气候变暖背景下汉江流域降水和气温时空变化特征

为探究气候变暖背景下汉江流域降水和气温的时空发展规律,基于汉江流域及其周边地区29个气象站点逐日降水(P_(re))、最高气温(T_(max))、最低气温(T_(min))和平均气温(T_(ave))的观测资料,利用线性拟合、Mann-Kendall突变检验和空间插值等方法,分析1960~2019年汉江流域降水和气温的时空变化特征,以及对变暖停滞现象(Hiatus)的响应。结果表明:①在全球变暖背景下,汉江流域气候表现出降水不显著减少(p>0.05)、气温显著上升(p<0.05)的暖干化趋势。1960~2019年汉江流域P_(re)变化幅度夏季(0.582 mm/a)>秋季(-0.477 mm/a)>春季(-0.403 mm/a)>全年(-0.184 mm/a)>冬季(0.125 mm/a);全年升温幅度呈T_(min)(0.028℃/a)>T_(max)(0.025℃/a)>T_(ave)(0.022℃/a),四季T_(max)、T_(min)和T_(ave)一致呈上升趋势,多数升温趋势通过了显著性检验(p<0.05),但升温幅度存在明显差异。②汉江流域全年和夏季P_(re)均未发生突变,春、秋季P_(re)在1970年代中后期发生突变下降,冬季P_(re)在1984年突变增加;除夏季T_(max)和T_(ave)外,其余时序气温集中在1990年代中后期至2000年代前期发生了突变上升。③汉江流域全年P_(re)自东南向北递减,四季P_(re)空间分布规律各异,全年和四季T_(max)、T_(min)和T_(ave)皆自南向北递减;全年及四季P_(re)、T_(max)、T_(min)和T_(ave)变化趋势具有较强的空间异质性。④1998~2012年汉江流域出现Hiatus现象,尤其以冬季最为明显;停滞后春夏季快速增温,秋冬季依旧呈降温趋势。研究成果对于制定汉江流域防灾减灾、供水保障应对策略具有重要的科学意义。

大规模调水对水源区流域农业用水的影响与应对——评《中线调水对汉江流域农业用水影响评估研究》

跨流域调水工程是解决水资源空间分布不均和区域间水资源供需不平衡问题的常用工程措施。科学评估调水工程对调水区特别是对中下游地区的经济、生活生产、生态环境造成的影响,是推动国家水网建设的重要课题。作为南水北调中线工程的水源地,汉江流域是我国自古以来重要粮食主产区,南水北调中线工程从丹江口水库取水,是否会对该流域的农业用水产生影响,影响强度如何,如何尽可能减少这种影响,河海大学张玲玲教授团队撰写的《中线调水对汉江流域农业用水影响评估研究》一书进行了系统回答。该书视角独特,选题新颖,顺应时代的发展需求。

基于气候变化情景的汉江流域景观生态风险变化模拟

景观生态风险评估是识别生态系统脆弱地区并进行重点治理的必要手段。现有方法多采用土地利用变化数据进行生态风险分析,在多因素综合评估方面尚有欠缺,尤其是难以将气候变化和社会经济发展相结合预测气候变化情景下景观生态风险演变。针对此问题,耦合传统景观生态风险评估模型与深度学习模型,构建多因素影响下生态景观风险的预测模型,并模拟汉江流域景观生态风险变化。结果表明:(1)起点期(2000—2015年)情景下,汉江流域较高生态风险等级主要连片集中在丹江口下游地区;(2)SSP370和SSP585情景下均主要以较高生态风险等级为主,比较连片集中分布在丹江口以下区域;(3)SSP370和SSP585情景下汉江流域内高生态风险等级面积在2042年显著增加,其中SSP370情景下的高生态风险等级的面积平均每10 a增加14.58%。研究提出的多因素景观生态风险预测方法可为气候变化条件下流域的生态风险评估和相关生态补偿政策的制定提供借鉴。

汉江流域夏季降水演变的水汽输送驱动机制

为应对气候变化下愈加频繁和剧烈的干旱事件,保障跨流域调水工程水源及当地用水安全,亟需对汉江流域这一国家重要战略水源地的降水过程变化进行研究。汉江流域夏季降水占全年降水的40%~50%。本研究利用拉格朗日混合单粒子轨道模型对汉江流域1959—2022年夏季降水的水汽输送过程及其大气环流背景进行分析,以揭示汉江流域夏季降水变化的原因。研究发现,历时72 h以上降水占夏季总雨量的44.6%,在过去半个多世纪中其频次和雨量均呈现显著下降趋势,是汉江流域降水减少的主要原因。对水汽输送过程的模拟分析表明,中国南海、西太平洋、中国东部是流域夏季降水的水汽来源,贡献率分别为:34.7%、28.7%、27.2%。对比不同历时降水的水汽输送过程,发现降水历时越长,来自中国南海和西太平洋的水汽贡献率越高。尽管来自西太平洋的水汽呈现显著增加,但来自中国南海的水汽显著下降,使得72 h以上降水仍然呈现下降趋势。分析大尺度气候指数与各水汽输送路径贡献率的相关性,发现中国南海水汽贡献减小与西太平洋副热带高压面积、强度增加呈显著负相关。这证实了近年来西太副高的增强和扩张对汉江流域夏季降水减少起到促进作用。

汉江流域植被变化及对径流的影响

基于汉江流域的气象水文和归一化植被指数(normalized difference vegetation index,I_(NDV))数据,采用多元线性回归分析方法定量计算不同因素对汉江流域植被变化的影响程度,然后采用修正后的Budyko方程和弹性系数法定量计算植被变化对径流变化的影响程度。结果表明:1982—2015年的年均I_(NDV)呈显著的波动增长趋势(p<0.01),且空间异质性较明显,植被增长明显地区主要分布在中下游区域;气候条件和人为因素对I_(NDV)增长具有积极作用,贡献率分别为99.56%和0.44%,但其贡献率的时空分布存在显著差异;下垫面参数(ω)和I_(NDV)之间有较强相关性,表明流域产流能力对植被变化具有高度敏感性;气候因素引起的植被变化和人为因素引起的植被变化对径流量的贡献率分别为28.28%和0.12%,表明气候因素导致植被增长是致使汉江流域水资源减少的重要因素之一,因此,应高度重视植被生长导致流域水资源减少这一问题。

北大巴山汉江流域地貌特征及其构造意义

北大巴山地区位于青藏高原向东扩张的前缘地带,研究该区域水系流域的构造地貌特征以及构造活动程度的空间分布,探讨研究区的新构造运动和地貌演化阶段,有助于理解该地区地貌演化对青藏高原新生代隆升的响应。同时,也能在一定程度上限定青藏高原向东扩张的范围。基于ASTER GDEM数据,提取了研究区流域的面积高程积分值(HI)及曲线(HC)、标准化河长坡降指标(SL/K)和Hack剖面、流域盆地不对称度(AF)、河谷宽高比(VF)、盆地延伸率(Re)等地貌指数,分析流域地貌特征。结果表明,研究区48个子流域中有46个面积高程积分小于0.5且积分曲线呈“S”型和下凹型,表明北大巴山地区处于地貌演化阶段的壮年-老年期。综合5种地貌指数分析,揭示研究区主要断裂都具有构造活动性,其中宁陕断裂和城口-房县断裂的构造活动性较强,安康断裂的活动性较弱。这表明青藏高原的向东扩张已经影响到了北大巴山地区的构造变形和现代地貌的演化过程。

变化环境下汉江流域水循环要素响应规律

汉江是长江第一大支流,也是南水北调中线工程和引汉济渭工程的水源地,具有重要的战略地位,科学评估气候变化和人类活动等变化环境下其水循环的响应,对流域水资源的可持续利用和制定适宜的管理政策有着重要意义。本文以汉江流域为研究区域构建了校准后的VIC分布式水文模型,随后基于降尺度后的全球气候模式数据和不同时期土地覆盖遥感数据设置不同情景的模拟,全面分析变化环境下流域水循环要素响应规律,并量化了气候变化和土地利用对径流变化的贡献率。结果表明:不同气候变化情景下,年均降水中上游增加显著,年内降水更加集中于夏秋季节丰水期,各月实际蒸散发整体增加且年内分布更加均匀化;丹江口入库流量和流域出口断面流量在RCP8.5情景呈显著增加趋势,流域年内枯水期流量减少,丰水期流量全年占比最大增加了8.51%,未来月流量更加集中于丰水期,发生干旱和洪涝灾害的概率将会增加。汉江流域的部分稀树草原和有林地在21世纪以来转化为郁闭度更高的落叶阔叶林,土地利用的变化没有使得流量的年际变化趋势有较大改变,但使得流量整体降低了。不同时期气候变化和土地利用对丹江口入库流量变化的贡献率分别为80%~88%和12%~20%,对流域出口断面流量变化的贡献率分别为72%~88%和12%~28%,气候变化是汉江流域径流变化的主要驱动力。

基于CMIP6的气候变化下汉江流域气象干旱特征研究

为明晰气候变化下汉江流域气象干旱的演变特征,选取CMIP6中10个气候模式,考虑每个气候模式历史情景与4种共享社会经济路径(SSPs)情景,基于标准化降水蒸散指数分析了汉江流域气象干旱特征的变化规律。结果表明:未来汉江流域年降水量与潜在蒸散量最大差值逐渐增大,增长速率为0.92~2.40 mm/a,最小差值在不同SSPs情景下变化趋势不同,在SSP1-2.6和SSP3-7.0情景下逐渐缩小,而在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下持续增大;历史情景下流域干旱累计时长表现为东西短、中部长的特点,而未来流域中下游干旱累计时长减小,上游略有增大,且干旱在年内发生时间相对提前;未来低重现期干旱烈度不会发生明显变化,但极端干旱烈度将显著上升,100年一遇干旱烈度增长幅度为7.1%~25.6%。

汉江流域粮食生产碳排放与经济发展的脱钩关系研究

汉江流域水资源丰富,是我国重要的粮食主产区,研究汉江流域粮食生产碳排放对促进农业绿色高质量可持续发展具有重要意义。采用排放系数法测算汉江流域2008—2021年时空尺度下的粮食生产碳排放总量和结构,并通过Tapio脱钩模型分析其与经济发展之间的脱钩关系。研究发现,2008—2021年碳排放总量年际间虽存在一定波动,但总体呈现上升趋势;农业生产要素中土地翻耕和化肥使用所产生的碳排放量比重较大;汉江流域整体呈现弱脱钩状态,上游以强脱钩状态为主,下游为弱脱钩状态;汉江流域各县区的经济发展与粮食生产碳排放脱钩状态存在时空差异,2014—2017年多地呈负脱钩状态。汉江流域粮食生产碳减排效果显著,粮食生产能力有效提升,农业经济发展也取得一定成效。

汉江流域植被生长与水热的时滞累积效应

目的在全球气候变暖的背景下,研究汉江流域植被生长与气温和降水的时滞累积效应,对流域生态环境建设具有重要的意义。方法基于2001-2020年MODIS NDVI月数据和月均温、月降水数据,通过相关和时滞累积效应分析不同生态分区及植被的生长季NDVI(归一化植被指数)变化差异及其对气温和降水的响应。结果与结论(1)汉江流域生长季NDVI呈波动上升趋势,均值为0.7,与气温和降水的相关系数均值分别为0.263和0.223,正相关区域多分布于生态功能保护区和山地丘陵的植被茂密地带,负相关区域多分布于平原和盆地的栽培植被种植地带及各市人类生产生活区。(2)汉江流域生长季NDVI与气温和降水存在明显的时滞累积效应,受累积1个月滞后0个月-累积3个月滞后3个月影响的植被面积均超过了50%,气温的时滞累积效应由中间向东西两侧递减,降水则自西向东明显增加,气温的时滞累积效应对植被覆盖的促进效果大于抑制效果,降水则相反。(3)6类植被对气温和降水时滞累积的负相关性均减弱。除针叶林和阔叶林外,气温在累积6个月滞后3个月的情况下对其他类型植被覆盖的影响最大,响应程度最高的是低覆盖植被;降水在累积3个月滞后2个月的情况下对6类植被覆盖的影响最大,降水对6类植被的平均最值相关系数大小为草丛>草甸>灌丛>栽培植被>针叶林>阔叶林。

汉江流域三生空间转型格局及其生态环境效应

汉江流域在我国区域生态安全和经济社会发展格局中的战略地位日益凸显,开展三生空间用转型及其生态环境效应研究能为该区生态文明建设和国土空间规划提供参考。基于1990—2020年土地利用/覆盖数据和“生产—生活—生态”(三生空间)视角,运用转移矩阵、生态贡献率等研究方法,分析了汉江流域三生空间用地转型及其生态环境效应的时空演变特征。结果表明:1990—2020年汉江流域以生态空间为主,生态空间面积先减后增且集中分布在丹江口以上流域,生产空间由增转减,生活空间始终处于增加态势;1990—2020年汉江流域三生空间类型转移关系保持稳定,以生态空间和生产空间的互转为主,转移规模呈先减后增趋势;汉江流域生态环境质量呈西高东低空间格局,高质量区面积持续增加,其他质量区不同程度下降;影响汉江流域生态环境改善、恶化的主导用地类型分别为生产空间转化为林地绿色和蓝色生态空间,草地及林地绿色、蓝色生态空间转化为生产空间。

基于PSO-RF模型的汉江流域参考作物蒸散量模拟研究

选取1960−2017年汉江流域及附近24个气象站的逐日气象数据,构建16种基于粒子群算法优化随机森林(PSO-RF)的日尺度ET0计算模型,并与Hargreaves-Samani、Makkink和Irmark-Allen共3种模型进行比较,评价PSO-RF模型在汉江流域的适用性及可移植性。结果表明:(1)PSO-RF模型能很好地识别各输入参数与日尺度ET0的非线性关系;仅采用最高气温(Tmax)、最低气温(Tmin)和地球外辐射(Ra)建立的PSO-RF2模型具有足够精度,平均MAE为0.402mm·d^(−1),RMSE为0.575mm·d^(−1),R^(2)为0.863;随输入气象要素数量增加,模型计算精度不断升高,平均MAE减小了37.9%,RMSE减小了36.3%,R^(2)升高了6.78%。(2)PSO-RF模型的计算精度优于相同输入参数的Hargreaves-Samani、Makkink和Irmark-Allen模型,平均MAE减小了43.6%、RMSE减小了34.5%,R2升高了4.12%。(3)PSO-RF模型在汉江流域具有较强的泛化能力和可移植性,分区建立的PSO-RF模型相互移植时,平均MAE为0.159mm·d^(−1),RMSE为0.245mm·d^(−1),R^(2)为0.974。因此缺乏气象数据时,基于PSO-RF建立的日尺度ET0计算模型可作为汉江流域日尺度ET0计算的推荐模型。

汉江流域土地利用变化与水生态系统服务:2032年情景预测分析

为了对2012年和2032年汉江流域在不同SSPS情景下土地利用变化及其对水生态系统服务的影响进行了系统性分析,采用FLUS和InVEST模型,对比分析了SSP1和SSP3两种情景下土地利用变化及其对水生态系统服务的影响。结果表明:在SSP1情景下,由于合理的土地利用规划和管理,土地利用变化幅度较小;在SSP3情景下,因社会经济发展水平较低和人口增长率较高,土地利用变化幅度较大;土地利用类型变化主要体现为建设用地和水域面积增加,以及林地、耕地和草地面积减少;产水服务和水质净化服务评估显示,产水深度普遍高于2012年,氮、磷元素负荷量普遍低于2012年,表明土地利用变化对水生态系统服务产生明显影响;遥感生态指数(RSEI)评估结果与产水服务和水质净化服务的变化趋势一致,证实土地利用变化对水生态系统服务的影响。综上所述,逐步回归模型分析揭示了影响水生态系统服务的多种因素,其中土地利用类型、降水量和温度是主要影响因素。这些结果可为汉江流域的土地利用规划和水生态系统服务管理提供科学依据,并为其他类似流域的可持续发展策略制定提供参考。

汉江流域襄阳段地表水总磷浓度的变化特征

为助力长江保护修复攻坚战地方精准施策,基于2016—2022年汉江流域襄阳段12个地表水国控监测断面的总磷浓度及区域降雨量开展了水环境形势分析、磷污染来源解析,并对区域总磷浓度变化特征进行了研究。结果显示,研究期内汉江流域襄阳段12个国控断面总磷年均浓度总体达标情况较好,但大部分断面总磷月均浓度无法长期稳定达标,其中唐白河张湾、蛮河岛口和清河王湾村3个国控断面超标较严重,蛮河、唐白河和清河的总磷浓度较高、污染较严重。汉江流域襄阳段流域的总磷浓度整体呈现下降趋势,受汉江支流总磷浓度影响较大,且与月均降雨量呈显著正相关关系,可为流域内总磷污染防治的重点区域、重点领域提供参考。

襄阳市汉江流域总磷浓度与降雨量相关性分析

通过使用SPSS软件进行相关性分析,探究了2019—2021年汉江流域襄阳段7条主要河流水体中的总磷浓度与各自河流汇水范围内降雨量之间的关系。结果表明,唐白河、蛮河、汉江、北河、清河、滚河、南河水体中的总磷月均浓度与各自河流汇水范围内的月降雨量呈较明显的正相关关系,而南河水体中的总磷月均浓度与汇水范围内月降雨量的关系不大,最可能的原因是南河流域流经的大部分区域为山林,农业面源污染较轻。

陕西汉江流域水产养殖发展现状分析

陕西省地跨黄河、长江两大流域,以汉江流域为主,是水产养殖的核心区,也是珍稀水生生物生存的宜居地。近几年,陕西省坚持在发展中保护、在保护中发展,探索了绿色健康水产养殖新模式,对水生生物保护也不断增加投入,成效明显。本文就陕西省汉江流域水产养殖发展现状及存在问题进行了分析,并提出对策建议,以期进一步推动产业高质量发展。

2016-2020年陕西省汉江流域绿色农业竞争力时空变化分析

推进绿色农业发展是促进农业高质量发展、实现农业农村现代化和实施乡村振兴战略的重大举措。从农业资源水平、农业生产水平、生态环境水平和社会经济水平等4个维度出发,采用熵值法对2016—2020年陕西省汉江流域15个县(市、区)的绿色农业竞争力水平进行评价分析。结果表明:2016年以来,陕西省汉江流域15个县(市、区)的绿色农业竞争力发展水平整体提高,其社会经济水平、农业资源水平、农业生产水平和生态环境水平均处于上升趋势,发展成效日益明显;研究区域整体发展差异呈下降趋势,发展水平差异缩小;绿色农业高竞争力区域主要聚集在研究区的西部,并逐渐向东部扩展,整体呈现出由单极点到区域式分布、西强东弱的格局。

汉江流域水利工程建设成本估算与管控实践研究

针对水利工程成本管理展开研究,以汉江流域某水利项目为例,根据项目成本管控需求,将成本管理划分为估算与管控实践两方面。构建实证模型,将数据集信息引入,提高模型分析结果的准确性,根据模型计算结果与工程实际成本费用,可得到:水利项目估算成本为46 349.99万元,项目实际完工成本为48 517.77万元,两者相差2 167.78万元,预测误差为4.68%,说明成本管控模型具有较好的应用价值。

明清汉江流域书院建筑规制及文化意象研究

明清时期,书院在汉江流域教育事业和学术交流中起到重要作用。书院建筑作为书院的外在表现形式,尤值研究。从书院选址来看,其注重名山大川、历史名人遗迹、寺观旧址、城郊结合处等地。就空间布局而言,其整体“居中对称”,次序井然。庭院营造在上游与下游地区出现分别以四合院、天井院落为主的区域差异性。此外,汉江流域书院建筑规制及空间布局反映了“天人合一”“礼乐相成”等文化内涵,也表达了“寓教于景”的教育理念和“德行兼修”的精神追求。

汉江流域降水时空演变特征研究

为研究汉江流域降水时空演变规律,基于汉江流域内23个气象站点1959~2019年的降水资料,采用线性趋势法、小波分析法、滑动平均差法和反距离权重法等多种统计分析方法,分析该流域的降水演变规律。结果表明:1959~2019年,汉江流域降水量呈现出不明显的上升趋势,在1978年、1989年和2001年检测出突变点,降水变化的主周期为26 a;汉江流域的多年平均降水量整体呈现出“东高西低、南高北低”的分布特征,不同年代降水量的空间分布特征差异较大。