中新世黄河水系演化重建：来自钾长石Pb同位素的约束

自剥蚀地貌中形成的剥蚀产物搬运到沉积区或汇水盆地沉积下来的过程,称为“源-汇”系统。从这些“汇”中识别“源”的信息,结合地层的沉积时代,约束黄河的形成时代、水系格局演化、流域内构造运动以及环境变迁成为黄河水系演化研究的重要内容。然而,时至今日学者们对黄河何时出现的认识并不一致,存在“中新世内流黄河和中新世外流黄河”之争。为了解决这些争议,我们运用大河物源示踪研究中新兴的碎屑钾长石Pb同位素方法,对黄河中下游沉积物开展碎屑钾长石Pb同位素分析(n=378),将其与长江中下游和华夏板块已报道的碎屑和基岩钾长石Pb同位素结果进行对比,结果表明三者之间的钾长石Pb同位素组成明显不同。台湾岛是中国东部陆架海中新世地层出露最齐全的地区。因而,我们将黄河中下游与台湾岛中新统的钾长石Pb同位素比值进行对比,结果表明二者之间不存在物源联系。结合中国东部渤海湾盆地、南黄海盆地和东海盆地中新统的物源示踪研究结果,说明黄河物质在中新世未流入上述盆地。总体而言,中国北方中新世的构造活动控制了黄河的演化过程,导致其此时处于分段演化阶段。     

黄河流域湿地景观时空演变格局分析

湿地景观的时空演变及其驱动因素研究是湿地生态恢复与保护的重要参考,本文利用1980—2015年7期黄河流域土地利用数据构建黄河流域湿地矢量数据集,基于景观格局指数对黄河流域湿地的时空演变特征进行定量和定性分析;采用转移矩阵对每两个时期湿地资源的转移类型和数量进行计算与分析。研究结果表明,①1980—2015年,黄河流域湿地率为3.5%,其中自然湿地率约为2.0%,即黄河流域的湿地类型以自然湿地为主。②斑块面积结果显示,黄河流域湿地总面积减少了312.74km²,表现为人工湿地增加,自然湿地减少;自然湿地中沼泽湿地呈增加状态,主要是在2005—2010年增加了979.22km²,滩地呈减少状态,减少了1218.19km²,主要发生在1990—1995年和2005—2010年。斑块密度结果显示,随着河渠和滩地受人为活动影响程度的加大,两者的斑块破碎化程度逐渐加大。最大斑块指数结果显示,水田是黄河流域的主导湿地类型,沼泽和湖泊是自然湿地中的主导湿地类型。③黄河流域湿地类型与非湿地之间转换是黄河流域景观转换的主要组成部分,其中沼泽与滩地是面积发生变化的主要湿地类型。     

河流泥沙输移过程中矿物风化的碳汇效应初探——以长江干流为例

本文首先提出了河流泥沙输移过程中泥沙中的钙镁矿物溶蚀消耗水体中的CO2并具有碳汇功能的观点。基于前人长江干流从源头到入海口和支流2003~2007年期间4次河流悬移质泥沙的化学元素组成和矿物组成资料,分析悬移质中CaO、MgO含量和方解石、白云石含量变化特征,定量计算了这些取样点悬移质泥沙的CO2总碳汇能力和非永久性、永久性碳汇能力,分析了不同碳汇能力沿程变化规律及其原因。碳汇计算结果表明：寸滩—大通河段1956~2000年期间泥沙输移过程中钙镁矿物溶蚀产生的总碳汇量、非永久性和永久性碳汇量分别为2572万t/a、1700万t/a和872万t/a。由于输沙量减少,寸滩站—大通站河段的总碳汇量、非永久性和永久性碳汇量2006~2019年期间较1956~2000年期间相应分别减少了1852万t、1224万t和872万t。三峡水库年均淤积量1. 145亿t,损失总碳汇量675. 6万t,相当于三峡电站减排二氧化碳8580万t的7. 9%。全球河流入海年输沙量126. 1亿t,以寸滩- 吴淞口河段碳汇功能0. 060 t/t计,总碳汇量7. 57亿t相当于全球岩石风化碳汇总量10. 56亿t CO2的71. 6%。河流泥沙输移过程中钙镁矿物溶蚀的碳汇量具有重要的作用,其溶蚀速率大于原地风化。     

Synergistic contribution of precipitation anomalies over northwestern India and the South China Sea to high temperature over the Yangtze River Valley

This study explores the characteristics of high temperature anomalies over eastern China and associated influencing factors using observations and model outputs. Results show that more long-duration (over 8 days) high temperature events occur over the middle and lower reaches of the Yangtze River Valley (YRV) than over the surrounding regions, and control most of the interannual variation of summer mean temperature in situ. The synergistic effect of summer precipitation over the South China Sea (SCS) region (18°-27°N, 115°-124°E) and the northwestern India and Arabian Sea (IAS) region (18°-27°N, 60°-80°E) contributes more significantly to the variation of summer YRV temperature, relative to the respective SCS or IAS precipitation anomaly. More precipitation (enhanced condensational heating) over the SCS region strengthens the western Pacific subtropical high (WPSH) and simultaneously weakens the westerly trough over the east coast of Asia, and accordingly results in associated high temperature anomalies over the YRV region through stimulating an East Asia-Pacific (EAP) pattern. More precipitation over the IAS region further adjusts the variations of the WPSH and westerly trough, and eventually reinforces high temperature anomalies over the YRV region. Furthermore, the condensational heating related to more IAS precipitation can adjust upper-tropospheric easterly anomalies over the YRV region by exciting a circumglobal teleconnection, inducing cold horizontal temperature advection and related anomalous descent, which is also conducive to the YRV high temperature anomalies. The reproduction of the above association in the model results indicates that the above results can be explained both statistically and dynamically.     

基于HBV模型的淮河流域洪水致灾临界雨量研究

根据流域暴雨洪水致灾机制,文章提出了考虑前期基础水位的动态致灾临界雨量指标,并以淮河上游地区为例,基于HBV水文模型建立了降水-流量-水位关系,并根据这种关系确立了临界雨量确定的方法流程.首先基于历史水文数据率定和验证模型,得到适用于研究区的最优化模型参数,然后构建洪水上涨期水位流量关系,最后以是否达到致灾水位为标准,通过模型试算并结合水位流量关系曲线反推出致灾临界雨量值.在淮河上游地区的研究中,利用2002-2009年逐日气象水文数据对HBV模型进行了参数率定和检验,并针对洪水过程进行了参数优化,经过率定后HBV模型对王家坝以上流域具备较好的适用性,对典型洪水过程模拟的确定性系数和NASH效率系数均在0.8以上;根据王家坝站实测流量水位数据,构建了概化的单一关系曲线;结合HBV模型和水位流量关系得到了王家坝以上流域的动态致灾临界雨量指标,临界雨量值随前期基础水位升高而减小,并且随着前期水位的变化,临界雨量值呈现了明显的非线性响应特征.     

额尔齐斯河上游西伯利亚云杉树轮宽度年表特征分析及其对气候的响应

利用采自阿尔泰山南坡额尔齐斯河上游森林6个采样点的低海拔西伯利亚云杉（Picea obovata Ledeb）树轮样本,建立6个树轮宽度指数年表。分析标准化树轮宽度年表的特征参数及对气候的响应发现：（1）可可托海北（KKT）年表包含的气候信息最多,其次是塔里德萨依（TLD）年表。（2）6个标准化年表及区域年表（HEC）与临近的富蕴气象站与生长季及生长季前期的降水呈正相关,与上年7月到当年6月降水量相关最高达0.755,该研究结果与新疆天山山区云杉对气候的响应完全一致。降水是森林下限西伯利亚云杉树轮宽度生长的主要限制因子。（3）海拔相对较高的协特克阔依汗（XTK）和KKT年表除与其它年表具有对降水相同的响应特点外,还与当年8月的平均最低气温呈显著正相关。（4）区域年表树轮宽度指数经历了9个偏高时段和8个偏低时段,揭示了该地区降水的长期变化。     

1961~2010年黄河中下游地区24节气气候变化特征分析

24节气是我国古代劳动人民的独特创造。全面掌握"24节气"的气候变化规律,不但有利于指导农事生产,提高气象服务质量和水平,而且在为人类预防和治疗疾病方面也有重要意义。在全球变暖的气候背景下,统计分析了1961~2010年黄河中下游地区24节气的气温、湿度、风速等6个气象要素的变化特征,得到以下结论:黄河中下游地区随节气变换气候变化显著,大暑、小暑节气高温高湿,小寒、大寒节气寒冷干燥,清明节气寒温反复大风将至,霜降节气天气渐凉秋燥加剧等。50年内,春季型节气(平均、最高、最低)气温显著升高,冬季型节气最低气温升高显著。气压随节气变化特征与气温大致相反,夏、秋季节气有升压趋势。相对湿度与降水均呈减少趋势,以秋季型节气减小趋势最明显。春季风速最大,夏、秋季风速最小,所有节气风速均呈减小趋势,冬夏季节气日照时间呈缩短趋势。     

长江中游城市群空间结构的多分形特征

在城市群越来越演化为多尺度、多区域复杂系统背景下,有必要引入多分形理论与方法研究其空间结构。本文基于2018年NPP-VIIRS夜间灯光数据,计算长江中游城市群整体及其局部的多分维谱,根据谱线分析不同尺度下长江中游城市空间结构的多分形特征。结果显示：① 长江中游城市群夜间灯光容量维在整体和局部都出现双标度现象。② q < -5.5时,整体广义关联维谱线突破理论上限2,在q > 0时,武汉城市圈和环长株潭城市群的分维显著较高。③ 整体的局部分维谱和武汉城市圈、环长株潭城市群、环鄱阳湖城市群、宜荆荆城市群局部分维谱表现为单峰偏右。根据上述结果,得到和验证了以下结论：① 长江中游城市群区域一体化程度较低。② 长江中游城市群不同层级和区域的空间结构差异显著,呈现出多尺度复杂特征。③ 长江中游城市群在不同尺度中均倾向于中心集聚式发展。研究揭示多分形模型能够从尺度依赖视角有效揭示巨型城市群空间结构的复杂性及其背后的问题,具有很好的理论探索和实践分析前景。     

红河断裂带闭锁程度和滑动亏损分布特征研究

利用1999~2013年青藏高原东南缘的GPS速度场观测数据,采用DEFNODE程序反演红河断裂带走滑速率、三维闭锁程度和滑动亏损分布。反演结果表明:红河断裂带北、中、南段右旋走滑速率分别约为(5.9±1.2)mm/a,(4.8±0.6)mm/a和(4.3±0.4)mm/a,在地表以下6km的闭锁程度分别为0.43,0.22和0.25,其滑动亏损速率分别为3.3mm/a,2.6mm/a和2.3mm/a,红河断裂带闭锁程度和应变积累程度都比较低,与近年来红河断裂带整体活动微弱的现状相吻合。     

钱塘江河口盐度数值模拟

强潮河口盐水入侵对饮用水源地危害极大。基于平面二维水动力盐度模型, 对典型强潮河口—钱塘江的水动力及盐水入侵过程进行了数值模拟研究。结果表明枯水径流时盐度变化与潮位过程曲线类似, 潮差对盐度大小影响显著, 径流量的增加将逐渐减小其相似程度。当流量增加到一定程度后, 继续增加的一定径流量所产生的抑咸效果减弱, 水资源有效利用率降低, 此时允许水源地盐度超标并改从蓄淡避咸水库取水可有效节约水资源。盐度平面分布显示, 盐水入侵在强潮河口弯道处受涨潮流主流线影响明显, 靠近主流线一岸的盐度大于对岸, 单从盐水入侵角度考虑, 强潮河口弯道段的取水口应设置在远离涨潮流主流线一岸。钱塘江河口盐度数值模拟对于研究减轻盐水入侵对水源地危害的措施具有指导意义。