西南河流源区径流量变化规律及其未来演变趋势

采用统计学方法及集合经验模态分解、小波分析、水文模型等多种方法,在对气象水文、湖泊岩芯、树木年轮、气候模式数据进行深入分析的基础上,研究了西南河流源区径流变化规律与历史丰枯规律及其驱动机制,分析了未来气候变化影响下的径流演变趋势。结果表明:三江源地区的径流近50 a整体表现为上升趋势,雅鲁藏布江流域除尼洋河外的其他区域年径流量整体呈不显著下降趋势,气候变化是导致三江源、雅鲁藏布江和怒江流域径流变化的主要原因,其中降水是引起径流变化最关键的因子;主要河流径流不同时间尺度的丰枯演变规律为,雅鲁藏布江中游全新世洪水事件呈现出早晚全新世频繁、中全新世相对较少的特征,近500 a怒江流域重建径流序列存在10个丰水期和10个枯水期,丰枯序列变化主要受季风环流和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)活动的影响;在未来15~60 a,全球持续增温将使西南河流源区平均年径流深相比近30 a增加6%~14%,而极端径流呈现出“干更干、湿更湿”的变化特征,同时生态因子对径流变化的影响不可忽视。

“西南河流源区径流变化和适应性利用”重大研究计划进展综述

西南河流源区是中国的水资源战略储备区,但其未来水资源演变趋势不明,为厘清气候变化下的径流变化规律以开展适应性利用,国家自然科学基金委于2015年启动了“西南河流源区径流变化和适应性利用”重大研究计划,本文对重大研究计划的总体情况和主要进展进行综述。重大研究计划实施以来取得了一系列研究成果:构建了西南河流源区天空地一体化监测体系,有效提升了西南河流源区的监测能力;创新了高原寒区径流水源组成的多元综合解析方法,揭示了高原寒区典型径流水源的形成机理及气候驱动下流域下垫面与水文系统的协同变化机理;创建了综合冰雪冻土寒区水文过程和示踪过程的分布式同位素水文模型,揭示了雅鲁藏布江径流变化的历史规律和未来趋势;提出了河流全物质通量概念,开展了大量取样检测,揭示了高原河流生源物质循环及生物响应规律,量化了澜沧江梯级水库运行的环境累积效应;发展了多目标互馈系统理论,从水量、水能、水质3个方面创新了梯级水库适应性利用技术,为西南水电消纳、澜沧江-湄公河水资源合作等国家重大需求提供了支撑。

西南河流源区数据管理与共享平台研究

西南河流源区是我国水资源和水能资源的重要储备,国家自然科学基金委员会设立的"西南河流源区径流变化和适应性利用重大研究计划"改善该地区基础数据资料匮乏状况。为发挥该重大研究计划延续性作用,亟需研发西南河流源区数据管理与共享平台。从数据管理与共享角度出发,梳理出多源异构数据集成、数据质量保障、数据全流程管理、数据共享、专题数据展示等功能需求,提出"数据存储-应用支撑-业务逻辑-应用视图"平台框架,实现西南河流源区多源异构数据的一致性存储、"数据上传-评审-下载-评价"全流程管理及专题数据二三维一体化可视化展示。以数据质量为主线,提出"规范元数据体系+数据评审"双重质量控制流程。结合繁杂的数据类型和日益增加的数据量对数据管理提出更高要求,探究未来数据平台改进方向与思路。该研究将为研发适用于西南河流源区数据管理与共享的平台奠定坚实基础。

西南河流源区归一化植被指数时空动态变化及其与气候因子的关系

为揭示气候变化对西南河流源区植被生态系统的影响,基于1982~2012年GIMMS NDVI(归一化植被指数)第三代数据及降雨、温度、潜在蒸散发等气象数据,运用趋势分析法和相关分析法,探讨归一化植被指数时空动态变化及其与气候因子的关系。结果表明,1982~2012年间,西南河流源区归一化植被指数总体呈不显著增加趋势,但存在显著的空间差异性,归一化植被指数增加的区域占研究区总面积的66.72%,归一化植被指数减少的区域占33.28%;研究区植被覆盖动态变化在流域尺度上呈显著的空间差异性;温度是影响西南河流源区归一化植被指数变化的最主要因素,降雨次之,潜在蒸散发和日照时数的影响较小。

基于多源产品的西南河流源区地表蒸散发时空特征

基于5个地面通量站点观测数据,对ET-EB、MOD16、GLEAM、Zhang-ET和GLDAS共5种地表温度蒸散发产品开展了验证工作,继而选取精度较好的产品,采用经验正交分解方法研究了西南河流源区2001—2013年地表蒸散发的时空变化特征。结果表明:5种产品中,GLEAM的精度较好,均方根误差为23.4 mm/月;西南河流源区的地表蒸散发夏季最高,冬季最低;从东南向西北,西南河流源区的地表蒸散发逐渐降低;2001—2013年,长江上游和黄河上游地表蒸散发均呈增加趋势,黄河上游上升幅度最大;整体上看,比湿与源区地表蒸散发的相关性最强,但不同流域地表蒸散发与气温、比湿和降水的相关性不同:怒江流域、澜沧江流域、长江上游和黄河上游春秋两季的地表蒸散发与比湿相关性较强,雅鲁藏布江流域、藏南诸河、青海湖水系春秋两季的地表蒸散发与气温的相关性较强;源区地表蒸散发随着高程的增加而降低,随着坡度的增加而增加,在坡向为东南和西北时,地表蒸散发较高。

西南河流源区1981~2020年间径流变化的南北差异及气候驱动机制

西南河流源区位于对气候变化极其敏感的青藏高原东南部,是中国及东南亚多个国家重要的水源地.本研究基于实测径流、再分析资料、遥感反演等多源数据,分析了过去40年(1981~2020年)西南河流源区径流变化的南北空间差异,并从大气环流和水汽含量变化两方面阐明其驱动机制.结果表明:(1)过去40年南部雅鲁藏布江和怒江源的径流突变发生于1997年,北部三江源(澜沧江、长江和黄河源)的径流突变发生于21世纪初期(2004~2007年);(2)降水是引起径流变化的主要气候因子,各流域的径流与降水的突变时间基本一致,且降水-径流相关性均高于0.8;(3)西风-季风环流改变引起青藏高原水汽输送和降水的空间变化,进一步导致源区径流的趋势在2000年左右发生反转,南部流域的径流先增后减,北部流域径流先减后增,空间上呈现南北对称变化的特征.大气环流影响下水汽含量的空间差异及降水变化,是过去40年间西南河流源区径流呈现南北分异的主要原因.