巴尔喀什湖流域水化学和同位素空间分布及环境特征

巴尔喀什湖位于哈萨克斯坦境内,是世界上最大的湖泊之一.伊犁河是巴尔喀什湖的主要补给河流,也是中哈两国重要的跨境河流.通过数理统计、Piper三线图、Gibbs模型和主成分分析(PCA)等方法,对巴尔喀什湖流域不同水体的化学参数和氢氧稳定同位素(δD和δ~(18)O)进行分析,初步研究了该区域水化学类型和同位素空间分布特征,探讨了其形成原因和环境意义.结果表明,不同水体的水化学类型不同,湖泊水体的主要化学类型为SO_4-Na和Cl-Na,入湖河流的水化学类型为HCO_3-Ca型,其中伊犁河水化学类型从上游到下游由重碳酸盐型过渡到硫酸化物型、氯化物型; Gibbs图显示湖泊水体离子组成位于蒸发作用区,河流水体离子组成位于蒸发作用和岩石风化作用之间,伊犁河从上游到下游向蒸发控制带偏移,反映了上游河水受降水、冰雪融水的补给影响较大,而下游水体受蒸发作用影响较大;此外,PCA分析指示人类活动对湖泊、伊犁河中下游和其他入湖河流水化学的影响.湖泊和河流水体的氢氧同位素组成变化差异较大,湖泊水体氢氧同位素偏正,位于全球大气降水线和哈萨克斯坦地区蒸发线之间,氘盈余小于全球降水线,反映了较强的蒸发作用导致湖水同位素富集;河流水体的氢氧同位素位于全球降水线附近,河流水体的氢氧同位素关系方程的斜率(伊犁河:5. 7,其他入湖河流:3. 1)均低于全球降水线(8),表明降水和蒸发过程影响河流水体同位素组成.湖泊水体化学参数和同位素显著相关,尤其是东部水体,表明强烈的蒸发作用同时导致水体同位素的富集和水化学离子的浓缩.     

基于MODIS数据的云降水估计方法

利用卫星遥感资料定量估计降水及其区域分布对强降水等灾害性天气监测具有十分重要的意义,还可弥补常规气象观测的不足,提供更为丰富的降水信息。(1)利用MODIS卫星的可见光、近红外、短红外、中红外和热红外波段数据,采用云指数法和多光谱综合法对云类型进行了判识,有效地分类出云和冰雪、卷云、水云和高、中、低云。(2)在云分类的基础上定量反演了各类云参数,包括云顶亮温梯度、云顶亮温最小值面积变化、不同量级的云顶亮温面积及变化趋势、对流云的核心位置判别、亮温方差和大气中的水汽含量等因子参数,结合地面实测降水数据和地表高程数据,建立了降雨的强度的定量估计模式。(3)通过对2007年7月16-18日、26-29日的新疆大降水过程进行降水估计,并对估计值与区域站地面实时观测降水值作了比较,结果显示相对误差为31.97%,均方根误差为2.31 mm。降水量级的定量误差在±3 mm以内的占66%,±5 mm以内的占86%。因此,该模式具有较好的降水估计效果。     

西北干旱区柴窝堡湖干涸湖底粉尘潜在扩散特征

运用HYSPLIT模型,结合美国环境预报中心(NCEP)和大气研究中心(NCAR)2000~2013年的再分析气象资料,对柴窝堡盆地粉尘潜在扩散的时间和空间特征进行了研究.结果表明:柴窝堡湖干涸湖底粉尘潜在扩散范围具有明显的季节分异.春季粉尘潜在扩散范围和密度最大,覆盖我国大部分地区,最远可达朝鲜半岛部分地区,其次是秋季,夏季粉尘潜在扩散以1000m为界表明出明显的高度差异,冬季粉尘潜在扩散范围和密度均是最小的.随高度增加,不同季节气流可能携带粉尘密度均呈降低趋势.受地形影响,粉尘潜在扩散有两个主要通道,100m以下主要向西南方向扩散,而100m以上主要向东南方向扩散.柴窝堡盆地干涸湖底大量的粉尘在气流携带下可以长时间远距离输送,在近源区沉降,严重影响乌鲁木齐及其周边地区,并可能加速天山山区的雪冰消融.     

天山山地河流水体中微量重金属的分布特征及形态分析

为了解绿洲经济迅速发展背景下天山山地河流水体中重金属分布特征及形态特征,对乌鲁木齐-阿克苏、巴里坤-伊吾、昭苏-特克斯等3个区段河流干支流重金属Zn、Cu、Pb、Cr、As、Hg、Cd的分布、来源、污染状况及存在形态进行了分析.结果表明:1天山山地各取样河流的p H值大部分在8.0左右,为偏碱性的环境;各取样点水体的氧化还原反应电位值在150~200 m V之间,为弱氧化的环境.水质评价表明,3个采样区段河流中7种重金属的含量均低于国家Ⅰ类水质标准及WHO饮用水健康的建议标准.2多元统计分析表明,7种重金属可以归为3个主成分,其中PC1(Hg、Zn和Pb)主要受人为污染因素的影响;PC 2(Cr和As)主要受自然地质背景的影响;PC 3(Cd和Cu)同时受人为和自然因素的共同影响.3污染评价表明,天山山地河流中7种重金属的单因子污染指数值和综合污染指数值均小于1,属于安全等级,清洁水平.4形态分析表明,重金属Pb、Cd和Hg在天山中部的乌鲁木齐-阿克苏区段干支流,重金属As和Cu在天山东部的巴里坤-伊吾区段和天山西部的昭苏-特克斯区段干支流中溶解态的含量均大于50%,生物毒性较大.总体上,3个采样区段河流干支流重金属的总量及溶解态含量均较低,未造成污染.但在天山山地中部的乌鲁木齐-阿克苏区段,河流干支流中重金属Pb、Cd和Hg的总量及溶解态含量较高.应加强对该区域人类活动的合理规划以及河流水质监测,防止因人为污染而导致河流水体中重金属的含量过高,危害生态环境.     

中亚咸海干涸湖床粉尘潜在扩散的时空变异分析

基于1969~2018年再分析气象资料,运用拉格朗日混合单粒子轨道（HYSPLIT）模型,计算了以咸海为中心未来7d的逐日气团轨迹,采用核密度分析法,绘制了5个层次（0~0.5,0.5~1,1~1.5,1.5~2,2~5km·agl）的气团轨迹密度图,分析了咸海干涸湖床粉尘扩散的时空变异.结果显示,粉尘潜在扩散具有季节分异.春、冬季粉尘扩散范围与密度最大,沿东北方向扩散比例分别占61%、35%,最远可达亚洲东部地区,其次是秋季;夏季粉尘扩散以0.5km为界限表现明显的高度差异.随着高度的增加,粉尘潜在扩散的密度逐渐降低.受地形与天气系统的影响,春、夏粉尘扩散呈现向东北,西南方向扩散趋势,秋、冬呈现沿东北方向扩散趋势.有利的天气条件下,咸海干涸湖床粉尘可远距离输送：在近源区沉降,影响乌兹别克斯坦及周边国家,在山区沉降,则可能加速天山雪冰融化.     

哈萨克斯坦东部土壤元素组成及其空间影响因素分析

本文对哈萨克斯坦东部地区地表82个采样点土壤样品进行经典统计学及地统计分析,探讨了表层土壤元素组成特征及其空间影响因素。首先对土壤元素含量平均值、变异系数等特征进行了计算,比较了土壤元素含量特征。哈萨克斯坦东部地区表层土壤样品中Co、Be、K、Mg、Na、Ca、Zn等元素的含量偏高,而Al、Fe等其余元素含量偏低。使用SPSS 20.0对元素含量进行聚类分析,通过聚类分析可将20种元素分成2大类,每一类又分为两组。第一大类为Ca、Sr、K、Na、Be、Ba,为表生环境下活泼性较强的元素,其中Ca、Sr为一组,K、Na、Be、Ba 为一组。另外一类为Pb、Zn、P、Fe、V、Al、Co、Ti、Mn、Cr、Ni、Cu、Li、Mg,为活动性相对较差的元素,其中Pb、Zn、P为一组,其他元素为另一组。在此基础之上,采用地统计学方法对这些土壤元素的空间格局及其影响因素进行了研究,并计算了分维数,其大小依次为：Zn>Al>Mg>Li>Be>Ca>P> Pb>Sr>Na>Ti>Co>Cr>Cu(Fe)>Ni>V>Mn>K。Co、Cr、Cu、Fe、K、Mn、Ni、Ti、V在采样尺度下均具有空间相关性,相关程度中等或较强,虽然受到一些随机因素的影响（如区域人类活动等）,但其结构特征并未被破坏。Pb、P空间结构特征不明显,Zn已无空间结构特征,该类元素受到一定程度的人为污染影响,随机因素特别是人为因素如耕作、采矿等方面对其空间分布特征造成破坏。而Al、Li、Na、Be、Mg这些元素在研究尺度上空间结构性差或不存在,影响因素复杂。活动性元素Ca在一个相对较小的范围内存在相关关系,Sr空间相关性较差。最后通过对该区重金属污染状况进行初步评价,发现Zn污染程度为轻度-偏重污染。     

北疆地区近53年极端气温事件及其影响因素分析

根据北疆地区1960—2012年31个气象站点的逐日最高气温和最低气温资料,采用线性趋势分析、主成分分析和反距离加权等方法对该地区的年平均最高气温、年平均最低气温和14个极端气温指数的时空变化特征进行了研究,并探讨了各极端气温指数与北极涛动指数、北大西洋涛动指数和厄尔尼诺-南方涛动之间的关系。研究表明:(1)近53年来,北疆地区年平均最低气温、年平均最高气温分别以0.49℃·(10a)~(-1)、0.22℃·(10a)~(-1)的年际倾向率呈显著的上升趋势;气温日较差以0.27℃·(10a)~(-1)的年际倾向率呈显著下降趋势。极端暖指数除暖昼日数、夏日日数和极端最高气温均表现为不显著的上升趋势外,其他暖指数均呈显著上升趋势;极端冷指数中除极端最低气温、日最高气温的极小值呈上升趋势外,其他冷指数均呈减小趋势;在空间变化上各极端气温指数均表现为在阿尔泰山东南部地区和伊犁河谷地区变化幅度较大,其他地区变化较小。(2)冷指数(冷夜、日最高气温的极小值、极端最低气温)的增温幅度明显大于部分暖指数(暖夜、日最低气温极大值、极端最高气温),这一变化特征在山麓、山谷等地区表现最为明显,而在这一地区夜指数(暖夜、冷夜)的变暖幅度也明显大于昼指数(暖昼、冷昼)。(3)极端气温指数与大气环流指数相关性分析表明,三种大气环流指数中北极涛动指数对北疆地区极端气温的影响最为明显,其次是北大西洋涛动指数,且这两种大气环流指数对研究区极端气温冷指数的影响较为显著,而厄尔尼诺-南方涛动对研究区极端气温影响较小。     

2015—2018年乌鲁木齐市PM2.5及PM10时空分布特征

乌鲁木齐市是“丝绸之路经济带”关键节点城市,为了解乌鲁木齐市2015—2018年空气污染状况,利用2015年1月1日—2018年12月23日乌鲁木齐市7个国控空气质量监测站的ρ（PM_2.5）、ρ（PM₁₀）监测数据,基于ArcGIS空间分析平台,分析乌鲁木齐市PM_2.5、PM₁₀的时空分布特征.结果表明:ρ（PM_2.5）从2015年（66.60 μg/m3）到2016年（76.93 μg/m3）呈上升趋势,在2016—2018年呈单一下降趋势;ρ（PM₁₀）从2015年（132.74 μg/m3）到2016年（125.93 μg/m3）呈下降趋势,在2016—2018年呈单一上升趋势.2015—2018年工业活动集中的乌鲁木齐市边缘各区的ρ（PM_2.5）、ρ（PM₁₀）平均值比城市中心（商业区、居民区）分别高11.28、7.17 μg/m3,说明工业集中地区的大气环境质量受污染影响明显.此外,2015—2018年乌鲁木齐市大气污染呈季节性和北高南低的区域性分布特征.气象因子分析表明,ρ（PM_2.5）、ρ（PM₁₀）均与相对湿度呈正相关,与降雨量、风速等气象因素呈负相关.2015—2018年,乌鲁木齐市大气中ρ（PM_2.5）/ρ（PM₁₀）呈先增后降的趋势,冬季以PM_2.5污染为主,其他季节以PM₁₀污染为主.研究显示,2015—2018年乌鲁木齐市空气污染状况变化与地形、气象条件、城市化建设均有一定的关系.      

2005年-2014年新疆生态足迹的计算及分析

随着社会经济的发展和人口密度不断增加的双重压力下,新疆维吾尔自治区的生态环境质量问题也日益突出,这就妨碍了区域经济的可持续发展.生态足迹是评估生态环境质量的重要指标,文章根据新疆维吾尔自治区2005年-2014年自然资源、能源消费、人口等数据,计算得出的生态足迹、生态环境承载能力和生态赤字结果显示,新疆维吾尔自治区自然资源供应和需求之间的关系不均衡,新疆生态足迹和生态承载力并不是处于最佳可持续性状态.     

艾比湖流域大气降尘重金属的污染和健康风险

为了解新疆典型绿洲盆地经济发展背景下大气降尘中重金属的污染状况及潜在健康风险,通过采集样品,测试了其中重金属Zn、Cr、Hg、As、Pb、Cd和Cu含量,然后结合富集因子(EF)、地累积指数(Igeo)和健康风险评估方法进行研究.结果表明:艾比湖流域年降尘通量平均值为298.23g/m2,各月降尘平均值为24.85g/m2,从年内分配来看,艾比湖流域冬半年(2013年8月~2014年2月)大气降尘通量明显大于夏半年 (2014年3~7月),富集系数计算表明,艾比湖流域大气降尘中重金属Cu、Cr和As,主要来自于流域自然地质背景;降尘中重金属Pb、Cd和Hg主要受人为污染因素的影响.地积累指数评价表明艾比湖流域大气降尘中重金属As、Cr、Cu和Zn的无污染等级在全年各月所占比例最大;重金属Pb、Cd和Hg轻污染等级较大,中度污染也占有一定比率.健康风险评价表明艾比湖流域大气降尘中重金属的致癌和非致癌风险概率均较低,不会对流域人体健康造成危害.