Unraveling the mechanisms underlying lake expansion from 2001 to 2020 and its impact on the ecological environment in a typical alpine basin on the Tibetan Plateau

Yanhu Lake basin (YHB) is a typical alpine lake on the northeastern Tibetan Plateau (TP). Its continuous expansion in recent years poses serious threats to downstream major projects. As a result, studies of the mechanisms underlying lake expansion are urgently needed. The elasticity method within the Budyko framework was used to calculate the water balance in the Yanhu Lake basin (YHB) and the neighboring Tuotuo River basin (TRB). Results show intensification of hydrological cycles and positive trends in the lake area, river runoff, precipitation, and potential evapotranspiration. Lake expansion was significant between 2001 and 2020 and accelerated between 2015 and 2020. Precipitation increase was the key factor underlying the hydrological changes, followed by glacier meltwater and groundwater. The overflow of Yanhu Lake was inevitable because it was connected to three other lakes and the water balance of all four lakes was positive. The high salinity lake water diverted downstream will greatly impact the water quality of the source area of the Yangtze River and the stability of the permafrost base of the traffic corridor.©2023 China Geology Editorial Office.     

青藏高原典型冰川和湖泊变化遥感研究

青藏高原冰川和湖泊变化是气候变化敏感的指示器,利用地形图、航空照片、TM卫星遥感资料和其它相关研究文献资料,分析了青藏高原典型地区的冰川和湖泊变化情况.结果表明:1960-2000年期间,在气温上升、降水增加、最大可能蒸散降低的背景下,研究区内不同地区湖泊的面积变化存在比较大的空间差异.以冰川融水为主要补给的纳木错和色林错地区的主要湖泊以扩大为主,而以降水为主要补给的黄河源地区的主要湖泊则基本上全面萎缩.研究区的冰川在1960-2000年期间以退缩为主,但各地退缩的幅度有较大的差异.     

青藏高原湖泊遥感信息提取及湖面动态变化趋势研究

青藏高原湖泊星罗棋布,是我国盐湖主要分布区.本文以RS和GIS技术为基础,从Landsat的MSS、TM、ETM三期遥感影像中,提取了青藏高原的所有湖泊信息,建立了我国盐湖空间数据库.用ArcGIS对盐湖空间数据进行统计和空间分析,从时间和空间上分析青藏高原从70年代到2000年左右湖泊湖面动态变化情况.同时,在青海和...     

近40年来青藏高原湖泊变迁及其对气候变化的响应

湖泊对气候波动有敏感记录。本文以GIS和RS技术为基础,在野外实地考察的基础上,从20世纪70年代、90年代、2000年前后和2010年前后4期Landsat遥感影像中提取了青藏高原所有湖泊边界信息,建立了青藏高原湖泊空间数据库。分析表明的青藏高原面积大于0.5 km2的湖泊总面积变化：（1）从20世纪70年代至90年代增加了13.42%; （2）从20世纪90年代至2000年前后增加了4.86%; （3）从2000年前后至2010年前后增加了13.04%。可见,近40年来,青藏高原湖泊个数和面积均呈增加的趋势。气象数据分析表明,青藏高原气候出现了由暖干向暖湿的转型,表现为气温升高、降雨量增加和蒸发量减小。笔者选取了研究区内面积大于10 km2的时间上合适做比较的所有湖泊,逐一分析了其在4个时期的动态变化情况,并根据变化结果进行了分区。不同时期的湖泊变迁具有区域差异性：（1）从20世纪70年代至90年代,西藏北部、中部、藏南、青海羌塘盆地和青海东部湖泊呈萎缩趋势; （2）20世纪90年代至2000年,青海北部湖泊萎缩; （3）2000年至2010年,除藏南外,青藏高原其余地区湖泊全面扩张。不同补给源的湖泊对气候变化的响应模式不同：（1）气温主要影响以冰雪融水及其径流为主要补给源的湖泊,如色林错、赤布张错等; （2）降雨量主要影响以大气降雨和地表径流为主要补给源的湖泊,如青海羌塘盆地; （3）蒸发量直接影响湖泊水量的散失,在青藏高原总体蒸发量减小的大环境下,部分地区因升温引起的湖泊蒸发效应超过了降水和径流量增加,湖泊出现萎缩的现象,如羊卓雍错流域。总之,地质构造控制了湖泊变迁的总格局,而短时间尺度的湖泊变迁主要受气候因素的影响。此外,湖泊动态变化还受冰川、人类活动、湖盆形状、补给和排泄区等因素的影响。     

基于GIS的玛旁雍错流域冰川地貌及现代冰川湖泊变化研究

基于多源多时相的数字遥感影像、地形图和DEM数据,利用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术,对西藏玛旁雍错流域冰川地貌类型和空间分布进行了研究,并对流域内近30 a来冰川和湖泊的变化进行分析.结果表明:1974-2003年玛旁雍错流域冰川总面积减少了7.27 km²,平均退缩速率0.24 km²·a^-1;湖泊总面积减少37.58 km²,平均退缩速率1.25 km²·a^-1.多时相的监测表明,冰川在加速退缩,且阳坡冰川的消融速度大于阴坡,坡度陡、面积小的冰川消融比例大于坡度缓、面积较大的冰川;湖泊面积先减少后有所增加,但总面积还是减少了,不少小湖泊消失.分析流域附近气象资料可知,气温上升和降水量减少是玛旁雍错流域内冰川消融与退缩的主要原因.     

青藏高原可可西里卓乃湖溃堤成因及其影响分析

受青藏高原暖湿化趋势的影响,近年来高原湖泊水位普遍上涨,湖泊溃堤时有发生.利用青藏高原可可西里卓乃湖、库赛湖、海丁诺尔湖和盐湖所在区域的TM（ETM+）等历史文献数据和环境减灾卫星（HJ1A/B） CCD数据,结合五道梁气象站气温、降水资料,分析了卓乃湖周边湖泊面积变化情况.结果表明：1961-2014年近54 a来,可可西里地区持续增加的降水是卓乃湖溃堤的基础,2011年8月22日之前的两次强降水过程和之后的持续降水是导致卓乃湖湖水大量外泄,并最终溃堤的主要原因;溃堤前的两次地震可能对卓乃湖的湖盆结构产生了一定的影响,从而加速了溃堤过程.溃堤导致湖岸线退缩,并产生大片的沙化土地,恶化了藏羚羊的产仔环境,对周边草地生态环境和重大工程设施产生了不利影响.     

近50a中国寒区与旱区湖泊变化的气候因素分析

以青藏和蒙新两大湖区代表的我国寒区和旱区湖泊为对象,通过各湖区典型湖泊与气候变化的时间序列分析,揭示了湖泊与气候变化的动态关系;通过区域尺度湖泊面积的阶段性变化过程与区域气候变化的关系,分析了湖泊变化的区域气候影响背景.结果表明:位于我国寒区和旱区的湖泊对气候变化具有高度敏感性,从气候的角度来看,内蒙古的湖泊受降水影响较为明显,新疆湖泊总体上受降水影响显著,但由于冰川的存在气温对湖泊也有一定影响.青藏高原典型湖泊变化的分析表明,降水、气温对不同湖泊有着不同的影响,在区域上湖泊与气候的变化关系表现的更为复杂,在降水增加、气温上升的情况下由于升温引起的湖泊蒸发效应超过降水增加导致的补给影响,湖泊总体趋于萎缩.     

Abrupt Change of Lake Environment in West China:an Evidence for Global Climate Warming

ABRUPT CHANGE OF LAKE ENVIRONMENT IN WEST CHINA: AN EVIDENCE FOR GLOBAL CLIMATE WARMINGtheNational(G19980 4 0 80 2 )andCAS’sKeyProjectonTibetanPlateauResearch(KZ951 A1 2 0 4 )     

长江中下游典型湖泊近代环境变化研究

选择长江中下游的典型湖泊洪湖、巢湖、石臼湖和太湖,采集了沉积柱样,测定了总有机碳、总氮、总磷,并采用210Pb和137Cs定年以研究湖泊近代环境演变。根据洪湖137Cs蓄积峰得到过去50 a里洪湖沉积速率经历了一个由慢到快再变慢的过程,1963~1986年之间沉积速率最大,达0.174 cm/a,这可能是因为当时湖区大规模开垦有关。巢湖钻孔核素的研究发现20世纪70年代以来随着深度的减少,巢湖钻孔中沉积通量在增加,可能与流域内水土流失逐步加重有关。对营养盐的分析表明,洪湖50年代以来沉积物中营养元素急剧增加,巢湖70年代以来营养元素开始增加,在太湖中体现为80年代,石臼湖中则为近百年来营养元素开始快速增加。从营养盐增加的幅度来看,草型湖的洪湖、石臼湖要大于藻型的巢湖以及太湖藻型区域。本文尝试利用总有机碳、总磷获取了湖泊环境变化的速率。研究表明总有机碳和总磷的变化速率存在波动性,这可能与湖泊的自我调节有关。而总有机碳的变化速率在最近时间阶段内基本呈正值,对于洪湖来说在80年代初,石臼湖在1970年左右,太湖在80年代初,巢湖在60年代。总有机碳、总磷变化速率的振荡幅度与周期也许对理解当今湖泊处于何种位置,由此采取何种湖泊管理手段提供重要认识。     

遥感反演2000—2020年青藏高原水储量变化及其驱动机制

气候变化对青藏高原的水储量造成显著影响,严重威胁下游地区涉及10亿人口的水资源安全、水灾害防治和水生态保护。本研究集成多源卫星遥感(包括卫星重力、卫星测高、光学影像等)及相关反演融合算法和部分再分析数据,在前期工作基础上延长并生成了2000—2020年青藏高原各类水储量(湖泊、冰川、雪深和雪水当量、总水储量)变化数据,并分析其气候驱动机制。结果表明：(1) 2002—2020年间青藏高原外流区总水储量呈显著下降趋势(-10.90 Gt/a),主要由冰川质量损失主导;内流区总水储量呈显著上升趋势(6.40 Gt/a),其中湖泊水量扩张占主导。(2)青藏湖泊整体呈扩张趋势,并分为3个阶段：2000—2012年为平稳增长期(6.35 Gt/a),2012—2017年为相对稳定期(1.42 Gt/a),2017年后进入快速增长期(10.59 Gt/a);湖泊水量变化与降水量变化一致性较高。(3)藏东南地区的冰川呈快速消融趋势(-4.50 Gt/a),气温升高和降水年际波动是近年来该地区冰川后退的主要原因。(4) 2016—2020年平均雪水当量较2001—2015年呈增加趋势,积雪变化主要受累...     

Geomorphic and chronometric evidence for high lake level history in Gahai Lake and Toson Lake of north‐eastern Qaidam Basin,north‐eastern Qinghai–Tibetan Plateau

Palaeoshorelines, highstand lacustrine sediments and lakeshore terraces are preserved around saline lakes in the arid Qaidam Basin. Previous research indicates that the chronology of a mega‐paleolake in the Qaidam Basin during the late Pleisotocene is controversial. Here we report quartz optically stimulated luminescence (OSL) age estimates of highstand lacustrine sediments, shoreline features and geomorphic exposures that contribute to a revision of the lake level history of Gahai and Toson lakes in the north‐eastern Qaidam Basin, on the northeastern Qinghai–Tibetan Plateau (QTP) margin. The results imply that: (i) high lake levels at Gahai and Toson lakes based on quartz OSL dating occurred at 85–72, 63–55, 31, 5.4 and 0.9–0.7 ka, probably corresponding to periods of warm and wet climate; (ii) periods of high lake levels are almost synchronous with other lakes on the QTP (e.g. Qinghai and Namco lakes), with the highest late Pleistocene levels occurring during Marine Oxygen Isotope Stage 5; and (iii) highstand phases on the QTP are out of phase with those of low‐latitude lakes in the southern hemisphere, possibly driven by solar insolation variability in the low‐latitude region. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

青海羌塘盆地近期湖泊扩张特征及成因

选取青海羌塘盆地1976-2010年5期遥感影像, 解译了该区域面积大于1 km²以上的67个湖泊面积.结果表明: 1976-1994年, 研究区大部分湖泊呈萎缩状态, 湖泊面积萎缩了446.8 km², 萎缩幅度为12.5%;1994-2001年, 湖泊面积由3 132.6 km²增加到3 395.2 km², 至2007年和2010年, 湖泊持续扩张, 面积分别达到3 641.7 km²和3 836.2 km², 其中2010年的湖泊面积较1994年增加了22.5%, 甚至超过了1976年, 2007-2010年期间湖泊扩张强度最大.同时, 分析了研究区1959-2010年的气候水文变化, 结果显示年平均气温呈显著上升趋势, 年蒸发量在1959-1980年呈下降趋势, 以后趋于稳定, 年降水量、年径流量在1998-1999年间出现了突变上升.湖泊面积对气候、水文的响应关系表明, 近期的湖泊扩张主要由降水、径流偏丰引起, 与气温上升以及蒸发变化的关系并不显著, 气温上升导致冰川退缩所增加的水量对近期湖泊扩张影响较小. 与青海湖、黄河源等地相比, 青海羌塘盆地近期气候、水文、湖泊面积发生转折的时间要提前7 a左右.     

Exhumation History of the Xining Basin Since the Mesozoic and Its Tectonic Significance

The Xining Basin is located in the northeastern Qinghai–Tibetan Plateau, and its continuous Cenozoic strata record the entire uplift and outgrowth history of the Tibetan Plateau during the Cenozoic. The newly obtained apatite fission track data presented here shows that the Xining Basin and two marginal mountain ranges have experienced multiphase rapid cooling since the Jurassic, as follows. In the Middle–Late Jurassic, the rapid exhumation of the former Xining Basin resulted from collision between the Qiangtang Block and the Tarim Block. During the Early–Late Cretaceous, the former Xining Basin underwent a tectonic event due to marginal compression, causing the angular unconformity between the Upper and Lower Cretaceous. In the Late Cretaceous to the Early Cenozoic, collision between the Qiangtang Block and the Lhasa Block may have resulted in the rapid exhumation of the Xining Basin and the Lajishan to the south. In the Early Cenozoic(ca. 50–30 Ma), collision between the Indian and Eurasia plates affected the region that corresponds to the present northeastern Qinghai–Tibetan Plateau. During this period, the central Qilian Block rotated clockwise by approximately 24° to form a wedge-shaped basin(i.e., the Xining Basin) opening to the west. During ca. 17–8 Ma, the entire northeastern Qinghai–Tibetan Plateau underwent dramatic deformation, and the Lajishan uplifted rapidly owing to the northward compression of the Guide Basin from the south. A marked change in subsidence occurred in the Xining Basin during this period, when the basin was tectonically inverted.     

Evolution of an Ancient Large Lake in the Southeast of the Northern Tibetan Plateau

Nam Co is the largest (1920 km2 in area) and highest (4718 m above sea level) lake in Tibet. According to the discovery of lake terraces and highstand lacustrine deposits at several places in Nam Co and its adjacent areas, the authors confirm the existence of an ancient large lake in the southeastern part of the northern Tibetan Plateau. On the basis of the U-series, 14C and ESR dating, coupled with the levelling survey of lake deposits and geomorphology, the evolutionary process of the ancient large lake in the southeastern part of the northern Tibetan Plateau may fall into three stages: (1) the ancient large lake stage at 115-40 ka BP, when the ancient lake level was 140-26 m above the level of present Nam Co; (2) the outflow lake stage at 40-30 ka BP, when the ancient level was 26-19 m above the present lake level; and (3) the Nam Co stage since 30 ka BP, when the ancient lake level was < 19 m above the present lake level. During the ancient large lake stage, a large number of modern large, medium-siz     

青藏高原兹格塘错沉积记录的全新世水位变化事件及其原因初步研究

兹格塘错是一个内陆封闭型湖泊,位于藏北高原腹地,处于西南季风作用边缘地带。由于流域内无冰川分布,湖泊补给主要靠大气降水,因此水体的扩张与收缩能够直接反映西南季风的变化。半干旱气候地区湖泊沉积物碳酸盐含量能够敏感地反映水体的扩张与收缩。兹格塘错沉积物碳酸盐含量高,与可溶盐(氯离子与硫酸根离子)含量变化结合能更好地揭示水体的演化阶段。分析结果表明,在9.3～8.9calkaBP、8.3～7.8calkaBP、5.0～4.7calkaBP、4.0～3.8calkaBP和3.1～2.7calkaBP碳酸盐含量出现大幅度下降,指示湖泊淡化、水位升高。但在3.8calkaBP左右碳酸盐含量和可溶盐(氯离子与硫酸根离子)含量同时出现峰值,指示出湖泊水体盐度升高、水位出现下降;近1calkaBP以来,碳酸盐与可溶盐含量都呈现逐渐下降趋势,表明湖泊水体逐渐淡化、水位缓慢上升的过程。但近100a来可溶盐含量上升,指示出湖泊水体的不断浓缩和水位下降过程,这和近百年的气候暖干化过程是一致的。兹格塘错沉积岩心碳酸盐含量全新世以来5次极低事件,有力地证明青藏高原西南季风在全新世期间的不稳定性。     

Estimating the contribution of glacial meltwater to Ranwu Lake,a proglacial lake in SE Tibet,using observation data and stable isotopic analyses

It is important for both current monitoring and paleoenvironmental research conducted on proglacial lakes and their adjacent glaciers to clarify the hydrological processes operating on these lakes. However, in remote regions with limited accessibility it may be difficult to study hydrological processes by direct monitoring. In this study, we use measurements of stable isotopic compositions to trace the multiple water sources contributing to Ranwu Lake, a proglacial lake in south-eastern Tibet. Using stable isotopic data from precipitation, inflowing rivers and the lake water, a water and isotope mass balance modelling method was used to calculate the ratio of evaporation to input. Subsequently, using hydrological and climatic data for the outflow, the largest inflow and precipitation, other hydrological elements of the lake water balance were also calculated. The results demonstrate that the ratio of evaporation to inflow is as low as 0.009, the lowest value observed for the Tibetan Plateau, indicating that Ranwu Lake is a through-flow lake with a very short retention time. Glacial meltwater accounts for at least 55% of total runoff, the highest value observed for the Tibetan Plateau, indicating that the sediments of Ranwu Lake may have considerable potential for reconstructing variations in the activity of the local glaciers. Finally, we note that it may be inappropriate in this glacier-fed lake to use the intersection of the local meteoric water line with the lake water line for determining the isotopic composition of the input water, and this possibility must be carefully considered when stable isotope mass modelling is used in proglacial lakes.     

青藏高原东南部来古冰湖变化及其溃决洪水评估

冰湖溃决洪水(Glacial lake outburst flood,简称GLOF)灾害是冰川区最常见、危害最大的灾害类型之一,历来是国内外学者研究的关键科学问题。在全球变暖的大背景下,冰川退缩加剧,其下游冰湖扩张快速,湖面升高,溃决风险提高。青藏高原尤其是东南部地区孕育着大量的冰湖,在过去的几十年间,冰湖溃决洪水威胁着当地人民的生产生活。基于LANDSAT遥感影像,本文获取了青藏高原东南部雅弄冰川和来古冰湖1986年、1990年、1994年、1997年、2000年、2003年、2005年、2011年、2013年和2017年共10期湖面面积,并结合实地测量的冰湖水深资料,计算了冰湖对应年份的储水量,建立冰湖面积与储水量变化序列;结合野外调查从冰湖面积与水量变化趋势和突发事件两方面探讨冰湖溃决可能性;利用BREACH模型和SMPDBK模型估算和模拟来古冰湖溃决洪水,做灾害预警分析。结果表明,1986~2017年冰湖上湖变化不大,而来谷下湖处于持续扩张中,面积由1986年的1.151±0.070 km^2扩张至2017年的3.148±0.097 km^2,水量由0.645×10^8 m^3增加至2.143×10^8 m^3,雅弄冰川在1986~2013年持续后退,在2013~2017年突然前进;经讨论其溃决风险得出冰川滑动入湖导致湖水瞬时涌出从而造成溃坝的可能性较高;利用BREACH模型及SMPDBK模型对来古冰湖溃决洪水模拟结果表明,当来古下湖湖水受冰体挤压抬升发生溃决时,溃决洪水将严重威胁然乌镇及其上游居民的生命和财物安全。     

青藏高原热融湖横向扩张速率对湖下融区发展影响的数值模拟

热融湖是高纬度和高海拔富冰多年冻土区重要的自然景观。这些湖由于富冰多年冻土或地下冰的融化而形成,由于湖水向周边多年冻土传递热量而持续扩张。以青藏高原北麓河地区一个热融湖的信息和冻土监测资料为基础,运用柱坐标系下伴有相变的热传导模型模拟了以不同的横向扩张速率演化的热融湖湖下融区的发展过程。结果表明：在青藏高原多年冻土厚度为75 m的北麓河盆地,分别以横向扩张速率0.10 m·a^-1、0.15 m·a^-1、0.20 m·a^-1和0.25 m·a^-1演化的热融湖,在湖形成分别达760 a、703 a、671 a和652 a时,湖下形成贯通融区,相应的多年冻土从上向下融化的平均速率分别为8.22 cm·a^-1,8.89 cm·a^-1,9.31 cm·a^-1和9.74 cm·a^-1。热融湖的横向扩张速率对湖下的融区发展和土壤热状况有重要的影响,在现场调查资料的基础上选取正确的热融湖横向扩张速率是热融湖对多年冻土热状况作用数值模拟研究的必要前提。     

西藏扎布耶碳酸盐型盐湖卤水相化学研究

中国盐湖资源丰富,且水化学类型齐全。西藏扎布耶盐湖位于西藏高原腹地,该湖卤水水化学类型为碳酸盐型,已处于盐湖演化晚期,是一个固液共存的盐湖矿床,具有很好的工业开发价值。笔者分别在15℃、25℃下对该卤水进行了等温蒸发实验,研究了在此两个温度下卤水中各元素富集行为和盐类矿物析出规律。并通过讨论其与国内外碳酸盐型和硫酸盐型锂盐湖的卤水蒸发路径和矿物析出异同,指出扎布耶盐湖具有其独特的卤水蒸发析盐路径。在本实验中低温有利于卤水中锂的富集,而高温有利于硼的富集,碳酸锂和钾盐交叉析出,低温时钾的矿物主要为钾石盐,高温时主要为钾芒硝,高温有利于获得高品位的碳酸锂混盐。