气候变化对阿克苏河流域径流过程的影响

结合阿克苏河源流山区两气象站以及出山口两水文站近50 a的气象、 水文实测资料,运用非参数Mann-Kendall单调趋势检验、 突变检验、 方差分析外推、 R/S分析及周期性叠加趋势模型等方法,分析了阿克苏河源流区气候及径流变化的趋势和周期,并予以预测,探讨了气候变化对径流的影响量。结果表明:阿克苏河源流区气温、 降水量及径流量皆呈显著增加趋势,且分别在1989、 1985和1993年发生了显著的增多跃变;气候因子与径流量的Hurst指数均大于0.5,表明其未来仍将保持增加趋势,在2010-2016年径流量的相对最大值和最小值将分别为91.822×10⁸ m³(2014年)和83.43×10⁸ m³(2011年);阿克苏河径流量在整个时间序列存在25 a的准周期,但在突变前以17 a周期为主;气候变化使得阿克苏河源流在1994-2007年增加了224.97×10⁸ m³的来水量,年增加量的最大、 最小值分别出现在2003年和2004年。     

气候变暖背景下典型冰川储量变化及其特征 ——以天山乌鲁木齐河源1号冰川为例

冰储量变化与冰川水资源变化及其对河川径流的贡献有密切关系。论文以天山乌鲁木齐河源1号冰川为例,基于雷达测厚、冰川测图等多年实测资料,通过GIS技术,计算出该冰川不同时期的储量值,并对其变化特征进行分析。结果表明,乌鲁木齐河源1号冰川1962、1981、1986、2001和2006年的储量分别为10 736.7×10⁴、10 296.2×10⁴、9 989.4×10⁴ m³、8 797.9×10⁴和8 115.0×10⁴ m³。1962-2006年44 a间,在气候变暖背景下,冰储量亏损24.4%,厚度减薄12.1%,面积减小14.0%,最大长度缩短7.6%,且均呈加速趋势。1981年之前,冰川面积和长度的减小是造成冰储量减少的主要原因;1981-2001年,冰川厚度、面积、长度的减小共同造成储量的减少,面积的缩小仍是主导因素;2001年以后,冰川厚度的减薄成为冰储量减少的主要因素。     

1957-2007年新疆天山山区气候变化对径流的影响

利用天山山区1957-2007年的气温、降水量及径流数据,借助非参数检验、小波变换等方法分析了天山山区气温、降水量及年径流量的变化趋势及多时间尺度相关。结果表明:玛纳斯河与塔里木河源流区年径流量、气温与降水量均呈显著增加趋势;在年代际上,塔里木河源流区气温存在11、18和22 a的主周期,降水量存在10、20与22 a的主周期;玛纳斯河气温在10与22 a处存在明显周期,降水量在20与22 a处周期性明显;同时,两源流区气温和降水量皆存在3~6 a的年际周期变化;塔里木河年径流量、气温和降水量的突变点分别发生在1993、1993和1992年,而玛纳斯河分别在1995、1988与1996年发生显著性突变;两流域源流区年径流量与气候因子存在显著的多时间尺度相关关系。     

青藏高原内陆典型冰川区"冰川-径流"汞传输过程

为研究青藏高原内陆典型冰川区"冰川-径流"汞输送过程,于2011年8月15日~9月9日对青藏高原内陆念青唐古拉山脉扎当冰川-曲嘎切流域内雪坑、冰川融水以及径流进行了采样,检测了不同环境介质中汞浓度,并分析了不同介质中汞的控制因素及输送过程.结果表明,扎当冰川-曲嘎切流域内雪坑、冰川融水以及曲嘎切径流中总汞浓度分别为(3.79±5.12)、(1.06±0.77)和(1.02±0.24)ng·L-1,处于全球背景水平.不同环境介质中均以颗粒态汞为主,受到总悬浮颗粒物和径流量的控制.随着气温升高,冰川消融,受其补给的河流径流量增加.不同环境介质间,从冰川末端融水到曲嘎切下游河水,总汞浓度峰值时间分别是14:00、16:00和20:00以后,体现了汞在"冰川-径流"环境系统中随冰川消融、径流量变化的释放和传输过程.冰川补给河流汞的传输受多种因素制约,气候变化背景下,冰川消融和径流增加带来的侵蚀将在汞释放及其向下游传输发挥日益重要的作用.     

祁连山七一冰川物质平衡的时空变化特征

基于2011-2016年七一冰川的野外观测资料,结合气象站数据及1975-2015年的遥感影像,分析了冰川末端变化、物质平衡时空变化特征及其对气候变化的敏感性,结果表明：1975年以来,七一冰川末端持续退缩235 m,平均退缩速率为5.9 m/a,冰川面积减少0.13 km²（4.5%）。2011-2016年,七一冰川的平均物质平衡为-476 mm w.e.,平均ELA为4941 m a.s.l.,物质平衡梯度为2.9 mm/m。从季节变化看,受风吹雪和冰面升华影响,11月至次年3月冰川呈负平衡;4月和9月物质平衡受降水控制,随海拔变化呈现降水效应;强消融期（6-8月）物质平衡随海拔升高线性增加;消融期末由9月初延后至9月底。敏感性分析结果表明,物质平衡对气温变化的敏感性为-178.7 mm w.e. °C^-1 a^-1,对降水变化的敏感性为+2.93 mm w.e. mm^-1 a^-1。即61 mm的降水增加才能弥补暖季气温升高1 °C引起的冰川净物质损失。     

天山乌鲁木齐河流域山区水化学特征分析

2006、2007 年在乌鲁木齐河流域山区,沿河源冰川区到中游山区的6 个水文站点(1 号冰川、空冰斗、总控、巴拉提沟、跃进桥和后峡)定期持续采集径流样品,对流域山区河流水化学组成、演化过程及影响因素进行了分析。结果表明,所有径流样品的离子组成均为Ca²⁺－HCO₃^-－SO₄^2- 型,呈弱碱性。河源区冰川径流中TDS和EC均值总控> 1 号冰川> 空冰斗,其中1 号冰川径流峰值最大。与河源区相比,上中游3 个水文站径流离子含量、TDS和EC明显增高。通过Piper 图显示,上中游径流水化学类型与河源区相似,表明整个流域山区径流水化学形成过程存在相似原理。结合Gibbs 图和离子比值进行分析,得出碳酸盐、黄铁矿和长石类矿物风化是水化学组成的控制因素。上中游径流中Mg²⁺和SO₄^2- 离子浓度比例有所增长,表明流域演化过程中含S矿物的氧化作用对径流离子组成的贡献率逐渐增加。     

长江黄河源区冰川变化及其对河川径流的影响

以位于青藏高原长江源头的各拉丹冬地区和黄河源区的阿尼玛卿山地区冰川为例,利用两期遥感影像资料(长江源为1969年和2000年,黄河源为1966年和2000年),在地理信息系统技术的支持下分析研究区典型冰川作用区小冰期(LIA)、1969年(1966年)和2000年的冰川范围变化、冰川进退情况,在此基础上,运用由点到面的研究方法,外推整个长江和黄河源区近几十年来的冰川变化情况,并以沱沱河流域为例,分析了冰川变化对河川径流的影响。结果表明,长江源各拉丹冬地区1969～2000年冰川总面积减少了1.7%,而黄河源阿尼玛卿山地区冰川面积减少是长江源区的10倍,同期,长江源区冰川末端的最大退缩速率为每年41.5m,而黄河源区每年为57.4m,与黄河源区相比,长江源区冰川退缩速度不是太大,基本上处于稳定状态,且有前进冰川存在。20世纪60年代以来,江河源区冰川虽呈长期退缩的总趋势,但也出现过明显的前进,长江源区在1969年～1995年,黄河源区在1966年至1981年,大多数冰川处于前进状态或稳定。长江源区冰川转入退缩阶段的时间要比黄河源区晚约10a左右。冰川退缩使长江源区和黄河源区年均各自损失冰川水资源约0.7×108m³。由于长江源区冰川变化幅度小,虽冰川退缩使冰川融水径流量有所增加,但对径流的影响程度相对较小。     

1956-2005年窟野河径流变化及人类活动对径流的影响分析

为明确水土保持综合治理和矿产资源开发引起的水文情势演变,以黄土高原水蚀风蚀交错区的窟野河流域为研究区域,选择近50 a的径流、降雨资料,运用非参数检验、R/S、小波分析、历时曲线方法,探讨径流的变化趋势、突变和周期,并利用降雨-径流多元线性模型估算气候变化和人类活动对径流的影响。结果表明:径流量表现出显著减少趋势,变率为-0.11×10⁸ m³/a,跃变时间发生在1979、1996年。与基准期(1956-1979年)相比,煤炭开发期(1997-2005年)的日径流量在5%、50%和95%的频率上减少程度均较水土保持效应期(1980-1996年)大。年径流的演变在9、18、32 a存在显著的周期。水土保持效应期气候变化与人类活动对径流变化的贡献率分别为58.62%、41.38%,煤炭开发期气候变化占21.75%,人类活动占78.25%,其中采煤活动占52.27%。煤炭开采是导致窟野河径流减少的主要因素,但是气候变化的影响也不可忽视,在进行水土保持综合治理和水资源合理规划时应充分考虑。     

开都河灌区灌溉引水对博斯腾湖面积影响的定量分析

开都河是注入博斯腾湖的最大河流,1958～2002年间平均入湖水量达23.62×10⁸m³,占博斯腾湖总补给量的80%以上。1958年以来开都河灌区灌溉引水量维持在8.17×10⁸m³～13.18×10⁸m³之间,其中20世纪60年代灌溉引水量平均为10.14×10⁸m³/a,占开都河径流量的31.1%;70年代引水量上升到12.15×10⁸m³/a,为开都河径流量的36.5%;80年代引水量下降到11.29×10⁸m³/a,但引水量仍占开都河径流量的36.5%;90年代灌溉引水量进一步降至9.85×10⁸m³/a,仅占径流量的27.1%。通过水量平衡分析和相关回归计算,得出开都河灌区灌溉引水对博斯腾湖面积影响的数值:20世纪60年代平均值为62.4km²;70年代平均值为80.8km²;80年代、90年代分别为90.4km²、76.7km²,2000年以来平均仅为41.3km²。由此可见,45年来开都河灌区灌溉引水对博斯腾湖面积的影响经历了弱→强→弱的变化过程。     

枯水年长江中下游江湖水交换作用分析

利用宜昌、汉口、大通、城陵矶、湖口等重要水文站的长时间序列水位、流量资料,着重分析了1978年和2006年典型枯水年长江中下游江湖水交换作用。论文建立了能表明江湖水交换作用的经验公式,以此为量化方法来表示江湖水交换作用的强度。结果表明:1978年代表三峡大坝建造之前典型枯水年的性质,2006年则已显示出三峡水库的运行对通江湖泊与干流水交换的积极作用。表现在江湖水交换系数上,1978年洞庭湖和鄱阳湖分别为0.57和0.56,洞庭湖和鄱阳湖与长江水交换处于稳定状态;2006年洞庭湖和鄱阳湖水交换系数分别为0.89和0.51,显示出2006年比1978年水交换作用强烈。洞庭湖和鄱阳湖与长江交换水量显示:1978年补给长江水量为分别为1 990×10⁸ m³和947×10⁸ m³,约占同期大通径流量的29%和14%;2006年补给长江水量分别为1 962×10⁸ m³和1 564×10⁸ m³,约占同期大通径流量的28%和23%。尤其是2006年鄱阳湖补水量比平水年还多5%,该年大通站流量全年维持在10 000 m³/s以上,以此保证了下游乃至河口地区水资源供给的安全。     

近52a天山乌鲁木齐河源1号冰川平衡线高度及其与气候变化关系研究

论文以天山乌鲁木齐河源1号冰川1958/1959—2009/2010年平衡线高度观测资料为基础,研究了平衡线高度及其与气候变化的关系。结果表明,在研究时段内,平衡线高度变化分为正常波动、缓慢下降、迅速上升三个阶段,变化范围介于3 948~4 484 m,多年平均为4 067 m,总体呈普遍上升趋势,总计上升了90 m,且在2009/2010年超过了冰川的上界,意味着该年度冰川全部处于消融状态。积累区比率作为平衡线高度变化的一个重要指标,在这一时期内也呈现明显的下降趋势,下降了约17%。物质平衡与平衡线高度具有显著的负相关性,物质平衡减小100 mm,平衡线高度将上升17 m。冰川处于稳定状态时的平衡线高度,即零平衡高度ELA0为4 018 m。平衡线高度随纯消融量的增加而升高,纯消融量增加10×104m3,平衡线高度上升14 m。平衡线高度对气候变化的敏感性研究表明,如果夏季平均气温升高1℃,则平衡线高度将上升约82 m,如果年降水量增加100 mm,则平衡线高度将下降约41 m,且夏季气温是影响冰川平衡线高度变化的主导气候因素。     

基于LiDAR、SRTM DEM的祁连山黑河流域十一冰川2000-2012年物质平衡估算

以祁连山黑河流域十一冰川为例,利用机载三维激光扫描数据（Light Detection And Ranging, LiDAR）和SRTM DEM数据,在LiDAR点云数据预处理、高程数据配准、校正、误差评估的基础上,建立基于大地测量法的冰川物质平衡计算流程。表明：2000-2012年十一冰川冰面高程变化为-7.47±0.92βm,变化率为-0.62±0.08 m·a^-1,估算十一冰川的年均物质平衡为 -0.53±0.07βm w.e.,累积物质平衡为-6.35±0.78βm w.e.,折合水当量约为（330.4±40.8）×10^4βm³;与其他典型监测冰川物质平衡进行对比和分析,论证了估算结果的可靠性;LiDAR数据具有非常高的精度和空间分辨率,目前关于其在冰川物质平衡研究中的应用很少,论文尝试将其应用于冰川物质平衡变化研究中,具有广阔的发展前景。     

1977-2017年萨吾尔山冰川变化及其对气候变化的响应

利用1977年MSS和1989年、1998年、2006年TM及2017年OLI/TIRS遥感影像资料,通过目视解译和GIS技术,提取萨吾尔山地区五个时期的冰川信息,同时对研究区周边气温降水的趋势性和周期性进行分析,探讨该地区最近40年冰川对气候变化的响应。研究表明： （1）1977-2017年,研究区冰川总面积减小了10.51 km²,退缩45.72%,退缩速率为1.14%·a^-1,且冰川处于加速退缩阶段;（2）冰川规模越小,退缩越快;（3）南坡退缩速度最快,东南坡和西南坡次之,东北坡退缩最慢,冰川退缩率在5°~40°坡度大体呈现随坡度增大而增加的趋势;（4）研究区正处于气温上升期,降水增加期,降水量增加幅度不能弥补由气温升高造成的冰川消融,引起冰川退缩速率不断加快;（5）与其他因素主导区域的冰川相比,研究区冰川退缩率较高,面积较小的冰川占比较多是形成这一结果的另一因素。     

近50a来中国阿尔泰山冰川变化——基于中国第二次冰川编目成果

利用"中国冰川资源及其变化调查"项目最新冰川编目成果和中国第一次冰川编目结果,对中国阿尔泰山冰川近50 a变化进行分析。结果表明,1960至2009年期间,中国阿尔泰山地区冰川普遍退缩,冰川数量、面积与冰储量分别减少116条、104.61 km²和6.19 km³。与中国其他山系冰川变化相比,阿尔泰山冰川面积年平均减少率最大,是冰川退缩最强烈的地区。阿尔泰山冰川在各个朝向均呈退缩趋势,其中朝北向冰川条数与面积减少大于其他朝向,朝西向冰川变化最小。2 400~2 600 m、2 600~2 800 m和3 000~3 200 m三个海拔区间冰川条数和面积均呈减少趋势,其中2 600~2 800 m冰川退缩最为显著。冰川变化呈现出区域差异性,布尔津河流域冰川数量和面积减少最多,但在其他流域冰川条数减少与面积减少并没有保持一致性,小冰川大规模退缩(或消失)是导致阿尔泰山地区冰川变化区域差异的主要原因。阿尔泰山地区冰川退缩与气候变化关系密切。对研究区4个气象台站5-9月平均气温和10-4月降水变化分析表明,自1960年代以来,阿尔泰山地区5-9月平均气温显著上升,气温上升导致的冰川消融在一定程度上抵消了固态降水增加对冰川的补给。     

基于变点识别的区域河川径流量特征值变异研究

基于变点原理,运用最大似然比和西沃兹信息标准方法,对广东省4种径流量序列进行均值变点和方差变点的识别,研究存在变点的河川径流量序列、时间位置、空间分布及变点后的特征值变化状况,以揭示广东省河川径流量时空变异特点。结果发现:广东省河川年径流量和汛期径流量序列的一致性较好,而枯期径流量和最小月径流量序列的特征值变点具有普遍性,年均值明显增加,年际离散程度增大,时间位置主要为1972-1973年和1981年两个时间段。枯期径流量序列均值变点的典型地区主要为东江流域,方差变点的典型地区主要为北江流域、韩江流域、粤西地区和珠江三角洲;最小月径流序列主要为均值变点,典型地区有东江流域、韩江流域;而北江入珠江三角洲的河川径流量变异尤其典型,4种径流序列均存在均值变点和方差变点。     

新疆和田河流域河川径流时序特征分析

根据新疆和田河流域3个测站的多年实测径流资料,从径流的年内分配和年际变化2个方面分析了和田河流域河川径流的变化特征。计算结果表明,在年内分配方面,由于径流补给来源的作用,流域径流绝大部分集中在夏季,这就使得径流年内分配不均匀系数和集中度普遍较高,而计算所得的集中期也与实测最大月径流出现的情况相吻合。在径流的年际变化方面,尽管和田河流域的年降雨量存在递增的趋势,但是由于源区高山的雪线高程上升、冰川退缩,再加上人类活动的影响越来越显著,从而导致流域的河川径流呈现微弱的下降趋势。经过周期图法分析得到,和田河流域的年径流量不存在明显的周期成分。