伊犁河⁃巴尔喀什湖流域生态系统水分利用效率时空演变特征及其影响因素

水分利用效率(water use efficiency,WUE)是联系生态系统水碳循环耦合关系的重要指标,探明生态系统水分利用效率时空演变特征及其影响因素,对优化区域水、碳资源综合管理和提升生态系统生产力至关重要。基于MODIS遥感数据、CRU气象数据以及CCI土地利用数据,利用MK检验与Sen趋势分析以及偏相关分析,探讨了伊犁河⁃巴尔喀什湖流域不同时空尺度生态系统WUE的空间分布与时间变化规律,讨论了其影响因素。结果表明:流域春秋两季与多年平均WUE值从东南部至西北部呈现先增后减再增的变化特征,但夏季恰好相反,而冬季绝大部分区域都接近于0;全流域四季的多年平均WUE由高到低依次为夏季、春季、秋季、冬季;全流域年平均WUE呈略微上升趋势,上升区域主要集中在WUE较低的下游;全流域90%以上区域的夏季年平均WUE呈下降趋势,其中巴尔喀什湖、伊犁河谷与天山山脉附近区域下降趋势显著(P<0.05);上中下游年尺度WUE值依次由高到低变化,且它们的年际变化程度和趋势均不明显;上中下游夏季WUE值的排序与年尺度正好相反,且均呈下降趋势,其中上下游的下降趋势显著(P<0.05);不同区域WUE的年内分配极不均匀,峰值均出现在8月;就影响因素而言,总初级生产力和降水对WUE的影响要分别大于蒸散发和气温。

伊犁河—巴尔喀什湖流域实际蒸散发时空变化特征及其环境影响因子

基于多种遥感数据,运用Mann-Kendall法、Theil-Sen median趋势分析、Pearson相关分析、水量平衡原理,探讨2000—2020年伊犁河—巴尔喀什湖流域实际蒸散发时空变化规律及其主要影响因素,并讨论了流域生态系统水资源供给量的变化。结果表明:(1)流域上、中、下游的多年平均年蒸散发量分别为439.0 mm、317.9 mm、201.1mm;其中上、中游在夏季的日蒸散发量最大,而下游在春季最大;流域上、中游蒸散发量的年内分配均为“单峰型”,峰值分别在7月与6月,下游为“双峰型”,峰值分别在3月与11月。(2)流域上、下游的年蒸散发量均呈现显著的上升趋势,显著区域主要分布在上游的伊犁河谷、天山山脉与下游的伊犁河三角洲附近;相对2000—2010年,2010—2020年伊犁河谷和伊犁河三角洲地区多年平均年蒸散发增加超过10%。(3)流域上、中游蒸散发与气温和NDVI呈现较高的正相关性;流域下游蒸散发与土壤湿度呈现较高的正相关性。(4)流域生态系统的水资源供给服务总量在2000—2020年有所下降,其中上游已多次出现缺口,中、下游在2020年开始出现缺口,需通过控制用水总量、提升用水效率保障水资源供需平衡。

联合国助哈保护伊犁河-巴尔喀什湖流域

联合国开发计划署生态与可持续发展委员会的专家在撰写的题为《21世纪哈萨克斯坦的水资源》的报告中，分析了使伊犁河-巴尔喀什湖流域生态状况日渐恶化的人为因素，预测了可能造成的后果，研究了应对紧急状况的办法。

苏联时期哈萨克斯坦伊犁-巴尔喀什湖流域开发述评

位于哈萨克斯坦境内的巴尔喀什湖对于局地气候调节和流域社会经济发展都起着重要的作用,然而20世纪中后期伊犁-巴尔喀什湖流域内人类活动的加剧造成地区突出的生态环境问题。介绍了苏联时期哈萨克斯坦在该流域内的开发活动对巴尔喀什湖水量、水质的影响,分析了该湖水文状况的变化所产生的生态环境效应与社会经济效应。同时指出,应客观看待这一问题,并且加强国家间的合作以共同寻求解决方法。

巴尔喀什湖流域气候变化特征分析

根据巴尔喀什湖流域5个气象站20世纪的逐月气温和降水资料,利用滑动平均法和差积曲线法,分析流域20世纪的气候变化特征及其与巴尔喀什湖自身水文特征的联系,并从能量转换角度进行解释.结果表明：空间上,年均气温从南向北、从东向西逐渐降低,年际变化从南向北变大;年降水量从四周向中心腹地逐渐减小,年际变化从北向南变大.时间上,年均气温总体上升且大致具有10-23 a的周期性;年降水量整体上表现为增长,20世纪90年代初期略有减少.年内月均气温的最低和最高值分别出现在1月和7月,且低温月份气温上升趋势较高温月份明显;降水量的年内分布呈双峰型.20世纪50年代中期至70年代中期,整个流域的气候要素变化较大.

巴尔喀什湖流域降水量及其年内分配的变化特征

了解巴尔喀什湖流域降水变化特征是开发利用流域水资源、探究流域生态环境改变原因的前提,基于巴尔喀什湖流域5个气象站1936～2005年的逐月降水资料,采用分摊熵、趋势系数和Mann-Kendall非参数统计检验法对降水量特征、变化趋势进行分析。结果表明,流域年均降水量在100～700mm之间,70%的降水集中于4～7、10～12月;流域的年、月降水量呈上升趋势,1～2、11～12月显著;流域降水年内分配整体上无显著变化。

巴尔喀什湖流域1936—2005年气温特征

根据巴尔喀什湖流域4个代表站1936—2005年的逐日气温资料,应用滑动平均法、气候倾向率法和距平分析法对该流域年均气温进行年际和年代际变化特征分析,运用R/S分析法对年极端气温及其频数的年际变化进行未来趋势的预测.结果表明:该流域年均气温的年际变化呈增加趋势,且气温上升的倾向率从南向北、从东向西逐渐降低;年均气温年代距平值由负变正,变幅逐渐增大.以阿拉木图站为例,其年极端最高、最低气温均呈上升趋势,且未来年极端气温将呈持续上升趋势,未来年极端最低气温上升持续性强.

哈萨克斯坦巴尔喀什湖-阿拉湖流域水资源及其开发利用

利用定量与定性相结合的方法,对哈萨克斯坦巴尔喀什湖-阿拉湖流域的水资源量、水资源分布以及多年水资源利用状况进行分析,揭示近年来该流域水资源的动态变化特点和人类活动对该区域水体变化的影响。结果表明:巴尔喀什湖-阿拉湖流域水资源形式多样,但以湖泊水量所占比重最大;河流径流近10多年来虽然波动明显,但呈增长态势;冰川资源较丰富,但储量与面积都显著缩减;巴尔喀什湖-阿拉湖流域是哈萨克斯坦著名的地下水分布区,但开发利用程度低。在社会经济领域用水方面,来源主要为地表水,农业用水占总用水量的绝大部分,是影响用水变化的主要因素。20世纪90年代中期以来用水量随着流域人口的增长和经济的复苏呈现上升趋势,显示人类活动对水体水量变化的影响逐渐变大。

哈萨克斯坦伊犁河—巴尔喀什湖水域现状

伊犁河是哈萨克斯坦和中国共有的河流,其主源特克斯河发源于汗腾格里峰北坡,流入中国新疆巩乃斯河后与喀什河汇合而成伊犁河,然后流入哈国巴尔喀什湖。从特克斯河源头到巴尔喀什湖河口全长1236.5公里(其中哈境内794.5公里),流域总面积为15.12万平方公里(其中哈境内5.67万平方公里)。河口水流量为329立方米/秒。

巴尔喀什湖流域土地利用/覆被变化过程与趋势

巴尔喀什湖流域是跨越中国新疆(境内)和哈萨克斯坦(境外)的重要流域。利用1970s、2005年和2015年3期土地利用/土地覆被(Land Use and Land Cover,LULC)数据与马尔科夫模型等方法,分析1972年流域内最大的水利工程卡普恰盖水库建成和前苏联解体以来流域LULC变化过程和趋势,并对比流域境内外差异,为该地区土地资源管理及生态环境保护提供依据。结果表明:巴尔喀什湖流域LULC变化呈现出耕地和林地面积先减后增(总体增加)、水域和未利用地面积先增后减(总体减少)、草地和城乡建设用地面积持续增加的变化趋势。这表明后期LULC变化对整个研究期LULC变化影响更大。以上变化以双向转换为主,因此,整个研究期内全流域变化过程始终处于平衡状态。境内外LULC类型结构和变化过程均不相同,境内分配比境外均匀,单一类型和区域LULC变化趋势与状态指数均表明境内LULC类型变化过程比境外稳定,但由于境外面积占全流域86%,主导了全流域LULC类型结构和变化过程。全流域在研究期内始终处于平衡状态。

基于Google Earth的巴尔喀什湖流域中下游水资源开发利用研究

常规的信息收集渠道难以获取国际河流研究所需的有效信息,探索新的信息收集方式对资料稀缺区开展水文水资源研究十分必要且关键。在Internet海量信息中,Google Earth(GE)平台的出现,为资源环境、交通规划等诸多领域提供了"身临其境"的远距离信息检索模式。通过基于GE平台的资料稀缺区水资源开发利用状况评价的应用框架和评价方法,并以巴尔喀什湖流域中下游为例开展了应用研究。结果表明:GE平台可成为资料稀缺区水资源开发利用研究的有效信息收集手段,文中所提出的框架、应用流程和评价方法具有较好的可操作性;研究区在1990年初就形成了以伊犁河中下游为主体、准噶尔区与巴尔喀什湖北部诸小河为重要用水区的基本格局;随着研究区经济社会发展的剧烈波动,其用水量经历了"增长-顶峰-剧减-恢复性增长"的演变格局,目前其用水量预计已恢复至20世纪80年代中期的水平,即65×108m3左右。

2000—2022年伊犁河流域植被时空变化特征

伊犁河流域横跨中哈两国,生态环境脆弱,深化对全流域植被变化的认识对于该地区生态可持续发展具有重要意义。基于MODIS的增强型植被指数(EVI)数据,深入研究了2000—2022年整个伊犁河流域植被的时空变化特征,并对比了中国境内外伊犁河流域、不同植被类型、不同高程间植被变化的差异。结果表明:(1)2000年以来伊犁河流域植被总体呈现改善趋势,尤其是哈萨克斯坦境内的植被,然而中国境内植被有退化趋势。植被退化区域的高程集中在1000~3000 m之间;草地和耕地以改善为主,林地则相反。(2)过去20 a间,伊犁河流域植被总体波动较小,但中国境内流域植被的波动性较大。与林地和耕地相比,草地的波动性更大。高程在2500~3000 m区域内的植被波动小。(3)未来伊犁河流域植被状况以持续改善为主,持续改善面积约占全流域面积的52%。草地持续改善的面积占比高于耕地和林地。高程低于1000 m和高于3000 m区域的植被以持续改善为主。研究结果将有助于加深对伊犁河流域植被变化特征的理解,为流域生态环境保护提供科学参考。

牧村景观及其再造——新疆伊犁河流域琼库什台村的个案

新疆伊犁河流域的琼库什台村是一个传统牧村,也是一个中国历史文化名村。该牧村的传统景观由聚落空间、生产空间、生活空间构成并以牧道空间连接为一体,彰显了“人·畜·草”和谐共生的生态智慧。近年来,旅游发展深刻改变了牧村的聚落空间、生产空间与生活空间,创造了新的文化空间,传统生态智慧被创造性转化后融入旅游新业态之中,进而从整体上再造了牧村景观。生态人类学要积极介入景观研究,利用传统景观分析识别和把握地方人群的“生态智慧”,通过景观再造考察理解并阐释人与自然和谐共生的中国式现代化。

伊犁河流域近30a洪水灾害时空分布及孕灾环境特征研究

基于1990-2022年伊犁河流域洪水灾情数据集,结合高程、归一化植被指数等孕灾环境因子,研究伊犁河流域洪水灾害时空分布及孕灾环境特征,并分析洪水灾害发生规律和孕灾环境之间的联系。结果表明:(1)研究区洪水灾害可分为3种:暴雨洪水、融雪洪水和混合洪水(暴雨加融雪造成洪水),其中,暴雨洪水灾害最多(占80.0%)、融雪洪水灾害最少(占3.4%);洪水灾害呈流域北部多于南部、东段多于西段的空间分布,尼勒克县最多、霍尔果斯市最少。(2)近30 a来洪水灾害频次呈年际和年代际增多趋势,洪水灾害年均约11.6次·a^(-1),2010年最多(43次),2000-2011年最多(149次)。洪水灾害在夏季最多,春季次之,秋季最少,6月最多(年均3.3次·a^(-1)),10月最少(年均0.06次·a^(-1)),其中暴雨洪水灾害夏季最多,年均9.3次·a^(-1),6月最多(110次),10月最少(2次),混合洪水灾害春多夏少,3月最多(36次),7月最少(8次),年均1.9次·a^(-1),融雪洪水灾害3月最多(12次),只发生于春季,年均0.4次·a^(-1)。(3)孕灾环境敏感性等级综合分布显示,灾害发生过程中,各孕灾因子共同起作用,影响洪水灾害的空间分布和强度。尼勒克县、特克斯县、新源县、昭苏县和霍尔果斯市境内的极高敏感区域分布较多。结合洪水灾害时空分布和孕灾环境等级综合分布可知,洪水灾害多发生在极高敏感区和高敏感区分布较多的流域东段和北部区域。

中、吉、哈拟签署合理开发巴尔喀什湖-阿拉湖流域的协议

哈萨克斯坦环保部部长努尔兰·伊斯卡科夫2007年11月29日称，哈萨克斯坦、中国、吉尔吉斯斯坦计划签署合理开发巴尔喀什湖-阿拉湖流域的协议，各方已拟定好协议草案。目前，该协议草案已递交各国相关部门审批。

伊犁河上游流域三种日尺度降水产品性能评估

伊犁河上游喇叭口地形条件导致其降水空间分布极不均匀,有限的地面观测站点难以真实反映日降水时空变化,因此,有必要评估不同降水产品在伊犁河上游的适用性。选用7种统计指标与广义三角帽法分别对三种降水产品(GPM、ERA5、CHIRPS)在伊犁河上游地区的精度与不确定性进行评估。结果表明:(1)ERA5的相关性、探测率、错报率最高,其估计的中雨与大雨降水量最准确;GPM的均方根误差最小,探测率、错报率最低;CHIRPS的相对偏差与平均误差最小,其探测率、错报率均介于GPM与ERA5之间,其估计的小雨降水量最准确;三种降水产品估计的暴雨降水量精度均不高,但ERA5要好于GPM与CHIRPS。(2)ERA5的日降水量不确定性介于GPM与CHIRPS之间,信噪比最大;GPM的日降水量不确定性最小,信噪比介于ERA5与CHIRPS之间;CHIRPS的日降水量不确定性最大,信噪比最小。(3)ERA5的日降水质量好于GPM与CHIRPS,可用于伊犁河上游地区降水特征分析;GPM的日降水量不确定性最小,通过系统校正提升其质量的可能性最大。研究成果可为伊犁河上游流域水文模拟与水资源变化分析提供支撑。

基于BPNN-SHAP模型的滑坡危险性评价:以伊犁河流域为例

为进一步提高滑坡危险性预测模型精度、增强模型可解释性,本文以新疆伊犁河流域为研究区,选取8个影响滑坡发生的危险性因子,在反向传播神经网络(BPNN)基础上,借鉴博弈论思想,构建一种可解释BP神经网络模型(BPNNSHAP),解决神经网络滑坡危险性评价的“黑箱”问题。将数据集分为70%训练集和30%测试集,采用5折交叉验证提高模型稳定性,对比深度神经网络(DNN)、随机森林(RF)和逻辑回归(LR)3个模型的评价精度,并探讨BPNNSHAP预测结果的可解释性,完成区域滑坡危险性评价。研究结果表明:相较于其他模型,BPNN-SHAP模型的5个精度评价指标均为最高,分别是:准确率(A)=0.904、精准度(P)=0.911、召回率(R)=0.919、F1分数(F1_(Score))=0.915、曲线下面积(SAUC)=0.901;研究区滑坡极高、高危险区分别占比11.96%、15.53%,其中新源县和巩留县极高、高危险区占比最高,分别为51.1%、45.6%;滑坡主控因子为高程、坡度、降雨量和峰值地面加速度(PGA),定量揭示高程在1500~2000 m、坡度大于14°、年降雨量在260~310 mm、PGA大于0.23 g的区域对滑坡发生起促进作用,表明该区域滑坡可能为高程和坡度主控的降雨型、地震型滑坡。本研究方法可为滑坡危险性评价提供新的技术参考,为伊犁河流域防灾减灾韧性建设提供理论支撑。

基于综合干旱指数的伊犁河流域干旱多变量概率特征研究

基于D-Vine-Copula函数,联合降水和VIC模型模拟的蒸散发、径流和土壤水等要素,构建了一种能表征气象-水文-农业干旱特征的新型综合干旱指数SWCI,以伊犁河流域为研究区,分析干旱多属性概率特征及其空间分布规律,以期为干旱区划及旱灾风险评估提供科学依据。结果表明:(1)构建的SWCI指数能很好地捕捉到不同类型干旱特征,具有较好的适用性;(2)1960—2010年,伊犁河谷东部共经历了43次干旱事件,干旱发生频率较高但程度较轻;河谷西部和南部山区分别发生干旱事件38、39次,干旱频率较河谷东部低但旱情偏重;(3)各区域多维干旱联合概率与干旱历时、烈度、峰值呈负相关关系,表明干旱历时、烈度和峰值越大,综合干旱发生的概率越小;(4)从二元条件概率可知,干旱历时(干旱烈度)的条件概率随干旱烈度(干旱历时)的增加而增大,但当干旱烈度(干旱历时)为某一固定值时,随着干旱历时(干旱烈度)逐渐增加,干旱烈度(干旱历时)的条件概率逐渐减小。(5)研究区的干旱高风险区主要集中在河谷西部和南部山区,其他区域为低风险区。

巴尔喀什湖生态水位演变分析及调控对策

针对巴尔喀什湖百余年来的湖水位变化与伊犁河三角洲生态环境退化问题,选取卡依尔干、卡上171km、卡普恰盖、乌斯热尔玛等4处水文站的长系列资料,对伊犁河干流径流沿程变化情况进行分析,比较了卡普恰盖水库建成蓄水前后其对水库下游河道径流变化的影响。研究结果认为,巴尔喀什湖的水位变化主要受流域水文情势周期性变化规律的影响。就近期的水位变化情况来看,并未出现生态灾难,水位呈回升趋势。卡普恰盖水库的兴建和伊犁河中下游水资源过度开发利用,对入湖水量和河道流量过程产生了重大影响,这是导致入湖水量减少和三角洲生态环境恶化的根本原因。最后针对湖水位长期变化动态特征和三角洲生态耗水要求,考虑非生态用水不断增长的现实情况,探讨了解决巴尔喀什湖生态环境问题的对策措施。

近60 a巴尔喀什湖水量平衡变化及其影响因素

本文基于水文观测和遥感监测数据,获取近60 a巴尔喀什湖面积、水位变化信息,重建湖泊水量变化时间序列,探明巴尔喀什湖水量变化特征;依据湖泊水量收入(入湖径流、降水)支出(湖面蒸发)建立巴尔喀什湖水量平衡模型,分析巴尔喀什湖水量平衡要素变化特征,定量解析气候变化和人类活动对巴湖水量变化的影响。结果表明:(1)1961—2020年,巴尔喀什湖水量以1987年为拐点先急剧减少后波动增加;入湖径流变化与湖泊水量变化过程基本一致,年均入湖径流量约为14.04 km^(3)·a^(-1);湖区降水以0.28 mm·a~(-1)的速率波动增加;水体年均蒸发量约17.95km^(3)·a^(-1),其中,1987年最小为16.10 km^(3),2008年最高达20.30 km^(3)。(2)过去60 a年,地下水与湖泊互为补充,其中20世纪70年代和80年代地下水补给湖泊水量较多,补给量约为1.91 km^(3)。(3)在湖区尺度上,入湖流量与巴尔喀什湖水量显著相关,是影响湖泊水量变化的主导因素;在流域尺度上,气候波动对入湖流量长期变化的贡献率为71.67%,人类活动耗水的贡献率为28.33%;1970—1985年卡普恰盖水库蓄水及周边耕地扩张对入湖水量锐减的贡献率达47.47%,人类活动明显加剧了这一时期湖泊水位下降的进程。