全球变暖背景下中亚兴都库什、喀喇昆仑及天山气候变化研究进展

中亚兴都库什、喀喇昆仑及天山山脉（HKT）是气候变化敏感区,其在全球变暖背景下的气候变化对区域生态和经济系统的稳定性及可持续发展有重要意义。目前对中亚高海拔地区的研究多集中于局部区域,有关HKT地区气候变化的综合对比分析较为缺乏。本文对HKT地区现代气候变化的相关研究成果进行简单梳理和回顾,重点总结了HKT地区气候变化特征、影响机制及其与全球变暖的联系。结果表明：（1）近60 a,HKT地区不同区域气候的时空特征存在差异,从时间上看,天山的年均温及年降水量均呈上升趋势,而兴都库什-喀喇昆仑山的年均温呈不显著增加趋势,其年降水量变化趋势不稳定;从空间上看,HKT地区山脉南坡气温高于北坡,但北坡降水量高于南坡,且天山南北坡年降水均呈上升趋势。（2）HKT地区的气候变化除了受西风环流、南亚印度季风及局地条件等影响外,还受到北大西洋涛动和厄尔尼诺-南方涛动等大尺度气候模态的调制,如兴都库什-喀喇昆仑山脉在NAO正（负）位相和ENSO暖（冷）位相降水趋于增加（减少）。     

黄土高原气候变化特征及原因分析

基于黄土高原111个气象站点1961—2018年逐日气温(最低气温、最高气温、平均气温)和降水数据,采用Mann-Kendall趋势分析、Sen's斜率估计和小波周期等方法分析了气温和降水的时空变化特征,并采用小波交叉功率谱分析方法对影响区域气候的环流因素进行了分析.研究结果显示:(1)黄土高原1961—2018年平均气温以0.35℃·(10a)?1速率呈显著增加趋势,进一步分析显示气温的上升主要来自于年均最低气温的显著上升(0.39℃·(10a)?1,P<0.01);在季节变化上,平均气温、平均最低气温、平均最高气温在冬季的上升速率最为显著;研究区降水的年际、季节上的变化均不明显.(2)年均气温的突变在1995年,年均最高气温和年均最低气温分别在1995年和1994年存在突变;年降水量不存在突变.年降水量变化的主周期2—3 a和4—6 a,气温变化的周期主要为2—4 a、6—8 a、12—16 a.(3)平均气温变化主要受北大西洋年代际涛动(AMO)影响、受北大西洋涛动指数(NAO)影响较小;年降水量主要受太平洋海温指数(Nino3.4)和北极涛动(AO)影响.     

横断山区季风期水分盈亏量时空变化特征及其与若干气候指数的相关性分析

基于横断山区27 个气象台站1961-2012 年的实测数据,应用Penman-Monteith 模型、气候倾向率空间插值、交叉小波和相干小波变换等方法分析横断山区季风期水分盈亏量的时空变化趋势及其与若干气候指数之间的相互关系。结果表明:近52 a 来,横断山区季风期水分盈亏量在波动中呈增加趋势,其增加速率为5.87 mm/10 a;且在整个时段内,横断山区季风期水分盈亏量均呈盈余状态。该区季风期水分盈亏量空间差异也较为明显,水分盈亏量从南到北逐渐降低,但其增加趋势却从南到北逐渐增大。季风期水分盈亏量与海拔呈现负相关,即水分盈亏量随着海拔的升高而降低;在海拔相对较低的区域,水分盈亏量较高;反之,水分盈亏量较低。此外,该区域季风期水分盈亏量与北极涛动(AO)、太平洋年代际振荡(PDO)和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)气候指数等存在多尺度的显著相关性。     

洞庭湖流域冬季降水的时空变化及与全球海温的关系

论文基于1961-2015年洞庭湖流域96个气象站点逐月降水数据和英国哈德莱中心月平均海表温度资料,利用EOF、Morlet小波和偏相关分析等方法,对洞庭湖流域冬季降水的时空变化和周期特征进行分析,并探讨影响流域冬季降水的关键海区及其关键时段。结果表明：在年际时间尺度上,洞庭湖流域冬季降水主要存在全区一致型、南北反向型和中部-南北部反向型3个模态,各模态分别具有12 a、16 a和7 a左右的长周期以及3 a左右的短周期。在与全球海温的关系方面,流域冬季降水与ENSO和南海海温均存在显著相关,平均而言,在ENSO处于暖位相或南海海温偏高时,流域冬季降水易偏多,反之,则流域冬季降水易偏少;但ENSO和南海海温对流域冬季降水的影响范围及其关键时段存在明显差异,其中ENSO的影响范围主要分布在流域南部,其在前期10月与流域冬季降水相关性最好,而南海海温的影响范围集中在流域东部,其在次年2月与流域冬季降水相关性达到最高。     

ENSO事件对珠江中下游地区降水氢氧同位素的影响

水汽源区变化与ENSO事件显著影响季风区水循环过程。基于珠江中下游地区4个GNIP站点（中国香港、广州、桂林、柳州）的降水同位素及OLR（向外长波辐射）数据,研究了ENSO背景下δ¹⁸O的时空分布特征及ENSO事件对降水中氢氧同位素特征的影响机制。结果表明：ENSO事件是影响稳定同位素年际差异的主要因素,通过影响雨季降水的年内分配而实现;正常年大气降水线方程的斜率与截距均大于厄尔尼诺年而小于拉尼娜年;拉尼娜年加强 δ¹⁸O的反温度效应,厄尔尼诺年减弱反温度效应;厄尔尼诺与拉尼娜年热带辐合带的变化规律呈现出相反的趋势,其OLR场的变化与研究区稳定同位素特征有着较强的对应关系;ENSO事件年不同的水汽源区相对湿度特征是造成d值年际差异的主要因素。     

1960—2017年黄土高原极端降水的时空演化及其对环流变化的响应

基于1960—2017年黄土高原47个气象站逐日降水量数据,对黄土高原极端降水量、极端降水日数和极端降水强度的时空演化特征进行了分析。结果显示：（1）黄土高原极端降水时空分布存在明显异质性。极端降水事件在全年发生频率不高（13.2%—46.1%）,但对年降水量贡献突出（50.4%—91.4%）。（2）1960—2017年黄土高原极端降水量和降水日数出现下降,但极端降水强度上升。在黄土高原干旱化的同时,极端降水在全年降水中的占比有升高趋势。作为黄土高原土壤侵蚀的主要驱动力,愈发增强的极端降水将会给该地区水土保持和地质灾害防治工作带来严峻挑战。（3）极端降水特征EOF分解第一模态反映了黄土高原极端降水的一致性变化,其空间分布特征可能受到了当地水汽条件及大气层结稳定度等大气动力效应的影响。第二模态反映了黄土高原极端降水的差异性变化,极端降水量和极端降水日数均大致以临夏—太原一线呈反相位变化,这种分布模式可能和地形因素密切相关。（4）黄土高原极端降水特征的年际变化受厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）活动的显著影响,厄尔尼诺年极端降水量偏低、日数偏少,拉尼娜年反之。     

新疆塔里木河流域洪水发生率非平稳性特征及气候变化影响研究

新疆洪水灾害近年来有加剧趋势,但其特征与机理尚未有深入探讨。论文利用核估计和Bootstrap方法深入分析新疆塔里木河（塔河）流域洪水发生率的非平稳性及不确定性,同时采用广义可加模型（GAMLSS）构建洪水发生频率与协变量（大气环流因子、降水和气温指标等）的关系并定量辨识主要影响因子。研究表明：1）塔河流域洪水在1960年代左右和1990年代左右两个时期高频发生,两个洪水高发期之间洪水发生次数多为2或3次,且与极端降水发生次数较为吻合;2）洪水发生率呈现显著非平稳性,从1990年左右洪水发生次数持续上升,并达到峰值,表明洪水发生频率及强度呈加剧趋势;3）冬季AMO和AO是影响新疆塔河流域洪水发生的重要因子,而冬季NAO和SOI则是影响塔河流域5个州的洪水发生次数最为显著的大气环流指标。论文研究可为新疆塔河流域洪灾预测与预警及流域洪水管理提供关键理论依据。     

中国中部高山湖泊记录的小冰期水热配置不同模态

小冰期水热配置模态在中国南北方存在明显差异,敏感响应于气候变化的高山湖泊在小冰期阶段水热变化模式仍缺乏研究。选取中国中部两个高山湖泊——太白山玉皇池与六盘山东海子的沉积物岩心为研究对象,基于总有机碳（TOC）、总有机氮（TN）,碳氮比（C/N）等地球化学指标,并结合已发表的水文数据,重建了东海子和玉皇池近2 ka来的水热变化模态。结果显示：近2 ka气候变化主要受太阳辐射影响,在900 AD之前,两个湖泊区域气候同为冷湿,中世纪暖期（900—1300 AD）转为暖干;在小冰期（1300—1800 AD）时期水热组合不同,东海子降水与温度呈同步下降趋势,主要受控于东亚夏季风,而处于东海子东南方向的玉皇池表现为降水的持续增加,可能受加强的印度季风和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的共同影响。     

近57年厄尔尼诺-南方涛动事件对哈尔滨地区气候的影响

选取哈尔滨地区空间位置构成三角区域的哈尔滨站、尚志站、通河站三个台站日气象数据:利用统计分析方法研究了厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件对1955—2011年的平均气温、降水量的影响。结果表明:近57年来哈尔滨地区气温以0.32℃?(10a)~(-1)的速率升高,超过全国平均升温值0.26℃?(10a)~(-1);降水量以~(-1)4.21 mm?(10a)~(-1)的速率减少,比全国平均水平减少的更快。小波分析表明:哈尔滨气温变化在30 a的时间尺度上存在4 a和7 a的周期;降水量变化存在24 a的主周期。ENSO暖事件年哈尔滨气温略有升高,降水量略有减少;ENSO冷事件年的气温、降水变化与华北、西北地区不同,气温明显升高,降水明显减少,ENSO冷事件对哈尔滨地区气候影响较大。哈尔滨地区在ENSO冷事件年发生旱灾的可能性更大。本文研究可为哈尔滨地区减少旱涝灾害损失提供指导。     

青海湖流域降水和河水中δ18O和δD变化特征

稳定同位素方法已被广泛用来研究水循环过程中的水汽来源分析、不同水体间补给关系及水量平衡。论文基于青海湖流域2012 年夏季所收集的河水和逐次大气降水中δ¹⁸O和δD 及实测的气象数据,分析了它们的氢氧稳定同位素时空变化特征。结果表明：降水中同位素值组成变化存在两个明显的变化阶段,在8 月中旬之前降水中稳定同位素值较低,而之后明显偏高,这与受夏季风和局地再循环水汽的影响有关;该流域大气降水线（LMWL）的斜率（8.69）和截距（17.5）明显大于全球大气降水线（GMWL）,表明青海湖流域夏季大气降水在一定程度上受夏季风所携带湿润海洋性气团的影响;降水中稳定同位素与降水量及温度之间存在负相关关系,表明青海湖流域夏季降水中稳定同位素存在显著的降水量效应,但却不存在温度效应;该流域内河水受到大气降水、地下水及冰川融水的混合和调节作用,这使得河水中稳定同位素的波动范围比降水小;通过瑞利分馏模型模拟了降水中稳定同位素的变化,降水中δ¹⁸O、δD和过量氘 （d_excess）的值受青海湖湖面再循环水汽补充的影响。因此,这也将为今后展开青海湖流域水循环过程中大气降水-地下水-地表水的研究提供科学依据,掌握该流域不同水体间的转化关系及水资源利用、管理具有重要的意义。     

基于下垫面遥感资料的海河流域水文类型分区划分

以海河流域为研究对象,根据1956—2005年的年降雨量和水面蒸发资料、DEM、土地利用、土壤和植被覆盖遥感图,提取了反映下垫面条件和气候特征的物理因子,并以此作为分区指标,以子流域为划分单元,依据下垫面条件和气候因子的相似性和差异性,采用地理信息系统和多元统计分析的方法,将海河流域内1 399个子流域划分7类水文类型分区(HTR),并分析了各水文类型分区的空间分布特征及产汇流机制。其中HTR1、HTR2和HTR4位于平原地区,土地利用类型以耕地为主,其他水文类型分区位于山区和丘陵区。HTR1耕地面积比例最大;HTR2土壤透水性最差,易产生超渗地表径流;HTR3土壤透水性最好,易产生地下径流和壤中流;HTR4年蒸发量较大,年降雨量较小,气候最干旱;HTR5和HTR6土地利用类型分别以草地和林地为主;HTR7年降雨量较大,年蒸发量较小,气候最湿润。分区成果明确地反映了流域的下垫面情况及气候条件,分区结果与流域的地形地貌非常吻合,也反映了流域水文特征的分布规律。通过分析水文类型分区内典型流域的下垫面和气候情况以及水文特征,阐述了分区结果的准确性及合理性,为海河流域水文特征的研究及水资源评价提供了依据。     

土地利用变化及流域尺度大小对水文类型分区的影响

以海河流域为研究对象,根据1956-2005 年的年降雨量和水面蒸发资料以及DEM、土地利用和土壤的遥感资料,采用地理信息系统和多元统计分析的方法,划分一定单元流域,对海河流域进行水文类型分区划分,并讨论了土地利用转移变化及单元流域尺度大小对水文类型分区的影响。结果表明,不同土地利用情况下水文类型分区的结果是不同的,土地利用的变化会直接或间接影响流域水文类型分区的空间分布,土地利用变化越大,水文类型分区的转移变化也越大。单元流域尺度较小时,水文类型分区分布较为离散,反之,单元流域尺度较大时,水文类型分区的分布则较为连续。当单元流域平均面积变化小于150 km²时,分区分布虽然有一定的变化,但总体来看分区结果相对比较稳定,当单元流域平均面积变化较大,并达到250km²以上时,分区结果会发生较大变化。     

秃尾河流域径流衰减驱动力因子分析

掌握流域径流演变规律,探讨其影响因子,对流域水资源合理开发利用和科学管理具有重要的意义。论文依据秃尾河流域1956—2010年径流、降水资料以及榆林站1956—2010年气温资料,采用高桥浩一郎公式计算了流域蒸散发量,利用Kendall秩次检验法分析了流域降雨、径流和蒸发的趋势演变特性;采用主成分分析法研究了多因子对流域径流衰减的影响;建立了径流衰减量与主要影响因子之间的统计模型。结果表明：1）流域径流量呈显著减少趋势,而蒸发量和降水量减少趋势不显著;2）在径流衰减驱动力因子中,人类活动因子权重为71.1%,而气候因子权重为28.9%,各驱动力因子对径流衰减的贡献率由大到小依次为：林草>梯田>坝地>流域用水量>年降水量>年蒸发量;3）径流衰减量与林草、梯田的指数回归模型能较好地反映径流衰减量与驱动力因子之间的定量关系,可以为流域治理和水资源开发利用提供科学依据。     

延河流域降雨侵蚀力时空分布特征

降雨侵蚀力(R)反映了降水引起土壤水蚀的潜在能力,其时空分布规律定量研究是进行土壤侵蚀预报的基础.利用延河流域22个雨量站24a逐日降雨资料,分析了该区降雨侵蚀力的时空分布特征.结果表明,降雨侵蚀力与降雨量、侵蚀性降雨量具有一致的年内年际变化趋势.降雨侵蚀力年内变化为单峰型,集中分布在5～9月,占全年R值的91.61%.降雨侵蚀力多年平均值为1580.58MJ.mm.(hm2.h.a)-1,最高值(1981年)为2417.70MJ.mm.(hm2.h.a)-1,最低值(1999年)仅585.29MJ.mm.(hm2.h.a)-1,年际间变化为中等变异,变异系数为0.32.烧房砭站多年平均R值最大,为2190.33MJ.mm.(hm2.h.a)-1,镰刀湾和杨山站多年平均R值最小,分别为1151.37MJ.mm.(hm2.h.a)-1和1146.87MJ.mm.(hm2.h.a)-1.R值与侵蚀性降雨量具有一致的空间分布格局,北部雨量站R值年际变化呈现轻微的增加趋势,其它站点R值年际变化相对呈现出轻微的减少趋势,总体上延河流域降雨侵蚀力呈现下降趋势,趋势系数为-0.004.     

长江流域雨季特征时空变化规律及遥相关分析

利用1960—2020年长江流域126个气象站点的降雨数据,采用滑动t检验法确定长江流域各站点的雨季起讫时间和雨季降雨量的时空分布规律,揭示了长江流域雨季特征变化与海表温度及大气环流的相关性。结果表明:长江流域的雨季开始时间、结束时间以及雨季降雨量具有明显的年代际和空间变化特征。从空间分布上看,雨季特征具有从东南向西北递减的带状分布规律;从时间变化规律上看,雨季特征具有明显的波动性。雨季特征的变化规律与海表温度及太平洋北部的反气旋密切相关,升高的海表温度会导致长江流域雨季开始时间延迟、结束时间提前以及降雨量减小,研究结果对掌握长江流域雨季特征与海表温度的遥相关性具有重要意义。     

基于地形位置指数的赤水河流域植被时空变化研究

地形因子和植被覆盖是区域灾害评价的关键指标,也是山区型村镇建设生态安全评估的重要内容.为探析山区型村镇建设的生态约束条件,以赤水河流域为研究对象,基于1998—2018年SPOT_VGT NDVI数据,利用地形位置指数（Topographic Position Index,TPI）和坡度位置指数方法,研究了赤水河流域植被生长季NDVI时空变化及地形分异特征.结果表明:①赤水河流域内,1998—2018年植被生长季平均NDVI呈缓慢上升趋势,斜率为0.004 7;NDVI>0.60的集中连片区域主要分布在古蔺县北部、赤水市大部和习水县西北部,占赤水河流域总面积的8.42%;Sen's slope在0.009~0.015区间时,赤水河流域植被生长增强趋势最明显,主要集中分布在赤水河中上游、二道河以及下游的大同河干流地区.②TPI在-39.4~34.3区间的面积最多,为6 221.63 km2,占赤水河流域总面积的34.05%;将赤水河流域坡度类型划分为山脊、上坡、中坡、平坡、下坡、山谷6个坡度位置类型,其中,中坡面积（7 792.02 km2）最大,占流域总面积的42.64%,表明TPI数值较小且坡度大于5°的区域是赤水河流域地形主体.③赤水河流域植被在山脊的平均NDVI最高,为0.747,且山脊平均Sen's slope最高,为0.007 2;山谷平均NDVI最低,为0.709.研究显示,赤水河流域植被分布在118.5~486.9的TPI区间或分布在山脊处时整体生长较好,且生长增强趋势最明显.      

1960—2014年松花江流域降雨侵蚀力时空变化研究

基于松花江流域及其邻近61个气象站1960—2014年逐日降雨数据,采用Mann-Kendall非参数趋势检验、小波周期分析和地统计插值方法,分析流域内不同地形区和子流域年降雨侵蚀力时空分异特征及其影响因素。结果表明：1）松花江流域多年平均降雨侵蚀力为1 717.6 MJ·mm·hm^-2·h^-1·a^-1,呈波动变化趋势,存在以15.2 a为主周期和4.7 a为小周期的周期性变化特征,且在1982和1998年发生显著突变;2）松花江流域降雨侵蚀力空间分布特征与降雨量分布特征基本一致,自东南向西北递减,与东南季风的影响区域相吻合;流域年降雨侵蚀力变化趋势呈现明显的区域分异,在流域西北地区年降雨侵蚀力呈增加趋势,而在中部平原区的东北部和西南部呈现下降趋势;3）年降雨侵蚀力随地形的变化表现为东部丘陵山地区>中部平原区>西部山地区。在东部丘陵山地区年降雨侵蚀力与经度、纬度显著相关（P<0.01）,而在中部平原区和西部山地区降雨侵蚀力与海拔、经度和纬度关系不甚明显;4）流域内各子流域年降雨侵蚀力存在明显分异,年降雨侵蚀力在各子流域的变化趋势表现为从第二松花江流域到流域中游再到嫩江流域呈依次降低趋势,其分布特征与降雨量的分布一致,各子流域年降雨侵蚀力均呈不显著的降低趋势。     

近50年来长江水资源特征变化分析

对长江水资源的特征如总量、用水量、水污染等的变化进行了分析,结果为:①1954-2004年流域平均降水量呈现下降趋势;长江上中游降水量的减少是导致宜昌、汉口水文站的径流量呈现下降趋势的主要原因,而大通水文站径流量呈上升趋势与汉口-大通间降水量增加有关;大通站1950到2004年的最小、最大月均径流量均呈上升趋势;长江水资源总量的变化主要受控于气候的变化。②水污染逐渐加重,水质有恶化的趋势,工业污染的增加是主要原因。③年均用水量占入海径流量的5.7%左右,人类活动尚未对长江流域总的水量构成很大的影响。结论:①长江水资源总量尚未发生巨大的变化,但由人类活动所造成的污染已对水资源的利用构成了影响;②南水北调工程的实施和长江三角洲工业的发展,使得中国东部地区对长江干流水资源的依赖性增加,加大了长江水资源利用的风险。     

黄河流域固废治理现状、问题与对策建议

黄河流域是我国重要的生态屏障和经济地带,高质量发展对黄河流域生态环境保护和资源再生利用提出了更高的要求.固体废物兼具“资源”和“环境”双重属性以及污染“源”和“汇”双重属性,其妥善治理对黄河流域生态环境保护和高质量可持续发展意义重大.本文系统阐述了黄河流域不同类型固体废物产生量和利用处置能力的空间分布和时间演化特征,在此基础上进一步分析发现,黄河流域固废污染防治存在的问题主要包括产业结构偏重、固废增量存量压力大,无害化处置存在短板弱项,底数不清、环境风险较大,流域上下游、固废水气以及污染物和温室气体等协同治理不足.根据流域资源禀赋、自然条件和行业产业特征,以减污降碳协同增效为目标,建议以“无废流域”建设为抓手,推动绿色低碳循环发展,补齐利用处置能力短板,着力防范重点领域风险,推进固体废物协同治理等.