1972-2012年青藏高原中南部内陆湖泊的水位变化

青藏高原的湖泊水位变化能够清晰的记录湖泊波动,分析近几十年来气候变暖背景下青藏高原典型湖泊水位的动态变化,对理解全球变化的区域响应特征和规律有重要意义。本文利用多源遥感数据,获取1972-2012年青藏高原南部地区5个典型湖泊的面积与水位序列,并分析了40年来湖泊水位的变化特征。研究结果表明,1972-2012年,普莫雍错,塔若错,扎日南木错水位呈上升趋势,分别上升了0.89 m、0.70 m、0.40 m;同期,佩枯错与玛旁雍错的水位呈下降趋势,分别下降了1.70 m、0.70 m。总体来看,五个湖泊在1990s-2012年的变化比1970s-1990s的变化更剧烈,从空间变化看,处于青藏高原边缘地带的佩枯错与玛旁雍错发生的变化呈现一致性,而位于中部地带的塔若错与扎日南木错的变化也呈现一致性。     

Investigating changes in lake systems in the south-central Tibetan Plateau with multi-source remote sensing

Lakes in the Tibetan Plateau are considered sensitive responders to global warming. Variations in physical features of lake systems such as surface area and water level are very helpful in understanding regional responses to global warming in recent decades. In this study, multi-source remote sensing data were used to retrieve the surface area and water level time series of five inland lakes in the south-central part of the Tibetan Plateau over the past decades. Changes in water level and surface area of the lakes were investigated. The results showed that the water level of three lakes (Puma Yumco, Taro Co, Zhari Namco) increased, with expanding surface area, while the water levels of the other two lakes (Paiku Co, Mapam Yumco) fell, with shrinking area. The water levels of the lakes experienced remarkable changes in 2000–2012 as compared with 1976–1999. Spatially, lakes located at the southern fringe of the Tibetan Plateau showed consistency in water level changes, which was different from lakes in the central Tibetan Plateau.     

Temporal and Spatial Distribution of Evapotranspiration and Its Influencing Factors on Qinghai-Tibet Plateau from 1982 to 2014

Evapotranspiration is the key driving factor of the earth’s water cycle, and an important component of surface water and energy balances. Therefore, it also reflects the geothermal regulation function of ecohydrological process. The Qinghai-Tibet Plateau is the birthplace of important rivers such as the Yangtze River and the Yellow River. The regional water balance is of great significance to regional ecological security. In this study, ARTS, a dual- source remote sensing evapotranspiration model developed on a global scale, is used to evaluate the actual evapotranspiration (ET) in the Qinghai-Tibet Plateau from 1982 to 2014, using meteorological data interpolated from observations, as well as FPAR and LAI data obtained by satellite remote sensing. The characteristics of seasonal. interannual and dynamic changes of evapotranspiration were analyzed. The rates at which meteorological factors contribute to evapotranspiration are calculated by sensitivity analysis and multiple linear regression analysis, and the dominant factors affecting the change of evapotranspiration in the Qinghai-Tibet Plateau are discussed. The results show that: (1) The estimated values can explain more than 80% of the seasonal variation of the observed values (R² = 0.80, P < 0.001), which indicates that the model has a high accuracy. (2) The evapotranspiration in the whole year, spring, summer and autumn show significant increasing trends in the past 30 years, but have significant regional differences. Whether in the whole year or in summer, the southern Tibetan Valley shows a significant decreasing trend (more than 20 mm per 10 years), while the Ali, Lhasa Valley and Haibei areas show increasing trends (more than 10 mm per 10 years). (3) Sensitivity analysis and multiple linear regression analysis show that the main factor driving the interannual change trend is climate warming, followed by the non-significant increase of precipitation. However, vegetation change also has a considerable impact, and together with climate factors, it can explain 56% of the interannual variation of evapotranspiration (multiple linear regression equation R² = 0.56, P < 0.001). The mean annual evapotranspiration of low-cover grassland was 26.9% of high-cover grassland and 21.1% of medium-cover grassland, respectively. Considering significant warming and insignificant wetting in the Qinghai-Tibet Plateau, the increase of surface evapotranspiration will threaten the regional ecological security at the cost of glacial melting water. Effectively protecting the ecological security and maintaining the sustainable development of regional society are difficult and huge challenges.     

卫星遥感检测高原湖泊水面变化及与气候变化分析

对西藏西部的玛旁雍错、中部的纳木错和南部的普莫雍错三大湖泊地区,采用中巴资源卫星自1999年至2007年长时间序列的影像数据,通过最佳波段组合和时相的选取,高精度几何配准和镶嵌以及进行边缘信息提取等处理,绘制湖面变化解译图。并用一景同期ETM 图像作为辅助数据计算湖区地物光谱反射率曲线以辅助分类。为避免个别年份湖面变化出现偶然性,采用几个相邻年份湖面求取平均值的方法统计近年湖面面积。其结果与1984年中国科学院青藏高原综合科学考察队的数字对比表明,西藏南部的普莫雍错和中部的纳木错湖面有明显扩张,分别扩张了大约4.01%和4.55%;而西部的玛旁雍错近年间变化不大,甚至略有萎缩趋势,相比1984年也仅增长了1.31%。为研究西部地区和中东部地区出现不同变化的主要原因,通过对水位数据和气象特征因子的相关性分析,及对三地区近34年的气象资料,包括年均温度、年均降雨量、年均蒸发量等进行距平均值曲线拟合,发现中东部年均温和降雨量均呈显著增加趋势,而西部降雨量则呈微弱减少趋势。这说明近期湖面的扩张与气象资料分析的变化情况具有很好的一致性,反映遥感方法在湖泊水域变化检测方面具有较高的可用性。     

The effect of climate warming and permafrost thaw on desertification in the Qinghai–Tibetan Plateau

Four sets of remote sensing images from 1987, 1994, 2000, and 2006, 50 years of meteorological and soil moisture data corresponding to different desertified lands were combined with populations and livestock data to analyze the process and cause of desertification in a portion of the Qinghai–Tibetan Plateau (QTP). It showed that surface soil temperature in the region has increased at an average rate of 0.6 °C per decade between 1980 and 2005, the thawing days on the surface have increased by 60 days from 1983 to 2001, and the depth of the seasonal thawing layer has increased by 54 cm, 102 cm and 77 cm in April, May and June, respectively, from 1983 to 2003. As a result, the upper soil layer has become drier due to the thickening active layer and soil water infiltration. These changes, in turn, have inhibited the growth of alpine meadow vegetation that has shallow root systems. It is concluded that climate warming and permafrost thawing have caused desertification in grazing regions of the Qinghai–Tibetan Plateau (QTP).     

青藏高原近40年来的降水变化特征

利用我国青藏高原地区的1961-2000年56个气象站的逐月降水资料,通过计算降水量的距平百分率,分析了青藏高原自1961至2000年以来降水量变化的趋势和1961-2000年以来各季降水量变化趋势,发现:青藏高原近40年来降水量呈增加趋势,降水量的线性增长率约为1.12mm/a。再将高原划分为四个季节,分析了各季40年来的降水量的变化情况得出:春季降水量年际变化较大,秋季降水量变化不明显。夏季降水量值较大而降水变化幅度较小,冬季降水量变化则与夏季相反。通过将青藏高原分为南北两个地区,分析了两个区的年降水量和四个季节的降水量的变化得出:高原南区1961-2000年降水量呈增加的趋势,降水量的线增长率为1.97 mm/a,春季和冬季降水量年际变化较大,夏季降水量变化不明显,秋季降水量略有增加;北区年降水量和夏季的降水量变化较小,秋季降水量的年际变化较大,冬季降水量变化最大。对青藏高原的南北两区用Mann-Kendall方法进行突变分析,显示高原南区分别在1978年和1994年发生突变,北区没有发现突变。     

1974—2009年西藏羊卓雍错湖泊水位变化分析

羊卓雍错(简称羊湖)是青藏高原南部最大的一个封闭型内陆湖泊,位于西藏自治区浪卡子县境内,与纳木错、玛旁雍错一起并列为西藏三大圣湖,是藏南地区重要的风景旅游区。始建于1989年的羊湖发电站于1997年正式投入运营,为世界上海拔最高的抽水蓄能电站。在全球气候变暖和人类活动的影响下,其湖面水位变化及其成因备受国内外关注。利用1974—2009年羊湖白地水文观测资料,分析了36年来羊湖水位年际、年内变化特征及其与自然要素(气温、降水和蒸发等)和人类活动之间的关系。结果表明,羊湖平均水位为19.06 m,历史最高值出现在1980年,为21.37 m,2009年水位降至17.08 m的历史最低值。自1974年有水位观测资料以来,羊湖水位呈波动式下降趋势,其中,1974—1977年水位表现为逐年下降,幅度为0.26 m/a;之后至1980年以0.4 m/a呈上升态势,1980年羊湖水位达到了历史最高值;此后,至1996年水位呈显著下降趋势,减少速率为2.08 m/(10 a),1996年是羊湖水位上升的一个转折点,至2004年水位在逐年上升;2004—2009年是一个水位显著下降的时段,速率为0.57 m/a,也是水位下降趋势最为显著的时段。羊湖水位下降年份占整个时段的56%,而44%的年份水位在上升。1974—1984年及2001—2005年水位高于多年平均值,而1985—2000年及2006年之后水位都低于多年平均值。羊湖水位的年内最低值一般出现在6月,最高值则在10月。羊湖年内水位变化对流域降水量的响应具有一定的滞后性,时间为2个月左右。羊湖水位变化主要是由降水波动、气温上升、蒸发的变化等自然因素共同作用的结果,特别是,流域年际降水量波动是湖面水位升降的主要影响因子,人为和工程的影响范围和程度均较小。自羊湖电站1997年运行以来,流域的环境在暖湿的气候大背景下有所改善,且对羊湖水位变化无明显影响。但如果电站不能蓄水与发电并举,达不到总体不消耗羊湖水量的设计目标和水量平衡,对羊湖水位的影响将不可忽视。     

1972-2019年萨雷兹堰塞湖遥感时序监测与水文特征过程分析

堰塞湖的水文特征过程对于库区洪水宏观调控、预报预警、安全防治等具有重要意义.为了及时掌握萨雷兹堰塞湖水文特征和历史演化过程,本文基于密集时间序列遥感数据,综合调查全面系统地分析了1972-2019年帕米尔高原萨雷兹堰塞湖的水文特征以及时空变化过程;并通过"面积-水位"关系模型重建了1972-2019年萨雷兹堰塞湖的历史...     

基于卫星遥感和再分析数据的青藏高原土壤湿度数据评估

土壤水是地表与大气在水热交换方面的关键纽带,是关键水循环要素,更是地表产汇流过程的关键控制因子。青藏高原是地球第三极,也是亚洲水塔,探讨青藏高原土壤水变化对于探讨青藏高原热力学特征变化及其对东亚乃至全球气候变化的影响具有重要意义,而获取高精度长序列大尺度土壤水数据集则是其关键。本文利用青藏高原100个土壤水站点观测数据,从多空间尺度（0.25°×0.25°,0.5°×0.5°,1°×1°）、多时间段（冻结和融化期）等角度,采用多评价指标（R、RMSE、Bias）,对多套遥感反演和同化数据（ECV、ERA-Interim、MERRA、Noah）进行全面评估。结果表明：① 除ERA外,其他数据均能反映青藏高原土壤水变化,且与降水量变化一致。而在那曲地区,遥感反演和同化数据均明显低估实测土壤水含量。从空间分布来看,MERRA和Noah与植被指数最为一致,可很好地反映土壤水空间变化特征;② 青藏高原大部分地区土壤水变化主要受降水影响,其中青藏高原西部边缘与喜马拉雅地区土壤水变化则受冰雪融水和降水的共同影响;③ 除阿里地区外,大部分遥感反演和同化数据在融化期与实测土壤水相关性高于冻结期,其中在那曲地区,遥感反演和同化数据均高估冻结期土壤含水量,却低估融化期土壤含水量。另外,遥感反演和同化数据对中大空间尺度土壤水的估计要好于对小空间尺度土壤水的估计。本研究为青藏高原土壤水研究的数据集选择提供重要理论依据。     

基于流量监测的西藏东南部然乌湖水量平衡季节变化及其补给过程分析

青藏高原分布着亚洲大陆最大的湖泊群,其湖泊变化对气候变化响应敏感。基于遥感数据的湖泊面积变化不足以反映外流湖对气候变化的响应,需借助湖泊水量平衡过程分析来进一步研究各补给要素的变化。本文利用2015年4月-11月然乌湖水文气象监测数据,通过建立流量—水位关系,依据连续的水位数据重建了观测期内然乌湖主要径流的水文过程线,并结合SRM模型分析了然乌湖的水量平衡过程及季节变化。结果表明,观测期内然乌湖入湖水量约为18.49×10⁸ m³,其中冰川融水约为10.06×10⁸ m³,冰川融水占然乌湖补给的54%以上,湖面降水、湖面蒸发对湖泊水量平衡过程影响微弱。流域降水对湖泊的补给具有明显的季节特征。春季受西风南支扰动影响,然乌湖地区降水量大,降水是春季然乌湖的主要补给源。夏季和早秋由于气温升高,冰川消融量大,冰川融水是湖泊补给的主控因素。在未来气候变暖的条件下,冰川融水将会在湖泊补给中占据更大比例,并可能使得流域内的冰湖水量增加,产生潜在灾害风险。     

基于MODIS的青藏高原湖泊透明度遥感反演

湖泊透明度是湖泊水体性质的一个重要参数,是湖泊浮游生物和进入湖泊的有机和无机颗粒溶解程度的综合反映,对湖泊生态环境研究具有重要的科学及实践意义。遥感影像是获取面积广、时间长的湖泊透明度的重要手段,但由于实测数据缺乏,目前对青藏高原地区湖泊透明度的遥感反演研究相对不足。本文基于青藏高原地区24个湖泊实测透明度SD(Secchi Depth)值和相应的MODIS遥感影像,建立了该地区湖泊水体透明度SD值MODIS遥感反演模型。结果表明：基于MODIS绿色波段B4的单波段幂函数模型在该地区反演效果最好,精度较高(R2=0.91, N=24),并具有较好的稳定性。以当惹雍错为例,选用该模型反演得到湖泊透明度的时间变化序列,发现该湖存在明显的季节波动和较为明显的年际变化。初步分析得出,降水/融水季节的湖泊透明度与湖泊所在流域的降水率具有密切的关系。本文结果表明,利用遥感手段能够有效地开展青藏高原地区湖泊透明度的反演,可为进一步深入研究该地区湖泊透明度及其影响要素奠定基础。     

缺测站干旱流域生态输水遥感监测与农业节水效益分析

生态输水与农业节水是实现内陆干旱流域可持续发展的重要手段,连续水文观测资料的缺乏制约了生态输水与农业节水效益评价。为此,以中国甘肃敦煌疏勒河流域下游为例,基于遥感水文站与谷歌地球引擎进行2016—2020年月尺度的生态输水遥感监测,在此基础上结合蒸散发和土地覆盖类型等多源遥感数据评价生态输水与农业节水效益,分析两者之间在水资源方面的平衡关系。结果表明：（1） 遥感水文站与谷歌地球引擎（Google Earth Engine, GEE）能够为生态输水遥感监测与农业节水效益评价提供可靠的数据支撑。（2） 2017—2020年生态输水能够为下游湿地与河道平均每年提供2.50×10⁸ m³生态用水,其中30.06%的水量到达下游湿地,18.47%的水量被下游河道周边的植被所利用,且使下游河道周边植被面积增加112.25 km²。（3） 农业节水在保持耕地面积维持上升趋势的前提下,2017—2020年平均每年降低耕地的蒸散发量0.395×10⁸ m³;耕地蒸散发减少量平均占生态输水量的14.22%,农业节水有效缓解了内陆干旱流域农业用水挤占生态用水的问题。本文将为内陆干旱缺测站流域的生态输水遥感监测与农业节水效益评价提供新的思路,以期为未来的生态输水与农业节水工程的实施提供理论支撑。     

近20年青海湖水量变化遥感分析

青藏高原湖泊水量的变化是揭示全球气候变化及其区域水循环响应的重要信息载体。区别于常用的水文学方法,本文利用MODIS遥感影像和LEGOS高度计多年连续数据,基于湖泊水位—面积关系,探讨了湖泊水量变化的遥感分析方法,并以青藏高原面积最大的青海湖为例,揭示青海湖近20年来(2001-2016)湖泊水量年内与年际变化特征。主要结论为：青海湖湖泊面积在2001-2016年间整体扩张了187.9 km²,变化速率为11.6 km²/a;水位在2001-2014年间上升了1.15 m,变化速率为0.10 m/a。青海湖水位—面积关系表现为二次函数关系(相关系数R²=0.83)。基于水位—面积关系,进一步估算分析了青海湖水量平衡的净收支及其年内和年际变化。近20年来,青海湖水量总体呈增加趋势,其变化率约为4.5\times {10}^8m³/a。降水的增加与蒸发能力的下降是湖泊水量增加决定性的驱动因子。     

西藏扎布耶盐湖水位波动规律初探

文章探讨扎布耶北湖1991年1月至2003年12月水位变化的季节性波动、长期变化和周期变动的规律。该湖水位的季节性波动在1991~1996年表现为单峰模式,高水位出现于4月,由冰雪与冻土融水补给引起;1997~2003年表现为双峰模式,高水位分别出现在4月和8~9月(雨季),反映近年来气温上升和降水增加的影响。数学模型表明水位波动表现出8.2年的周期,幅度达0.48 m。1991~2003年水位共上升0.25 m,但大多数年份表现出平均0.06~0.08 m/a下降趋势,1998~1999年的水位上涨是水位由单峰模式变为双峰模式转折点。     

近三十年青藏高原内流区湖泊岸线形态的时空演变

湖泊岸线形态是描述和定量表达湖泊空间分布特征的重要维度。近年来,受气候暖湿化影响,青藏高原内流区湖泊总体呈现快速扩张趋势,湖泊的动态变化不仅体现在面积、水位、水量等水文参数上,还引起湖泊形态的显著变化。基于多期湖泊分布数据,结合分形和景观生态学理论,构建了湖泊岸线形态特征量化的指标体系,对1990年以来,青藏高原内流区湖泊岸线形态的时空变化特征及其影响因素进行定量分析。结果表明：① 近三十年来青藏高原内流区湖泊的分形维数和岸线发育系数总体呈上升趋势,湖泊的近圆率在此期间呈下降趋势,湖泊长宽比指数则无明显变化。② 青藏高原内流区湖泊岸线形态的总体演变特征受到地质构造的控制,体现出一定空间自相关性,断陷湖区的湖泊岸线形态及其变化要明显复杂于坳陷湖区。区域湖泊岸线的变化幅度大致从东北向西南递减,变化幅度在可可西里地区、羌塘高原中部以及羌塘高原东南部3个区域存在空间自相关性。③ 湖泊岸线形态的变化受岸线周边的地形影响,湖滨地形落差较大的区域,湖泊岸线相对稳定,变化速度较慢。岸线指数的变化量与岸线周边1 km缓冲区内的平均高差存在幂函数关系。④ 该区域湖泊岸线形态的变化和湖泊面积的变化幅度也存在一定相关性,当湖泊处于扩张阶段时,湖泊的分形维数和岸线发育系数总体呈现增加趋势,反之减少。本研究揭示了气候暖湿化背景下青藏高原内流区湖泊岸线形态的变化格局与影响特征,讨论了湖泊岸线形态及其变化格局与湖区的地质构造,气候与水文等多个要素间的关系,丰富了湖泊动态变化研究的视角与方法,为深入理解青藏高原湖泊对气候变化的响应特征,监测湖泊变化对湖盆地貌、水系连通度以及湖滨带生态环境等影响提供了科学参考。     

40 kaBP来亚非季风演化趋势及青藏高原泛湖期

基于18个黄土/古土壤序列 (黄土高原与青藏高原) 与27个湖泊沉积序列 (青藏高原、新疆、云南与赤道非洲及其以北的非洲季风区) 对比分析了东亚季风区、印度季风区与非洲季风区40 ka以来的区域环境演变特征。结果显示：上述区域在对应岁差周期的高太阳辐射阶段,也就是40~24 kaBP与14~4 kaBP分别经历了一次环境湿润期,而在末次冰期最盛期,除中国云南、青藏高原及新疆部分地区外,其他地区则较为干燥。青藏高原及其北侧的新疆区,40~24 kaBP比14~4 kaBP气候更为湿润,湖泊呈现40 ka以来的最高最大湖面,高原进入一次泛湖期。而非洲区及黄土高原,则与此相反;14~4 kaBP气候比40~24 kaBP更为湿润、适宜,湖面更高,成壤作用更强。40~24 kaBP,印度季风强盛,加强了对高原的水汽与潜热输送,同时,由于北方冰盖的存在,西风气流则相对南移,增加了对高原的影响,两种气流交互作用引起的强降水,可能是造成湖泊显著扩张的主要原因。     

青藏高原内陆湖泊过去40年变化研究（英文）

Inland lakes and alpine glaciers are important water resources on the Tibetan Plateau. Understanding their variation is crucial for accurate evaluation and prediction of changes in water supply and for retrieval and analysis of climatic information. Data from previous research on 35 alpine lakes on the Tibetan Plateau were used to investigate changes in lake water level and area. In terms of temporal changes, the area of the 35 alpine lakes could be divided into five groups: rising, falling-rising, rising-falling, fluctuating, and falling. In terms of spatial changes, the area of alpine lakes in the Himalayan Mountains, the Karakoram Mountains, and the Qaidam Basin tended to decrease; the area of lakes in the Naqu region and the Kunlun Mountains increased; and the area of lakes in the Hoh Xil region and Qilian Mountains fluctuated. Changes in lake water level and area were correlated with regional changes in climate. Reasons for changes in these lakes on the Tibetan Plateau were analyzed, including precipitation and evaporation from meteorological data, glacier meltwater from the Chinese glacier inventories. Several key problems, e.g. challenges of monitoring water balance, limitations to glacial area detection, uncertainties in detecting lake water-level variations and variable region boundaries of lake change types on the Tibetan Plateau were discussed. This research has most indicative significance to regional climate change.     

Changes in inland lakes on the Tibetan Plateau over the past 40 years

Inland lakes and alpine glaciers are important water resources on the Tibetan Plateau. Understanding their variation is crucial for accurate evaluation and prediction of changes in water supply and for retrieval and analysis of climatic information. Data from previous research on 35 alpine lakes on the Tibetan Plateau were used to investigate changes in lake water level and area. In terms of temporal changes, the area of the 35 alpine lakes could be divided into five groups: rising, falling-rising, rising-falling, fluctuating, and falling. In terms of spatial changes, the area of alpine lakes in the Himalayan Mountains, the Karakoram Mountains, and the Qaidam Basin tended to decrease; the area of lakes in the Naqu region and the Kunlun Mountains increased; and the area of lakes in the Hoh Xil region and Qilian Mountains fluctuated. Changes in lake water level and area were correlated with regional changes in climate. Reasons for changes in these lakes on the Tibetan Plateau were analyzed, including precipitation and evaporation from meteorological data, glacier meltwater from the Chinese glacier inventories. Several key problems, e.g. challenges of monitoring water balance, limitations to glacial area detection, uncertainties in detecting lake water-level variations and variable region boundaries of lake change types on the Tibetan Plateau were discussed. This research has most indicative significance to regional climate change.     

共和盆地气候变化及其环境响应

利用共和盆地1953年以来的气象资料,分析了53年来的气候变化特征。结果显示:(1) 共和盆地多年平均气温呈上升趋势,以每10年约0.28℃的倾向率增高,各季节气温和降水变化趋势不一致,春季(3-5月)和夏季(6-8月)气温上升不明显,但秋季(9-11月)和冬季(12-2月)两季上升明显;年降水量呈现微弱的增加趋势,年内分配不均,夏季和秋季降水减少,春季和冬季降水量增加; (2) 共和盆地气候暖干化是目前导致土地沙化日趋严重、草地退化、灾害频繁、河流径流量减少等环境问题的关键性因子,已经对当地的社会经济发展与环境产生了重大影响;(3)共和盆地是青藏高原乃至全球气候变化的敏感地区。     

青藏高原不同时段气候变化的研究综述

综述了近年来通过冰芯、树轮、湖泊沉积等记录对青藏高原不同时段气候变化研究取得的成果．并特别着重于末次间冰期以来青藏高原的气候变化特征。在末次间冰期．青藏高原气候变化剧烈,降温迅速升温缓慢;末次冰期温度变化与格陵兰冰芯记录具有较好一致性,同时也具有高原的独特性;新仙女木事件发生时间与欧洲和格陵兰冰芯的记录基本一致;全新世总体比较温暖;近2000年来温度变化在波动中逐渐上升;近代温度有加速升高的趋势。总体上青藏高原各种尺度上的气候变化要早于我国其它地区．变化的幅度也较大。