题 地理学的理论和方法

P5972007010001宇宙成因核素测年方法及其在地球科学中的应用=Theory of cosmogenic nuclide surface exposure dating and its applica-tions in geosciences/许刘兵,周尚哲∥冰川冻土.—2006,28(4).—577~585宇宙成因核素主要是由来源于银河系的宇宙射线与暴露于地表的物质作     

汉江上游郧西段全新世古洪水事件研究

古洪水水文学是全球变化科学领域的前沿课题。通过对汉江上游的深入调查研究,在郧西段基岩峡谷发现全新世古洪水滞流沉积地层。通过沉积学观察研究,采样分析和与2010年汉江洪水滞流沉积物的粒度、磁化率特征对比,判定为典型的全新世洪水滞流沉积物(SWD)。通过全新世地层对比和光释光(OSL) 测年,确定其记录了全新世时期3200-2800 a BP的特大古洪水事件。在确定了古洪水洪峰水位和相关参数的基础上,采用比降法水文模型推算出该期洪水洪峰流量在48830~51710 m³/s 之间。同时在该断面观测了汉江上游1983 年、2005 年和2010 年洪水洪痕水位,采用相同水文参数和模型,恢复了其洪峰流量,与白河水文站实测流量比较,误差在1.99%~4.21%之间,说明我们对于古洪水水文参数选择与洪峰流量计算结果是合理的。从而将古洪水数据加入洪水频率序列中,建立了万年尺度洪水流量与频率关系。该研究成果为汉江上游水资源水能源开发利用和防洪减灾等,提供了重要的水文资料。     

黄河壶口段全新世古洪水事件及其水文学研究

通过对黄河中游晋陕峡谷段的考察,在多个地点发现全新世古洪水滞流沉积层。选择壶口段左岸岩棚内典型的古洪水滞流沉积剖面进行沉积学和水文学研究。对于采集的全新世地层剖面序列样品,进行粒度成分、磁化率、烧失量、CaCO₃含量等分析,从沉积学角度证明了研究剖面所夹洪水沉积物为典型的古洪水滞流沉积物,记录了全新世两个时期的特大洪水事件。通过地层学对比分析和OSL测年,确定其分别发生在全新世早期-中期转折阶段,和中期-晚期转折阶段。利用沉积学和水文学原理恢复古洪水水位,计算出第一组古洪水洪峰流量为27490m³/s、27830 m³/s、28570 m³/s,第二组为40920m³/s。本文的研究发现全新世特大洪水事件,并且恢复了其水文特征数据,对于揭示黄河水文过程对于全球变化的响应规律具有重要的科学意义,对于水利工程建设具有重要的现实意义。     

汉江上游白河段万年尺度洪水水文学研究

通过对汉江上游的考察,在多个地点发现古洪水滞流沉积层夹在古土壤层与坡积石渣土层或坡积角砾层中。选择白河段JJTZ剖面进行沉积学和水文学研究。对于采集的全新世古洪水滞流沉积样品,进行沉积学分析,与2010年现代洪水滞流沉积物进行对比,结合其宏观特征确认其为汉江洪水悬移质沉积物,粒度成分分类为细沙质粉沙。它们记录了汉江上游特大古洪水事件。通过地层学对比分析和OSL测年断代,确定其发生在全新世中期-晚期转折阶段,即3 200～2 800 a B.P.。利用沉积学和古水文学原理恢复古洪水洪峰水位,采用比降法计算出两次古洪水洪峰流量为40 180 m3/s和49 170 m3/s。该结果大大延长了洪水水文数据序列,从而能够建立汉江上游万年尺度洪水流量-频率关系,对于揭示汉江上游水文过程对于全球变化的响应规律具有重要的科学意义,对于防洪减灾和水资源水能源工程建设具有重要的现实意义。     

西安北郊渭河河漫滩沉积与洪水事件

根据西安北郊相家巷河漫滩沉积剖面中180个样品的颗粒分析和历史文献资料记载,研究了西安北郊相家巷漫滩沉积代表的洪水事件。研究表明:西安北郊相家巷剖面洪水沉积分层明显,对洪水的发生和短期降水量变化反映清楚。相家巷剖面洪水沉积厚度约为5.40m,可划分为28个层,指示发生了28次大小不同的洪水事件。剖面中的洪水沉积以中、粗砂和细砂为主,指示当时的洪水规模比近120年来关中渭河洪水明显大。这28次洪水事件发生时高漫滩上的洪水深度均大于2.2m,剖面中的第12、14、19~28层代表特大洪水事件。西安北郊相家巷洪水沉积代表的大规模洪水主要是由当年降水量的明显增加引起的。     

汉江上游沉积记录的东汉时期古洪水事件考证研究

总结近年来在汉江上游古洪水研究成果的基础之上,采用文献资料分析和洪水模拟计算方法,对汉江上游6个沉积剖面纪录的东汉时期古洪水事件进行了年代考证和洪水模拟计算。结果表明,通过分析文献记载的汉江上游东汉时期洪水影响范围、强度和程度,以及结合洪痕沉积规律,在时间上考证认为这6个沉积剖面记录的东汉时期古洪水事件可能是东汉建安二年（197年）九月的一次特大洪水事件。选取合适的河槽横断面和糙率系数,采用HEC-RAS模型对距离较近的4个沉积面记录的东汉时期古洪水事件进行洪水模拟计算,模拟洪水位与各剖面依据古洪水SWD恢复的洪水位误差在-0.18%~0.25%,而且模拟的1983年洪水位与剖面及其附近发现的1983年洪痕水位误差小于0.25%,说明洪水模拟计算选取的河槽横断面和水文参数准确、可靠,从洪水模拟计算的角度也说明了汉江上游沉积记录的东汉时期古洪水事件可能为一次特大洪水事件。该研究结果不仅延长了汉江上游洪水序列,而且也为汉江上游水利工程建设、水资源管理和防洪减灾等提供重要的水文资料。     

江汉平原钟桥遗址地层揭示的史前洪水事件

通过野外考古调查研究,利用对钟桥遗址疑似古洪水层和研究区现代洪水沉积物的锆石微形态、粒度、磁化率、Rb/Sr等地球化学指标的比较、AMS¹⁴C技术和考古器物断代,发现钟桥遗址在4800~4597 cal. a BP、4479~4367 cal. a BP和4168~3850 cal. a BP分别经历了三次古洪水事件并相应堆积了古洪水沉积层;结合江汉平原及其周边地区众多遗址的古洪水沉积层时代对比证据,揭示了屈家岭文化中晚期（4900~4600 cal. a BP）和石家河文化末期至夏代（4100~3800 cal. a BP）两次大洪水事件在江汉平原地区非常普遍。对史前洪水发生环境背景的进一步分析,反映江汉平原在5000~4500 a BP及4000 a BP前后的时段气候表现得不稳定,古洪水事件与气候环境变化驱动的江汉平原湖群扩张存在一定的联系,并影响区域新石器文化兴衰过程。同时,其它证据也表明该区社会发展过程和环境变化过程特别是古水文过程的矛盾在石家河文化末期已特别突出,发现具有全球意义的4000 a BP前后气候异常引起的大洪水事件是江汉平原地区石家河文化消亡的重要环境因素;而石家河文化末期该区内部或同中原以及其它地区间的冲突,都加速了石家河文化的崩溃。这些研究成果,提供了可靠的大禹时代史前洪水证据来说明其对新石器文化兴衰的社会影响,对于揭示4000 a BP气候事件中区域气候水文变化的响应规律,亦具有重要的科学意义。     

无定河下游全新世古洪水研究

对无定河流域野外考察,在其下游苏家圪坨(SJGT)地点发现夹有古洪水滞流沉积物(SWD)的全新世剖面。古洪水SWD厚度30 cm,具有平行微薄层理特征,且直接覆盖在东汉文化层之上。室内分析结果表明古洪水SWD有着与2012年洪水SWD相似的沉积学特征,以粗粉沙为主,分选良好,磁化率和烧失量较小,说明它记录了一次无定河下游的大洪水事件。文化层光释光(OSL)测年结果显示该次古洪水事件发生在1 900～1 700 a BP。古洪水洪峰水位和洪峰流量分别为765.9 m和10 530 m³·s^-1。同时利用2012年洪水洪痕水位验证,在同一断面用相同参数恢复洪峰流量为1 030 m³·s^-1,实测洪峰流量为1 000 m³·s^-1,误差为3.09%,说明古洪水洪峰流量恢复结果合理可靠。研究结果延长了无定河下游洪水数据序列,对水资源、水能源的开发利用提供了科学依据。     

沙漠沟谷暴雨洪水侵蚀产沙特征

在半干旱区的季节性沙漠沟谷,暴雨引发的洪水过程侵蚀产沙强度大,水土流失严重,对区域及下游河道生态造成严重威胁。以毛布拉孔兑的支沟苏达尔沟为研究对象,以苏达尔沟2011—2015年6次暴雨洪水事件的观测数据为基础,分析洪水流量、泥沙浓度及地表沉积物粒度特征,给出暴雨洪水侵蚀产沙输沙特征。结果表明:观测期间暴雨洪水侵蚀产沙量平均每次约37.69×10~4t,产沙模数为0.57×10~4t·km^-2;其中最大的洪水事件130721号暴雨洪水过程侵蚀产沙量高达90.47×10~4t,产沙模数达1.36×10~4t·km^-2。流域总侵蚀产沙以0.25～0.063 mm泥沙为主,约占总侵蚀量74%。洪水总侵蚀产沙量随暴雨产流强度增强而增加,同时下游沙漠沙地段产沙贡献比重也随之增加,风沙贡献也相应增大。坡面侵蚀约占暴雨洪水总侵蚀的4.37%,且主要集中在上游砒砂岩坡面。     

气候变暖对中国亚热带北界位置的影响

在全球气候变暖的背景下,中国气候带也有相应的变化。亚热带北界是暖温带与北亚热带的交界,是中国气候带上的一个重要分界线。论文讨论了气候变暖对中国亚热带北界的影响。数据资料来自于中国气象局,采用中国740个站点1951~2005年的日平均温度资料。根据《中华人民共和国气候图集》中气候区划的第一级气候带定义指标,以≥10℃天数为主导指标,≥10℃积温、1月平均温度为辅助指标,定义亚热带北界为≥10℃天数为218天,≥10℃积温为4500~4800℃,1月平均气温为0℃。分别统计1951~2005年暖温带与亚热带指标的年代变化及亚热带北界在1951~1970、1971~1990、1991~2005年的位置演变,结果表明:34°N附近55年来≥10℃天数、≥10℃积温、1月平均温度都呈上升趋势。20世纪50年代至今,亚热带北界西段几乎没有变化;亚热带北界中东段向北推移幅度较大,到本世纪初向北已推移到35°N附近,较1951~1970年向北推移2~3个纬度。亚热带北界位置的向北推移是对全球气候变暖的一种响应,这将对我国农业布局和生态环境有重要影响。