黄河源生态环境变化与成因分析

以７０年代、８０年代和９０年代３个时期的卫星影像资料为基础,结合野外调查,对７０年代以来黄河源区生态环境演变过程及趋势进行了对比分析,并依据时期的气候变化、人为活动强度分析,对该区域生态环境变化的产生原因进行探讨,研究结果表明,与７０年代相比,８０年代和９０年代以高寒沼泽草甸、高寒草罗和高山草原化草甸为代表的主要生态体系均呈明显退化,尤其９０年代中期以来,高寒草原与高寒草甸植被退化剧烈,荒漠化发展     

黄河源区冻结层上水地质环境影响研究

黄河源区地处青藏高原中南部，海拔高度在4100m以上，属中纬度高山多年冻土带，该冻土带内形成了一种特殊的冻结水环境。多年冻土通过季节融化带与大气系统、植被系统、地表水系统进行水、热交换，冻结层上水则是交换中的重要纽带。冻结层上水分布在冻土表层，是冻土区主要的潜水含水层之一，其空间分布直接控制着包气带含水量的变化和地表植被类型分带。2000～2001年，作者两次对黄河源区冻结层上水及其地质环境进行了专题研究，结果表明，水文地质结构、地表水位的变化以及过度放牧和开采沙金等人为作用均会对冻结层上水的空间分布产生影响，这些作用不仅影响着冻土类型的转化，而且还会由此引发一系列的生态问题，使原本十分脆弱的生态环境出现恶化。     

黄河源区新构造运动对生态环境恶化的影响

基于黄河源区1：25万生态环境地质调查新获得的大量实际资料,通过分析和研究发现,黄河源区早更新世一中更新世处于走滑伸展的大陆动力学背景,在整体隆升中,形成断块山与拉分盆地,湖泊广布;晚更新世,大陆动力学机制过渡为挤压收缩,在整体抬升中,断块山显著崛起,湖盆萎缩、变形;全新世,大陆动力学环境反转为走滑挤压,持续隆升,黄河扩展源头到达本区,扎陵湖、鄂陵湖外泄,闭流盆地水环境转向开放。近代,特别是20世纪70年代以来,新构造活化与寒冻风化岩屑坡扩大、沙质荒漠化蔓延、湖泊和沼泽湿地萎缩、区域地下水位下降、源区黄河频繁断流、生态环境日益恶化响应关系密切。因此,新构造运动在黄河源区生态环境恶化中起主导作用,而其他因素则起到促进与加速的作用。     

黄河源区河流阶地特征及源区黄河的形成

提要：本文通过对黄河源区河流阶地的系统测量和研究,认为黄河源区黄河阶地主要由堆积阶地组成,少量侵蚀阶地,阶地拔河高度低,阶面比较开阔平坦。黄河自源头至入扎陵湖段仅发育一级河流阶地,从鄂陵湖出水口至黄河乡段发育两级河流阶地,从黄河乡以下至久治县东段发育三级河流阶地。结合ESR测年结果,黄河源区河流阶地形成的时间主要为中更新世晚期—全新世,T1河流阶地的形成时代约为1万年;T2河流阶地的形成时代为5.8～1.9万年;T3河流阶地的形成时代为16.1～2.5万年。河流阶地研究表明,黄河在源区形成较晚,可能为晚更新世晚期。     

气候变暖对黄河源区生态环境的影响

黄河源区位于多年冻土区,严酷寒冷的气候条件和冻土共同构建成一种特殊的冻结水环境,使地下水类型和水文地质结构均发生变化,与非冻土区有显著的差别,形成特殊的水文地质区。近几十年来,由于全球性气候温变暖,出现大面积冻土退化,以及过度放牧、鼠害加剧等原因,造成草场退化,沙漠化趋势日渐明显,严重地冲击着黄河河源区的水源养涵功能,导致黄河在源头段多次出现断流。通过水平衡计算,探讨了气候变暖对黄河源区多年冻土退化的影响,并阐述了冻结层上水环境变化和人类活动对生态环境的影响。     

黄河源区生态环境恶化的地质原因及发展演化趋势

黄河源区生态环境恶化的地质原因之一是现代地质作用增强．形成了以荒漠化为主的草地资源退化与下垫面改变．地区水一气一热平衡破坏;二是因冻土退化、萎缩．引起水环境变异．导致多层面与综合成因的生态环境恶化;三是人为及鼠类活动对源区生态环境恶化起着推波助澜的作用。     

黄河源区水环境变化及其生态环境地质效应

为揭示黄河源区生态环境恶化的地质原因,本文依据野外调查资料,通过综合分析,认为水环境变异是源区生态环境恶化的主要原因,人类工程经济活动为次要原因.提出的"控制水文网下蚀,提高侵蚀基准面,遏制冻结层上水水位下降,恢复湿地、植被"的生态地质环境治理及保护措施具一定的应用价值.     

黄河源区多年冻土退化及其环境反映

基于黄河源区多年冻土退化引起的生态环境地质问题与效应的实际资料, 明确了多年冻土的生态环境功能和多年冻土退化引起的危害. 提出多年冻土退化使赋存于高寒草地和维系高寒草地生长发育的多年冻土表部的冻结层地下水水位持续下降或消失, 从而引发和加剧了高寒草地的"三化"(草地退化、沙漠化和盐渍化)和水环境变异, 是导致黄河源区占主导地位的高寒草甸失水向沙漠化草地和"黑土滩"型次生裸地退化的主要地质原因.     

黄河源区地下水位下降对生态环境的影响

黄河源区1:250000区域环境地质调查资料与以往资料的对比表明,黄河源区区域地下水位近几十年来呈现明显的下降趋势,主要表现在:地下水露头泉口下移,河谷区民井地下水位下降及山前冲洪积扇前缘泄出带下移.多年冻土的退化直接导致了冷生隔水层的下移,从而引起区域地下水位的下降.区域地下水位的下降导致生态水位下降,包气带土壤层的含水量减少,使该区出现植被草场退化、生物多样性减少、沼泽湿地萎缩、鼠害猖獗、荒漠化加剧及黄河断流等生态环境问题.     

黄河源区水文预报的关键科学问题

黄河源区水文预报对龙羊峡、刘家峡等黄河上游梯级水库群的洪水资源化调度乃至整个黄河流域的水旱灾害防御都起着举足轻重的作用。然而,由于降水的地面观测严重匮乏、且缺少适用于高寒山区的专用水文模型,源区水文预报成为长期困扰黄河洪水/径流业务预报的难题。在回顾国内外相关研究的基础上,从高海拔缺资料地区的降水观测与降水预报、寒区水文模型构建与气象水文耦合系统集成、高原降水发生的气象成因与形成机制3个方面,评价了黄河源区水文预报的当前现状与技术水平,提出了黄河源区水文预报面临的关键科学问题;指出新一代多源降水信息融合与同化、高寒区特殊产汇流模型构建、无缝隙气象水文集合预报、强降水与连阴雨的多影响天气系统解析等,是当前黄河源区水文预报的研究重点与发展方向。     

气候变化对黄河源区水资源的影响

利用气候模型结果和大尺度分布式水文模型评估黄河源区未来的水资源.根据IPCC DDC的13个系列的GCMs成果,结合黄河源区的实测气象资料,分析了该地区气候在未来100 a内的可能变化;建立了考虑融雪和冻土影响的分布式水文模型,经验证该模型能够适用于黄河源区.计算出了相应的径流情景,分析了黄河源区水量尤其是水资源特性(径流的年内、年际分布)的可能变化;对南水北调西线工程的需水量进行了简单评估.     

黄河源区冻土对植被的影响

黄河源区由于近年来气候变化的影响,打破了高寒植被与冻土环境之间稳定的适应性关系,由此引发了一系列生态环境退化的现象.在黄河源区多年野外工作的基础上,定量分析了冻土与植被之间的关系.研究表明:多年冻土埋深通过影响浅层土壤含水量影响植被生长的,多年冻土的埋深与浅层土壤含水率和植被的覆盖率具有良好的相关性规律.冻土埋深<2 m时,冻土埋深决定浅层土壤含水率,成为影响植被的生长主要因素;埋深>2 m时,冻结层上水水位低、补给量少,冻结层上水水量小,毛细上升高度不能达到植被根系分布的浅层土壤中,植被生长环境干旱化,多数植被生长受限制,这时只有少量根系发达的耐旱植被存活,覆盖率小,一般不超过35%.因此,2 m的多年冻土埋深为“生态冻土埋深”.近20 a来,黄河源区地温长期处于增温状态,多年冻土出现表层融化,形成深埋的或少冰的冻土等现象;部分地带完全融化消失,连续多年冻土变成不连续冻土或岛状冻土.多年冻土退化后,土壤含水量减少,导致植被物种更替、“黑土滩”等退化现象.     

40a来江河源区的气候变化特征及其生态环境效应

通过江河源区分布的5个气象台站有关气温与降水的多年数据，分析了近40a来江河源区的气候变化特征，结果表明，近40a来江河源区气候变化的总趋势是气温升高，降水量增加，但降水量的增加主要体现在春季降水和近15a来冬季降水的明显增加上，对植被生长起重要作用的夏季降水量却呈明显减少趋势；江河源区20世纪80年代10a平均气温比50年代高0.12～0.9℃，大部分地区高于0.3℃，属于青藏高原高温区或升温幅度最大的地区之一，平均升温0.44℃，明显比全国平均升温0.2℃要高出一倍，在这种背景下，与植被生长关系密切的4、5月和9月气温呈现持续下降态势，江河源区脆弱的生态环境体系对气候的这种变化响应强烈，冰川退缩，多年冻土消融加剧，导致大范围高寒草甸与草原被植退化。     

黄河源区气候向暖湿转变的观测事实及其水文响应

基于黄河河源区干流各水文站和有关气象站、雨量站的气温、降水与径流观测资料, 分析了该区域的气候变化特征与趋势及其水文响应. 结果表明: 在全球变暖的大背景下, 自20世纪80年代后期开始西北地区西部新疆、甘肃河西走廊西部等地降水量显著增加、气候明显由"暖干"转向"暖湿"后, 到21世纪初的年代中期后黄河源区降水量亦出现明显的增长, 气候明显转向暖湿. 最新的观测数据显示, 2005年以来河源区平均年降水量已连续多年超过多年均值进入一个多雨期, 河源区各断面来水量也于2008年后连续多年超过多年均值, 进入一个连续丰水段, 并于2012年达到了自1989年以后20余年来的最大值. 这种变化的前景如何, 目前尚不能确定, 尚需对未来河源区气候在时间与空间上变化的速度和程度进一步观察和分析. 根据对与该区域气候关系密切的东亚季风活动的研究成果以及对河源区气候与径流变化的观测事实及趋势推测, 未来黄河源区气候向暖湿的转化在时间尺度上年代际的可能性较大.     

黄河源区地表湿润指数及与气象因素的敏感性分析

应用Penman-Monteith模型计算了黄河源区地表潜在蒸散,分析了区域1961-2009年49 a来地表湿润指数的变化特征和趋势,并进行影响地表湿润指数的气象因素敏感性分析.结果表明:49 a来黄河源区年地表湿润指数呈减小趋势,其中20世纪60年代相对湿冷,70年代半湿冷,80年代为弱暖湿型,90年代暖干化明显.但进入21世纪初,特别是2003年以来,黄河源区降水增多,湿润指数上升,表现为暖湿型的气候特征.不同季节湿润指数变化略有不同,比较而言,49 a来地表湿润指数在冬春季呈增加趋势,夏秋季呈减小.湿润指数对降水量、日照时数和相对湿度的响应最为敏感.     

长江-黄河源寒区径流时空变化特征对比

长江源区比黄河源区寒冷而干燥, 年径流量仅为黄河源区的60%, 径流年内分配较黄河源区均匀性差, 丰水年与枯水年比例基本相当, 而黄河源区枯水年占较大优势. 近40 a来长江源区径流量总体上呈明显的递减趋势, 黄河源区径流量则呈现略微增长趋势. 长江源区径流量以8～9 a的周期变化较为显著, 黄河源区径流量则以7～8 a周期比较显著. 对寒区径流变化的主要影响因子分析表明, 长江源区温度因子对径流年际变化影响大于黄河源区, 而降水因子影响相对较小, 长江源区寒区水文环境对径流影响较大是造成长江、黄河源区径流差异形成的主要原因.     

基于GRACE重力卫星数据的黄河源区实际蒸发量估算

利用GRACE卫星数据反演得到黄河源区唐乃亥流域2003-2008年流域水储量变化, 结合同时间段黄河源区降雨及径流资料, 根据水量平衡方程, 估算流域逐月实际蒸发量. 结果表明: 估算的结果与20 cm蒸发皿观测值和SiB2模型模拟的结果具有较好的一致性和相关性. 黄河源区2003-2008年年平均实际蒸发量约为506.4 mm, 其中, 春季(3-5月)为130.9 mm, 约占全年的25.8%; 夏季(6-8月)为275.2 mm, 约占全年的54.3%; 秋季(9-11月) 为74.3 mm, 约占全年的14.7%; 冬季(12月至翌年2月)为26.2 mm, 约占全年的5.2%. 2003-2008年源区降水基本保持不变, 蒸发呈减少趋势, 径流略有增加, 径流峰值期提前, 黄河源区水储量增加速率为0.51 mm·month^-1, 相当于82.6×10⁴ m³·a^-1, 总增加水量约496.6×10⁴ m³. 降水平均增加速率为0.019 mm·month^-1, 水储量增加速率为0.51 mm·month^-1, 而蒸发的下降速率为0.52 mm·month^-1, 径流的增加速率为0.034 mm·month^-1. 因此, 在降水量变化不大的情况下, 蒸发的下降和冻土消融导致水储量的增加明显, 这也是引起地表径流增加的原因.