黄河源区径流量与区域气候变化的多时间尺度相关

采用交叉小波变换方法,分析了黄河源区实测径流量与区域降水量、蒸发量以及最高、最低气温之间的时频域统计特征,讨论了黄河源区径流与区域气候变化之间的多时间尺度相关.结果表明,黄河源区径流和区域气候变化具有多时间尺度结构,两者都存在准2a、4a、6～8a、12～14a和20a以上尺度的显著变化周期,不同尺度周期振荡能量的强弱和时域分布的位相差异是两者相关不稳定和存在时延相关的重要原因.径流与区域降水量之间正相关振荡的凝聚性最强,区域降水量对径流变化起主控作用,前期降水异常对后期径流变化具有持续性影响.径流变化与区域蒸发量存在显著负相关振荡,年际尺度相关存在不稳定和时延现象.年代际尺度上径流与最高气温的负相关比其与最低气温的正相关凝聚性更强,最高气温升高对增大流域蒸发量导致径流补给的减少作用大于最低气温升高引起冰雪融水补给的增大作用;两者年际尺度相关不稳定,径流对气温变化的响应时间不同.分析认为,区域降水量是黄河源区径流变化的主导因子,最高气温是重要因子;在区域降水量逐年减小的背景下,气温升高进一步加剧了径流量的减小.区域蒸发量和最低气温变化对径流量也有不同程度的影响,气候因子的综合作用是黄河源区径流变化的根本原因.     

黄河源区地表水资源变化及其影响因子

利用1955~2005 年黄河源区玛多气象站和黄河沿水文站气象、水文资料, 分析了该区域地表水资源、气候及冻土演变规律, 揭示了地表水资源变化的成因。研究表明: 近51 年黄河源流量丰枯转化频繁, 但在总体上特别是进入20 世纪90 年代以来黄河源流量呈减少趋势, 流量年内分配表现为单峰型; 降水量对流量有着较为显著的影响, 且具有一定的持续性; 黄河源区气温的显著升高对于加大流域蒸发量导致流量补给的减少作用要大于其升高致使冰雪融水的补给作用, 其中春季气温回升的这一效应更为显著; 黄河源区冻土呈现出显著的退化趋势, 冻土厚度与流量总体上呈显著的正相关关系, 其不断减小削弱了自身天然隔水层的作用; 黄河源区蒸发量呈现出显著的增大趋势, 并导致流量的减少; 气候变化导致流量的减少量占总减少量的70%, 其余30%可能是由人类活动加剧造成的, 气候及冻土因子对流量的作用大小依次为冻土、降水、蒸发和气温, 显然多年冻土对于黄河源区地表水资源的形成和发育有着至关重要的作用。     

黄河源区水资源变化及其影响因子

Taking the source region of the Yellow River as a study area and based on the data from Madoi Meteorological Station and Huangheyan Hydrological Station covering the period 1955-2005, this paper analyses the changing trends of surface water resources, climate and frozen ground and reveals their causes. Results show that there exist frequent fluctuations from high to low water flow in the 51-year period. In general, the discharge has shown a de- clining trend in the 51 years especially since the 1990s. The annual distribution shows one peak which, year on year is getting smaller. （1） Precipitation has a significant and sustained influence on discharge. （2） A sharp rise of temperature resulted in the increase of evaporation and the decrease of discharge, which has a greater effect than on ice-snow melting. （3） Frozen ground tends to be degraded markedly. There is a significant positive correlation be- tween the permafrost thickness and the discharge. （4） Evaporation rates are significantly increasing, leading to the decrease of discharge. 70% of the discharge reduction resulted from climate change, and the remaining 30% may have been caused by human activities.     

近30年来长江源区与黄河源区土地覆被及其变化对比分析

基于20 世纪70 年代中后期、90 年代初期、2004 年和2012年共4 期土地覆被数据,利用转移矩阵、土地覆被状况指数和土地覆被转类指数,对比分析了长江源区和黄河源区近30 a来土地覆被与生态状况的变化特征。结果表明：2012年草地是两源区最主要的土地覆被类型,但黄河源区的草地面积占比比长江源区高17%,同时,长江源区存在永久冰川雪地及荒漠,黄河源区没有;从土地覆被状况来看,过去30 a黄河源区优于长江源区,长江源区土地覆被状况指数平均为16.82%,黄河源区为38.84%;从土地覆被转类来看,过去30 a长江源区土地覆被总体变好,黄河源区则总体变差,在20世纪70年代中后期至90年代初、20世纪90年代初至2004年和2004~2012年3时段内,长江源区土地覆被经历了变差-好转-持续好转的变化过程,而黄河源区则是变差-显著变差-略有好转,且黄河源区土地覆被状况的变化程度较长江源区更为剧烈;长江源区因分布有大量的冰川、冻土,自20世纪90年代气温升高开始,冰川冻土融化,导致水体与沼泽面积扩张,后期叠加生态工程的积极影响,使得其土地覆被状况持续好转,黄河源区则因2004 年以来暖湿的气候状况及生态保护工程的实施,使得土地覆被退化趋势得到遏制并逐渐呈现转好态势。     

黄河源区土地利用/覆被变化及其生态环境效应

应用1989年TM影像和2005年ETM+影像提取黄河源区两期土地利用/覆被数据,并利用GIS的空间叠加分析对两期土地利用图进行土地利用动态信息的提取。在建立黄河源区土地利用数据库的基础上,采用生态环境质量指数模型建立各土地利用类型与生态环境质量之间的数量关系,定量的分析土地利用变化对生态环境质量的影响。结果表明:①黄河源区1989-2005年间,土地利用变化缓慢而匀速,存在着生态环境的恶化和改善两种相反的趋势。在大尺度范围内,生态环境质量相对稳定,有轻微的恶化,但是在研究区局部范围内,生态环境质量变化显著;②植被是影响黄河源区生态环境质量的主要因素,其中草地对环境质量的影响处于主导地位;③利用生态环境质量指数模型不仅可以从整体上了解研究区生态环境质量,也可以发现影响区域环境质量的主要驱动力。     

过去30年气候变化对黄河源区水源涵养量的影响

黄河源区高寒生态系统具有重要的水源涵养功能。基于改进的LPJ动态植被模型,模拟研究1981-2010年中国黄河源区水源涵养量的时空变化特征,进一步探讨气候要素变化的影响。结果表明：近30年来黄河源区水源涵养量整体略呈减少趋势,减少速率为-1.15 mm/a,区域差异特征体现为大部分地区以减少趋势为主,特别是黄河源区东南部。过去30年黄河源区降水量以及大气水分需求能力的变化是影响生态系统水源涵养量增减的主要气候因素。随着干湿条件不同,两者影响程度各异,降水减少和潜在蒸散增加共同导致黄河源区东南部半湿润地区水源涵养量减少,而降水增加则是北部半干旱地区水源涵养量增加的主要原因。     

黄河源区鄂陵湖现代湖盆形态研究

鄂陵湖是黄河源区最大的淡水湖。通过基于GPS-RTK的技术定位以及测深仪的水下地形测量,结合相关历史资料和遥感数据分析,应用湖沼学理论,对鄂陵湖的湖盆形态进行定量化研究。结果发现鄂陵湖最大水深33.2 m,平均水深15.55 m,湖长37.49 km,湖面最大宽度32.3 km;平均宽度16.76 km,岸线长226.3 km,湖面面积628.47 km²,湖泊容积97.76×10⁸m³,湖盆形态为接近抛物线体形式的构造断陷湖,而不具备第四纪冰川侵蚀湖盆的地貌特征。研究结果可以对黄河源区的生态环境变化和黄河源区的水量管理提供基础信息。     

黄河源区径流对气候变化的响应及未来趋势预测

利用1956-2010 年黄河源区流域水文、气象观测数据和2010-2030 年区域气候模式系统PRECIS输出数据降尺度生成的未来气候情景资料,通过分析流量的演变规律和揭示气候归因,预测了未来流量可能的演变趋势。研究表明：近55 年来黄河源区年平均流量总体呈减少趋势,并具有5a、8a、15a、22a 和42a 的准周期变化;南海夏季风减弱引起流域降水量的减少与全球变暖背景下蒸发量的增大和冻土的退化是导致黄河源区流量减少的气候归因;根据区域气候模式系统PRECIS预测结果,未来20 年黄河源区流量变化趋势可能仍以减少为主。     

黄河源区1975—2005年沙漠化时空演变及其成因分析

结合遥感(RS)与地理信息系统(GIS)技术,对黄河源区1975年和2005年沙漠化状况进行了监测。研究发现,黄河源区有大面积的沙漠化土地分布,且比较集中,主要集中在源区西部、北部和东部。30 a间,沙漠化土地面积明显增加,沙漠化土地面积从1975年的19 297.34 km2增加到2005年的22 042.32 km2,增加了2 744.97 km2,即从占整个源区面积的14.68％增加到16.77％。各类沙漠化土地面积均呈增加趋势,极重度、重度、中度、轻度和潜在沙漠化土地面积分别增加了233.27 km2、987.93 km2、336.28 km2、544.8 km2和642.7 km2。在2005年,黄河源区有3 075.57 km2的沙漠化土地是由1975年的非沙漠化土地转化而来的,占沙漠化发展面积的57.28％,另外42.72％的沙漠化发展土地是由1975年较低沙漠化程度向较高程度发展所致。气候变化和不合理的人类活动共同作用导致了黄河源区沙漠化的快速发展,其中,气温升高是自然因素中的主要因素,过度放牧是人为因素中的主要因素。     

黄河源区基流估算

河川基流在水安全、粮食安全、非点源污染评价、水资源评价和调查、水资源配置、工农业供水和降雨-径流关系模拟中有着重要的应用。黄河源区(唐乃亥水文站以上区域)的产水量占黄河流域的35%以上,是黄河流域的重要产水区,对黄河源区基流的估算就显得尤为重要。根据研究区域的气候特征,对加里宁法在本区域的应用提出了改进,并提出了新的计算程序。在此基础上,和电子滤波法进行了对比分析。结果表明,电子滤波法非常敏感,滤波参数β控制了基流在总径流中的比例,β与基流成负相关关系,对于不同的来水年份,其敏感性分析图形的形态都很相似;改进的加里宁法基流划分过程强烈地依赖于日过程线的起伏情况,基流一般随着退水系数的增加而增大,加里宁法分割的基流对于参数的变化并不敏感。     

长江源区地表水资源对气候变化的响应及趋势预测

利用1961-2011 年长江源区流域水文、气象观测数据和国家气候中心2009 年11 月发布的中国地区气候变化预估数据集(2.0 版本), 通过分析长江源区流量的演变规律和揭示气候归因, 预测了未来流量可能的演变趋势。研究表明:近51 年来长江源区地表水资源总体呈增加趋势, 特别是2004 年后增加趋势显著, 并具有9a、22a 的准周期;青藏高原加热场增强, 高原季风进入强盛期, 流域降水量显著增加, 加之气候变化导致冰川融水增多, 是引起长江源区地表水资源增加的主要气候归因;根据全球气候模式预测, 在SRESA1B气候变化情景下, 未来20年长江源区地表水资源仍有可能以增加为主。     

气候变化对黄河上游天然径流量影响分析

根据黄河上游兰州以上地区1959-2002年历年逐月气温、降水量资料,统计分析了近44年区域气候变化的基本特点,同时通过对各站气温、降水量与兰州站年天然径流量相关系数的计算,选取代表站及典型时段,建立天然径流量计算公式,并计算分析了天然径流量对气候变化的敏感性及气候变化对径流的影响程度。结果表明：(1)年径流量随降水的递增而加大,随气温的升高而减小;(2)径流量对降水变化的响应较其对气温变化的响应更显著;(3)20世纪90年代以来,气候变化对天然年径流量的影响较显著,其影响幅度达13．2％。     

黄河源区牧民观念更新的生计促进效应

以黄河源区为案例,选择人均纯收入、人均GDP、人均牛羊肉产量、人均奶产量作为刻画牧民生计的关键指标;选择载畜量(反映财富观念),牲畜出栏率、牲畜商品率(反映商品观念),适龄母畜比、成畜损亡率(反映科技观念)来刻画牧民思想观念,以此构建牧民生计和观念的关联模型.研究结果表明:1.牧民生计与牧民观念之间存在较为显著的非线性函数关系;2.从指标层次看,牲畜出栏率、牲畜商品率对牧民人均纯收入、人均肉产量均产生最强的增效作用;适龄母畜比例对人均GDP的作用效率最大;相反,载畜量对牧民人均纯收入具有最强的减效作用;3.牧民观念直接制约着牧民的生计水平.对此,从政策维度看,加强牧民思想意识的宣传教育,进一步强化技能培训,提高素质,革新传统的财富观念(崇尚牲畜拥有量越多越富)、破除陈旧的商品观念(抵制牲畜出栏和商品化)、树立先进的管理观念(着力结构调整和抗灾能力),对牧区持续发展具有迫切性,对牧民生计改进具有现实性.     

Influencing factors of water resources in the source region of the Yellow River

Taking the source region of the Yellow River as a study area and based on the data from Madoi Meteorological Station and Huangheyan Hydrological Station covering the period 1955–2005, this paper analyses the changing trends of surface water resources, climate and frozen ground and reveals their causes. Results show that there exist frequent fluctuations from high to low water flow in the 51-year period. In general, the discharge has shown a de-clining trend in the 51 years especially since the 1990s. The annual distribution shows one peak which, year on year is getting smaller. (1) Precipitation has a significant and sustained influence on discharge. (2) A sharp rise of temperature resulted in the increase of evaporation and the decrease of discharge, which has a greater effect than on ice-snow melting. (3) Frozen ground tends to be degraded markedly. There is a significant positive correlation be-tween the permafrost thickness and the discharge. (4) Evaporation rates are significantly increasing, leading to the decrease of discharge. 70% of the discharge reduction resulted from climate change, and the remaining 30% may have been caused by human activities.