Petrology, Geochemistry and Zircon U-Pb Geochronology of the Xiangshan Group in the Eastern Hexi Corridor Belt: Implications for Provenance and Tectonic Evolution

The eastern Hexi Corridor Belt（HCB） is located in the transitional belt among the Alxa Block,the Qilian Orogenic Belt and the North China Block. Because of its unique tectonic location, the tectonic setting, provenance, and even the age of the sedimentary strata in the eastern HCB during the Early Paleozoic remain controversial. This study analyzes the provenance of the poorly studied Xiangshan Group, discusses its age of development and tectonic setting in the eastern HCB using a combination of petrological, geochemical and LA-ICP-MS U-Pb zircon dating methods. Based on the youngest age peaks and the fossil evidence, we suggest that the Xiangshan Group is Middle Cambrian to Late Ordovician in age. The complexity of the geochemical characteristics and associated diagrams suggests that the early stage of the Xiangshan Group developed in a passive continental margin environment, late in the backarc basin of the eastern HCB. Based on the sandstone detrital composition, whole-rock geochemistry and detrital zircon ages, we conclude that the Xiangshan Group had an early provenance that was mainly from the Qilian Block and a late provenance from the Qilian Block and the western Alxa Block. The eastern HCB and its northern and southern blocks have similar palaeontology, lithology and basement age characteristics to the South China Block. This indicates that the eastern HCB might not have formed in the intra-continental aulacogen of the North China Block during the Early Paleozoic but has a close affinity to eastern Gondwana.

河西走廊东部不同气候态气温变化及其对气候评价的影响

河西走廊东部是气候变化的敏感区,其气候态的更替对气候评价影响较大。采用河西走廊东部5个国家气象站的1961─2022年逐月气温数据,对比分析河西走廊东部1961─1990年、1971─2000年、1981─2010年和1991─2020年4个气候态气温的差异及其对气候业务评价的影响。结果表明:全区域及各地4个气候态年平均气温均呈升高趋势,P2(1971—2000年气候态)~P4(1991—2020年气候态)气温升高趋势均极显著。从4个气候态气温的差值来看,全区域及各地年、季、月气温基本一致升温,除P3(1981—2010年气候态)和P4外,其他气候态表现为冬季升幅最大,夏季升幅最小,各月升温差异较大,同一季度、同一月份气温升幅存在明显空间差异。气候态平均值更替后,河西走廊东部气温距平明显偏大的特征弱化了,其等级由正距平向负距平方向调整,P1(1961—1990年气候态)~P4年平均气温评价等级高达56%~87%向偏低一级转变,冷冬年份增多17~28 a,暖冬年份减少15~23 a。本研究将为了解河西走廊东部气温的变化规律以及气候业务、决策服务和气象科学研究提供参考依据。

河西走廊过渡带东部香山群硅质岩地球化学特征及其地质意义

河西走廊过渡带东部位于鄂尔多斯地块、阿拉善地块和祁连造山带三大构造单元的结合交汇部位,关于其古生代期间的演化过程一直存在不同的认识。为深入探讨该区早古生代的沉积环境和构造背景,对香山群第三亚群硅质岩进行了全岩地球化学分析。研究表明,该套硅质岩SiO_2含量较高,为81.08%~98.39%,平均值为91.89%,而Al_2O_3(0.26%~1.74%)、TiO_2(<0.01%~0.06%)和稀土元素总量(∑REE)(6.5×10^(-6)~37.52×10^(-6))含量均较低,且Al_2O_3、TiO_2与SiO_2则反映出较弱的相关性,表明其受到一定的陆源碎屑影响,但影响程度较小。此外,研究区硅质岩具有较低的Al/(Al+Fe+Mn)值(0.06~0.56),大多数样品在相关成因判别图解中均落入热液成因区域,说明河西走廊过渡带东部早古生代硅质岩主要为海底热液成因。研究区硅质岩Al/(Al+Fe)比值为0.06~0.62,∑REE值为6.5×10^(-6)~37.52×10^(-6),(La/Yb)_N值为0.32~1.63,(La/Ce)_N值为0.57~1.16,δCe值为0.84~1.82,显示出大陆边缘和大洋盆地的特征。结合区域地质资料认为早古生代走廊过渡带东部地区应为古祁连洋的一部分,其硅质岩的形成环境与古祁连洋的演化密切相关,而并非前人所认为的坳拉槽环境。

河西走廊东部人工降水试验效果评估

采用非随机试验，运用序列试验法、区域对比试验法、区域回归试验法，分析了在河西走廊东部凉州区1997～2004年夏秋季进行的高炮、火箭人工增雨作业和2002～2004年冬春季进行的焰弹人工增雪作业。试验发现，1997～2004年夏秋季累计增加降雨量134mm，平均相对增雨率为47％；2002～2004年冬春季累计增加降雪量12．5mm，平均相对增雪率为40％。说明河西走廊东部进行的人工增雨（雪）效果是明显的，进行人工增雨（雪）是可行的，并对武威市人工增雨（雪）季节、布点和时机等提出了思考。

河西走廊东部近50年气候变化特征及区内5站对比分析

利用河西走廊东部武威市五个气象站近50年气温、降水资料,运用统计学的方法,详细分析了当地气温、降水的时空变化特征,并进行了对比分析。结果表明,北部川区气温远大于南部山区,随海拔高度的升高气温逐渐降低;北部川区降水远小于南部山区,随海拔高度的升高降水逐渐增多。各地年平均气温呈上升趋势,20世纪90年代以来升温明显。从平均气温、最高气温、最低气温变化来看,各季节升温幅度为冬季>春季>秋季>夏季,冬季增温远大于其余三个季节。平均最低气温的升幅大于平均最高气温的升幅,说明夜间增温大于白天。高温天气主要出现在6～9月,低温天气主要出现在11～次年3月。各地年降水量(除古浪外)呈增加趋势,各季节降水的增加幅度为夏季>秋季>春季>冬季,夏季降水的增多对年降水的贡献最大。降水以小雨为主,随着降水量级的增加降水日数迅速减少。强降水只出现在5～9月。

河西走廊东部冬春季积雪对沙尘天气的影响

利用河西走廊东部5个气象站1961─2007年逐月积雪深度、积雪日数和沙尘天气的常规观测资料,分析了河西走廊东部冬春季积雪深度、积雪日数和春夏季沙尘日数的时空变化特征,进而探讨河西走廊东部冬春季积雪与春夏季沙尘天气的关系.结果表明:受海拔高度、地理位置以及天气系统等影响,河西走廊东部积雪从东南向西北递减,高海拔地区的积雪多于低海拔地区;沙尘日数从西北向东南递减,低海拔地区的沙尘日数明显多于高海拔地区.河西走廊东部冬春季积雪与春夏季沙尘日数呈显著负相关.积雪深度与沙尘日数的负相关性高于积雪日数与沙尘日数的负相关性;冬春季积雪对春季沙尘的影响大于对夏季沙尘的影响;山区积雪与沙尘日数的相关性高于平原区积雪与沙尘日数的相关性.

河西走廊东部地面温度的变化特征及影响因子分析

利用河西走廊东部4个气象站近50 a地面0 cm温度及年气温、蒸发、降水、相对湿度和风速等观测资料，运用线性趋势系数法系统分析了河西走廊东部近50 a地面温度的空间分布、时间变化趋势及极值变化等特征，采用多元线性回归中的标准化回归系数分析了影响地面温度的气象因子。结果表明：受天气系统、地形地貌以及海拔高度等影响，河西走廊东部地面温度低海拔平原区大于高海拔山区。各地年、年代地面温度呈很显著上升趋势，年地面温度的时间序列存在着6～9 a的准周期变化；月地面温度变化比较一致；各地各季节地面温度也呈上升趋势，春、夏季上升率大于秋、冬季；各地年极端最高和最低地面温度也均呈上升趋势，极端最低地面温度的上升率大于极端最高地面温度的上升率，因此冬季增温对年地面温度升高贡献大于夏季。河西走廊东部地面温度的主要影响因子是最低气温和平均气温，其次是降水、平均风速和相对湿度，最高气温的影响较弱，蒸发的影响最弱。地面温度与平均、最高、最低气温呈正相关，与降水、相对湿度以及平均风速呈负相关，与蒸发无相关性。影响各地地面温度的主要因子有所不同。

近60年河西走廊东部气象干旱演变特征

为提高河西走廊东部气象干旱预测预警水平、防御干旱灾害、降低农业经济损失。以河西走廊东部5个自动气象站1960—2019年气温和降水量为基础,运用统计学方法分析了河西走廊东部的气温、降水和气象干旱的时空演变特征。结果显示:河西走廊东部年和农业季气温均为荒漠区和绿洲平原区明显高于浅山区,浅山区明显高于高寒山区;年和农业季降水均为高寒山区多于浅山区,浅山区多于荒漠区和绿洲平原区。年和农业季气温随年份、年代呈显著升高趋势,年和农业季降水随年份、年代呈增多趋势。河西走廊东部年景干旱年数为北部浅山区多于绿洲平原区和南部浅山区,绿洲平原区和南部浅山区多于高寒山区,高寒山区多于荒漠区;农业季干旱年数为高寒山区多于荒漠区,荒漠区多于绿洲平原区和南部浅山区,绿洲平原区和南部浅山区多于北部浅山区。年景和农业季干旱年随年数代呈先减少后明显增多趋势。年景和农业季各级别干旱年数变率较大,随着干旱级别的加重,干旱年数总体在减少,特旱年数最少。使用Д·A·ⅡeДb提出的大气干旱指数识别出的气象干旱事件和实际干旱事件基本一致,干旱等级也相对一致,说明该指数能够较好地监测到河西走廊东部干旱年份及干旱等级。

河西走廊东部一次霜冻天气过程成因及其对农业的影响

2016年5月15日河西走廊东部发生区域性强霜冻天气,对农林业生产造成了严重灾害。利用实时MICAPS常规观测资料、物理量场和河西走廊东部区域内6个国家自动气象观测站和93个区域气象站观测资料,对这次霜冻天气进行了成因分析,并分析了霜冻对农业生产的影响。结果表明:高空中亚高压脊后有暖脊强烈发展,促使中亚脊向东北伸展,脊前强偏北急流引导冷空气向南爆发;晴朗、微风、干燥的地面环境场有利于辐射降温;深厚的冷平流、对流层中层强冷平流中心和高层冷平流向近地面传递是造成霜冻的主要原因;强冷暖平流快速交替,大温差加重了冻害影响程度。0cm地面温度和气温长时间持续≤0℃导致农林作物深度冻伤;前期气温偏高使得农林作物发育期提前,农林作物抵抗冻害能力明显下降,霜冻出现偏迟,冻害影响加重;冻害发生后,温度急剧上升,湿度迅速减小,作物水分强烈蒸腾,作物细胞严重受损,导致受灾程度加重。

河西走廊东部寒潮特征及典型个例分析

利用1986-2015年河西走廊东部5个气象站逐日气温、大气环流特征量和2016年5月常规天气图、物理量场,分析河西走廊东部寒潮时空分布及与大气环流特征量的关系和2016年5月3次寒潮过程天气成因。研究表明:河西走廊东部寒潮频次由北向南减少,但中部最少;年际差异较大,总体呈下降趋势;主要出现在1-5月和10-12月,频次站次4月最多、6月最少,春季寒潮频次最多;寒潮最早出现在9月1日(永昌)、最晚出现在6月7日(乌鞘岭)。月寒潮频次与月亚洲、北半球的极涡面积和强度、北极涛动、亚洲经向环流和冷空气指数呈显著正相关,与北半球极涡中心纬向位置和强度、东亚大槽强度、西藏高原1和2指数呈负显著相关;前一月亚洲、北半球极涡面积和强度、北半球极涡中心强度、北极涛动指数对月寒潮预报具有良好的指示意义,使用多元回归建立寒潮月频次预报方程,通过α=0.1显著性检验。2016年5月3次寒潮天气均与极涡中心偏强有关,前期升温明显、高空强盛冷平流、地面冷高压强烈是造成3次寒潮天气的主要原因,500 hPa横槽转向南压造成的降温幅度比小槽东移更强、影响范围更广。

河西走廊东部近60年气候时空变化特征

利用甘肃省武威市4个气象站1959—2018年的气温、降水、大风和沙尘暴资料,采用线性倾向率、滑动t检验、小波分析和功率谱等方法对其时空变化规律进行了系统分析。结果表明,年平均气温呈上升趋势,年际倾向率为0.40℃/10年,且这种增暖趋势存在突变,四季增温速度是冬季>秋季>春季>夏季;空间变化特点为中北部增温速度比南部快。年降水量呈波动增加趋势,年际倾向率为6.1 mm/10年,四季降水量除秋季持平外,其他季节都呈增加趋势,增幅为夏季>春季>冬季;空间变化表现为南部增加速度快、中部增加速度慢。年大风日数呈减少趋势,年际倾向率为-0.4 d/10年,春季大风日数的减少抵消了冬季大风日数的增多,以夏季减少最显著;空间变化表现为南部呈增加趋势、中北部呈减少趋势。年沙尘暴日数显著减少,年际倾向率为-2.8 d/10年,减少速度为春季=夏季>冬季>秋季;空间上呈自南向北减少速度逐渐加大的变化特点。武威市气候暖湿化趋势明显,随着石羊河流域综合治理力度加大,大风日数和沙尘暴日数显著减少,生态环境得到改善。

河西走廊东部极端降水的时空分布及影响因子分析

利用线性回归分析、Mann-Kendall检验法和和小波分析法,统计分析了河西走廊东部1961-2012年近52 a来暴雨日数的变化规律。结果表明：河西走廊东部年平均暴雨日数为1.2 d·a-1,多为局地暴雨,暴雨日数时空分布差异大,从南向北、从东向西暴雨日数迅速递减,暴雨最多的地方出现在祁连山北坡迎风坡的古浪县。然而,年暴雨日数变化总体呈上升趋势,其线性倾向率为0.24次·（10 a）-1,年暴雨日数最多年代出现在21世纪00年代,出现15场次;最少的年代出现在20世纪80年代,仅为6场次;区域性暴雨出现最多年代、最少年代与区域性暴雨强度呈相反态势。暴雨日数受季风变化影响显著,出现时段集中在6~8月,占全年暴雨日数的90.3%。其中8月暴雨日数最多,占总次数的48.4%;一日中暴雨主要出现在白天。采用Mann-Kendall检验法进行检验,河西走廊东部年暴雨日数增加从1963年开始,1985-2012年为显著增加,气候变暖使区域内极端降水出现次数增多。小波分析发现暴雨日数存在9 a和6 a周期。区域内年降水量与暴雨日的变化趋势相同,说明区域内极端降水日数增多导致了年降水量的增加。利用1983-2012年近32 a的NCEP再分析资料,将暴雨出现的高空环流形势归纳为副高西部西南气流型、河套阻塞高压型,大量级暴雨产生在高空河套阻塞高压型中;根据暴雨产生的物理机制,归纳总结出河西走廊东部暴雨产生的物理要素阈值。

河西走廊东部强降温变化特征和典型环流型

利用河西走廊东部1961—2010年5个气象站日最低气温观测资料,计算了50 a强降温24 h（48 h）最低气温下降≥8（10）℃、最低气温≤4℃次数,采用统计学方法系统分析了该区域强降温的时空分布以及强度等气候特征,然后利用19912010年ECMWF 500 hPa（2.5°×2.5°）数值预报格点资料,分析了该地强降温的环流特征,最后研究了强降温次数与大气环流特征量的关系。结果表明,受地形地貌、地表植被以及山脉阻挡的影响,河西走廊东部强降温次数的地域分布存在明显差异,海拔较高的山区和北部沙漠边缘强降温次数明显多于绿洲平原区。强降温天气具有明显的区域性特征,随着强降温站数的增多,强降温的次数在减少;24和48 h强降温年代、年次数总体呈减少趋势,其强降温次数时间序列均存在4~6 a的准周期变化,但未出现突变现象。强降温天气主要发生在1-5和9-12月,4月强降温次数最多。各强度强降温次数的变率较大,随着降温强度的增大,强降温次数迅速减少,24 h强降温强度呈较弱减弱趋势,48 h强降温强度呈较弱增强趋势。河西走廊东部强降温天气的典型环流形势分为西北气流型和偏北气流型两大类,其中西北气流型次数多于偏北气流型。河西走廊东部月强降温次数与表征高空冷空气的强度和移动路径的大气环流特征量表现为显著的正相关,说明河西走廊东部强降温次数与高空冷空气的强度和移动路径的关系密切,高空冷空气的强度和移动路径是强降温预测的强信号。

河西走廊东部冬季沙尘暴的典型个例及气候特征分析

应用1971-2016年河西走廊东部代表站的地面观测资料、NCEP 2.5°×2.5°月均地面至300 hPa高空资料,2006-2016年民勤逐日07和19时每隔10 m加密高空资料,分析了近45年河西走廊东部冬季沙尘暴天气的年际变化特征。同时选取2016年11月两次沙尘暴天气过程从天气学成因、物理量场及近地面边界层特征等方面进行了诊断分析。结果表明:近45年河西走廊东部冬季沙尘暴日数呈减少趋势,产生大风沙尘天气的主要原因不仅与大型冷暖空气强度及环流形势有关,还与冷锋过境时间、日变化、近地层风速和干湿程度关系密切。夜间至早晨近地面逆温厚且强,大气层结稳定,削弱沙暴强度,而午后到傍晚,逆温薄而弱,大气层结不稳定性强,加强了动量下传和风速,增强沙暴强度。近地层越干,风速越大,沙暴越强。

河西走廊东部初、终霜冻日和无霜期变化特征分析

为了引进适宜作物品种,合理调整种植结构,提高农业产业水平,利用1961—2014年河西走廊东部4个气象站的初、终霜冻日（最低地温≤0℃）和年气温资料,采用气候诊断方法,对河西走廊东部初、终霜冻日及无霜期的变化进行研究。结果表明,在时间变化上,初霜冻日显著推迟,终霜冻日显著提早,无霜期显著延长。初、终霜冻日和无霜期时间序列分别存在8～10年、9～11年、9～10年的准周期变化。初、终霜冻日和无霜期均发生了气候突变。受海拔高度、地形地势和植被覆盖的影响,在空间分布上,初霜冻日为山区早于荒漠区早于绿洲平原区,终霜冻日为山区晚于荒漠区晚于绿洲平原区,无霜期为山区短于荒漠区短于绿洲平原区。初霜冻日、终霜冻日和无霜期与年气温和海拔显著相关。

河西走廊东部降雪量变化特征及其与大气环流因子的关系

利用1960—2018年河西走廊东部5个气象观测站逐日降雪量资料,运用线性回归、均方差、相关系数等方法,分析了该区域降雪量的时空变化特征及其与大气环流的关系。结果表明,河西走廊东部降雪量具有明显地域特征,降雪量的均值和极值均为山区多于绿洲平原区,绿洲平原多于荒漠干旱区。除古浪县外,年及年代降雪量呈增多趋势,天祝县降雪量增多趋势明显。降雪主要在春、秋、冬季,春、冬季降雪量呈增多趋势,秋季降雪量呈减少趋势。各地年降雪量的异常性比较一致,正常年份最多,发生概率为62.7%~72.9%,依次向两端迅速递减。印度副热带高压面积、西太平洋副热带高压面积、东亚槽强度分别对同季春、秋、冬季降雪量的影响最明显;亚洲经向环流、北半球极涡强度和东亚槽强度分别对下一季春、冬季降雪量的影响最明显。

1960—2017年河西走廊东部寒潮时空变化特征

利用甘肃河西走廊东部5个气象站1960-2017年平均气温和最低气温逐日资料,采用线性趋势法、Mann-Kendall检验及Morlet小波分析等方法,从单站和区域角度出发,统计分析河西走廊东部地区寒潮的时空变化特征。结果表明:河西走廊东部单站寒潮次数及强度存在明显的空间差异,除武威站外寒潮频次自北向南逐渐减少,而寒潮强度则呈现南北两端强、中间弱的分布特征。单站寒潮主要发生在9月到次年5月,而区域性寒潮多发生在10月至次年5月,单站和区域性寒潮在春季最易发生,而最强区域性寒潮易出现在秋季。近58 a来,河西走廊东部民勤、永昌、武威3站寒潮次数均发生了由多到少的显著突变,突变点分别为1973、1973、2014年,且5站寒潮频次均存在41 a左右的周期变化;区域性寒潮频次呈现明显的"显著减少-波动变化-缓慢增加"阶段性年代际变化,但未发生显著突变,且具有42 a、15 a、8 a、4 a的变化周期。现行寒潮统计标准无法完全反映气温缓慢下降的冷空气活动。

河西走廊东部武威市2021年主要气候特征及影响分析

2021年武威市气候较为异常,气温冷暖变化显著,极端天气事件多。全市平均气温8.2℃,较历年偏高1.1℃,为有气象记录以来最高,2月、7月、9月气温打破历史同期极值;≤-20℃的低温日数和寒潮次数偏多。降水时空分布不均,年降水量为270.5 mm,较历年偏多3%,凉州、古浪分别偏多22%、11%,民勤、天祝分别偏少17%、7%;4月偏多202%,7月偏少58%。日照时数为2 664.9 h,较历年偏少6%;≥35℃高温日数多,持续时间长,伏期干旱造成农作物受灾;受汛期降水偏少的影响,2021年石羊河的年平均流量较2020年同期偏少9%,全市归一化植被指数NDVI差于2020年同期。大风沙尘天气偏多,沙尘暴为2007年以来最多,风沙造成农作物受灾,2021年大气降尘量较2020年同期偏多17%,可吸入颗粒物PM10浓度较2020年同期上升了61.6%,城市空气质量严重污染,影响交通运输和大棚作物和日光温室瓜果蔬菜生长。短时强降水出现时间早,局地暴雨多,引发灾害。

河西走廊东部霜冻天气及冻害成因分析

2020年5月9日和11日河西走廊东部发生了区域性强霜冻天气,对农林业生产造成了严重灾害。利用实时MICAPS常规观测资料、物理量场和河西走廊东部区域内6个国家自动气象观测站和93个区域气象站观测资料,对这次霜冻天气进行了成因分析,并分析了霜冻灾害严重的成因。结果表明,乌拉尔山高压脊强烈发展,脊前强劲偏北急流引导强冷空气向南爆发,冷高压长时间维持并加强,为霜冻发生提供了平流和晴空辐射降温条件。高低空强烈且深厚的冷平流引起的剧烈降温是造成霜冻的主要原因。前期气温异常偏高,造成农林作物播种期和生育期普遍提前,农林作物抵抗冻害的能力明显下降。气温、地温长时间维持在0℃以下造成了霜冻二次叠加,冻害加重。冻害发生后,温度急剧上升,作物水分强烈蒸腾,细胞严重受损,导致受灾程度严重。

河西走廊东部1961-2017年不同等级冷空气时空变化及寒潮特征

基于河西走廊东部5个国家气象观测站1961—2017年的日最低气温,统计分析其5个等级冷空气的时空变化和降温幅度,应用NCEP月平均500 hPa位势高度场、风场得出寒潮显著极端年的特征。结果表明:(1)冷空气年均日数Ⅰ级最多,Ⅳ和Ⅴ级基本接近,Ⅲ级最少。空间分布Ⅰ级偏北沙漠区少、中部平原区多;其余四级分布均为偏北沙漠区偏多。时间分布Ⅱ、Ⅳ和Ⅴ级春季4—5月最多,夏季最少;Ⅲ级集中在夏季7—8月;Ⅰ级月、季出现频率接近,夏季8月略多。(2)年降温日数Ⅴ和Ⅳ级呈明显减少趋势,Ⅰ~Ⅲ级线性趋势不明显,其中Ⅰ和Ⅱ级略增多。年均降温频次的年代际差异不大,整体呈先降后升趋势。(3)平均降温幅度季节变化只有Ⅴ级明显,Ⅳ级相近,而Ⅰ~Ⅲ级最大分别出现在春季、秋季和夏季;Ⅴ级24、48、72 h最大降温幅度分别为9.9、12.2、14.3℃。(4)寒潮次数有12个极端年,寒潮显著偏多(少)年次数差异10月最大、夏季较小。河西走廊东部500 hPa位势高度场在显著偏多年为明显的西北气流控制,配合负距平中心,乌拉尔山脊前有极地干冷空气输送,有利于寒潮天气发生。偏少年以纬向平直西风气流为主,有明显的正距平高度,冷空气活动少,冷害天气不易发生。