大别山1846 — 2010年干湿变化记录——来自树轮宽度的证据

中国亚热带地区树轮气候学研究已取得较大进展,但气候重建基本都集中在温度方面,基于树轮宽度的水文气候研究鲜有成果,不利于全面理解亚热带地区历史气候变化特征。本文基于北亚热带大别山地区黄山松树轮宽度年表与气候要素的相关分析,发现树轮宽度指数与上一年4—7月平均相对湿度显著负相关（r=?0.68,p<0.01）。在此基础上,重建了大别山地区1846—2010年4—7月平均相对湿度变化历史。重建序列方差解释量达到46.4%（调整自由度后为45.3%）。在整个重建时段中存在3个湿润期（1891—1903,1905—1921和1950—1993年）和3个干旱期（1868—1890,1922—1934和1994—2005年）。同时,重建序列与采样地周边区域旱涝指数以及天目山的相对湿度重建序列在年代际尺度上高度相关,说明过去165年间中国东南亚热带较大区域范围内的干湿变化在年代际尺度上较为同步。空间分析结果表明重建序列也能够在一定程度上指示研究区及周边较大区域范围内的土壤湿度变化。综上,利用树轮宽度指标重建的大别山的相对湿度变化为研究亚热带地区干湿演化历史提供了参考依据,完善了时间尺度上亚热带地区相对湿度数据,同时也证实了亚热带1990年以后干旱化趋势的出现。     

基于不同树干高度树轮宽度的历史气候重建潜力研究

本研究利用新疆伊犁地区雪岭云杉不同树干高度树轮样本建立树轮宽度年表,并尝试使用该年表进行历史气候重建。相关分析表明,10 m树干高度树轮年表与当年6—7月平均最低气温相关显著,相关系数可达0.585（P＜0.001）。利用10 m树干高度树轮标准化年表建立了研究区1841—2014年当年6—7月平均最低气温,重建方程稳定可靠。分析表明,重建序列出现了5个偏冷阶段和4个偏暖阶段。其中,1938—1965年和1866—1912年分别是持续时间最长的偏冷和偏暖阶段。重建序列存在2.11 a、2.99—3.10 a、5.09 a、5.47 a、8.08 a、68.03 a的显著周期（P＜0.05）。该重建序列的建立进一步证明了利用不同树干高度树轮年表开展气候重建的可能性。在野外采样环境允许的情况下,可以将树干更高处树轮样本纳入采样范围。     

20世纪初以来沂蒙山区森林植被动态及其对气候变化的响应——基于遥感和树轮的研究

遥感能够直接反映植被生长信息,但目前观测时间较短;树轮资料可以弥补遥感手段的不足,但往往缺乏与植被生长状况（如植被生产力）的直接关联。已有研究往往计算不同植被指数指标和树轮指数的相关性,并基于此来重建长时间尺度的植被动态信息。但基于相关性所选取的指标在不同地区存在较大差异,不利于空间对比研究。以沂蒙山区为研究区,选取能够有效表征植被年初级生产力的生长季NDVI累积值指标,利用Bootstrap法建立了其与树轮宽度的关系,重建了20世纪初期以来植被动态时间序列,并分析了变化特征及其与气候变化的关系。结果表明：沂山地区生长季NDVI累积值的多年平均值为7.36,低于蒙山和塔山地区;蒙山地区植被状况呈现好转趋势,特别是20世纪90年代之后植被好转趋势更加明显,而塔山和沂山地区植被无显著变化。小波分析结果表明研究区植被动态存在较显著的2 a、4 a或8 a尺度的周期变化,与生长季帕尔默干旱指数及平均温度的周期变化相一致,但干旱指数与植被动态具有更高的相关性。本研究综合运用树轮与遥感技术发展了长时间尺度植被动态时间序列重建方法,有助于更好地理解植被动态及其对气候变化的响应。     

兴隆山油松树轮宽度与太阳年辐射总量的关系分析

利用采自兰州市榆中县兴隆山自然保护区的油松树轮资料,建立了研究区域的树轮STD年表。并利用1960?—?2016年该区域的太阳年辐射总量资料,将油松树轮宽度与太阳年辐射总量的年际变化趋势相比较,利用Pearson分析初步探究其相关性。采用滑动相关分析等方法,探讨了研究区域油松树轮宽度与太阳年辐射总量的关系随时间的变化。结果表明：树轮宽度与太阳年辐射总量在年际上存在较为一致的变化趋势,且该树轮宽度标准化年表对研究区域太阳年辐射总量具有一定的指示意义。在此基础上设计转换方程,利用多元回归技术重建了研究区1640?—?2015年的太阳年辐射总量变化历史,重建序列的方差解释量为36.9%（F?=?15.206,p?相似文献   

黄土高原中部麻栎宽度年表的气候响应特征初探

黄土高原是世界上水土流失最严重和生态环境最脆弱的地区之一,由于人类活动的日益频繁,森林面积急剧缩小,现有林地多为人为破坏后形成的天然次生林。目前很难在该区找到适合树轮气候学研究的老龄针叶树种,在此背景下,寻找适合开展树轮气候学研究的替代树种尤为重要。本研究以黄土高原中部桥山林区的老龄麻栎林为研究对象,为该区建立了近一百多年的标准年表（1891—2016）和差值年表（1884—2016）,评估其树轮气候学研究潜力。相关计算表明,麻栎差值年表与当年3—7月降水量相关最高（r=0.58,p＜0.001）,几乎达到了可以重建的水平。该年表还与陕西中北部旱涝指数和黄土高原西部树轮降水重建序列显著相关,共同反映了区域降水变化历史。空间相关分析也进一步说明了桥山麻栎差值年表对区域降水量变化具有较强代表性。本文首次利用黄土高原中部阔叶树种开展树轮气候学研究,发现了麻栎树轮宽度年表具有记录过去降水变化的巨大潜力。     

树轮记录的吕梁山北部过去175年来帕尔默干旱指数变化

利用采自吕梁山北部地区的油松样本,建立了过去175年来的树轮宽度年表。相关分析表明:标准年表(STD)与当年5—6月的帕尔默干旱指数(Palmer drought severity index,PDSI)相关性最好,相关系数为0.687(n=50,p0.001)。因此,采用树轮宽度标准年表(STD)序列重建了1829—2003年5—6月的PDSI序列,重建方程的方差解释量达到47.16%。重建序列发现9个偏湿时段,分别为1833—1836年、1845—1851年、1857—1863年、1869—1874年、1882—1887年、1896—1899年、1932—1939年、 1949—1965年、 1975—1985年;10个偏干时段,分别为1829—1832年、1837—1844年、1852—1856年、1864—1868年、1875—1881年、1888—1895年、1900—1931年、1940—1948年、1966—1974年、1986—2003年。同时发现20世纪20年代的严重干旱事件以及20世纪末气候干旱化加重的趋势。空间相关结果显示:重建的PDSI代表了周边大范围的干旱变化,同时,与基于历史文献的干湿指数(DWI)显著相关(p0.002),说明无论是空间还是时间尺度上,重建结果都可以代表吕梁山周边大范围的干旱变化。此外,重建序列与不同定义的东亚夏季风指数都显著相关(p0.02),说明东亚夏季风对研究区的干湿变化具有调制作用。多窗谱分析表明重建序列存在2—7年、12年、13.6年、19.2年、21.6年、26.1年的周期变化,这些周期变化可能与ENSO、太阳活动有关。     

树轮多指标研究在亚热带古气候重建中的作用——以桂林地区为例

树轮宽度和树轮稳定同位素在古气候重建中具有不同优势,然而在我国亚热带地区,单一树轮指标中往往由于气候信号不足达不到重建要求,从而造成资源浪费,急需找到一种更好的解决办法。本文在前期独立的马尾松树轮宽度和树轮δ~(18)O研究的基础上,采用多元线性回归方法对桂林地区树木生长季水文气候进行模拟重建。重建方程的复相关系数和方差解释量较仅利用单一树轮指标的重建显著提升,且重建值与器测时期的水文气候记录拟合度更好。空间相关分析揭示:利用多指标重建的5—11月平均标准降水蒸散指数在空间上可以代表研究区及周边较大范围内的水文气候变化。本文研究表明了联合多树轮指标在未来桂林地区水文气候重建中的光明前景,也为未来亚热带地区树轮气候重建提供了一个新思路。     

基于油松树轮宽度重建河北青龙过去123年平均相对湿度

相对湿度的研究对理解古气候变化有着重要的科学意义,但是目前国内利用树轮资料重建的历史时期相对湿度变化十分有限。本文利用油松树轮宽度重建了河北青龙地区1890—2012年5—7月的平均相对湿度变化,重建序列的方差解释量为39.1%(减少自由度后为38.0%)。重建序列显示出5个湿润期(1895—1899年,1906—1914年,1924—1926年,1950—1955年,1984—2000年)和5个干旱期(1900—1905年,1917—1921年,1927—1949年,1956—1973年,1975—1981年)。重建序列和观测数据均与邻近研究区的PDSI对应良好,表明该序列具有较强的空间代表性,可以反映河北北部地区的平均相对湿度变化情况。本研究表明研究区相对湿度变化不仅受局地气候控制,还可能受到ENSO影响。     

树轮稳定氧同位素重建东大山过去205年来水汽压变化

对采自河西走廊东大山的青海云杉（Picea crassifolia）树轮样本提取纤维素并测定其稳定氧同位素比率（δ¹⁸O）,建立过去205年来树轮δ¹⁸O年表序列。与观测数据相关分析发现树轮δ¹⁸O年表与周边7—8月平均水汽压具有显著的负相关关系（r=?0.643,n=59,p＜0.001）,因此重建了河西走廊东大山周边过去205年的7—8月平均水汽压变化序列,重建方程方差解释量达41.4%,分段检验表明水汽压重建结果稳定可靠。在重建的205年中,水汽压力偏大阶段有6个,偏低阶段有7个。该重建序列与周边地区的水文气候重建的干湿阶段变化及西北地区极端干旱历史事件具有一定的同步性,并可代表大区域范围水汽压变化,进一步证明了本文重建序列的准确性。空间相关分析结果暗示研究区7—8月水汽主要受亚洲季风影响,同时伴有少量西风水汽传输。     

基于树轮宽度重建的河南石人山地区1850年以来季节最低温度及20世纪增温（英文）

气候变化影响农业生产和相应的管理活动。中原地区位于我国中部,地域广阔,是我国重要的粮食生产基地。了解这一地区的历史气候变化极为重要。目前我们对这一地区过去几百年气候变化历史的了解主要来自于历史文献记载,缺乏自然地质记录的证据。本研究从河南石人山地区获取了一组油松树轮样本,在树轮宽度和现代气象观测记录统计相关分析的基础上,建立转换方程,重建了石人山地区1850—2011年上年10月至当年6月的平均最低温度。重建对观测温度(1958—2011年)的解释方差达到48.8%。重建中较暖时段有1892—1906年和1995—2011年;较冷期主要发生在1875—1890年、1910—1932年和1967—1980年。石人山地区自20世纪10年代以来持续增温,20世纪80年代以后增温更为显著(重建的10个高温年中9个都出现在1998年之后),表明石人山地区的温度重建结果能够捕捉20世纪以来的全球变暖信号。树轮宽度和温度的正相关关系也表明如果石人山地区未来持续变暖,将为油松的生长创造有利条件。本文重建中的冷暖时段与研究区附近其他地区温度序列中的冷暖时段较为一致,表明我国中部温度变化在较大区域范围内较为同步。空间场分析进一步证实了上述分析。此外,重建温度与全球海温(SST)的空间场分析表明石人山地区温度变化与西太平洋海温、印度洋和北大西洋海温变化密切相关。     

降水与农业种植变化对黄河流域径流影响研究

黄河是我国西北、华北地区重要水源,了解其径流变化特征及成因有着重要意义。论文基于趋势性分析、广义可加模型（GAMLSS）等方法,采用黄河流域近60 a来流量、降水、主要农业种植面积及大型水库资料等数据,通过细化农业小麦生长期与玉米和大豆生长期以及假定不同降水情景,在季节尺度上深入分析了1960—2005年黄河流域气候、农业种植面积等变化对径流的影响。研究结果表明：1）黄河流域5个水文站点小麦生长期与玉米和大豆生长期径流变异点均发生于20世纪80年代中后期和90年代初期,且除花园口站小麦生长期间径流有少部分呈上升趋势外,黄河流域径流整体呈下降趋势,其中,唐乃亥、兰州的小麦生长期、玉米和大豆生长期及龙门、花园口的玉米和大豆生长期趋势均达到了0.05的显著性水平,呈显著下降趋势;2）对比两种降水假设状态,暴雨年的径流始终高于小雨年的径流,因此,降水仍是影响径流的主要因子之一,而农业种植面积变化对径流的影响程度,不仅与降水量的多少有关,还与流量分位数的大小有关,对于唐乃亥站小麦生长期的暴雨年时期,增加农作物种植面积,在低流量分位数时可以增加径流,而在高于0.75分位数时会减小径流,小雨年时期规律相反。该研究结果对变化环境下黄河流域水资源管理与优化配置具有一定理论与现实意义。     

长江源区水文气象要素变化及其与大尺度环流因子关系研究

长江源区水文气象要素变化及其归因研究一直备受全球关注,现阶段研究多侧重于水文气象要素时空变化特征分析,针对长江源区水文气象要素与大尺度环流因子相互关系的研究不足。论文利用Mann-Kendall法、去趋势波动分析法和小波分析法,探究长江源区1957—2012年水文气象要素趋势性、波动性和周期性变化规律,分析水文气象要素与大尺度环流因子的相关关系,通过研究水汽通量揭示大尺度环流因子对水文气象要素变化的驱动机制。结果表明：20世纪90年代,长江源区气候暖干化,进入21世纪后,长江源区气候暖湿化趋势明显;长江源区水文气象要素序列具有正长程相关性,长江源区气候未来会继续呈现暖湿化变化趋势。长江源区水文气象要素都存在着1~5、10~24和25~45 a三种时间尺度周期变化规律。南亚季风是影响长江源区降水量和流量较为重要的大气环流因子,南亚季风驱动下的西南方向气流是长江源区主导气流和水汽来源。     

水文变异条件下的黄河干流生态径流特征及生态效应

黄河流域地表水文过程受气候变化与如水库拦蓄等人类活动的严重影响,发生显著变化,多次出现断流现象。深入理解水文变异条件下的径流特征及生态效应,对于黄河流域水资源管理及水资源可持续开发利用具有重要意义。基于此,论文利用多水文指标研究水文变异过程,结合基于流量历时曲线（FDC）的生态剩余和生态赤字等生态径流指标以及水文变异总体评价指标D_o和DHRAM（Dundee Hydrological Regime Alteration Method）来描述黄河干流大中型水利工程对下游河道水文情势的改变程度,并根据多样性指标SI和IHA（Indicators of Hydrologic Alteration）的拟合关系,进一步分析水文变异的生态效应。研究表明：1）水文情势变异后,FDC整体下移,低于25% FDC流量部分大幅增加,产生生态赤字;2）从上游到下游,降水对各站生态径流指标的影响逐步减小,水库对生态径流指标的影响愈益增大;3）各生态径流指标与大部分IHA指标具有较好的相关关系,能够体现IHA参数的主要信息,可作为衡量黄河流域年和季节径流变化的生态径流指标;4）综合D_o和DHRAM的评价结果,径流过程变异对各站生态风险的影响为：花园口、孙口和利津站为高风险,头道拐和兰州为中等风险,唐乃亥和龙门为低风险;各水文站SI值在20世纪80年代之后均出现下降趋势,其中花园口、孙口和利津3个站的下降幅度较大,生物多样性锐减。     

黄河流域植被生态用水过程动态模拟

以黄河流域为例,通过集成RS/GIS 技术,利用生态水文评估工具中模块化生态水文综合管理系统（EcoHAT）对研究区植被生态用水过程进行定量模拟,模拟出该流域20 世纪50年代以来像元尺度上植被生态用水量,得到研究区植被生态用水时空结构差异。结果表明：在年际变化上,20 世纪60 年代和80 年代偏多,而70 年代和90 年代偏少,2000 年生长季植被生态用水量为263.5 mm;年内变化整体与降水变化趋势相一致,最大值集中在6-8 月;从植被类型看,最小是草地,其次为灌丛,最大为林地;从水资源分区上看,最小的是兰河干流区间,伊洛河流域最大。其中,兰河干流区间、河龙干流区间、内流区、湟水流域、龙兰干流区间、龙羊峡以上及洮河流域普遍小于400 mm,汾河流域、黄河下游、泾河流域、北洛河流域、沁河流域、渭河流域、龙三干流区间、三花干流区间及伊洛河流域普遍大于400 mm。     

河道生态环境分区需水量的计算方法与实例分析

为真实反映流域各区间的河道生态环境需水量差异 ,同时解决流域上下游河道生态环境需水量的重复计算问题 ,提出了河道生态环境分区需水量的概念 ,对流域分区、河道功能确定和河道生态环境分区需水量计算方法进行了研究 .以黄河流域为例进行了实证分析 .结果表明 ,黄河流域的河道需水分区需水量差异显著 ,黄河下游区间的河道分区需水量最大 ,为 14 8 93× 10 8m3·a- 1 ,上游兰州—河口干流区间最小 ,为-5 0 12× 10 8m3·a- 1 ,龙羊峡—兰州干流区间和黄河下游区间河道分区需水量超过区间的自产水资源量 ,需要其它区间的水量补充 ,才能维持其河道的生态环境功能 .黄河流域的河道分区需水量之和为 2 3 0 6× 10 8m3·a- 1 ,约为流域地表水资源量的 3 9% ,说明黄河流域地表水资源的最大利用率应低于 61% .     

调水调沙工程长期实施对黄河口近岸沉积物粒度分布与黏土矿物组成特征的影响

基于对2013年10月获取的黄河口近岸海域28个沉积物样品的激光粒度分析和X-射线衍射(XRD)分析,探讨了调水调沙工程长期实施对沉积物粒度分布以及蒙皂石、伊利石、高岭石、绿泥石这4种矿物组成特征的影响.结果表明,2002年调水调沙工程实施以来,黄河口近岸海域的沉积物粒度尽管在砂含量上(平均约占23.5%)较渤海海域和黄河沉积物高,但仍主要以粉砂为主(平均约占59.1%),黏土组分相对较少(平均约占17.4%).黄河口近岸海域的黏土矿物组成与黄河沉积物的组成相近,但较调水调沙工程实施前存在较大差异,其不同组分含量整体表现为伊利石蒙皂石绿泥石高岭石.研究发现,相对渤海海域大范围的研究,对黄河口近岸海域的局部研究更能揭示调水调沙工程长期实施对河口沉积环境的影响.     

三江源区生态系统状况变化及其成因

三江源区是黄河、长江和澜沧江的发源地.为研究三江源区生态系统状况变化及其可能成因,利用InVEST（Integrate Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）、CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）、RUSLE（Revised Universal Soil Loss Equation）和RWSQ（Revised Wind Erosion Equation）模型模拟,结合实地观测数据,系统全面地评估2000年以来三江源区生态系统构成、质量和服务功能变化,并揭示其成因.结果表明:① 2000—2010年三江源区生态系统结构基本稳定.草地退化状况轻微好转,产草量和生产力微弱增加.植被生长季水热条件的改善是促使产草量增加和草地退化态势趋缓的重要原因,同时生态工程的实施也发挥了积极作用.② 2005—2010年局部重点生态工程区的水土流失状况轻微好转,但区域整体好转趋势不明显.土壤中w（有机质）明显增加,但对于土壤保持功能起到关键作用的植被根系层的恢复却比较缓慢,降雨侵蚀力的增强加速了土壤侵蚀过程,生态系统的土壤保持功能基本上没有提高.③ 2000—2013年地表水、地下水资源量和土壤湿度均呈明显增加趋势,水质稳定在GB 3838—2002《地表水环境质量标准》划定的Ⅰ~Ⅱ类.降水量和冰川/积雪融水量增加导致径流量增大,气候变暖引起的冻土退化导致地下水库枯水季径流调节作用增强.④ 生态工程实施后,生物栖息地的生境退化状况轻微改善,野生动物的分布范围和种群数量都有了较为明显的增加.      

黄河沉积物中多环芳烃的分布特征及来源分析

根据黄河干流和支流沉积物中多环芳烃(PAHs)的含量,分析了PAHs分布特征.结果表明,黄河支流沉积物中PAHs污染明显大于干流,其顺序为依洛河>汾河>蟒河.PAHs的种类与芳环数分布情况表明,黄河支流中的PAHs主要来源于石油烃类污染,依洛河也存在部分矿石燃料煤不完全燃烧的热解成因.沉积物有机污染物风险评价的结果表明,3条支流处于高生态风险区,对该地区的生物具有较大的不利影响.      

基于近地多光谱和OLI影像的黄河三角洲冬小麦种植区盐分估算及遥感反演——以山东省垦利县和无棣县为例

黄河三角洲是我国重要的后备土地资源区,而土壤盐渍化对该区的农业生产影响巨大,因此,及时获取该区农作物种植区土壤盐分含量及其分布具有重要意义。论文利用ADC便携式多光谱相机和EC110便携式盐分计,采集该区近地多光谱相片和土壤表层含盐量数据,结合两期遥感影像提取黄河三角洲冬小麦种植区面积分布,构建基于近地多光谱植被指数的土壤含盐量估算模型,进而将模型拟合反演到黄河三角洲OLI影像,得到黄河三角洲冬小麦种植区土壤盐分含量空间分布图,对麦区土壤盐分状况进行了分析。结果显示,土壤含盐量最佳估算模型为以SAVI为因变量的线性模型（Y=-0.754x+0.870,n=80）,估测R²为0.747,精度达到81.44%;研究区冬小麦分布由西南部内陆至东北部沿海呈明显递减的空间趋势;麦田土壤盐分含量主要集中在1.5~3.0 g/kg之间,占种植总面积的76.90%,而含盐大于3.0 g/kg的麦田占14.09%,宜采取针对性栽培管理措施。该研究探索了基于近地多光谱数据和OLI影像的土壤含盐量估算方法,为黄河三角洲麦田管理和土壤盐分含量估算提供了快速有效的技术手段。     

黄河三角洲滨海湿地表层沉积物重金属区域分布及生态风险评价

对黄河三角洲滨海湿地表层沉积物重金属含量变化区域分布特征进行了分析,探讨了沉积环境对重金属分布的影响,采用Hakanson潜在生态风险指数法综合评价了黄河三角洲滨海湿地沉积物中重金属污染状况和潜在风险程度.结果表明,黄河三角洲滨海湿地表层沉积物Hg、Cu、Pb、Zn、Cd和Cr的均值分别为0.034、18.733、19.393、65.317、0.235和62.940μg.g-1.黄河三角洲滨海湿地重金属分布存在区域差异,现行河口区重金属含量最高,鲁北古代黄河三角洲区重金属含量次之,废弃河口区为最低.重金属区域分布受水动力条件的影响显著,黏土含量对重金属的富集和分布也起到一定控制作用.黄河三角洲滨海湿地表层沉积物质量状况良好,综合污染指数为0.10～4.14,处于低污染状态,Cr是主要污染因子,均值为0.63.6种污染物的污染程度由高到低的顺序为Cr>Cu>Zn>Cd>Pb>Hg.综合潜在生态风险指数介于0.46～51.88之间,具有较低的潜在生态风险.6种污染物潜在生态风险参数由大到小顺序为Cd>Hg>Cu>Cr>Pb>Zn,Cd是黄河三角洲的主要潜在生态风险因子.