南半球环流异常与长江中下游夏季旱涝的关系

本文对长江中下游夏季旱涝年前期（3、4、5月的季节平均）和同期（6、7、8月的季节平均）的南半球环流作对比分析,探讨南半球环流异常与长江中下游夏季旱涝的关系. 结果表明前期和同期南半球环流均有显著差异,春季南极涛动对长江中下游旱涝的影响较夏季显著,南半球副热带高压在春、夏两季中有很好季节持续性. 因此,春季南半球环流异常可以作为长江中下游夏季旱涝主要短期气候预测因子. 南、北半球中高纬环流相互作用是长江中下游夏季降水的一个重要因素,其可能的联系机制是从南半球高纬到北半球东亚沿岸经向分布的正压遥相关. 研究中还发现在长江中下游的涝年,整个对流层中南半球春、夏两季有持续增温,这说明了南北半球的温度梯度减弱也是东亚夏季风减弱的原因之一.     

北极海冰与夏季欧亚遥相关型年际变化的联系及对我国夏季降水的影响

本文利用NCEP/NCAR等再分析资料和CAM3.1数值模式研究了夏季欧亚中高纬遥相关型年际变率与前期春季北极海冰变化的联系及其对我国夏季降水影响的可能机制.结果表明,夏季北大西洋-欧亚中高纬地区500 hPa位势高度场自然正交分解第二模态表现为"-+-+"遥相关波列,其中格陵兰岛-北大西洋和乌拉尔山地区为异常高空槽区所控制,而欧洲和贝加尔湖附近地区则为异常高压脊区,这种波列分布与欧亚中高纬EU型遥相关型十分类似.当遥相关波列为"-+-+"（"+-+-"）型分布时,前期春季巴伦支海北部和巴芬湾一带海冰偏少（多）,同期夏季巴伦支海北部一带海冰亦持续偏少（多）,同时在我国东北北部地区、长江和黄河之间地区降水明显偏少（多）.深入分析发现,巴伦支海北部和巴芬湾一带海冰偏少后,由于该地区湍流热通量明显偏强,在动力过程影响方面会形成异常Rossby波源,准定常Rossby波活动通量将向东亚地区传播,使得夏季欧亚中高纬"-+-+"遥相关波列出现.另外,海冰异常偏少后,在热动力过程影响方面,4-5月欧亚中高纬乌拉尔山-贝加尔湖以北地区积雪会出现"西少东多"偶极子型异常分布,其通过影响后期土壤湿度及下垫面热通量异常,也有利于夏季欧亚中高纬遥相关波列的维持.伴随着欧亚中高纬"-+-+"遥相关波列的出现,乌山阻塞高压偏弱,东亚槽偏浅,且亚洲副热带急流随之加强,贝加尔湖以北的副极地地区出现西风异常,东亚副热带急流北侧出现东风异常,贝加尔湖以南地区为异常反气旋控制,南下冷空气活动减弱.受到上述环流形势影响,我国东北北部地区、黄河和长江之间地区降水明显偏少.当巴伦支海北部和巴芬湾区域海冰偏多时,结论则反之.最后,基于春季海冰指数和晚春偶极子型积雪指数,我们建立了江淮流域夏季降水的预测模型,回报结果表明其对江淮流域夏季降水的年际变率具有较高的预测技巧.     

热带海表面温度及中纬度大气环流对青藏高原9月降水异常的共同影响

由于青藏高原独特的地理位置,其降水受到热带和中纬度异常环流系统的共同影响.利用观测、再分析和CMIP6模式数据,本文揭示了印度洋偶极子(IOD)和丝绸之路遥相关(SRP)对青藏高原9月降水年际变率的单独和联合影响.当IOD处于正位相,热带印度洋异常纬向海温梯度激发一个Gill响应,在印度次大陆和孟加拉湾低层产生异常反气旋.其北侧的异常西风在青藏高原南坡形成浅槽,相关的异常西南风向青藏高原东南部输送水汽,导致东南部降水增加.同时,北大西洋的西风急流扰动能够激发一个SRP遥相关波列,在印度北部产生一个倾斜的斜压结构,即中西亚对流层高层为异常反气旋,而印度北部对流层低层为异常气旋.异常气旋东侧的西南风向东南部青藏高原输送大量水汽,并造成降水增加. IOD和SRP的联合影响可以解释将近52%的青藏高原降水异常,远超过IOD(19%)和SRP(27%)的单独贡献.本文强调了考虑热带和中纬度驱动因子共同作用的必要性,这为更准确地模拟和预测青藏高原降水提供了线索.     

长江中下游地区铜矿体综合找矿模型

本文在收集研究长江中下游地区主要铜矿床的发现和勘查过程、矿床地质特征、物化探异常特征、勘查方法等大量资料的基础上,对矿体特征进行了归纳,提出了将长江中下游主要铜矿体划分为二型四式的矿体类型划分方案。分别建立了四种类型铜矿体的找矿模型,并建立了铜矿体综合找矿模型。     

水位波动对长江中下游湖泊湖滨带底质环境的影响

以长江中下游湖泊为对象,研究了水位波动对湖滨带底质环境的影响.结果表明,底质环境参数沿高程梯度变化明显.底质含水率沿高程梯度增加而减小,pH值沿高程梯度变化不大,有机质、总氮和总磷沿高程梯度呈先增大后减小的趋势.底质环境参数的季节变化也较大.分析表明,水位波动幅度、淹没深度、高水位持续时间等对湖滨带底质环境有较大影响.在中等波动幅度下,底质参数沿高程的变异系数最大,表明此时湖滨带底质异质性较高.夏季湖滨带淹没时间越长、淹没深度越大,底质养分流失越快.高水位持续时间越长,底质pH值变化就越大、营养盐流失越快.本研究结果可为湖滨带生态修复及管理提供依据.     

长江中下游典型湿地沉积物-水界面硝酸盐异养还原过程

反硝化(Denitrification,DNF)和硝酸盐异化还原为氨(Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium,DNRA)是硝酸盐异养还原的2个主要途径.反硝化被认为是彻底去除水体氮负荷的主要过程;而硝酸盐异化还原为氨则将水体中的硝态氮转化为氨氮.2个过程均以硝酸盐为电子受体,并存在相互竞争关系.这2个过程的研究对理解湿地氮转化以及指导湿地氮污染修复具有重要意义.运用无扰动沉积物柱样流动培养、15NO-3-N同位素示踪实验,并采用氨氧化-膜接口质谱仪联用(OX/MIMS)测定氨氮同位素产物的方法,对鄱阳湖碟形湖湿地、巢湖重污染河流湿地、巢湖重污染湖泊湿地3种类型湿地沉积物-水界面的硝酸盐异养还原过程进行研究,结果表明存在显著差异.3种类型湿地DNF速率的范围为(6.36±2.57)~(99.98±14.05)μmol/(m2·h),DNRA速率的范围为(0.51±0.45)~(79.82±6.08)μmol/(m2·h).在3种类型湿地中,随着氮污染程度加重,DNF和DNRA速率均显著增加,且DNRA过程在总的硝态氮异养还原中所占的比重不断增大,说明较高的硝酸盐负荷、较高的沉积物有机质含量更有利于DNRA过程的竞争.而对反硝化方式的进一步研究发现,巢湖重污染河流、湖泊湿地主要以非耦合反硝化为主导过程,而鄱阳湖碟形湖湿地则更倾向于以硝化过程耦合控制的反硝化为主.     

长江中下游浅水湖泊沉积物腐殖质组分赋存特征

应用化学方法,对长江中下游浅水湖泊表层沉积物有机质含量、腐殖质组成及结合形态进行了研究.结果表明:①长江中下游浅水湖泊11个沉积物的有机质含量变化较大.在0.98%-11.0%之问波动.污染程度重的沉积物中有机质含量均较污染程度轻的高.其有机质的分布特征与沉积物污染程度和湖泊周边的人类活动有关.②腐殖质组成中,胡敏酸(...     

长江中下游不同湖泊沉积物中重金属污染物的累积及其潜在生态风险评价

利用富集因子和Hakanson潜在生态风险指数法,结合年代学结果,对长江中下游湖泊太白湖、龙感湖、巢湖和西氿沉积物中重金属元素Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的富集程度进行了评价,并比较分析了上述重金属的潜在生态风险.结果表明,太白湖和龙感湖沉积物中各重金属富集程度均较低;巢湖沉积物中Co、Cr、Ni的富集程度接近中等水平,而Cu、Pb、Zn的富集已经达到中等水平;西氿沉积物中Co的富集非常低,Cr、Ni富集水平较低,Pb达到中等富集,Cu、Zn达到较高的富集水平.对4个湖泊沉积物中重金属的综合污染程度进行比较:巢湖西氿龙感湖太白湖.各湖泊沉积物中单一元素的潜在生态风险都较低,但是,根据多元素潜在生态评价指数,各湖泊沉积物中重金属存在明显不同的潜在生态风险:巢湖西氿龙感湖太白湖.总体上看,太白湖和巢湖沉积物重金属污染以及潜在生态风险自1965年以来一直在加重,而龙感湖和西氿沉积物在表层有下降的趋势.这种差异与各个湖泊流域内人类活动的方式和强度密切相关.巢湖和西氿流域内城市化、工业化发展迅速,人类活动导致大量重金属元素进入湖泊,给湖泊带来明显的污染;而龙感湖和太白湖流域人类活动主要以农业活动为主,人类活动对重金属的贡献相对较小.     

三峡水库蓄水运用以来长江中下游沙量平衡分析

以三峡工程为核心的梯级水库群联合调度运用显著改变水沙条件,坝下游河段出现长时间、长距离的冲淤调整,长江中下游沙量平衡分析是合理评估水库群修建对河道影响的重要依据,是河湖管理与保护的关键支撑.本文基于长时间序列原型观测资料,采用沙量平衡法分析长江中下游不同时空尺度泥沙沿程恢复特征,对比断面地形法计算结果,结合河道空间区域性特征,从临底悬沙测验误差、断面代表性及断面间距、河道采砂等多角度深入揭示两种方法计算冲淤量产生差异的主要原因.结果表明:(1)2003-2018年宜昌至大通河段冲刷泥沙10.76亿t,其中粒径d<0.125 mm的泥沙冲刷量占比达90.9%.以螺山为界,宜昌至螺山段"粗细均冲",螺山至大通河段则"细冲粗淤";(2)宜昌至大通河段2003-2018年沙量平衡法与断面地形法计算冲淤量相对偏差为71%,从沿程差异分布来看,距离三峡大坝坝址较近的宜昌至沙市河段两方法计算绝对差值较小,而沙市至大通河段差值较大,占宜昌至大通全河段绝对偏差的近86%;(3)宜昌至沙市河段河道采砂量占实测河床冲刷量的比例约为20%,临底悬沙对输沙量的改正比例为13.2%~26.7%(平均约为20%),修正后,沙量平衡法、断面地形法计算结果吻合相对较好;沙市至大通河段泥沙测验、固定断面布设、河道采砂等是导致沙量平衡法与断面地形法出现差异的主要原因.     

长江中下游地区湖泊硅藻-总磷转换函数

硅藻转换函数的研究为湖泊环境指标的定量重建提供了有效途径．在长江中下游45个湖泊水质和表层沉积硅藻调查的基础上,利用典型对应分析方法开展了表层硅藻与营养态指标的关系研究．15个水质指标中总磷解释了硅藻数据的最大变率,是影响硅藻种群分布的最重要最显著的环境变量．通过对不同加权平均回归方法的比较,选择了反向还原加权平均回归与校正方法建立了研究区硅藻一总磷转换函数模型．依据刀割法统计检验,该模型提供了较低的推导误差（RMSEPjack=0．157）．在删除异常样品后,该硅藻一总磷转换函数的推导能力明显增强,实测值与推导值的回归相关系数大大提高（R^2jackk=0．82）,推导误差（RMSEPjack=0．12）也较原来降低了近21％．该转换函数同世界上其它区域的硅藻-总磷模型相比具有更强的推导能力．长江中下游地区硅藻-总磷转换函数的建立,为今后开展研究区内不同营养类型湖泊营养本底的定量重建奠定了基础,可望为湖泊治理参考目标的制定提供有效的技术支撑．     

综合营养状态指数(TLI)在夏季长江中下游湖库评价中的局限及改进意见

综合营养状态指数(TLI)在中国湖库富营养化评价中应用非常广泛.对于该指数的各分项指标,基于叶绿素a的评估结果是富营养化风险的直接体现,是最终指示;而基于理化指标(总氮、总磷、透明度和高锰酸盐指数)的评估结果是间接指示.如果两者TLI评估结果存在显著差异,则说明基于理化参数的TLI评估结果低估或者高估了实际富营养化水平和相关风险.本文针对长江中下游湖库的基于水质理化指标和基于叶绿素a的TLI结果是否匹配的问题开展了调查分析.结果表明,对于非通江浅水湖泊而言,基于总氮、总磷、高锰酸盐指数的TLI评估结果均低估了富营养化水平和相关风险;对于通江浅水湖泊而言,基于总氮、总磷和透明度的TLI评估结果高估了富营养化水平和相关风险,而基于高锰酸盐指数的结果低估了富营养化水平;对于深水水库,基于总氮的TLI指数评估结果高估了富营养化水平,而基于总磷、透明度和高锰酸盐指数的结果低估了富营养化水平.上述水质理化指标和叶绿素a评估结果不匹配的原因为以下两点:第一,部分物理化学指标失去了对富营养化风险(叶绿素a)的指示意义,如通江浅水湖泊的总氮、总磷、透明度和高锰酸盐指数以及深水湖泊的总氮;第二,部分富营养化理化指标和叶绿素a原有关系发生错位,比如对于深水湖泊总磷对叶绿素a的响应比TLI指数构建所采用的关系更加敏感.针对TLI理化指标评估在长江中下游湖库应用中存在的问题提出如下改进建议:1)结合长时间序列历史数据,基于分位数回归等方法构建特定湖泊的叶绿素a和理化参数的响应关系,开发“一湖一策”的评估公式;2)根据换水周期和湖泊面积水深比对进行湖泊分类,建立特定湖泊类型的叶绿素a和理化参数的响应关系,构建“一类一策”的评估公式;3)在富营养化评估结果中应分别量化富营养化状态参数(营养盐水平)和富营养化风险参数(叶绿素a)以及两者比值,但生物指标是富营养化评估的最终指示.现阶段我国富营养化评价和管理多为“全国一策”,可能很难满足经济高效的管理需求.因此,本研究所建议和综述的“一类一策”和“一湖一策”的湖泊富营养化评估方法对未来的湖泊生态管理可能具有重要意义.     

长江中下游湖泊群不同生活型水生植物分布的时空变化(1986—2020年)

不同生活型水生植物对水环境的影响和碳固持能力不同,开展大尺度范围内不同生活型水生植物的时空分布和动态变化研究,是全面掌握湖泊水生态环境变化趋势、准确核算水生生态系统碳源/碳汇的前提。以长江中下游10 km²以上(共131个)的湖泊为研究对象,基于野外调查和先验知识,通过光谱分析,研发了不同生活型水生植物遥感高精度机器学习识别算法,解析了长江中下游湖泊群不同生活型水生植物的时空变化规律。研究表明,长江中下游湖泊群不同生活型水生植物遥感监测精度为0.81,Kappa系数为0.74;1986—2020年长江中下游湖泊群水生植物面积为2541.58~4571.42 km²,占湖泊总面积的15.99%~28.77%,沉水植物是优势类型(Max_1995年=2649.21 km²,Min_2005年=921.38 km²),其次是挺水植物(Max_2005年=1779.44 km²,Min_2020年=569.05 km²)和浮叶植物(Max_2015年=685.68 km²,Min_2000年=293.04 km²);水生植物主要分布在长江干流流域湖泊群,其次是鄱阳湖流域、洞庭湖流域、太湖流域和汉江流域;变化趋势上,1986—2020年长江中下游湖泊群水生植物面积呈现先增长(1986—1995年)、后下降(1995—2010年)、再增加(2010年后)的趋势。本研究可为长江中下游湖泊群生态环境调查及水环境管理提供重要参考。