1980—2018年黄河上游气候变化及其对生态植被和径流量的影响

黄河上游是黄河流域最重要的水源涵养地和产流区,对黄河流域的水资源安全、生态环境和粮食安全有决定性的意义。近年来在西北地区气候暖湿化的背景下,黄河上游气候生态水文等问题受到了各方的高度关注。本文利用卫星遥感数据、格点融合数据和水文监测数据,分析了黄河上游气候的多尺度变化特征及其对植被和径流量的影响。结果表明：1）1980-2018年黄河上游暖湿化趋势呈现全区域较一致的气候特征,温度增加率为0.023℃/a,降水增加率为1.09 mm/a,但同时又存在明显的区域差异性,湟水流域至甘肃中部降水增加最显著,宁蒙荒漠地带增温趋势最明显,2000年以来整个黄河上游降水明显增加。2000年后汇流区与流径区的蒸散发明显增加,但源头区南部波动减少。2）当前的暖湿化有利于黄河上游植被生长,1999年以来汇流区和源头区部分区域的植被增加率达到0.04/（10 a）;从长期趋势看,源头区、汇流区植被指数与上年降水呈显著正相关关系,而流径区植被指数与当年降水相关性显著;降水对黄河上游流域植被具有明显的改善作用,而温度对其影响较复杂,各区域不同的植被类型是导致降水、温度、蒸散影响存在差异的可能原因。3）1980-2018年唐乃亥站和兰州站的年径流量均呈减少趋势,但1998年以来两站的年径流量明显增加,兰州站年径流量的增加率是唐乃亥站的近3倍。长期趋势表明,唐乃亥站年径流量与当年降水呈显著正相关关系,兰州站年径流量与当年降水、蒸散的相关系数均明显低于唐乃亥站;从年际波动看,降水是决定年径流量的最主要影响因子,而生态植被、冻土退化、水储量变化及社会活动等因素对径流量的影响也不容忽视。该研究为科学应对黄河上游生态保护及实现黄河流域高质量发展提供了参考依据。     

黄河源区土壤温湿和大气参量变化特征

利用中国科学院西北生态环境资源研究院玛曲土壤温湿观测网2008-2009年、2013-2014年数据验证了3套再分析资料ERA-Interim,CFSR（Climate Forecast System Reanalysis）和JRA-55（Japanese 55-year Reanalysis）在黄河源区的适用性,结合中国气象数据网玛曲气象站1980-2014年观测资料与CLM4.5（Community Land Model 4.5）进一步分析了黄河源区近35年气候变迁、土壤温湿分布和变化,结果表明:CFSR能够较好地描绘黄河源区土壤湿度变化,ERA-Interim对于土壤温度刻画能力更强,JRA-55效果较差;35年来气温、土壤温湿总体呈上升趋势且发生突变;近年来10 cm土壤温湿有暖干化趋势,降水量稍有增加,土壤冷季冻结周期变短,暖季持续时间拉长;CLM4.5模拟精度高,能够较好地刻画源区土壤温湿变化细节,两湖及黄河周边暖季为冷湿中心,冷季为暖干中心。     

气候影响下的雅砻江生态保护红线区生态环境与功能遥感监测评价

选取与生态环境相关的10个遥感反演指数,应用主成分分析法,构建生态环境状况指数（Remote Sensing Ecological Environment Index,RSEI）和水源涵养功能指数（Water Conservation Index,WCI）并进行等级划分,评估了2000~2019年雅砻江源生态保护红线区生态环境状况、水源涵养能力及其时空格局变化。结果表明:（1）雅砻江源生态保护红线区RSEI东部略好于西部,评价等级优的区域面积占比为15.96%、良占51.28%、一般占27.61%、较差占5.13%。RESI变化趋势呈轻度改善的地区占比为52.96%,其中东北部以轻度改善为主,东部以轻度退化为主,生态环境极显著退化区域分布零散。（2）雅砻江源生态保护红线区水源涵养生态功能保持良好,北部优于南部,WCI评价等级为差、较差和一般的区域主要分布在中部和南部部分地区,较为零散。WCI评价等级优的区域面积占比为43.22%、良占35.71%、一般占17.45%、较差占3.48%、差占0.02%。WCI变化趋势在西北部以轻度改善为主且空间差异较大,在南部以显著改善为主。（3）1990年以来,研究区气温上升速率为0.56℃/10 a,生长季平均气温上升速率为0.1℃/10 a,降水量上升速率为27.7 mm/10 a,生长季平均降水量上升速率为83.5 mm/10 a。（4）2000~2019年雅砻江源生态保护红线区气候暖湿化对于植被恢复性生长、碳储和减少水土流失均十分有利,生态环境状况和水源涵养功能得以持续改善。      

江苏省生态资源现状调查及监测服务对策

通过调研分析得出江苏省气象部门生态环境监测评估业务涉及的领域主要是：农田生态系统、湿地生态系统、城市生态系统、森林生态系统、海洋生态系统五个主要方面。规划布5个农业生态监测站、4个林业生态监测站、5个湿地生态监测站、13个城市生态监测站、5个海洋生态监测站。对土壤状态、城市生态环境等七大类生态指标进行监测，向政府等有关部门提供土壤水分及城市生态气候监测和遥感监测信息等8大类几十种生态气象服务产品。     

气候变化对长江黄河源区生态系统的影响及其水文效应

利用1967年航片数据、1986和2000年两期遥感TM数据,对长江黄河源区高寒生态系统分布格局变化进行了分析,并结合源区气候变化观测数据,分析了源区高寒生态系统变化与气候的关系和陆面生态系统变化对源区水文过程的影响。结果表明：过去40 a来,长江源区高覆盖草甸、高覆盖草原和湿地面积分别减少了13.5%、3.6%和28.9%,黄河源区高覆盖草甸、高覆盖草原和湿地面积分别减少了23.2%、7.0%和13.6%,江河源区低覆盖草甸、草原和沙漠草地面积均不同程度地增加;长江、黄河源区气温变化率分别为0.27和0.31℃/10a,降水的变化趋势在长江、黄河源区分别以0.36和0.07 mm/a的速率递增,气温持续升高和由此引起的冻土退化是导致高寒生态系统退化的主要因素之一;陆面生态系统退化对源区水文过程影响显著,在降水没有明显变化的情况下,长江、黄河源区径流系数分别由1960年代的0.16和0.28下降到21世纪的0.12和0.21,且降水－径流关系减弱,出源径流趋于减少,洪水发生频率显著增加,水源涵养指数持续减小。如何应对气候变化,维护源区高寒生态系统功能,已成为迫切需要关注和解决的关键问题。     

黄河源区重力波势能值计算及其与降水量关系的分析

本文基于1960—2016年的降水量数据分析了黄河源区降水量的分布特征,并利用COSMIC掩星数据计算得到2008年黄河源区的重力波势能值（Potential Energy,Ep）,分析其变化特征,进而运用小波相干分析法探究黄河源区重力波势能值与降水量的相关性。结果表明：1） 黄河源区多年平均降水量受海拔高度影响显著。2） 对不同月份每一不同高程下的Ep值进行分析,得到2008年黄河源区重力波势能值随海拔高程及季节的变化趋势。3） 在2008年黄河源区呈现出：冬夏两季降水量存在较大差异,而重力波势能值同样存在明显的季节性差异,且与逐月平均降水量具有负相关的趋势。此现象是由于山坡地形的动力抬升作用影响和重力波对湿润气流的拖曳作用影响在不同时段占优。4） 黄河源区重力波和降水有着显著相关性,降水对于重力波有着很好的响应。     

黄河源高寒湿地-大气间暖季水热交换特征及关键影响参数研究

湿地是由陆地和水体形成的自然综合体,具有重要的生态、水文和生物地球化学功能,黄河源高寒湿地作为黄河重要的水源涵养区,对其下垫面水热交换特征及关键影响参数的研究具有非常重要的意义。本文利用中国科学院西北生态环境资源研究院麻多黄河源气候与环境变化观测站2014年6~8月观测资料,分析了黄河源区高寒湿地-大气间暖季水热交换特征,并利用公用陆面模式（Community Land Model,简称CLM）模拟了热通量变化,提出针对高寒湿地的粗糙度优化方案。主要结果如下:（1）暖季向上、向下短波与净辐射的平均日变化规律一致,向上、向下长波平均日变化平缓,地表温度升高相对于向下短波具有滞后性,潜热通量始终为正值并大于感热通量;（2）温度变化显著层结为20 cm以上土壤浅层,存在明显的日循环规律,土壤中热量09:00（北京时,下同）下传至5 cm深度,温度升高,11:00至10 cm深度,13:00至20 cm深度,18:00后开始上传,温度降低,40 cm及以下深度受此影响较小,热量在土壤中整体由浅层向深层输送;（3）土壤湿度平均日变化小,5 cm深度为土壤湿度最小层,10 cm深度为最大层;（4）麻多高寒湿地动力学粗糙度Z_0m在暖季变化稳定,可作为常数,Z_0m=0.0143 m;（5）提出更加适合高寒湿地下垫面暖季附加阻尼kB-1参数化方案,使得热通量模拟效果较CLM原始方案有所提高。以上结果对于研究湿地下垫面陆面过程具有重要意义。     

黄河源区陆面蒸散量的时空分布特征研究

基于修正的Penman-Monteith（P-M）模型,利用1980~2020年黄河源区的气象台站观测数据和陆-气间水热交换观测试验数据,计算出该区域的陆面参考蒸散量,分析了黄河源区蒸散量的时空演变特征,探讨了影响黄河源区蒸散量变化的原因。结果表明:（1）修正的P-M模型能较准确地估算黄河源区的参考蒸散量,与实际观测的相关系数在0.85以上。（2）黄河源区的蒸散量总体呈上升趋势,但在20世纪80年代中期和90年代中期均呈显著减少趋势;近年来,中部和西部地区的蒸散量呈减少趋势,而东部地区的蒸散量呈增加趋势。（3）黄河源区年蒸散量呈自东向西减小的分布特征,东、中、西部地区分别为473.5~516.0mm、437.6~473.5mm和386.3~437.6mm;四季蒸散量差异明显,夏季最大,春季和秋季次之,冬季最小。（4）黄河源区蒸散量随温度、风速和日照时数的增加而增大,随相对湿度和降水量的增大而减小。      

GIS支持下的复杂地形区冬小麦长势遥感监测方法

不同的地形,地貌和气候生态系统对小麦生长发育影响很大,也限制了小麦长势卫星遥感监测的精度。在分析豫西半山丘陵区不同地形（河川、丘陵）和气候生态条件（水热条件）对小麦生长影响的基础上,基于ＥＰＰＬ７地理信息系统（ＧＩＳ）,采用扫描、数据格式转化,建立数据库等方法,将ＮＯＡＡ／ＡＶＨＲＲ遥感资料和地形图,土壤图,年降水量图,年平均气温图,政区图等图件集成起来,并进行了监测区分层;根据系统监测和抽样调查     

1953～2017年黄河源区气温变化的多尺度特征

基于黄河源区8个站点的年平均气温序列,利用集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）方法,揭示了以玛多站为代表的黄河源区1953~2017年气温演变的多时间尺度特征,探讨不同时间尺度上的周期振荡对气温变化总体特征的影响程度,分析了黄河源区不同时间尺度的气温变化与海温指数,尤其是与北大西洋多年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO）间的关系。结果表明:（1）1953年以来黄河源区玛多站年平均气温以0.31 ℃/10 a的变化率表现为明显的增暖趋势,20世纪80年代后期开始转暖,尤其是进入20世纪90年代后期变暖更加明显。（2）1953~2017年,黄河源区年平均气温呈现3 a、6 a、11 a、25 a、64 a及65 a以上时间尺度的准周期变化,其中以准3 a和65 a以上时间尺度的振荡最显著,准3 a的年际振荡在21世纪以前振幅较大,而进入21世纪后年际振荡振幅减弱,65 a以上时间尺度的年代际振荡振幅明显加大。（3）1998年气候显著变暖以前,以准3 a周期为代表的年际振荡在气温演变过程中占据主导地位,1998年气候显著变暖以后,65 a以上时间尺度周期振荡的贡献率增加近5倍,与准3 a周期振荡的贡献相当。（4）气温与Nino3.4指数和PDO（Pacific Decadal Oscillation）指数的同期相关均不显著,但当气温领先PDO指数22 a时正相关最大且显著,不同于PDO指数,气温原始序列及其3个年代际尺度分量滞后AMO指数3~7 a或二者同期时相关性最高,这就意味着AMO对黄河源区气温具有显著影响。（5）AMO的正暖位相对应着包括中国的整个东亚地区偏暖,黄河源区只是受影响区域的一部分,20世纪60年代至90年代初期AMO的负冷位相期、20世纪90年代中后期至今AMO的正暖位相与黄河源区气温距平序列的负距平、正距平相对应,气温在65 a以上时间尺度的变化与AMO指数相关性更高,可见,AMO是影响黄河源区气温变化的一个重要的气候振荡,这种影响主要表现在年代际时间尺度上。     

气候变化、植被改变及人类用水与黄河流域水循环的研究进展

受气候增暖和人类活动的双重影响,黄河流域的水循环正在发生显著变化,水资源供需矛盾突出。陆地水循环是一个复杂的非线性系统,为清晰认识水循环变化的全貌,并合理高效利用有限的水资源量,需要综合考虑水循环各个要素之间的协同变化机制。同时,在“人类世”背景下,黄河流域水循环研究必须考虑人类活动的影响,主要包括植被变化和人类用水,其中人类用水主体为农业灌溉。自从实施生态恢复工程以来,黄土高原植被覆盖明显改善的同时也引发了对径流、蒸散发、降水、土壤湿度以及地下水的一系列影响,且研究结论还存在一些争议,但黄土高原植被覆盖改善使得该地区蒸散发量增加基本达成共识,大多数研究支持植被改善减少径流的结论。黄河流域的农业灌溉方式主要为大水漫灌,其对地表蒸散发、地表水及地下水多个过程具有重要影响。本文主要针对黄河流域的水循环研究,讨论相关研究进展以及发展方向。     

黄河源区径流减少的原因探讨

分析了黄河源区1960~2000年气候变化特点,对蒸发进行了估算,并分析了植被和冻土的变化,对径流在20世纪90年代后明显减少的原因进行了探讨。结果表明,黄河源区气温在20世纪80年代中期后明显增加,降水在90年代偏少,气候向暖干方向发展,但蒸发变化不大,径流减少的直接原因是降水的减少;在90年代后降水强度的减弱也可能是径流减少的重要原因;归一化植被指数(NDVI)数据显示植被在90年代后期呈现退化的趋势,冻土在80年代以后表现出的明显的退化趋势,植被冻土的退化可以使得冻结层上水位下移,土壤水向土壤下层的渗漏增加,也会造成径流的减少。     

车尔臣河下游生态恢复的成因初步分析

利用且末1958--2005年的降水、气温、径流量、卫星遥感等资料,分析了车尔臣河下游生态环境变化的成因。指出全球气候变暖使得山区冰川融解加快,车尔臣河径流量增加有利于车尔臣河下游生态恢复;人类活动的增加如修防渗渠、人工造林、人工增雨、围湖育苇、人工输水等活动改变了小气候,改善了绿洲生态环境,是车尔臣河下游生态环境恢复的主要原因。     

1961—2018年中国主要江河枯季径流演变特征与成因

枯季是水旱、水生态和水资源问题的重要时期,枯季径流的变化直接影响着河流生态和流域水资源管理.基于中国网格气象数据和主要江河枯季径流资料,初步分析了1961—2018年中国气候变化趋势和主要江河枯季径流演变特征与成因.结果表明,全国枯季平均气温显著上升,北方地区升温较早,南方地区2001—2018年升温明显.全国约84％...     

黄河三角洲退化湿地植被与土壤的恢复研究

以黄河三角洲退化湿地人工引水恢复区为研究对象,采用野外植被调查、土壤采样结合室内实验方法,对植被的种类、密度、盖度、频度和重要值以及土壤含水量、pH值、有机质、全氮以及全磷等指标进行分析,旨在探讨人工引水恢复工程对黄河三角洲退化湿地所产生的生态效应。结果表明：随着水分条件的改善,恢复区植被呈现出正向演替;恢复区土壤含水量明显高于未恢复区,pH值则明显降低,土壤有机质含量高于未恢复区,土壤全氮、全磷含量变化不大。可见,引水恢复工程已经使退化湿地的生态环境得到了一定程度的改善,淡水资源仍是制约退化湿地恢复的关键因素。     

Trends in temperature and rainfall extremes in the Yellow River source region, China

Spatial and temporal changes in daily temperature and rainfall indices are analyzed for the source region of Yellow River. Three periods are examined: 1960–1990, 1960–2000 and 1960–2006. Significant warming trends have been observed for the whole study region over all the three periods, particularly over the period 1960–2006. This warming is mainly attributed to a significant increase in the minimum temperature, and characterized by pronounced changes in the low temperature events composing a significant increase in the magnitude and a significant decrease in the frequency. In contrast to the temperature indices, no significant changes have been observed in the rainfall indices at the majority of stations. However, the rainfall shows noticeable increasing trends during winter and spring from a basin-wide point of view. Conversely, the frequency and contribution of moderately heavy rainfall events to total rainfall show a significant decreasing trend in summer. To conclude, this study shows that over the past 40–45 years the source region of the Yellow River has become warmer and experienced some seasonally varying changes in rainfall, which also supports an emerging global picture of warming and the prevailing positive trends in winter rainfall extremes over the mid-latitudinal land areas of the Northern Hemisphere.     

Recent land cover changes on the Tibetan Plateau: a review

This paper reviews the land cover changes on the Tibetan Plateau during the last 50 years partly caused by natural climate change and, more importantly, influenced by human activities. Recent warming trends on the plateau directly influence the permafrost and snow melting and will impact on the local ecosystem greatly. Human activities increased rapidly on the plateau during the last half century and have significant impacts on land use. Significant land cover changes on the Tibetan Plateau include permafrost and grassland degradation, urbanization, deforestation and desertification. These changes not only impact on local climate and environment, but also have important hydrological implications for the rivers which originate from the plateau. The most noticeable disasters include the flooding at the upper reaches of Yangtze River and droughts along the middle and lower reaches of Yellow River. Future possible land cover changes under future global climate warming are important but hard to assess due to the deficits of global climate model in this topographically complex area. Integrated investigation of climate and ecosystems, including human-beings, are highly recommended for future studies.     

基于RS和GIS的黄河故道地区土地沙质贫瘠化评价——以河南省中牟县为例

土地沙质贫瘠化是土地沙漠化在黄河故道地区的典型表现形式,对该区域的生态环境和人类可持续发展构成了巨大威胁。利用Landsat TM数据,在遥感与地理信息建模技术支持下,构建了像元为尺度的土地沙质贫瘠化定量化评价模型。通过对模型中的植被盖度、地表温度和裸沙占地百分比等3个关键因子的遥感反演,可实现对研究区土地沙质贫瘠化程...     

径流对气候变化的敏感性分析

全球变暖愈来愈引起社会各界的关注 ,本文利用月水文模型 ,采取假定气候方案 ,以黄河流域为例 ,分析了径流对气候变化的敏感性。结果表明 ,径流对降水变化的响应较气温变化显著 ;一般情况下 ,半干旱地区径流较半湿润地区对气候变化敏感 ,人类活动的影响可在一定程度上削弱径流对气候变化的敏感性