利用被动微波探测青海湖湖冰物候变化特征

湖冰物候是气候变化的敏感因子,不仅能反映区域气候变化特征,还可以反映区域气候与湖泊相互作用.利用长时间序列(1978—2018年)被动微波遥感18 GHz和19 GHz亮度温度数据、MODIS数据(2000—2018年)、实测湖冰厚度数据(1983—2018年)和气温、风速、降水(雪)数据(1961—2018年),分析...     

从第三极到北极： 湖冰研究进展

在全球气候变暖背景下, 第三极和北极地区的增温尤其明显, 冰冻圈对气候变化有着更为敏感的响应。湖冰作为冰冻圈的重要组成部分, 其变化不仅是气候的指示器, 同时也通过改变能量平衡、 大气环流、 辐射平衡等影响区域气候。通过对比不同观测手段及主要模型模拟方法在湖冰研究中的优缺点及适用性, 总结了第三极和北极湖冰变化的时空特征, 结果表明：第三极和北极地区湖冰均显示初冰日推迟、 消融日提前、 封冻期缩短的趋势; 第三极和北极地区湖冰厚度呈持续减少趋势; 未来湖冰的这些变化将更加显著。第三极和北极地区湖冰的变化主要受到气温的影响, 同时也受到风速、 湖泊理化性质的限制。在系统梳理第三极和北极地区湖冰变化的基础上, 总结了湖冰研究面临的问题和挑战, 为未来湖冰研究提供科学依据。     

青藏高原近25年来主要湖泊变迁的特征

青藏高原分布有青海湖、纳木错、色林错3个特大型湖泊和扎日南木错、当惹雍错、阿牙克库木湖、班公错、哈拉湖、鄂陵湖、羊卓雍错、扎陵湖、赤布张错、乌兰乌拉湖、昂拉仁错11个大型湖泊。通过对20世纪70年代中期的MSS图像和90年代末期—21世纪初期的ETM 图像的解译,对近25年来青藏高原重点湖泊的变迁进行了分析。研究结果表明,哈拉湖、鄂陵湖面积相对稳定;青海湖、扎日南木错、当惹雍错、阿牙克库木湖、扎陵湖、乌兰乌拉湖等8个湖泊的面积都有不同程度的缩小,其中青海湖、乌兰乌拉湖面积减少最多,分别为60.60km2、59.80km2;纳木错、色林错、班公错3个湖泊的面积都有不同程度的增加,其中色林错面积增加最多,达140.52km2。重点湖泊的变迁分析为研究青藏高原的湖泊演化和气候、环境变迁提供了新资料。     

青海扎陵湖和鄂陵湖盆地第四纪河湖相地层研究

通过对扎陵湖和鄂陵湖沿岸的湖积阶地中湖相沉积的野外地质调查和实测剖面,对分布于盆地内的第四纪早更新世-全新世湖相地层进行了详细的研究和划分、重新厘定了该区第四纪岩石地层单元,确立了生物地层和年代地层序列.建立了青海东南部地区第四纪早更新世-全新世湖相地层单位-黄河源群(QH),黄河源群是由第四系下更新统野生沟组(Qp~1γ)、中更新统鄂陵湖组(Qp~2e)、上更新统大野马岭组(Qp~3d)和全新统黑河乡组(Qhh)等4个组组成.为青藏高原湖泊演化、气候变化、古地理变迁研究,以及第四纪地层的划分与对比等提供了新资料.     

1976-2014年黄河源区湖泊变化特征及成因分析

选取黄河源区1976-2014年Landsat系列卫星影像, 解译了该区域1 km²以上的42个湖泊水面. 结果表明: 除鄂陵湖外, 扎陵湖和其他中小湖泊在过去的38 a间总体上存在稳定(1976-1994年)-萎缩(1994-2004年)-扩张(2004-2010年)-稳定(2010-2014年)四个阶段的变化过程, 湖泊总面积2004年最小, 2007年已经超过1976年. 扎陵湖和鄂陵湖2004年面积仅较1994年萎缩了1.4%, 萎缩幅度很小. 2005年, 扎陵湖水面已恢复到萎缩前的水平. 鄂陵湖在2005年以后水位开始快速上升, 2007年7月上升至海拔4 270 m以上, 2008-2014年的平均水位达到海拔4 270.58 m, 较1986-1999年的平均值(海拔4 268.25 m)上升了2.33 m, 湖面较1994年扩张了30.0~45.2 km². 中小湖泊面积1994-2004年从288.0 km²萎缩到193.0 km², 萎缩幅度33.0%, 2004年是萎缩速度最快的一年, 2005年即迎来了快速增长, 这两年中小湖泊面积的年均变化率分别达到-14.5%·a^-1和 32.9%·a^-1, 变化速率远大于其他年份. 1956-2014年的气候水文变化显示, 58 a来研究区气温上升趋势显著, 变化倾向率达到了0.32℃·(10a)^-1. 2003、2004和2005年蒸发能力、降水量、径流量开始依次显著增加, 至2014年, 平均较前分别偏多53.8 mm(6.9%)、57.4 mm(18.5%)和 3.523×10⁸ m³(52.7%). 湖泊面积对气候、水文变化以及人类活动的响应关系表明, 作为特大型外流湖, 扎陵湖、鄂陵湖受降水径流补给变化的影响相对较小, 鄂陵湖2005年后的扩张是下游黄河源电站抬高水位所致. 中小湖泊面积变化与降水、径流有密切的关系, 近期扩张是由降水、径流显著增加引起. 流域尺度上, 气温上升、蒸发能力增强不是2005年以后湖泊扩张的直接原因.     

湖南长沙、衡阳地区1888～1916年的春季植物物候与气候变化

文章根据清代王闿运所著《湘绮楼日记》中的湖南长沙、衡阳地区的春季物候记录,重建了该地区1888～ 1916年的春季植物物候距平序列。分析发现,1888～1916年春季植物物候期平均较现代推迟3.22d,其中1890年 代迟4.89d,1900年代迟2.22d,1910年代迟4.29d。进而推算,长沙、衡阳地区1888～1916年的春季比现代冷,平 均气温低0.37℃。该结果可使长沙地区的年代际春季温度序列延长到1890年代。     

青藏高原湖泊变化遥感监测及水量平衡定量估算研究进展

青藏高原湖泊是气候变化的重要指示器,20世纪90年代中期以来,在暖湿化环境下降水增多和冰川冻土加速融化导致的湖泊扩张是青藏高原最为突出的环境变化特征。值得注意的是,湖泊水位变化的空间分布特征和西风带及印度季风带影响区的降水量变化具有高度的空间一致性。严酷的自然环境导致对青藏高原内陆湖泊的实地观测变得难以企及,而遥感技术的发展正好可以克服以上局限,该技术已经成为青藏高原湖泊变化监测的主要研究手段。本文围绕遥感监测技术与方法,综述了青藏高原湖泊面积、水量、冰物候、水体参数以及水量平衡定量估算等方面的研究进展。部分研究以流域为尺度应用多源遥感与水文模型进行水量平衡定量评估,结果表明青藏高原内陆地区的湖泊水量增加的主要贡献因素是降水增多,而冰川融化、冻土消融及其他因素的贡献程度却相对较小。当前,学术界一般认为：大尺度的降水年代际变化是青藏高原湖泊近期变化的主要原因,而冰川冻土加速消融又进一步加速湖泊扩张或抑制了部分湖泊收缩。过去,关于青藏高原湖泊变化的气候响应机制研究大多停留在对降水、蒸发、温度、风速、冰冻圈融化等气候因素的定性描述上;现在,在湖泊水量平衡方面,越来越多的研究开始在定量化方面取得进展;将来,随着更多遥感数据的开放共享,以及更多水文与气象站点的投入使用,将为青藏高原湖泊的水量平衡定量研究提供更好的数据条件。     

河西走廊东部结冰初、终日气候特征

利用1961-2015年河西走廊东部5个气象站点结冰初、终日观测资料和地、气温资料,采用现代气候诊断分析方法,分析了河西走廊东部结冰初、终日的时空变化特征以及结冰初、终日与地、气温的关系。结果表明：受海拔、地形地势、植被覆盖和地表岩性等影响,在空间分布上,结冰初日为山区最早,荒漠区次之,绿洲平原区最晚;结冰终日为山区最晚,荒漠区次之,绿洲平原区最早;各地结冰初、终日存在一定的异常性,正常结冰初、终日的年份概率均在60%左右,偏早和特早结冰初日以及偏晚和特晚结冰终日的年份概率均在20%左右,结冰初、终日与气温的异常年份有较好的对应关系。在时间变化上,结冰初日呈推迟趋势,结冰终日呈提早趋势,结冰初日推迟的幅度比结冰终日提早的幅度更大;结冰初、终日时间序列均分别存在10~12 a、8~10 a的准周期变化。结冰初、终日与地、气温和海拔具有极显著相关性,地、气温每升高1℃,结冰初日分别推迟约3.0 d、3.5 d,结冰终日分别提早约4.2 d、4.9 d;海拔每升高100 m,结冰初日提早约1.8 d,结冰终日推迟约2.5 d;结冰终日对气候变暖和海拔变化的响应程度比结冰初日更敏感。     

历史文献中的气象记录与气候变化定量重建方法

历史文献记载是研究古气候变化的主要代用证据之一,对于定量重建过去数千年的气候变化序列具有独特价值.本文分析了中国历史文献中气象记录的特点及主要内容,重点梳理了利用各类记录定量重建气候变化序列的基本方法,并列举了通过多源记载集成、多时段记录衔接重建过去2000年中国东中部地区温度与干湿变化序列的校准案例;旨在为客观提取气候变化信息、获取高信度的气候变化数据和进一步发展利用文献记载定量重建气候变化序列的方法提供参考依据.主要认识是:1)历史文献中的气象记录主要有4类:天气、气象灾害、物候与区域气候特征及其影响记载;定量重建气候序列的基本方法有:回归分析、物理模型、分等定级、频次统计、类比分析等,但各类记录的来源、格式、连续性、详略与定量化程度不一,导致利用各类记录定量重建气候变化序列的方法也各不相同.2)对根据多源记载或不同方法反演的代用记录进行集成,利用回归分析、方差匹配、记录影响趋势剔除等校准技术,加强多源数据的相互插补方法研究,可解决古代气象记录的漏、缺记问题,是重建连续气候变化序列的主要途径.     

基于NPP-VIIRS数据的喜马拉雅山北坡典型湖泊湖冰提取分析

现阶段使用遥感数据监测湖冰物候特征已成为主要的技术手段.NPP-VIIRS是一个较新的卫星数据,它具有空间分辨率较高、波段数多、重访周期短等优点,使用该数据提取湖冰信息是对该领域的一个有益补充.基于NPP-VIIRS数据利用阈值法对拉昂错、玛旁雍错、佩枯错、普莫雍错等典型湖泊进行湖冰提取.获得四个湖泊逐日的冻结百分比,...     

入湖冰川物质平衡序列重建与分析--以喜马拉雅山北坡龙巴萨巴冰川为例北大核心CSCD

入湖冰川受冰湖作用影响,物质损失速率高于其他类型冰川,并导致冰湖进一步扩张,冰湖溃决风险增加。建立入湖冰川物质变化序列,对揭示不同类型冰川对气候变化的响应特征,以及评估冰湖溃决风险研究具有重要意义。基于中国地面气象要素驱动数据集和实测气象数据,采用冰川表面能量-物质平衡模型估算了冰川表面物质变化,并结合冰川流动和末端退缩特征,重建了1989-2018年龙巴萨巴冰川物质变化序列。结果表明,近30a龙巴萨巴冰川总物质损失为0.315km^(3)w.e.,平均物质变化速率为-0.114km^(3)w.e.·a^(-1)。冰川平均表面物质平衡为-0.26m w.e.·a^(-1),表面消融是冰川物质亏损的主要贡献因素。气温变化对冰川表面物质损失的影响高于降水;冰川表面物质平衡对夏季气温和降水变化的敏感性强于其他季节;表碛覆盖加速了冰川表面消融,且较薄的表碛厚度会加剧冰川表面物质损失。     

亚洲高山区积雪物候时空动态及其对气候变化的响应

以亚洲高山区为研究区,在对2000—2020年逐日MODIS积雪产品进行去云处理的基础上提取了每一水文年的积雪日数（snow-covered days, SCD）、积雪开始日期（snow onset date, SOD）、积雪结束日期（snow end date, SED）和积雪持续日数（snow duration days, SDD）等积雪物候参数,并分析了积雪物候时空动态特征及其与气候变化的响应关系。结果表明：亚洲高山区积雪物候空间差异较大,并呈现出主要受海拔影响的垂直地带性分布规律。研究区SED主要集中在3—6月,在低海拔区SED出现在3月份及以前,而高海拔山区则推迟到6月份及以后;SOD主要集中在9—12月,高海拔山脉及高纬度地区的SOD出现较早,而低海拔区的SOD多出现在11月及以后。近20年,研究区SDD主要呈缩短趋势,在13.5%的区域呈显著缩短,而仅7.4%的区域为显著延长;SED主要呈提前趋势,在15.8%的区域显著提前,而仅8.8%的区域为显著推迟;SOD主要呈推迟趋势,在11.4%的区域表现为显著推迟,在8.2%的区域为显著提前。亚洲高山区积雪物候年际变化对气候变化的响应关系明显,积雪累积期气温是影响SOD年际变化的主导因子,而融雪期气温是影响SED年际变化的主导因子;气温的上升,导致了SOD的推迟、SED的提前和SDD的缩短。     

近30年来内蒙古东部达赉诺尔湖泊地区沙漠化与湿地演变初探

沙地与湿地对气候变化都有敏感的响应。我国内蒙古东部的达赉诺尔湖泊地区位于气候年际变化显著的东亚季风区,其地貌类型包括浑善达克沙地与达赉诺尔湖泊湿地。通过野外考察和对不同时期卫星遥感数据的解译发现,近30年来达赉诺尔湖区湖面发生了先扩大后缩小、湖周的流沙先减少后增加的现象。相应的研究表明,以气温和降水为主的气候变化是引起达赉诺尔地区湖泊演化的主导因素;而目前人类活动对该地区沙漠化与湿地演变的影响保持在较低水平。     

气候变化和人类活动对伊塞克湖水位变化的影响及其演化趋势

结合气象、水文、冰川变化和人类活动序列资料,应用水量平衡方法分析了气候变化和人类活动对吉尔吉斯坦伊塞克湖1927—2008年水位变化的影响.结果表明:降水量和入湖径流量是湖泊水位变化的决定因素.在水量平衡各要素中,降水量和入湖径流量与湖泊水位变化的正相关关系最为密切,而灌溉耗水对目前湖泊水位的变化的影响仅处于次要地位.由于气候变化,流域高山区气温上升显著,湖面降水量和入湖径流量增加明显,导致湖面于1998年停止下降,开始回升,到2008年底已经上升了0.59 m.按照所有SRES情景预估的未来升温情况,伊塞克湖水位还将会因为雨雪比例的增大及冰川融水的大量增加而上升.因此,伊塞克湖水位现在已经处于自然波动恢复状态中,不需要从其他流域向伊塞克湖调水来恢复湖水位,但要注意灌溉回归水可能会对湖水造成一定的污染.     

季节性冰封热融浅湖水温原位观测及其分层特征

为探究季节性冰封浅湖热力学特征,于2010年10月至2013年7月对高原腹地一典型热融湖塘冰层生消、水/冰温及气象条件开展原位观测,分析了水温分布时间变化、温跃层以及冰生消对水温结构的影响。结果发现:冰面升华显著,贯穿整个冰期;水温日变化、季节变化和垂直结构受气温、大气辐射、风速、冰生消和湖底沉积层热贡献影响显著;在"无冰期-结冰前-冰生长期-冰融化期-融化后-无冰期"年循环过程中水温垂直结构分别呈现出"分层-翻转-逆温分层-逆温与正温共存-翻转-分层"的循环过程。分层期水温结构仅由上部混合层和温跃层构成,且偶因强风搅动而全湖翻转混合。可见,相比大中型湖泊,季节性冰封浅湖热力学结构差异显著。     

水面蒸发量与各气象因素关系的通径分析

从表面看,影响水面蒸发量的气象因素有日均气温、日最高气温、日最低气温和日均风速及日均相对湿度。通径分析表明,平均气温是水面蒸发量的主要的影响因素,其它气象因素大多通过平均气温对水面蒸发量起作用。与此同时,本文根据影响水面蒸发量的最主要因素,建立了相应的多元回归模型。结果表明,该模型具有较高精度和良好可靠性。     

扎陵湖、鄂陵湖对黄河源头年径流影响

黄河源头扎陵湖、鄂陵湖为吞吐湖泊，是黄河源头二大主要湖泊，对黄河源头年径流具有滞蓄、调节作用。利用黄河源头控制站黄河沿站和下游吉迈、唐乃亥、循化站3个测站水文资料，依据年径流在地区上的变化特点，分析了扎、鄂二湖对黄河源头径流的影响：（1）扎、鄂二湖滞蓄作用改变了黄河源头径流的年内分配，使其均匀化；（2）在枯水年份，入湖水量小，加上湖面蒸发强烈，使得湖泊以下黄河沿站年径流量更小，致使枯水程度加剧，加大了年径流的年际变化；（3）黄河沿站与下游吉迈站年径流丰、平、枯程度对比分析，二站丰、平、枯水年同步出现机率为78.8%，扎、鄂二湖没有改变源头黄河沿站年径流丰、枯规律,是以年调节为主的湖泊。     

达里诺尔湖水体稳定氢、氧同位素组成变化对结冰过程的响应

利用自然界中广泛分布的环境同位素进行湖泊水体演化过程分析已经成为现代湖泊科学的重要研究方向.通过采集内蒙古达里诺尔湖(简称"达里湖") 2013年1月份的湖冰、湖水, 2012年夏季湖水与湖区大气降水等, 共分析了77个样品中稳定氢(H)、氧(O)同位素值的变化情况, 在此基础上对达里湖水体稳定H、O同位素组成变化及其对结冰过程的响应进行了详细分析, 结果显示: (1)伴随结冰过程的完成, 各站点深层冰体(厚度~65 cm)中δD、δ18O值比表层冰体(厚度~15 cm)中的值出现不同幅度的偏重.而冰下水体中δD、δ18O平均值则比冰体中的平均值分别偏轻约13.85‰、2.23‰.在冰层形成的快速与稳定阶段, δD、δ18O值的变化幅度也存在差异.同时, 冬季外源水体的输入对各站点间同位素值差异的影响比夏季更明显; (2)夏季湖水、冬季湖水与湖冰的同位素值均落在全球大气降水线与湖区大气降水线之外, 显示湖泊冰封之前, 蒸发对湖泊水体同位素偏移存在一定程度的影响; 而冬季湖水与湖冰的同位素值基本位于同一斜率区间, 且全部落在夏季湖水同位素值的右侧, 显示两者之间并不存在明显的蒸发分馏作用, 造成上述现象的因素只能归结于结冰过程.      

1976-2017年柴达木盆地湖泊面积变化及其成因分析

高原湖泊是反映气候变化敏感的指示器。利用1976-2017年的多源资料对柴达木盆地湖泊面积动态进行了监测。结果表明：近50多年来,柴达木盆地气候呈现气温升高,降水普遍增加的增暖增湿趋势,21世纪以来这一趋势更为明显,但存在地区差异,年平均气温升温速率自东向西趋于增加,降水增加速率自东向西趋于减小;柴达木盆地外围东部的托素湖面积1956-2017年总体呈弱的减小趋势,减速为0.41 km²·a^-1。但2005-2017年期间湖面以1.34 km²·a^-1的增速呈明显扩张趋势,中部的小柴旦湖面积与过去13年同期平均相比,扩大了19.87 km²,而西部的尕斯库勒湖呈先增加后减小的趋势。柴达木盆地气候变化、植被面积、入湖径流等因子是导致湖泊面积变化的主要原因。     

西藏色林错沉积物介壳同位素重建的2000年以来气候变化研究

青藏高原作为印度季风与西风交汇的特殊区域,对全球气候变化响应敏感,成为了古气候研究的热点地区。青藏高原湖泊众多,存在巨厚连续的湖泊沉积物,为古气候重建提供了优良载体。而介形类壳体在湖泊中沉积连续,生长过程记录了气候变化,同时有效屏蔽了湖泊水体中同位素的累积效应,能够反映介壳生长阶段短时间尺度的同位素水平,理论上是高精度气候重建的理想载体。基于此,本研究选取青藏高原中部地区湖泊色林错湖芯(SL16-1-1)顶部0～107 cm部分为对象,对其中的介形类壳体进行种属鉴定及碳氧同位素分析,以期建立高分辨率的古环境变化记录,结合沉积物Rb/Sr、 Ti/Si环境代用指标,重建色林错湖区近2000年来的气候变化记录,结果揭示了：1)介形类壳体碳氧稳定同位素变化对气候变化(尤其冷气候)尤为敏感,是重建高分辨率环境变化过程的优良载体;2)色林错地区对小冰期冷事件的响应较早于其他地区;3)色林错介形类壳体2000年来的气候重建结果与青藏高原研究成果大体一致,特别是与内地文献记录和物候史料记载高度一致,说明色林错湖泊记录具有广泛代表性,同时证实利用湖泊沉积物介形类壳体进行古气候高分辨率重建具有可靠性。