乌鲁木齐河源区水体和大气气溶胶化学成分研究

对天山乌鲁木齐河源区采集的大气气溶胶、大气降水、积雪和径流样品中的主要离子 (Cl-,NO-3 ,SO2 -4 ,Ca2 + ,Mg2 + ,Na+ ,K+ ,NH+ 4,其中降水中未测定NH+ 4)的测定结果进行分析和讨论 .结果表明 ,所测阳离子当量浓度总和为所测阴离子当量浓度总和的 2～ 8倍 ,认为缺失阴离子主要为HCO-3 ,因此 ,HCO-3 ,Ca2 + 是各种水体及气溶胶的主导阴、阳离子 .在采样时段各种水体中的离子浓度顺序为乌鲁木齐河源 1号冰川径流 >总控径流 >空冰斗径流 >降水 >积雪 ,积雪和降水样品的pH值接近中性 ,径流样品明显偏碱性 .通过比较不同水体中的离子浓度 ,了解到干、湿沉积。

SRM融雪径流模型在乌鲁木齐河源区的应用研究

乌鲁木齐河源区发育现代冰川7条,冰川面积5.6 km2,并有大范围的积雪,冰雪消融期融雪径流对乌鲁木齐河贡献显著。应用SRM(snowmelt runoff model)融雪径流模型来探讨乌鲁木齐河源区融雪期径流情况,利用度日方法,由流域本身特征及参变量获取方法的深入分析来率定模型参数,应用模拟指标Nash-Sutcliffe系数R2=0.702和积差Dv=6.81%来评价模型表现,研究发现:(1)气温、降水作为该模型的直接驱动变量对模型的模拟较为敏感。尝试对乌乌鲁木齐河源区的气温、降水数据进行IDW插值并进行修正,使得模型模拟精度提高,对模型变量的输入精度问题上提供了新的思路;(2)不同高度带上积雪的度日因子并不是稳定的,而度日因子的选取与调整对模型也非常重要;(3)模型本身的局限性也导致模拟精度的降低。结果表明SRM模型可在乌鲁木齐河流域推广应用,这必将对认识和利用乌鲁木齐河流域冰雪水资源具有重要意义。

乌鲁木齐河源区植被及表土花粉

乌鲁木齐河源区植被有高山草甸和高山垫状植被两个垂直带。主要植物群系包括苔草草甸、嵩草草甸、高山莓群系、高山红景天群系、柔籽草群系等,有17类植物群落。区内表土花粉组合较好地反映了高山草甸和高山垫状植被两个垂直带,但难以准确反映不同植物群系间的区别。云杉属、麻黄属、蒿属、藜科花粉在此区明显是超代表性花粉,而多数建群草本植物花粉R值远小于1,是低代表性花粉。

基于大气沉降与径流的乌鲁木齐河源区氮素收支模拟

选取天山乌鲁木齐河源区作为自然状态下内陆河源区的代表,将区域氮循环简化为大气沉降输入与径流输出,模拟了该区域内的氮素收支状况,得出结论:(1)乌鲁木齐河源区(总控制水文点以上区域)的年均氮素干湿沉降量为17.0 t/a,且以有机氮为主,其次为铵态氮与硝态氮;年均氮素沉降通量为5.92 kg·hm-2·a-1,明显小于下游受人类活动影响更为强烈的地区。(2)河源区氮素的径流输出主要包括大气沉降直接随径流流失、冰川融水流失与泥沙输移流失等,在总控制水文点以上区域以泥沙输移为主,其次为大气沉降直接随径流流失,冰川融水携带氮量相对较少。(3)河源区氮素的输入量普遍小于输出量,该区域表现为一个氮源;在仅计算大气沉降与径流的情况下,总控制水文点以上区域的年均氮素净通量为-2.64 kg·hm-2·a-1,若将生物固氮与反硝化作用纳入考虑则氮源效应更加显著。

乌鲁木齐河源区大气降水的化学特征

根据乌鲁木齐河源区一个完整年周期的大气降水样品 ,初步探讨了该研究区域的降水化学特征 .结果表明 ,在所有被测离子中 ,阳离子成分以Ca2 +为主 ,阴离子成分以SO2 -4 为主 .Ca2 +、Mg2 +、Na+、K+、SO2 -4 、NO-3 和Cl-的浓度范围分别为 0 12 6 3μg·g-1、0 2 0 6 μg·g-1、0 0 35 5 6 μg·g-1、0 5 5 7μg·g-1、0 1940 46 μg·g-1、0 11 5 8μg·g-1和 0 2 4 43μg·g-1.通过相关分析和经验正交函数分析 ,确定降水化学成分主要来源于区域性粉尘物质、局地来源物质、人类活动产生的酸性成分以及海洋或周围盐湖来源物质等 .虽然区域性粉尘物质对降水化学特征的影响居于主导地位 ,但降水中的Ca2 +受局地来源物质的影响较大 ,NO-3 为主要的污染物 ,并在相当大程度上控制降水的酸碱性 .

乌鲁木齐河源区12种藓类植物叶尖的微形态结构

对乌鲁木齐河源区生长的12种藓类植物叶尖的顶端细胞,以及与其相邻的其他叶尖细胞表面的小孔、乳突、角质层纹饰等微结构,进行光学显微镜和扫描电镜观察,为高山冻原区苔藓植物的结构、分类及生理生态学研究提供理论依据。结果表明:大多数藓类植物叶尖的顶端细胞透明,但形态各异,细胞比叶片细胞长,干时细胞壁有的收缩凹陷,有的并不收缩,细胞壁表面有不规则细纹及细小的颗粒;叶尖在干时边缘内卷或拧卷、细胞壁厚、表面有较多的小孔,这些特征有利于水分的吸收及抵御长期寒冷、反射太阳辐射对其伤害而适应环境所形成的生存策略。叶尖的类型对苔藓植物科、属级的分类意义不大,但其微形态如叶尖顶端细胞及其他细胞的形状、数目、细胞壁的凹陷程度以及其上角质层纹饰、乳突、粗疣及小孔等微形态结构特征,在同属的不同种之间存在明显差异,具有一定的分类学价值。

天山乌鲁木齐河源区高山带植被及其生物多样性初步研究

本文以天山乌鲁木齐河源区为研究范围 ,对其植物种类组成、植被类型、物种的多样性等进行了初步探讨。结果表明 ,该区域共有高等植物 17科 4 1属 5 7种其中以禾本科 (8种 )、菊科 (7种 )、毛茛科 (7种 )、莎草科 (5种 )和十字花科 (5种 )占优势。该区域植被包含了两个垂直带 :高山草甸和高山垫状植被 ,另外在高山流石滩上也出现了处于演替早期阶段的高山植物群聚。根据中国植被的植被分类原则 ,共划分出了苔草群系 (Form .Carexsp)、嵩草群系 (Form .Kobresiasp .)、高山莓群系 (Form .Sibbaldiatetrandra )、高山红景天群系 (Form .Rhodiolacoccinea )、柔子草群系 (Form .Thylacospermumcaespitosum )等 5个群系 18类植物群落。利用Simpson指数和Shannon -Wiener指数所作的生物多样性分析表明 ,高山流石滩植被的多样性最低 ,而以垫状植被的生物多样性最高 ;同时 ,在研究区30 0m的海拔高程范围内 ,其多样性指数呈现出随海拔高度增加而递减的变化趋势。

天山乌鲁木齐河源区夏季径流量与0℃层高度的关系

采用1985年-2006年夏季天山乌鲁木齐河源区3个水文监测点（乌源1号冰J11水文点、空冰斗水文点与总控制水文点）的日平均径流资料和乌鲁木齐探空站逐日高空大气0℃高度资料，应用统计方法定性与定量相结合地分析了22年来该区域夏季0℃层平均高度变化和日平均径流变化趋势及其相关性。研究表明：1号冰川水文点的0℃层高度和日平均径流的相关性最好，且日平均径流的变化趋势滞后0℃层高度变化，其次是总控制水文点，空冰斗水文点的相关性最差；日平均径流与超前2。3d、持续3～4d的0℃层高度累积值之间的相关系数最大。最后选取1号冰川水文点相关系数最高的序列进行回归分析，日平均径流与0℃层高度之间呈指数函数关系，以0℃层高度为因子，建立了日平均径流的非线性一元回归模型。

乌鲁木齐河源区黑碳气溶胶浓度特征及其来源分析

利用七波段黑碳仪对2016年8月—2017年7月乌鲁木齐河源区大气中黑碳气溶胶进行了实时监测,并结合同时期气象资料对该区域黑碳气溶胶浓度变化特征、影响因子和可能来源进行了分析.结果表明,观测期间乌鲁木齐河源区黑碳浓度在102～1525 ng·m^(-3)之间变化,均值为520 ng·m^(-3).春季、夏季、秋季和冬季的浓度分别为425、536、686和427 ng·m^(-3),呈秋季最高,夏季次之,冬、春季低的季节变化特点.日内变化具有明显的双峰双谷特征,在当地时间8:00—9:00(与北京时间的时差为2小时,即为北京时间10:00—11:00,下同)和16:00—19:00有两个明显的峰值,可能与当地的排放和气象因素有关.乌鲁木齐河源区黑碳的本底浓度在春季、夏季和秋季分别为253、271和290 ng·m^(-3),而冬季黑碳的本底浓度仅为162 ng·m^(-3).与其他偏远地区相比,乌鲁木齐河源区因受较多排放源影响,黑碳浓度本底值较高.黑碳气溶胶浓度与气象因素相关性显著,当风速小于2 m·s^(-1)时,黑碳的平均浓度明显偏高,当相对湿度大于55%时,黑碳浓度明显偏低.由浓度权重轨迹分析和波长吸收指数(AAE)可知,乌鲁木齐河源区的黑碳浓度,除了受本地化石燃料燃烧和生物质燃烧排放的影响以外,还可能受到中亚地区远距离传输的影响.

高山寒区径流预报人工神经网络模型研究——以乌鲁木齐河源区为例

开展高山寒区径流预报对合理开发利用我国西北地区水资源有重要意义,由于恶劣自然环境造成的观测困难、干扰因素较多等问题,建立简单有效的径流预报模型是研究高山寒区水文规律的途径之一。近年来,人工神经网络技术作为一种简单有效的新方法被广泛应用于水文预报,但在冰川融雪为主的流域径流预报中的应用较少,本文以乌鲁木齐河源1号冰川区为研究对象,构建了高山寒区冰川作用区径流预报的前馈型人工神经网络模型(BP-ANN)。通过1号冰川水文站各水文要素之间的相关分析初步确定网络的输入,以Nash效率系数最大等为目标函数,优选网络结构,并在此基础上对所优选网络结构的合理性及模型预见期进行了分析。

近30年来乌鲁木齐河源区空冰斗季节性积雪对气候变暖的响应

利用中国科学院天山冰川观测试验站提供的1987-2014年的乌鲁木齐河源区空冰斗的气象观测资料,同时结合1987-1993/2006-2007/2014-2015对空冰斗季节性积雪的观测资料,分析了该区域积雪厚度,积雪日数的变化特征以及最大积雪深度与气温降水的关系。结果表明:1)在积雪稳定期,气温和降水总体呈增加趋势,且这种趋势主要发生在春季。2)稳定期积雪的持续时间有明显的缩短趋势。积雪的最大深度出现在海拔3865m处,这一高度以下,积雪深度随海拔升高呈现上升趋势,而这一高度以上的地区则相反。3)积雪稳定期,降水对最大积雪深度的影响远远大于气温等其他气象因素。

近51a来乌鲁木齐河源区径流特征及对气候变化的响应

基于天山乌鲁木齐河源区1959-2009年的径流与气象记录,采用线性回归、M-K突变检验法和水量平衡模型分析了河源区气候、冰川及融水量的变化特征。研究发现:河源区冰川径流量与冰川物质平衡成负相关关系,过去51a间河源1号冰川融水径流共增加157.48×104m3,冰川融水径流量增加主要是由冰川退缩和降水量增加造成的。自20世纪90年代以后,冰川融水径流量增加显著,但整个河源区径流量却在减少,与气温升高导致蒸散能力增强、地下冰结构变化及冰川融水补给能力下降等有关。

高寒山区固态降水观测对比研究

降水类型变化是深入理解全球变暖背景下陆地水循环演变的重要内容,高寒山区降水类型观测研究一直是国内外学者关注的热点和难点问题。本文选用2018年5月至2020年4月乌鲁木齐河源1号冰川末端的PWS100激光雨滴谱仪和Geonor T-200B称重式雨雪量计的同步降水观测数据进行对比研究。结果表明:(1)PWS100观测结果显示该试验场以固态降水为主,固体颗粒物占总颗粒物的63%,液体颗粒物占总颗粒物的37%;月尺度上,6-8月粒子数量最多,其中液态粒子占57%,固态粒子43%。其余月份以固态粒子数为主,占总粒子数的96%。(2)基于降水粒子在不同温度区间所占比重,以气温6.5℃为临界值划分降水类型。修正后T-200B降雨总累积量为1202 mm,占DFIR的67%,低估了降水量,但平均相对捕获率达到了87%。(3)两台仪器观测的降水总量大致相同(仅相差71 mm),然而,季节性差异明显,6-8月PWS100比T-200B高出73 mm,9月至次年5月则少37 mm。PWS100在降水量大、降水类型复杂的夏季,观测到的降水量大,而冬季降水量较少,且PWS100对小雨滴不敏感,会导致捕获量的不足,因此,T-200B在捕获固态降水方面更有效。研究结果为进一步研究变暖背景下山区流域径流季节变化提供了实验基础。