2002—2018年叶尔羌河流域积雪时空变化研究

积雪是冰冻圈中较为活跃的因子,对气候环境变化敏感,其变化影响着全球气候和水文的变化。积雪覆盖日数(SCD)、降雪开始时间(SCOD)和融雪开始时间(SCMD)是影响地表物质和能量平衡的主要因素。使用MODIS无云积雪产品提取了叶尔羌河流域2002年7月-2018年6月逐日积雪覆盖率(SCP),基于像元计算了SCD、SCOD和SCMD,系统地分析了其空间分布与变化特征,并探讨了其变化的原因及积雪面积的异常变化与ENSO的联系。结果表明:(1)研究时段内,流域的积雪覆盖面积呈微弱减少趋势,与气温呈显著负相关,与降水呈显著正相关;2002-2018年,SCP随海拔的升高呈明显的线性增加趋势(R2=0.92、P<0.01));各海拔高度带最大SCP出现的月份大致随海拔的上升往后推迟,最小SCP出现月份无显著变化(集中在8月),海拔4000 m以下,春季的SCP小于冬季,海拔4000 m以上,春季的SCP大于冬季。(2)SCD、SCOD和SCMD有明显的海拔梯度,在流域内,从东北至西南,呈现出SCD增加,SCOD提前,SCMD推迟的特征;变化趋势上,流域91.9%的区域SCD表现为减少,65.6%的区域SCOD有往后推迟的趋势,77.4%的区域SCMD表现出提前的趋势。(3)2006、2008年和2017年积雪覆盖面积异常偏大,而在2010年则异常偏小,其原因可能是ENSO影响了积雪的变化。(4)以喀喇昆仑为主的高海拔地区,包括帕米尔高原东部的部分地区,其SCD、SCOD和SCMD分别表现出增加、提前和推迟的趋势,这种变化与其春秋温度的持续走低以及降水量的增加有关。     

1948—2018年国际河流跨境水冲突的时空演化规律

随着全球气候变化和人类社会经济高速发展,水资源供需矛盾日益突出,国际河流流域跨境水冲突不断加剧,其时空演化规律成为当前跨学科研究的热点和难点。为此,从水冲突“事件—关系”视角,对1948—2018年间全球跨境水冲突的时空演化规律进行系统分析发现：① 1948—2018年全球跨境水冲突规模总体呈非单调波动增长态势,在1987年前后发生显著突变,表现出兼具趋势性、突变性和波动性等多维特征的非单调动力过程;② 全球跨境水冲突事件以围绕水文干预和资源权属争夺的低强度事件为主,大坝等水利工程建设引发的冲突显著增加,南亚、西亚和东非地区成为主导全球跨境水冲突趋势演化的“序参量”;③ 全球跨境水冲突呈现由单中心向多中心格局转变的空间扩散趋势,但“北多南少、东多西少、相对集中”的总体不均衡格局基本锁定,形成以30°N为中心、横跨南亚—中亚—西亚—东非高水资源压力区的水冲突密集带;④ 国家间跨境水冲突关系趋于普遍化、复杂化和网络化,发育多个流域性网络社团,但水冲突关系的“马太效应”和极化分布特征持续显著,产生“路径锁定”效应;水冲突“规模—强度”关系存在一定的空间错配。     

平原河网区水利工程调控下水文连通变化

在水利工程建设及其人为调度的影响下,平原河网水系连通程度发生了巨大变化。为此,针对平原河网区水文连通难以模拟的问题,在现有水系结构连通的基础上,将水利工程的运行纳入水文连通的评价体系,提出一种适用于平原河网区水利工程调控下的水文连通评价指数（SLCI）。该指数从水闸通过概率、水流分流能力及河网连通程度,从点—线—面分尺度逐步评价不同调度规则下汛期与非汛期水文连通的动态变化。并且,该指数以格网为评价单元,结合反映地理要素空间集聚性的Getis-Ord G_i^*指数,相比行政单元、水利片区等大尺度评价单元,能够更精细地描述水文连通空间上的分异性。太湖流域武澄锡虞区是一个典型的平原河网区,本指数在该区域进行了应用,得到以下结果：受到水闸调控的作用,武澄锡虞区非汛期时平均水文连通指数为0.66,汛期时平均水文连通指数则为0.50。另外,非汛期时水文连通集聚空间范围比汛期时高5%。其中,非汛期与汛期连通高值区SLCI值分别为0.93与0.87,低值区SLCI值分别为0.25与0.16。本文提出的水文连通评价指数可为有关部门开展长三角地区水系建设工作提供理论支撑,也为开展人为调控下平原河网区水文连通评价提供新思路。     

基于GAMLSS模型的水文干旱指数研究——以玛纳斯河流域为例

传统的水文干旱指数是在一致性条件下确定的,而在非一致情况下水文干旱指数的识别精度受到质疑。特别是当全球气候发生剧烈变化的时候,应用合适的干旱指数可以增加干旱预警的精确度。一般在非一致情况下,通常会认为干旱指数的概率分布参数服从时间或者其他协变量的线性或者非线性变化。因此以玛纳斯河流域肯斯瓦特站为例,构建以时间为协变量的GAMLSS模型,建立非一致情况的标准化径流指数SRI_ns,并对比分析,讨论其适用性。结果表明：① 肯斯瓦特站1957—2014年期间,径流量的变化趋势比降水和气温的变化趋势更为明显,径流发生明显变化主要集中在秋季和冬季,降水全年各月的变化趋势不明显,气温则在春季和夏季变化较剧烈。② 通过对比研究区1957—2014年内有历史资料记载的历史干旱事件,SRI_ns对于研究区干旱事件的识别更准确,SRI_ns识别的严重干旱和极度干旱事件的发生频率要比SRI_s高。③ 通过游程理论识别出干旱特征变量,将干旱特征变量采用均匀分布随机化处理可以提高干旱历时序列的拟合精度。干旱特征变量序列的最优分布均为对数正态分布。④ SRI_ns和SRI_s的干旱特征变量的二维联合分布的最优Copula函数均为joe函数。通过对比干旱特征变量二维联合概率和重现期,SRI_ns可以缩小风险区间,增加干旱风险预警的精度,因此更适用于该研究区的干旱预测与风险评估。     

干旱区间歇性河流河道两侧地下水运动模型及其求解方法

由于上中游水资源的过多开发利用,我国西北干旱区有些内陆河下游来水量急剧减少,从以前的常年性河流逐渐转变成现在的间歇性河流,给当地带来了一系列严重的生态环境问题。根据间歇性河流河道充水和停水过程周期性重复出现的水文特征,建立了河道两侧区域地下水运动的一维非稳定流模型,提出了把流量边界条件与水位界条件相互转换来求解模型的一种方法。最后应用上述模型分析西北某内陆河下游间歇性输水条件下河道两侧地区地下水位恢复状况,为输水生态效应的定量评价提供了理论基础。     

亚热带城市湖泊与河流CO2气体通量特征及其影响因素

湖泊、河流等内陆水体是连接陆地生态系统和海洋的“长程碳环路”的重要节点,也是温室气体二氧化碳(CO₂)排放源,在调节陆地、海洋间的碳迁移转换中发挥着重要作用。相对于自然水体,城市水体因面积小、水深浅且受监测方法限制,水-气界面碳通量经常被忽略。为探讨我国亚热带城市水体温室气体排放特征,本研究以湖南省长沙市典型城市水体,包括洋湖、西湖、松雅湖、月湖4个湖泊和湘江长沙段为研究对象,分别于2022年4和10月采用光化学反馈-腔增强吸收光谱法(OF-CEAS)和扩散模型法对水-气界面CO₂通量进行对比测定。结果表明,长沙城市湖泊与河流春季为CO₂排放源,秋季为吸收汇,河流水-气界面CO₂通量呈显著季节差异。河湖之间CO₂通量在春季表现为显著差异,秋季差异不显著。CO₂通量与水体溶解氧、水体总氮浓度等呈显著正相关。2种方法的CO₂通量对比测定在湖泊上显著相关,但对河流而言相关性不显著。研究揭示的城市湖泊与河流CO₂气体的排放特征有利于深入探究城市水体碳的迁移转化,可对全面了解全球气候变化过程和河湖湿地温室气体减排和调控提供科学支撑。     

基于多站水力几何法的黄河源区河流流量估算研究

河流流量多通过水文观测站获取,但受复杂地形、恶劣气候等因素限制,许多地区缺少相关水文观测数据。多站水力几何(AMHG)法仅根据河流宽度的时空变化即可计算出流量,在本质上扩展了传统的单站水力几何(AHG)法。该文以典型水文资料缺失地区黄河源区为研究对象,在GEE平台上基于Landsat8和Sentinel-2影像提取河道掩膜,采用RivWidth＿v04工具自动提取不同时相影像的河流宽度,分析AMHG方法在研究区的适用性和模拟精度。结果表明：1)应用RivWidth＿v04提取河流宽度精度较高,使用高分辨率遥感影像可降低河宽误差;2)2015-2021年玛曲、军功河段AMHG-Landsat模拟值与实测值的纳什效率系数(NSE)分别为0.75和0.67,均方根误差(RMSE)分别为155.66 m³/s和225.15 m³/s,相对均方根误差(RRMSE)分别为34.04%和38.86%,模拟结果均较好;3)结合高分辨率Sentinel-2影像可以增加河流流量的估算频次,更好地反映研究河段的水文过程,提高AMHG方法在河流监测和水资源管理领域的...     

都江堰水利系统的地球科学思想

岷江中游的都江堰水利系统为256BC战国时代蜀郡太守李冰主持修建,经长期发展完善,至今仍发挥着巨大的作用,为世界上使用历史最长的古老水利系统.该水利系统利用岷江由上游山区进入中游平原的自然条件,根据河流地质作用的原理,因地制宜,因势利导,修建了分流、泄洪、治沙和引水等工程,达到了灌溉、防洪和通航的目的.而且,设置了相应的监测设施,确立了维护制度,营造了我国西部地区最大的水田农业生态区,与岷江上游山地森林生态区组成森林-水田农业生态系统.     

陇中半干旱黄土丘陵沟壑区果树经济林生态功能服务价值及其生态功能量研究——以葫芦河流域为例（英文）

本文依据中华人民共和国林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》(GB/T38582-2020),综合运用生态学、经济学理论和水土保持原理,采用现行市场法、影子价格法、机会成本法、瑞典碳税法等方法,对平凉市境内葫芦河流域果树经济林生态系统的主要功能及其生态经济价值进行量化分析,结合国内有关生态站现有实测数据,定量分析和定性评估相结合,核算果树经济林生态系统在涵养水源、保育土壤、固碳制氧、营养积累、净化环境和生物多样性保护等方面的生态服务价值,并系统分析与其价值相对应的生态功能量动态变化特征。(1)平凉市境内葫芦河流域果树经济林4个发展阶段中,生态功能服务价值呈现不断递增的趋势,其中：第一阶段(2005–2009年)总价值贡献1298873.74×10⁴元,第二阶段(2010–2013年)总价值贡献2497418.09×10⁴元,第三阶段(2014–2017年)总价值贡献2661986.48×10⁴元,第四阶段(2018–2020年)总价值贡献2774123.44×10⁴元。(2)果树经济林生态功能...     

资水流域柘桃区间中小河流域面雨量算法比较分析

为探析国家气象信息中心多源融合格点降水实况产品在中小河流面雨量计算中的可行性,该文以湖南省资水流域柘桃区间为例,利用泰森多边形法、算术平均值法、克里金插值法以及国家气象信息中心多源融合格点降水实况产品,以2020年9月的主要降水过程为代表,对4种方法计算的面雨量结果进行比较分析。结果表明：(1)4种方法的计算结果相关性显著,均能较好反应出不同强度降水及不同子流域之间的差异。大多数情况下算术平均值法的结果偏大,多源融合格点实况法的结果偏小,插值法和泰森多边形法的结果介于二者之间。(2)当地面雨量站分布密集或降水空间分布均匀时,4种方法计算结果的标准差较小;当地面雨量站分布稀疏或降水空间分布不均时,4种方法的结果标准差较大,此时采用多源融合格点实况法比算术平均值法、泰森多边形法更合理可靠。(3)对于地形地貌复杂多变的山区,尤其是暴雨以上强降水天气,降水空间分布十分不均,实际计算中小河流域面雨量时,针对不同的子流域、不同的天气过程,应当根据天气系统及降水空间分布综合分析,合理利用多种方法才能准确把握面雨量的大小和可能的误差。