气候变化对渭河流域自然植被净初级生产力的影响研究(Ⅰ)——地表干湿状况时空演变特征分析

采用1959～2010年23个气象站的逐日气象资料,利用FAO Penman-Monteith公式计算出渭河流域各气象站的潜在蒸散量,由此计算出各站的湿润指数。采用样条曲线插值法(Spline)、气候倾向率、标准化指数、相关分析等方法对流域湿润指数的时空变化特征以及影响其变化的气象要素进行了分析。结果表明:近52a渭河流域地表湿润指数整体下降,由南向北干旱程度逐渐增加。北部黄土高原丘陵沟壑区最干,南部秦岭山地和关中地区最湿。湿润指数年际间波动较大,与潜在蒸散量的变化趋势呈反相位关系,泾河和北洛河流域干湿分布规律与渭河流域整体类似。干旱化速率较大的为华山和宝鸡,关中部分地区微弱变湿。流域整体在春季和秋季变干,夏季除关中和陇东部分地区外也逐渐变干,冬季呈变湿趋势。影响湿润指数的因素主要为降水(正相关)和温度(负相关),风速的增加也会加剧干旱化的趋势。     

陇东地表湿润指数的年际变化特征

利用能够代表陇东气候类型的三个代表站1971~2005年月平均气温和降水资料,分析该地地表湿润指数的时空变化特征。结果表明:地表湿润指数变化多年平均,东南部的正宁最大,中部的西峰次之,北部的环县最小,呈现由东南向中部和北部逐渐干旱的空间变化特征;东南部的正宁和中部的西峰地表湿润指数以0.0028/a和0.0034/a的速率减小,地表趋于干旱化,北部的环县以0.005/a的速率增加,地表湿润程度有所增加;地表湿润指数的季节分布以春季最小,秋季次之,夏季最大,且春季和秋季有逐年减小的趋势,干旱化程度逐年加重,夏季呈增加趋势,地表湿润状况有所改善;地表湿润指数变化主要依靠降水的影响,但同时也受温度变化的影响,温度高,地表水分蒸发蒸散量大,地表易于变干,温度低,水分蒸发蒸散量小,地表不易变干。     

基于湿润指数的新疆甘家湖地表干湿状况变化趋势

利用1953—2013年甘家湖梭梭林自然保护区内精河和乌苏气象站的逐月气象资料,采用伊凡诺夫公式计算出了逐月潜在蒸散量和湿润指数,分析了地表干湿状况的年际变化、季节变化及其主要影响因素。结果表明:1冬半年、夏半年和全年的多年平均潜在蒸散量分别为298、1 107 mm和1 407 mm,潜在蒸散量在冬半年随时间呈下降趋势,在夏半年和全年潜在蒸散量呈明显上升趋势。2春、夏季湿润指数的年际变化呈减小趋势,秋、冬季和全年湿润指数的年际变化呈增加趋势。根据湿润指数相对应的气候区划标准,春季甘家湖自然保护区为半干旱地区,夏季和秋季为极干旱区-干旱区,冬季为干旱区的亚湿润区-湿润区。3湿润指数与降水量、水汽压和相对湿度呈正相关,与风速、气温和日照时数呈负相关;相对湿度变化对湿润指数变化影响最大,其次是日照时数、气温、水汽压和降水量,影响最小的是风速。     

西北干旱区阿勒泰地区暖季干湿气候变化及R/S分析

采用新疆阿勒泰地区7个气象站1961~2008年4~10月气温、降水量资料,通过Thomthwaite方法计算的潜在蒸发量确定地表湿润指数,运用Mann-Kendall趋势检验法,对阿勒泰地区地表湿润指数的变化进行分析。结果表明,该地区暖季大部分区域增温、降水量增加,地表湿润指数只有增暖不显著的阿勒泰站和增温次小的布尔津站呈显著增加的趋势,而全区增温最显著的东部没有明显变化,这说明温度变化在干湿变化中的重要影响;该地区干湿变化春秋季不显著,夏季有变湿的趋势;从区域分布来看,夏季阿勒泰、布尔津、福海站有显著变湿的趋势,秋季福海站有显著变干的趋势,其它站变化不显著。R/S分析表明过去48 a地表湿润指数、气温和降水量的增加(或减少)趋势在未来会逐渐转为减少(或增加)趋势。     

黑河流域节水工程实施对地下水补给资源影响变化分析

本文利用已有的水文地质资料,系统收集、整理了河西走廊地区黑河流域的水资源利用、水利化现状、节水工程实施状况,以1999年为水平年对黑河流域中下游地区由于节水工程的实施引起地下水天然补给资源的变化进行了分析计算.流域中下游地区的地下水资源与1999年相比将发生变化,中游张掖盆地地下水天然补给资源将减少10366.9万m3/a.下游的鼎新灌区地下水补给量较现状河道输水条件下减少7931.25万m3/a,额济纳平原地下水补给量增加26651.51万m3/a.地下水补给途径发生变化,主要补给由中游向下游转移.引起这种变化的主要原因是节水工程的实施.地下水补给量的变化也引起泉水溢出带泉水量减少.     

东北地区湿润指数及其干湿界线的变化特征

利用1961～2007年东北地区124个气象站的温度、降水、风、水汽压、日照等气候资料,采用Penman-Monteith-模型计算参考蒸散量,进一步计算了湿润指数,分析了参考蒸散量和湿润指数的变化趋势及干湿界线的变化情况.结果表明:湿润指数总体呈下降的趋势,变干趋势发生在半干旱半湿润气候区及湿润气候区的大部分地区,湿...     

基于SPEI的黄河流域多尺度干湿特征分析

基于1960—2020年黄河流域70个气象站点逐日观测资料,利用降水量和潜在蒸散发计算标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI）,研究了1960—2020年黄河流域干湿演变及持续性特征,分析了气象因子对流域干湿变化的影响。结果表明：（1）不同时间尺度上,SPEI反映的干湿等级及频率有一定的差异性,干湿等级以正常和轻度为主;年际变化上,1960—2020年黄河流域夏季呈不显著变湿趋势,流域年、春季、秋季和冬季均呈不显著的变干趋势。空间尺度上,夏季以变湿为主,SPEI呈上升趋势的站点占总站点的比例为64.29%;流域年、春季、秋季和冬季以变干为主,SPEI呈下降趋势的站点占总站点的比例分别为51.43%、62.86%、64.29%和51.43%。（2）从干湿事件的不同时间尺度看,1970—1979年为典型的偏干时段,而1960—1969年为典型的偏湿时段,干湿事件发生频率为：秋季>夏季>春季>冬季。（3）从干湿事件的持续性特征看,持续性干旱事件强度变大,主要发生在秋季和冬季;持续性...     

黑河干流中游地区耗水量变化的历史分析

黑河流域水资源极其匮乏 ,加之地区上的配置不均衡和中游地区水土资源的过度开发导致了黑河下游严重生态环境问题 ,已影响到我国北方广大地区生态环境质量 ,受到国家的高度重视和全社会的广泛关注。黑河水资源开发利用主要集中在中游地区 ,该区是全国重要的商品粮、蔬菜和经济作物生产基地之一 ,耗水量占流域耗水量的 85 %以上 ,是黑河的主要耗水区和径流利用区。本文利用黑河上游控制站莺落峡站和中游控制站正义峡站水文资料 ,分析了黑河中游耗水量的变化 ,结果表明 :2 0世纪 80年代以前黑河中游耗水量在 4.2 0× 10 8m3 左右 ,比较稳定 ;进入 2 0世纪 80年代以来耗水量明显增加 ,80年代耗水量比 40年代末期至 70年代增加了 2 .0× 10 8～ 2 .5×10 8m3 左右 ;90年代耗水量又比 80年代增加了 1.6 0× 10 8m3 左右。 80年代以来流域耗水量呈明显增加的趋势 ,这是以人类活动影响为主的结果     

近30年京津风沙源区气候干湿变化分析

基于近30a(1981-2010)中国区域高时空分辨率地面气象要素数据,通过Thornthwaite方法计算获得京津风沙源区的湿润指数,采用Mann-Kendall趋势性检验的方法对研究区的降水、气温以及气候干湿变化趋势进行了分析。结果表明:近30a年,京津风沙源区气温呈现显著上升趋势,降水和湿润指数总体均呈现下降趋势,但变化趋势并不显著,显著下降区域分别只占到18.8%和28.0%;导致土地干湿变化的主导因素是潜在蒸散量的变化,降水也起到了一定的影响作用,但是不如潜在蒸散量所起作用明显;干旱区和干旱亚湿润区的界限逐步向东推进。     

河西走廊三大内陆河流域出山径流变化特征及其影响因素分析

以1961-2010年河西走廊三大内陆河流域出山年径流资料为基础,综合运用趋势分析、MannKendall突变检测、Morlet小波分析、R/S分析、降水-径流深度双累积曲线等多种数理分析方法,研究了河西走廊三大内陆河流域出山年径流的变化特征、影响因素及未来可能的变化趋势。结果表明:(1)1961-2010年,石羊河流域出山年径流呈微弱减少趋势,黑河流域和疏勒河流域出山年径流呈显著增加趋势,50年来黑河流域和疏勒河流域出山年径流存在显著突变特征;(2)1961-2010年,石羊河流域和黑河流域出山年径流经历了"枯-丰-枯-丰"4次交替,疏勒河流域出山年径流经历了"枯-丰"2次交替;(3)1961-2010年,石羊河流域、黑河流域、疏勒河流域出山年径流变化的主周期分别为5年、22年和15年,但不具有统计显著性;(4)河西走廊三大内陆河流域出山年径流变化受祁连山区降水影响较大,山区人类活动对年径流变化影响较小;(5)未来石羊河流域出山年径流可能呈减少趋势,黑河流域和疏勒河流域出山年径流可能呈增加趋势。     

1961-2017年柴达木盆地干湿状况及其影响因子

根据1961—2017年柴达木盆地8个气象站数据资料,采用联合国粮农组织FAO推荐的Penman-Monteith模型计算潜在蒸散量,继而算得湿润指数,辅以气候倾向率、M-K检验、Morlet小波周期和主成分分析等方法,探究柴达木盆地干湿变化特征及影响因素。结果表明:1961—2017年,柴达木盆地整体具有变湿趋势,变化倾向率为0.007·(10a)~(-1)(α≥0.001),且湿润指数年际变化波动较大,变异系数为30.73%,春、夏、秋、冬四季湿润指数均呈上升趋势,倾向率分别为0.003·(10a)~(-1)、0.009·(10a)~(-1)、0.004·(10a)~(-1)、0.003·(10a)~(-1);空间变化差异显著,盆地东部地区变湿趋势大于西部,德令哈和都兰变湿趋势最为显著;湿润指数在1981年和1986年发生突变,且存在2.8 a和3.6 a(α≥0.05)的变化周期,与大气环流2～4 a周期较吻合;主成分分析表明,降水量和平均气温是柴达木盆地湿润指数的主要影响因子。此外,湿润指数与北半球极涡面积和强度及亚洲区极涡面积和强度关系密切,相关系数分别为-0.46、-0.36、-0.49、-0.47,均通过99%的显著性检验。     

近46 a六盘山东西两侧参考作物蒸散量特征

基于六盘山东西两侧甘肃平凉市7个气象站1965-2010年逐日气象要素,采用Penman Monteith模型计算了逐日参考作物蒸散量,应用Mann Kendall非参数检验法,分析了年际变化和季节变化特征。结果表明：① 1965-2010年,平凉市参考作物蒸散量多年平均在890～1 142 mm,全市西南部蒸散量最小,东部最大,年内夏季达到最大值,春、秋季次之,冬季最小;② 近46 a来,平凉市大多数站点参考作物蒸散量呈显著下降趋势;③ 影响平凉市参考作物蒸散量季节变化的主要气候因子是风速和日照,其中,风速是影响全市蒸散量呈下降趋势的主导因子。     

近50年来塔里木盆地南、北缘干湿状况变化趋势分析

全球变暖大背景下,塔里木盆地边缘绿洲气候变化趋势研究已成为研究的热点。文中利用塔里木盆地南、北缘17个典型绿洲气象站1959-2008年的气象资料,使用联合国粮农组织(FAO)推荐的Penman-Monteith公式,计算近50年潜在蒸散量,定义了地表干燥度指数。在此基础上,对塔里木盆地南、北缘,近50年气候变化特征及其成因进行对比分析。结果表明:塔里木盆地南、北缘气候变化与全球气候变化趋势基本一致,但又具有明显的区域性特点:塔里木盆地南、北缘潜在蒸散量均在波动中呈减少趋势,南缘递减速度比北缘快;干燥度指数也均在波动中呈缓慢减小趋势,其中南缘干燥度指数递减速度比北缘快;总之塔里木盆地南、北缘绿洲有缓慢向暖湿转化的迹象,这对气候极端干燥的塔里木盆地边缘绿洲生态环境的改善和农业生产有积极的影响。     

近年来祁连山中段冰川变化

基于遥感和实测的方法,对近50 a来祁连山中段,包括黑河流域和北大河流域的冰川变化特征进行了分析。研究表明：1956-2003年,祁连山中段所研究的910条冰川面积共缩小了21.7%。其中,黑河流域冰川面积缩小了29.6%,北大河流域冰川面积缩小了18.7%。小冰川面积变化较大冰川要大,其对气候变化的敏感性较强。由于祁连山中段东西跨度较大,气候和地形等因素的不同,直接造成了冰川变化的区域差异。近期野外考察发现,位于黑河上游的葫芦沟流域,1956-2010年冰川面积缩小了30.1%,近7 a冰川面积缩小的比率达到前期的近5倍,且其中的十一冰川由于消融严重,已经完全分离成2条独立的冰川。雪冰融水径流是该流域中重要的水源,在稳定河川径流、调节其年际变化和年内分配方面发挥着重要作用。     

全球气候变化下黄土高原泾河流域近40年的气候变化特征分析

全球气候变化对于农业生产活动和生态环境保护有着深刻的影响。本文用时间序列分析中的距平曲线和短期预测方法分析了泾河流域内14个气象站点1960~1999(1971-2000)年气温和降水量的变化趋势,并用简单气候偏差指数计算了逐年的降水量变差;同时用变异系数计算了14个站点1960~1999(1971-2000)年的降水量年际变差。结果表明:近40年来14个站点的年均温度呈现明显的上升趋势,平均增温0.7℃略高,年平均增温率为0.0225℃/a;年降水量呈现微弱的减少趋势,但是波动幅度和变异系数都在增加,降水量年际间偏差呈现先减少后又增加的趋势。年内气候变化的趋势变化表现为:冬季温度升高;春季、夏季降水量占全年的百分比有显著增加趋势,而秋季降水所占的百分比显著减少。最后分析了全球变化背景下泾河流域近40年来气候出现的这种暖干化趋势对流域农业生产和生态环境的可能影响,可为相关部门调整农业结构、种植结构,优化种植模式等决策提供指导。     

近50年来喀什噶尔河流域气温、降水及径流的变化趋势

应用喀什噶尔河流域内7个气象站、3个水文站的观测资料,分析了全流域、平原区和帕米尔高原的气温、降水以及出山口控制站年径流量的变化特征.结果显示:①从20世纪90年代开始,喀什噶尔河全流域以及平原区和帕米尔高原的年以及冬、秋季明显增暖,近5年春季迅速增温.从90年代起,全流域与高原区的年降水量明显增加,近5年平原区也明显增加;自90年代起全流域的春季、夏季降水明显增加,而近5年秋、冬季增湿迅速;近5年平原区的秋、春季以及冬季降水增加明显,高原区却以夏、秋季增湿最明显.②喀什噶尔河全流域以及平原区和帕米尔高原的年气温与降水量都呈显著的线性增加趋势.平原区的秋、冬季气温显著上升,冬季最明显,夏季呈不显著的下降趋势;平原区的四季降水呈不显著的上升趋势.帕米尔高原的夏、秋、冬季气温呈显著的上升趋势,秋季最明显;帕米尔高原的四季降水呈上升趋势,只有夏季的增湿趋势较显著.③喀什噶尔河年径流量(3站合计)近47年来呈显著的线性上升趋势,以3.0%·(10 a)-1的速率增加.流域内3条河流情况有所不同,克孜河径流量的线性增加趋势最明显,而盖孜河呈不显著的下降趋势.     

祁连山北大河流域冰川变化遥感监测

基于1956年地形图和2003年ASTER影像数据,在RS和GIS技术支持下,确定了1956年和2003年的冰川边界,对祁连山北大河流域冰川近47 a来的变化进行了研究。结果表明：该流域372条冰川面积在47 a间共减小了33.56 km²,平均每条减小0.09 km²,变化率-15.42%,冰川末端累计退缩51 015 m。分析显示,小冰川比大冰川消融的更快。对研究区附近气象站近年来的年平均气温、夏季平均气温和年降水量进行分析,认为气温升高是北大河流域冰川快速萎缩的主要原因。与中国西部其他冰川进行对比研究发现,北大河流域冰川消融速率比新疆要快,但较黑河流域及其他子流域要慢,初步推测是由冰川所在区域的气候及冰川自身因素共同作用的结果。     

Long-term variations in runoff of the Syr Darya River Basin under climate change and human activities

In this study,we analyzed the hydrological and meteorological data from the Syr Darya River Basin during the period of 1930–2015 to investigate variations in river runoff and the impacts of climate change and human activities on river runoff.The Syr Darya River,which is supplied by snow and glacier meltwater upstream,is an important freshwater source for Central Asia,as nearly half of the population is concentrated in this area.River runoff in this arid region is sensitive to climate change and human activities.Therefore,estimation of the climatic and hydrological changes and the quantification of the impacts of climate change and human activities on river runoff are of great concern and important for regional water resources management.The long-term trends of hydrological time series from the selected 11 hydrological stations in the Syr Darya River Basin were examined by non-parametric methods,including the Pettitt change point test and Mann-Kendall trend tests.It was found that 8 out of 11 hydrological stations showed significant downward trends in river runof f.Change of river runoff variations occurred in the year around 1960.Moreover,during the study period(1930–2015),annual mean temperature,annual precipitation,and annual potential evapotranspiration in the river basin increased substantially.We employed hydrological sensitivity method to evaluate the impacts of climate change and human activities on river runoff based on precipitation and potential evapotranspiration.It was estimated that human activities accounted for over 82.6%–98.7%of the reduction in river runoff,mainly owing to water withdrawal for irrigation purpose.The observed variations in river runoff can subsequently lead to adverse ecological consequences from an ecological and regional water resources management perspective.     

基于生态需水配置的额济纳绿洲恢复方案

在简要分析额济纳地区水分-绿洲驱动演变的基础上,分析了额济纳地区未来供水条件,并从生态系统的需水机理出发,提出了基于生态功能考虑的干旱区生态需水量计算方法。以《黑河流域近期治理规划》提出的分水指标和生态恢复水平为依据,综合考虑绿洲规模和生态功能之间的竞争关系,以生态需水为主要配制指标,提出了近期2010年额济纳绿洲的恢复方案。