无定河流域土地覆被空间分异机制及相关水碳变量变化

无定河流域是黄土高原生态恢复工程实施的重点区,探究其土地覆被的空间分异机制及相关水碳变量的变化特征,对支撑区域水土资源保护与规划以及服务区域生态文明建设等工作具有重要作用。本文使用线性倾向法、Mann-Kendall趋势检验、Pettitt突变检验、地理探测器等方法分析无定河流域土地覆被时空变化特征及空间分异驱动因素,并从地-水-碳耦合的角度探析流域总初级生产力(GPP)、实际蒸散发(ET)和水分利用效率(WUE)等关键水碳变量的变化特征。研究表明:(1)1990—2019年期间,流域整体草地、林地、建设用地显著增加,耕地、荒地显著减少,其中林草面积增加区域主要集中在流域下游及无定河沿岸地区;(2)人口密度、降水、气温等对流域土地覆被空间格局具有重要影响,整体而言社会经济因素的影响大于自然因素,但以降水、气温为代表的自然因素的影响在增强;(3)流域水碳变量的变化与土地覆被变化具有较好的对应关系,空间上,以耕地、林地、草地为主要覆被的流域东南部的GPP、ET、WUE相对偏高,以草地、荒地为主要覆被的流域西北部的GPP、ET、WUE相对偏低,时间上,2001—2019年间,流域整体GPP、ET、WUE均呈增加趋势,其中GPP、WUE在流域绝大部分区域均显著增加,而ET主要在流域中下游地区显著增加。在退耕还林还草生态恢复工程的实施与气候变化背景下,无定河流域林草得到恢复,生态环境转好。

徐州市云龙湖富营养化评价与分析

徐州市云龙湖是典型的浅水性城市湖泊,由于城市人口增加,城市湖泊负荷过重,可能导致湖泊水体富营养化。对云龙湖分布于东、西两湖的4个采样点进行采样,利用综合营养状态指数法对叶绿素a、总氮、总磷等相关指标进行分析,得到近7年来两大不同功能区水体的营养化特征及变化规律。最后评价结果显示,云龙湖水体多年稳定地处于中、贫营养化状态。西湖富营养化程度比东湖高,夏季富营养程度高于冬季,说明不同的湖区功能和温度都会影响富营养化程度。笔者通过开展此项研究分析,掌握了云龙湖水体污染特征和变化规律,可为有关部门采取云龙湖治理措施提供依据。

基于水资源分区的黄河流域极端降水时空变化特征

探究和预估气候变化下黄河流域极端降水的变化特征,是科学认知黄河水情以及支撑流域防洪减灾工作的基础。本文基于全国水资源二级分区,综合采用“中国区域地面气象要素驱动数据集”和跨部门影响模型相互比较项目(ISIMIP)的降水数据,利用Mann-Kendall趋势检验、Sen’s斜率估计等方法分析了黄河流域及其8个二级水资源分区的6个极端降水指标在历史期(1979—2018年)和未来期(2021—2100年)的时空变化特性。研究表明:①空间上,历史期与未来不同情景下黄河流域极端降水指标值在整体上均呈现由西北至东南逐渐增大的变化特征,在河口镇至龙门(Ⅳ)、龙门至三门峡(Ⅴ)等分区内部还出现了极端降水高值中心,这些区域高值中心与历史洪水爆发区具有较好的空间对应关系;②时间上(历史期),多数水资源分区的极端降水指标主要呈上升趋势,且小时尺度极端降水增强是所有分区的统一特征;作为黄河干流洪水主要来源区的兰州以上(Ⅰ和Ⅱ)、河口镇至龙门(Ⅳ)、花园口以下(Ⅶ)分区的所有极端降水指标呈上升趋势;③时间上(未来期),在不同辐射强迫情景下,未来各水资源分区的极端降水指标值都呈增加趋势,且增加幅度和空间覆盖范围会随着辐射强迫的增大而增大,这将加剧黄河分区防洪形势,其中河口镇以上3个分区(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)和龙门至三门峡(Ⅴ)分区的极端降水增强幅度最为明显,是未来防洪重点区。本文结果可为黄河流域未来极端降水灾害风险评估、区域防洪风险分析及应对、雨洪水资源管理等提供参考。

雅鲁藏布江流域降水时空变化特征

雅鲁藏布江流域是全球气候变化的敏感区,该流域降水变化对青藏高原的水系统、生态系统和山地灾害系统的演变具有重要影响。本文通过流域水文分析,将雅鲁藏布江流域的三大水资源区细分为9个分区。基于雅鲁藏布江流域1979—2018年降水数据,综合分析了雅鲁藏布江流域及9个分区的年、干湿季、月降水量以及日、小时尺度极端降水的时空变化特征,探讨了降水和典型大尺度大气环流因子的相关性。结果表明:(1)1979—2018年间,在流域尺度上,各时间尺度降水整体上均呈上升趋势。其中,年降水量上升趋势最大,为2.5 mm·a^(-1);年、干湿季降水量以及典型小时尺度极端降水(Rx3hour、Rx12hour)均在95%信度水平下显著上升。在水资源分区尺度上,各分区不同时间尺度降水的变化趋势呈现更明显的非一致性,所有分区除小时尺度极端降水均呈上升趋势外,其余时间尺度降水的趋势变化方向各异。(2)雅鲁藏布江流域降水存在明显的空间分异性,且降水空间分异性会随着降水指标时间尺度的缩短而增强。各时间尺度降水整体上均呈现出自东部向西部逐渐减少的趋势,流域东南部(分区Ⅲ-2)始终是高值中心,流域中西部(分区Ⅰ-2、Ⅱ-1)存在区域性高值中心。(3)北半球副热带高压和北半球极涡对雅鲁藏布江流域降水变化具有显著影响。研究结果有助于掌握当地降水的多尺度变化特征,可为雅鲁藏布江流域和青藏高原地区的水循环研究、水资源开发利用和山洪灾害防治等提供科学基础。

尼洋河流域极端气候时空分布特征及其可能成因

探究全球变暖下的尼洋河流域极端气候变化特征及原因,对于科学支撑西藏地区的极端气候灾害防治和生态安全保障等具有重要意义。本文基于尼洋河流域1960—2019年逐日降水及气温数据,采用极端气候指标法、Sen’s斜率估计法、MK趋势及突变检验法、GIS空间分析法从降水、气温两个角度分析近60年尼洋河流域极端气候时空分布特征,并结合大气环流因子,使用地理探测器方法探讨时空分布特征的可能成因。结果表明:在时间上,尼洋河流域极端气候整体呈现暖湿化的变化趋势。极端降水的降水量、降水强度、降水日数均呈现增加趋势,极端气温的高温极值、低温极值均呈现增大趋势,低温日数呈现减少趋势。在空间上,尼洋河流域极端气候变化存在明显的空间分异性。极端降水整体自东向西逐渐减少、极端气温整体自东南向西北逐渐降低。尼洋河河道作为水汽通道,有一定的增温、保温作用,各极端气候指标沿着河道呈现出连续的极值点。副热带高压、青藏高压对尼洋河流域暖湿化的变化起到了正向增强作用,极涡、北大西洋涛动则相反。以坡度为代表的地形因子、以NDVI为代表的下垫面因子分别是影响极端降水、极端气温空间分布的最主要的环境因子,高程对极端降水、气温的空间分布均起到了重要的作用。