利用GRACE重力卫星监测新疆天山山区水储量时空变化

利用经过高斯平滑滤波处理的2003年1月至2010年12月逐月的GRACE卫星时变重力场数据,反演得到新疆天山山区水储量变化,其空间分辨率为1°×1°,结合同时间段该区域31个国家气象台站逐月降水资料,采用趋势分析方法,研究天山山区近8 a来的水储量时空变化特征。结果表明：天山山区水储量变化具有明显的空间差异性,总体表现为东、西部多,中部少的空间分布格局。在时间上,水储量变化与降水具有明显的季节性变化规律,两者变化过程基本一致。天山山区平均水储量变化趋势的年内分布总体上1-12月呈递增变化;1-3月为负增长,最大负增长为21.7 mm•a^-1,出现在2月;4-12月呈正增长,最大月份出现在11月,增长趋势达到29.9 mm•a-¹。水储量变化增加的主要原因是天山山区近几年夏季降水有所增加造成的。2003-2010年天山山区水储量变化总体上呈逐年下降趋势,平均每月下降速度为4.8 mm,8 a间水储量变化减少约13×10⁸ m³,其主要原因是由于气候转暖、冰川消融加速、山前绿洲灌溉及生活用水量增加,导致山区水储量变化减少。     

天山北坡呼图壁河流域积雪水文过程对气候变化的响应

积雪是干旱区水资源的重要组成部分,气候变暖引起的降水形态和积雪消融的改变势必会对流域径流过程及其组分变化产生重要的影响。选取天山北坡呼图壁河流域作为干旱区积雪补给典型流域,利用站点气象数据及IPCC CMIP5气候情景数据,驱动改进雨雪划分方案、融雪径流计算模块的VIC模型,以观测径流和MODIS积雪面积数据进行模型多目标参数优化,定量解析呼图壁河流域径流组成、变化特征及对气候变化的响应机理。结果表明:(1)呼图壁河径流呈暖季集中的单峰型分布,融雪径流、降雨径流和冰川径流分别占径流总量的27.7%,66.1%,6.2%。1978—2010年呼图壁流域在气温、降水量显著增加,降雪量变化不大,降雪占降水比例显著下降的背景下,总径流和降雨径流显著增加,融雪径流微弱增加。(2) RCP4.5情景下,预估未来呼图壁河流域气温将显著升高,降水缓慢增加,而降雪明显减少;流域总径流将缓慢增加,其中降雨径流显著增加,而融雪径流将显著减少;径流年内分配亦将改变,将表现为春季径流和峰值流量的下降,枯水期流量增加,融雪径流峰值前移。(3)春季融雪径流的占比最高,其变化直接决定着总径流的丰枯变化;预估未来融雪径流显著减少将导致3—6月灌溉期总径流减少,在现有农业生产模式下将进一步加剧灌溉用水矛盾。     

塔里木河流域水化学组成分布特征

于2010年6月对塔里木河干流及主要支流地表水进行水化学采样,共设25个点采集50个样品。分析表明：塔里木河干流水体中阳离子Na⁺+K⁺＞Ca²⁺＞Mg²⁺,与南北侧支流Na⁺+K⁺＞Mg²⁺＞Ca²⁺存在显著差异,但均以Na⁺+K⁺为主,阳离子浓度分别占干流、南北侧支流的68.6%、62.6%和62.5%。与1965年对应采样点同月份水化学成分相比,塔里木河流域主要可溶性离子浓度增幅较大,整体平均增加8.0倍,尤其是Cl^-达21.7倍,这可能是近年来塔里木河流域气温上升降水增加等自然因素,间接促进降水过程中水化学侵蚀地表可溶性物质所致。同时,流域内工农业快速发展,生活污水、工农业废水大量排放到塔里木河,这可能是影响塔里木河水质变化的重要因素之一。     

近58年天山降雪/降水量比率变化特征及未来趋势

降雪/降水量比率(S/P)能够反映不同形态降水特征,对气候变化十分敏感。该文基于天山及周边49个气象台站观测数据和IPCC-CMIP5气候情景数据,分析了近58 a来中国天山山区冷季(10-4月)降雪量、降水量和S/P时空变化特征,并预估在RCP4.5排放情景下各指标的未来变化趋势。结果表明:天山山区冷季S/P受地形影响,呈山区大于盆地,北坡大于南坡的分布格局,与海拔显著正相关。1961—2018年天山山区平均冷季降雪量、降水量均显著增加,S/P变化不大,在0.35~0.67之间波动,以-0.016%/10a的速率呈微弱减少趋势;平均气温变化是引起S/P变化的重要因素。在RCP4.5气候情景下,天山山区未来冷季降雪量缓慢减少,降水量显著增加,S/P显著减少。相比基准期(1986—2005年),到2050s冷季降雪量平均减少8.9%,降水量增加10.1%,S/P减少14.7%。该研究对科学认识全球变暖背景下天山地区水文响应以及区域水资源调控具有重要意义。     

退化程度对玛沁高寒草甸植物群落及土壤持水能力的影响

为探讨退化程度对三江源高寒草甸植物群落演替及水源涵养能力的影响,本研究选取青藏高原三江源玛沁不同退化程度高寒草甸样地,通过野外监测及室内试验相结合的方法,分析不同退化程度对三江源高寒草甸植物群落盖度、高度、物种数、生物量及土壤容重、饱和导水率和持水能力的影响。结果表明：1)高寒草甸不断退化过程中,玛沁高寒草甸植物平均高度和盖度分别显著降低了41.1%和58.5%(P <0.05),植被物种数、丰富度、多样性指数、均匀度指数逐步降低,优势度指数以轻度退化样地最高(0.18)。2)地上、地下生物量及总生物量均随退化程度的加剧显著减少(P <0.05),与原生植被样地相比,重度退化样地地上、地下及总生物量分别下降了49.8%、71.1%和70.0%;随着土壤深度的增加,退化程度对地下生物量的影响逐步降低。3)退化程度对高寒草甸土壤持水能力与饱和导水率的影响程度随土壤深度的增加而减弱,其对表层(0-5 cm)土壤持水能力和饱和导水率的影响最明显,与原生植被相比,重度退化高寒草甸0-5 cm土壤饱和持水量、田间持水量、毛管持水量及饱和导水率分别下降了41.7%、42.9%、41.4%...     

积雪变化特征及与气候之间的关系——以乌鲁木齐地区为例

本文研究和探讨了乌鲁木齐地区积雪的变化特征,利用1990年—2004年遥感气象卫星积雪监测资料和地面观测点信息,一方面对积雪的时间变化进行回归分析,提出了雪盖和雪深的增长和衰减模型;另一方面与气候因子(气温与降水)进行复合分析,提出雪盖和雪深的气温降水复合模型。从而加深对乌鲁木齐积雪的认识,其定性和定量分析可为农牧业、水利部门提供有益参考。     

融雪模型研究进展

介绍了国内外融雪模型的研究现状,阐述了现今流行的两大融雪模型(度-日模型、能量平衡模型)的结构、特点以及模型中存在的一些关键问题,并对国内外进展做出总结,指出GIS、RS技术与融雪模型研究有机结合、高时空分辨率分布式融雪模型以及融雪过程中的水热耦合过程将是今后融雪模型研究的重要发展方向.     

新疆地区极端降水时空变化特征及对气温变化的响应

全球气候变暖背景下极端事件频发，对地处干旱、半干旱地区的新疆影响尤为明显，导致冻害、旱灾、雪灾、暴雨洪水和融雪洪水风险增大。该研究基于1961-2020年新疆75个观测气象台站资料，使用湿球温度法对降雨事件和降雪事件进行分离，其总体精度达到95%。利用百分位法定义极端降水（雨、雪），研究该区域极端降水量与频次变化的总体特征和南北疆空间变化差异，分析极端降雨、极端降雪对气温变化的响应机制。结果表明：1961-2020年，新疆地区年均降水（雨、雪）和年均极端降水（雨、雪）量与频次均呈增加趋势；北疆地区降雨、极端降雨、降雪和极端降雪的量与频次的增幅均要大于南疆地区（降雨频次除外）；极端降水（雨、雪）对降水（雨、雪）的贡献率平均值均大于26%，且均呈增加趋势；南北疆各台站极端降雨和极端降雪对气温变化的响应均小于C-C（克拉伯龙-克劳修斯，Clausius-Clapeyron）方程预期，即"次C-C率"；当超过一定温度，温度会对极端降雨强度和极端降雪强度起抑制作用。该研究将有助于科学认识新疆地区极端降水事件变化特征，对区域水文水资源合理调控具有重要意义。