西南河流源区径流量变化规律及其未来演变趋势

采用统计学方法及集合经验模态分解、小波分析、水文模型等多种方法,在对气象水文、湖泊岩芯、树木年轮、气候模式数据进行深入分析的基础上,研究了西南河流源区径流变化规律与历史丰枯规律及其驱动机制,分析了未来气候变化影响下的径流演变趋势。结果表明:三江源地区的径流近50 a整体表现为上升趋势,雅鲁藏布江流域除尼洋河外的其他区域年径流量整体呈不显著下降趋势,气候变化是导致三江源、雅鲁藏布江和怒江流域径流变化的主要原因,其中降水是引起径流变化最关键的因子;主要河流径流不同时间尺度的丰枯演变规律为,雅鲁藏布江中游全新世洪水事件呈现出早晚全新世频繁、中全新世相对较少的特征,近500 a怒江流域重建径流序列存在10个丰水期和10个枯水期,丰枯序列变化主要受季风环流和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)活动的影响;在未来15~60 a,全球持续增温将使西南河流源区平均年径流深相比近30 a增加6%~14%,而极端径流呈现出“干更干、湿更湿”的变化特征,同时生态因子对径流变化的影响不可忽视。

塔吉克斯坦帕米尔高原源区水文变化——以贡特河为例

在中亚地区水资源匮乏、水资源安全问题突出背景下,进一步了解该区水文变化有利于科学制定水资源调配政策。基于塔吉克斯坦贡特河(Gunt river)霍罗格水文站数据和霍罗格气象站数据,使用不均匀系数、线性趋势法、Mann-Kendall检验法、R/S分析法和小波分析法等方法,分析了1940—2017年贡特河流量变化特征及其对气候变化的响应,结果表明:(1)贡特河流量年内分配不均匀,6—9月占全年平均流量的75%,汛期集中在7月19日前后,无明显提前或延后特征。(2)贡特河流量年际变化总体呈减少趋势,但趋势不显著,年际变化率为-5. 75(m^3·s^(-1))/10 a,在1940—1946年呈增加趋势,1947—1958年呈减少趋势,1959—1960年呈增加趋势,1961—2017年呈减少趋势,在1946年存在突变;共经历了4次丰-枯期:丰水期(1940—1959年)-枯水期(1960—1976年)-丰水期(1977—1995年)-枯水期(1996—2017年)。趋势分析表明流量在未来一段时间内可能存在增加趋势;小波分析表明流量存在23～34 a,9～22 a,4～8 a的准周期变化。(3)降水对贡特河径流年内补给具有明显滞后效应,平均气温与径流年内变化具有同步性;流量年际变化主要受降水影响;周期相关表明,年平均流量与降水量、平均气温在1960—1980年同时存在的8～12 a时间尺度的显著周期变化,而在整个时间域中则同时存在2～5 a时间尺度的显著周期变化。

树轮记录的自公元1200年以来强火山喷发事件与高亚洲南部河流源区气候水文变化的关联

强火山喷发作为气候变化重要的外强迫因素,其所造成的气候环境效应一直是气候变化研究热点,而其对于流域水循环影响较少受关注。本文利用采自高亚洲南部河流源区麦吊云杉(Picea brachytyla)树轮样本,研制出一个长达885 a的树木年轮标准宽度年表。基于树轮气候响应分析结果,利用线性回归模型重建研究区自公元1200年上年11月至当年2月平均最低气温变化,重建方程方差解释量47.1%。该气温重建序列显示,研究区自公元1200年经历了8个冷期和9个暖期,包含有10个极冷年和23个极暖年。同时,该气温重建序列验证了自公元1200年来27次强火山喷发(VEI≥5)对于青藏高原东南部河流源区气候的影响,包括1257年Samalas和1815年Tambora等强火山喷发事件。该气温重建序列与相关河流径流数据对比结果表明强火山喷发在引起高亚洲南部河流源区气温出现明显下降的同时,也可能会进一步导致水循环减缓,使得高亚洲南部河流径流量出现减少。

油松树轮指示的秦岭中部过去194年5—7月NDVI变化

由于归一化差异植被指数(NDVI)观测记录较短,对长时间尺度的NDVI变化研究较少,限制了我们对于全球变暖背景下气候驱动的植被生产力变化及其影响的理解。本研究利用陕西秦岭中部油松树轮样本建立区域树轮宽度指数年表,基于秦岭中部区域年表与5—7月NDVI的较高相关(r=0.624,P<0.01,n=34),利用线性回归模型重建秦岭中部1825—2018年5—7月NDVI变化,方差解释量为38.9%。空间分析表明,重建序列能够较好代表研究区范围内NDVI变化。重建序列表明,秦岭中部过去近194年经历了6个高值期和5个低值期,其中2006—2018年植被生长最好,即在最近的升温停滞期,秦岭中部植被生长呈显著恢复性生长。NDVI低值期与研究区区域干旱事件有着良好的对应关系。小波分析表明,重建序列存在2~4、12~16年准周期。SEA分析表明,重建序列在厄尔尼诺年出现显著下降,而在拉尼娜年事件发生后第1年至第3年出现显著上升。预测油松生长在SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下会略微上升。

滇西不同海拔云南松径向生长对气候水文要素的响应

利用滇西地区两个不同海拔采样点的云南松树轮样本,建立树轮宽度标准化年表,研究其径向生长对气候和水文要素的响应。结果表明:滇西云南松径向生长主要受降水量、气温和径流量的影响,其中高海拔(2413.3 m)云南松径向生长受夏季高温的制约和季风季节径流量影响,而低海拔(1062.6 m)云南松径向生长受生长季的降水量和全年径流量影响。滇西高海拔云南松径向生长对气温变化的响应受温度阈值影响表现出不稳定性;低海拔云南松径向生长对降水量和径流量的响应,在20世纪80年代均受到东亚夏季风的减弱而出现波动。滇西不同海拔云南松径向生长与亚洲夏季风活动及厄尔尼诺存在联系。

河谷澜沧黄杉指示的青藏高原东南地区过去205年干湿变化

利用采集自青藏高原东南地区察隅县低海拔河谷澜沧黄杉建立树轮宽度差值年表。将树轮宽度差值年表与气候因子进行皮尔逊相关分析,利用线性回归方法重建了青藏高原东南地区1812—2016年4—5月帕尔默干旱指数(PDSI)变化(方差解释量为47%)。结果表明:树轮宽度指数与PDSI指数有良好相关性(r=0.69,P<0.01)。PDSI重建序列存在4个偏湿阶段(1831—1844年、1853—1863年、1938—1948年和1988—2002年)、3个偏干阶段(1864—1876年、1908—1926年和2003—2016年)。与其他序列和历史记录对比分析表明,该重建序列能够较好地指示研究区历史时期干湿变化。空间分析显示,重建序列与青藏高原东南地区PDSI指数的变化趋势较为一致,具有很强的空间代表性。多窗谱分析表明,PDSI重建序列具有19~20、3.9、3.2、2.4和2.1年准周期变化特征,这些周期性干湿变化与亚洲夏季风和ENSO活动相关。