气候变化对长江上游径流影响预估

利用第五次国际耦合模式比较计划(CMIP5)中5个气候模式在3种典型浓度路径(RCPs)下的预估结果驱动SWAT水文模型,预估了21世纪气候变化对长江上游年径流量、季节分配以及极端径流的影响。结果表明：预估的长江上游平均气温呈显著上升趋势,21世纪末较当前(1986—2005年)升高1.5~5.5℃,降水总体呈增加趋势,在21世纪30年代后高于当前气候平均值,21世纪末相对于当前增加5%~15%。流域内气候变化存在明显空间差异,金沙江和岷沱江流域气温升高和降水增加幅度均大于流域平均值。预估的长江上游年径流量及各月平均径流均有增加趋势,在21世纪30年代后高于当前多年平均值,21世纪中期增加4%~8%,21世纪末增加10%~15%。预估的径流年内分布的均匀性有所增加,但年际变化明显增大,极端旱涝事件的频率和强度明显增加。预估的各子流域径流变化对气候变化的响应也存在差异,金沙江和岷沱江流域年径流量、年际变化和年内分布变化小,对气候变化的响应表现为低敏感;嘉陵江流域、乌江流域和长江上游干流径流增加幅度大,同时极端丰枯出现的频率和程度增加显著,是气候变化响应的敏感区域。     

长江上游流域秋季连阴雨时空变化特征

利用长江上游259个气象站逐日降水资料,采用线性趋势分析方法,分析了近1961—2012年来长江上游流域秋季连阴雨的时空变化特征。结果表明,长江上游流域秋季连阴雨过程平均出现1.54次/a,其中9月出现次数最多,10月次之,11月出现较少。秋季连阴雨日数、累积降水量分别以2.3 d/(10 a)、13.7 mm/(10 a)的速率显著减少,连阴雨开始和结束日期平均为9月9日和9月30日均表现出推迟趋势。进入21世纪后,5—9 d、10 d以上连阴雨过程的次数、80.0 mm以上连阴雨过程的次数均表现出减少趋势。金沙江下游和四川盆地东部为秋季连阴雨累计雨量及其变化速率的大值中心,四川盆地西南部为连阴雨日数及其变化速率的大值中心。9月的降水中心、雨日分布情况与秋季总体情况基本一致,10月降水中心、阴雨日数的中心出现了明显东撤,11月东撤更为明显。     

近500年来长江上游亚热带山地中低山植被的演替

从人口分布变迁入手探讨植被变迁,发现距今500年以前,长江上游亚热带山地海拔3000~1500m的中低山地区多是乔木林为主而间与草甸混交景观,而非现在的以草甸、灌草坡为主的景观。人类主要居住在海拔1500m以下的平坝、台地和丘陵地区,人类活动对海拔1500m以上的山地地区影响甚小。现代地理学界静态描述的长江上游地区海拔1500~3000m的中低山湿地草坡带,在500多年前仍多是以冷杉、云杉为主的针阔叶林与草甸混交景观。近500年来人类垦殖、商业砍伐、皇木采办等活动是造成这种变化的主要原因。皇木采办、商业采办影响了长江上游中低山的森林资源的品质,主要对高大的楠杉的砍伐,较明显地影响了森林的郁闭度,但并不给森林资源带来不可回归的影响。人类垦殖活动,特别是固定的农耕活动,大量砍挖树根,使森林资源的自我恢复失去了可能。气候变化的影响可能在其中,一时还难以区分,需继续关注。     

长江上游侵蚀产沙格局及其控制因素

基于长江上游110个相互独立的子流域控制性水文站1956～1987年的输沙模数,结合GIS空间分析技术,对长江上游侵蚀产沙空间分布特征进行研究,并从土壤、地形、降雨、土地利用和岩性等方面分区探讨了侵蚀产沙区域分异的原因.结果表明:(1)上世纪50年代至80年代,长江上游侵蚀产沙的空间变化主要受自然环境控制,人为活动的影响是次要的.降雨是侵蚀产沙的主控因子,土壤特性与地形条件也有重要影响.(2)降雨和土壤特性对各地区产沙分异的影响最为普遍;地形在地势起伏不大的地区,表现更为突出;岩性在重点产沙区具有显著影响.总体上自然因子对西部人口分布较少的地区解释力较高,对东部人口密度较大的地区解释力较低.     

长江上游全新世特大洪水对西南 季风变化的响应

利用24次全新世特大洪水序列与川渝地区近两千年的洪灾史料,对长江上游特大洪水事件和气候变化的响应机制进行了分析。从长江上游特大洪水序列与阿拉伯海记录的西南季风气候变化对比分析来看,特大洪水事件与西南季风变化具有很好的响应关系,特大洪水事件多发生于西南季风较弱的阶段,这些阶段以西南季风气候快速变化为特征,是气候剧烈波动期或气候的转型期。与北大西洋、贵州董歌洞石笋所记录的气候变化比较,特大洪水有的与全新世气候突变一致,有的则不一致,可能特大洪水事件更多表现为地方事件。与文献记载的历史洪灾事件相比,长江上游低频高量级的特大洪水事件对西南季风的变化具有更好的响应关系,而高频低量级的洪灾事件具有更高的随机性,由于历史文献记载的洪水量级差异较大,如果将他们笼统地放在一起分析,可能会掩盖洪水事件对气候变化响应机制。     

金沙江下游地区人类活动对土壤侵蚀的影响

土壤侵蚀发生发展过程受自然因素和社会经济因素的共同作用。社会经济因素通过驱动人类活动间接作用于侵蚀过程,已成为土壤侵蚀的主要因素。作为长江流域土壤侵蚀最为严重的地区,金沙江下游独特的自然环境条件是造成其土壤侵蚀严重的基本条件,而不合理的人类活动加剧了这一过程。通过分析金沙江下游地区植被破坏、农业耕作、工程建设这三方面的人类活动对该地区的土壤侵蚀的影响,以及针对不合理人类活动所实施的恢复措施和政策,总结目前对人类活动影响土壤侵蚀过程认识的局限以及未来研究的方向。分析认为,争取认识金沙江下游干热气候的形成机制以及对人工生态系统的全面、系统、宏观评价,是建立正确的植被恢复策略的知识基础;农业耕作方面则应转换目前的研究重心,不应把过多精力集中在技术的改进和创新上,对于政策和市场经济对当地农民行为的驱动作用应予以相当的重视,并寻求改变山区农民顺坡陡坡耕作习惯的新思路和新方法;而工程建设方面则应加强监测与基础研究,特别是公路建设引发的土壤侵蚀情况。     

流域侵蚀产沙人类活动影响指数研究——以长江上游为例

流域产沙是土壤侵蚀的重要反映, 受降雨等自然要素和人类活动的共同作用。采用退 耦理论的思想和差分方法推导出流域侵蚀产沙人类活动影响指数的简易估算方法, 并对长江 上游的金沙江、乌江、嘉陵江、岷江分别计算人类活动总体贡献率。结果表明, 各流域人类 活动对侵蚀产沙变化的贡献率达72%～97%,总体上属于抑制侵蚀的正向活动。长江上游输 沙量呈阶段梯级变化, 根据流域侵蚀产沙人类活动影响指数的距平累积变化的突变特征将 1955～2009年划分为5个阶段并分析了每个阶段人类活动的主要特点及其对侵蚀产沙的影响。 其中, 20世纪80年代中期以前河流输沙量较大, 主要与“一五”、“大炼钢铁”、“三线建设”、 农村改革前期不稳定因素等密切相关, 而70年代河流输沙量较小是受当时大搞农田基本建设 和采取“挑沙面土”、“边沟背沟”等传统水土保持措施的影响, 80年代中期后河流输沙量明 显减少, 主要受社会经济稳定有序发展、水保工程的实施及大兴水库建设等影响。     

长江上游干流梯级水库群防洪库容互用性初探

根据《长江流域防洪规划》,长江上游已投入运行的、具有防洪功能的大型控制性水库总预留防洪库容超360亿m3,亟需研究科学实用的防洪调度方法。在定义防洪库容互用性涵义的基础上,探讨了长江上游水库群间防洪库容的互用性,提出了基于库容互用性的水库群防洪调度方法。以金沙江下游梯级和三峡水库为例,分析了二者之间防洪库容的互用比例。研究结果显示,对于1981年、1982年和1998年3个典型年的洪水,金沙江下游梯级水库相对于三峡水库防洪库容的互用比例在0.80~0.97之间,并受拦蓄洪量比例和拦蓄时机的影响。在实时防洪预报调度中,可根据水库群所处状态及防洪形势,基于防洪库容互用性研究成果,结合水文气象预报,科学有效地调度洪水。     

长江上游区域蒸发皿蒸发量变化及其对水分循环的影响

利用长江上游最近30年(66个测站)蒸发皿蒸发量和最近50年(90个测站)的7种气象要素,分析了蒸发皿蒸发量的区域变化趋势和影响蒸发皿蒸发量变化的因素;针对7个水文站的年径流量变化,探讨了蒸发皿蒸发量变化后对水分循环的影响.结果表明,长江上游蒸发皿蒸发量的变化可以划分为三个分区,研究区域东西两侧(青藏高原和大巴山一带)为显著减少区,分别命名为RⅠ和RⅡ,中间(云贵高原北部到黄土高原南缘以及由二者包围的四川盆地一带)为显著增大区,命名为RⅢ区.影响区域蒸发皿蒸发量变化的原因各有不同,青藏高原一带(RⅠ区)蒸发皿蒸发量减少的原因可归结于太阳辐射强度和风动力扰动减弱所致.大巴山一带(RⅡ区)减少原因是太阳辐射强度、风动力扰动强度、湿度条件都在显著下降所引起的.云贵高原到四川盆地一带(RⅢ区)蒸发皿蒸发量增加是环境气温强烈升高,导致其上空大气水汽含量显著减少,大气很干燥,引发蒸发过程加强所致.蒸发皿蒸发量发生变化的直接后果就是导致水分循环强弱发生变化,对于RⅠ区,尽管蒸发皿蒸发量减少,由于降水量和径流量增加的作用,这一区域的水分循环有所加强.在RⅡ区,降水量、径流量和蒸发量都在减少,因此RⅡ区水分循环显著减弱.在RⅢ区,降水量和径流量同时减少,而蒸发量增大,水量消耗增大,因此RⅢ区水分循环有减弱趋势.     

ENSO事件对长江上游1470-2003年旱涝灾害影响分析

对长江上游旱涝灾害时间序列(1470-2003年)及SST指数序列(1868-2003年)作统计相关与谱分析,探讨了长江上游旱涝灾害与ENSO事件的遥相关关系.结果表明:长江上游旱涝灾害主周期要大于ENSO事件的主周期,前者主周期主要为16.69a,5.09a以及10.47a,而后者主周期主要为5a,～10～12年以及～10a.交叉谱分析结果表明,长江上游旱涝灾害与SST在约5a以及约10～12a周期上呈现出显著的相关性.可以认为ENSO事件发生周期与生存周期的长短直接影响着长江上游旱涝灾害发生的周期与频率,并在5a以及10～12a的周期上表现出高的统计相关性.SST指数与长江上游旱涝灾害相关分析表明,ElNiño事件的发生使长江上游发生旱灾机率增大,而LaNiña事件的发生则使长江上游发生涝灾的机率增大.