冰冻圈水资源对中国社会经济的重要性:基于多级流域尺度分析

冰冻圈水资源为全球寒区旱区生态安全和社会经济发展提供重要保障.随着气候变暖导致冰冻圈水资源供给变化以及社会经济增长对水资源需求增加,区域水资源短缺风险不断加剧.鉴于此,加强冰冻圈水资源与社会经济关联研究至关重要.本研究首先在三级流域尺度上系统分析了中国冰冻圈水资源的空间分布特征及其影响区人口和GDP时空变化格局,然后进一步综合供给和需求两侧指标,评估了冰冻圈水资源对社会经济的重要性.结果表明:(1)中国冰冻圈及其影响区共涵盖7个一级流域、38个二级流域和84个三级流域.(2)从冰冻圈要素的重要性看,塔里木河、羌塘高原以及雅鲁藏布江等流域冰川面积和储量较大,青藏高原腹地和松花江流域多年冻土覆盖率较高,松花江区、新疆北部以及青藏高原西南部平均积雪深度较大.(3)以2015年为基准,计算得到冰冻圈水资源重要影响区人口和GDP分别约为2.63亿和11.4万亿元,分别占全国23.1%和16.5%,主要分布在我国一、二级地形阶梯分界线的东南部和北部以及三级阶梯北部; 1995～2015年间冰冻圈重要影响区人口占全国比重增加(由24.4%增为26.8%), GDP占全国比重下降(由21%降为19%)...     

青藏高原冰冻圈汞研究及其环境意义

全球变暖背景下,冰冻圈显著退缩引发的环境效应成为科学界关注的热点问题。青藏高原冰冻圈正在发生的显著退缩势必会加速冰冻圈中污染物向环境中释放,从而对生态系统和生物健康产生潜在的风险。汞是一种全球性污染物。目前,高原冰冻圈区主要介质(冰川、冻土、水体和大气等)中汞的历史记录、浓度水平和时空分布特征等研究均已取得较大进展。然而,对冰冻圈区关键的汞输出过程及其环境效应的认识较少,如冰川中汞向下游水体的传输过程、多年冻土退化的汞释放过程,特别是冻土区地表大气汞动态交换过程等。青藏高原冰冻圈区汞研究的深入持续开展,不但将丰富对冰冻圈区汞循环的认识,亦可为评价冰冻圈地区的环境汞暴露风险和冰冻圈退缩的环境效应提供基础理论依据。     

甘孜黄土与青藏高原冰冻圈演化

一旦高原进入冰冻圈或冰川规模达到最大,高原的反照率和冷源作用将会大大增强,对亚洲季风环流和全球气候都会产生很大的影响。因此,青藏高原何时进入冰冻圈和高原上最大冰期发生于何时,是冰川学和全球变化研究中两个非常关键的问题。施雅风等通过对大量资料的综合推导,认为最大冰期出现时间相当于深海氧同位素18～16阶段(0.72～0.52 MaBP),但是何时进入冰冻圈至今仍无确切证据。本文根据目前所知青藏高原上最厚的甘孜黄土剖面最新磁性年代和石英砂类型分析资料,对上述问题进行探讨。     

中国冰冻圈变化对海平面上升潜在贡献的初步估计

最新研究表明, 2003年以来冰冻圈已成为海平面上升最主要的影响因素, 其中山地冰川和冰帽的贡献量最大. 分析中国冰冻圈融水总量的估算结果, 并粗略估计中国冰川区降水, 大致推断中国冰冻圈对海平面上升的潜在总贡献量为0.14~0.16 mm a^-1, 其中主要为冰川贡献量, 约为0.12 mm a^-1. 在冰川贡献中, 外流河流域冰川融水补给对海平面的贡献则仅为0.07 mm a^-1, 占全球山地冰川和冰帽贡献量的6.4%.     

冰冻圈水循环在全球尺度的水文效应

以固态形式存在的冰冻圈诸要素,其冻、融过程导致水循环发生重要变化,进而影响大洋、河流水文过程及大气水分循环过程.本文在分析两极地区海洋淡水组成的基础上,论述了两极地区冰冻圈对大洋输入淡水的影响,阐释了冰冻圈与大洋热盐环流的关系,讨论了冰冻圈对海平面上升的贡献程度.研究指出,在南、北纬60o~90o范围南、北极海洋的淡水年循环中,海冰和北极融雪参与的水量远超过降水-蒸发过程的水循环量;北极融雪与河流补给、山地冰川、冰帽及格陵兰冰盖、南极冰盖、海冰、冰间湖等冰冻圈要素的变化可以显著地影响海洋深水对流强度及深水的形成,从而影响海洋热盐环流.冰冻圈对海平面变化影响的评估仍然存在较大的不确定性.从1990年开始的5次IPCC评估报告中,历次对海平面上升贡献的评估结果相差较大.总体来看,若不考虑陆地水储量变化的影响,在海洋热膨胀和冰冻圈这两大影响因子中,工业化升温以来对海平面上升的贡献各占一半.     

青藏高原冰冻圈变化及其对区域水循环和生态条件的影响*

以青藏高原为中心的冰川群是中国乃至整个高亚洲冰川的核心,由于全球变暖,青藏高原冰川自20 世纪90年代以来呈全面、加速退缩趋势。作为全球最主要的高海拔冻土区,青藏高原近几十年气候变暖是冻土退化的基础因素,人为活动在局部加速了冻土退化,推测未来几十年内冻土退化仍会保持或加速。过去50 年,青藏高原积雪面积总体呈减少趋势。由于气温升高,青藏高原处于降雪和积雪临界状态的区域大大增加,导致青藏高原积雪期开始时间的推迟和结束时间的提前。冰川加速消融退缩,融水在逐年增加,冰川变化引发的水资源时空分布和水循环过程的变化,无疑将给青藏高原社会经济发展带来深刻影响。冻土及其孕育的高寒沼泽湿地和高寒草甸生态系统具有显著的水源涵养功能,是稳定江河源区水循环与河川径流的重要因素。青藏高原江河源区近几十年来生态退化和河流、湖泊、沼泽、湿地等水文环境的显著变化就与冻土退化密切相关。过去十年来由于冻胀和融沉破坏,青藏公路已经进行了多次全线性大规模的整修。在未来几十年内多年冻土的主要退化形式为地下冰的消融和低温冻土向高温冻土转化,这一过程将引起热融滑塌、热融沉陷等冻土热融灾害。为应对气候变化对青藏高原冰冻圈影响,应加强冰川融水对地表水和冰川融水补给河流的水文过程与预测研究,针对未来可能出现的各种灾害,要在科学预测和普查的基础上评价灾害风险。     

未来气候变化情景下中国冰冻圈变化影响区域的脆弱性评价

基于IPCC的脆弱性定义,本文遴选了冰川覆盖率、冻土深度年变化率、积雪覆盖年变化率、地表径流年变化率、地温年变化率、植被生长年变化率以及人类发展指数年变化率7个指标,开展2001~2020年以及2001~2050年两个时段A1(高排放)和B1(低排放)情景下冰冻圈变化的脆弱性定量评价.评价结果显示,未来中国冰冻圈变化影响区域的脆弱性自东向西呈逐渐增加的分布特征,中东部地区主要为微度和轻度脆弱区,强度脆弱区和极强度脆弱区主要分布在西藏的部分地区.对1981~2000年、2001~2020年以及2001~2050年的脆弱性比较表明,上述3个时期脆弱性最强的是1981~2000年,其次为2001~2020年,脆弱性最小的是2001~2050年.从1981~2000年到2001~2050年,微度脆弱区面积逐渐增加,轻度脆弱区面积逐渐减小,强度脆弱区和极强度脆弱区则先增加再减小.未来气候变化情景下冰冻圈变化影响区域脆弱性减小是由于暴露度、敏感性减小,适应性增加所致.     

南极冰雪圈与全球变化研究--冰盖与全球气候环境记录

南极冰雪圈作为地球系统的最大冷源主导着全球水汽环流的变化.处于大气环流沉降区的南极大陆,以其巨厚的冰盖,保存着详细的过去全球气候环境变化的记录.通过对南极冰盖冰雪气候环境记录代用指标、南极冰盖气候环境区域分异与冰盖地球化学分带和冰芯的综合研究,目前已揭示了过去80万年来的气候环境变化记录.这些成果将为未来气候环境变化的预测提供依据.本文介绍了南极冰盖在全球气候环境记录研究中的前沿领域和主要成果.     

铁生物地球化学循环：三极雪冰研究进展

具有生物活性的元素铁通过调控浮游植物生产力大小,从而影响海气之间碳的交换,并最终调节海洋生态系统与全球气候效应。陆源生物活性元素铁以大气干、湿沉降的方式进入冰冻圈各要素(冰川、冰盖、冻土、海冰与冰山),然后以固态的形式储存在地球表层。随着全球气候变暖,冰冻圈各要素退缩过程使其以迁移与转化的形式再次进入地球表层系统,进行全球再分配。自2000年以来,关于铁生物地球化学循环的研究,已在三极(南极、北极与青藏高原)冰冻圈区取得了初步研究成果。特别是近期,在南、北两极围绕冰盖消融与生物活性元素铁对海洋生产力调节作用的研究,取得了重大突破。文章向公众介绍了铁假说的提出与发展历史,阐述了其在冰冻圈科学中的研究成果,并提出未来可能突破的研究方向。     

浅谈公路防抗雨雪冰冻灾害

防抗雨雪冰冻灾害是公路冬季养护工作的重点,为提高公路系统应对雨雪冰冻灾害的快速反应能力,有组织、有计划、有步骤地开展抗灾抢险工作,保障公路在雨雪冰冻灾害期间安全畅通,把灾害损失减少到最低程度,结合本段公路实际情况,对应急组织与管理、做法和经验、建议等方面进行了简单的阐述.     

浅析某高层建筑后浇带的施工

防抗雨雪冰冻灾害是公路冬季养护工作的重点,为提高公路系统应对雨雪冰冻灾害的快速反应能力,有组织、有计划、有步骤地开展抗灾抢险工作,保障公路在雨雪冰冻灾害期间安全畅通,把灾害损失减少到最低程度,结合本段公路实际情况,对应急组织与管理、做法和经验、建议等方面进行了简单的阐述。     

丝绸之路经济带自然灾害与重大工程风险

丝绸之路经济带穿越了地质结构复杂、构造运动活跃、气候条件多变的地区,区域内各种原生和次生自然灾害频发.地震作为典型的原生自然灾害具有突发性强、危害范围广、破坏严重等特点,并诱发一系列次生灾害.气象灾害具有种类多、空间分布广、时间跨度大等特点.山区地质灾害大多由地震、极端降雨等灾害诱发,具有类型多样、分布广泛、危害严重等特点.该经济带沿线各类自然灾害风险严重影响沿线各国深入合作与交流,制约着社会经济的快速发展.本文阐述了丝绸之路经济带上地震灾害、气象灾害和地质灾害等三类主要自然灾害特点及其发展趋势,并针对丝绸之路经济带上的重大工程建设,提出了5点应对策略:(1)建立丝绸之路经济带孕灾背景和灾害数据库;(2)集成现有的灾害防控技术,研发减灾关键技术;(3)发展空-天-地立体、全天候的监测预警方法;(4)科学评估灾害风险;(5)建立多国协调减灾和信息共享机制.     

气候报告：科学目前的进展

过去六年是研究冰层的黄金时期。剑桥英国南极考察队大卫·沃恩（DavidVaughan）是冰冻圈章节的首席作者，他说：“根据我们对海冰、积雪层、冰原和海平面升高的预测，两极地区正发生飞速变化。”     

堰塞湖——汶川地震最重要的灾害链环节

一个自然灾害的来临,往往会因主灾引发一些次生灾害,有时还会造成更大的危害,所渭"灾中灾"、"灾后灾"、"灾灾相连".以使灾难变得更加深重,这便是灾害链的形成.在这次"5.12"汶川8.0级地震灾害中通信中断、道路毁坏、天气变化复杂等都是灾害链环节,然而,地震导致的堰塞(sai)湖则成为最重要的灾害链环节.     

“一带一路”沿线区域21世纪极端高温热浪风险预估

极端高温热浪可能对社会经济和自然生态系统产生多方面的影响,全球增暖背景下增多的高温热浪相关灾害威胁到"一带一路"沿线这一气候类型复杂、且经济基础薄弱区域的可持续发展.在高温高湿环境下,人体健康面临更大威胁,与传统研究仅考虑温度这一变量相比,考虑温度-湿度的综合作用可以更好地解释人体在高温环境下的热负荷,进而更好地衡量高温热浪事件的强度特征.因此本研究基于ISI-MIP全球气候模式模拟试验和NCARCIDR人口预估数据集,以一个反映温度-湿度协同效应的热浪指数表征极端高温的健康风险,对21世纪该区域不同风险等级高温热浪的发生频率及人口暴露度的变化进行了预估.结果表明,在未来温度-湿度变化综合影响下,"一带一路"沿线大部分区域的高温热浪强度和频次呈现不同程度的增加趋势,在两种典型气候-社会经济情景(SSP2-4.5和SSP3-8.5)下,到21世纪末全区各等级极端高温热浪的人口暴露度总和将增加至基准时段(1986～2005年)的2.0和3.3倍,且越高风险等级(对人体健康影响越大)的高温热浪出现频次及其人口暴露度的相对增加越突出.极端高温热浪及其人口暴露度最突出的增加出现在低纬度的南亚和东...     

“典型山地水土要素时空耦合特征、效应及其调控”项目简介

正本项目拟破解的关键科学问题:山地不同时空尺度水土要素耦合过程与资源效应;变化环境下山地水土作用失衡的发生机理与灾害风险;山区水土资源承载力与国土空间功能优化关联机制。其主要研究内容:气候、地形、地质条件约束下的山地水文过程;土地空间变异特征、功能及控制机制;山地水土要素时空耦合格局及其对生态稳定性和脆弱性的影响;新构造运动活跃区水土作用失衡机制与灾害风险评价;山区国土空间功能优化与人地关系协调机制。其总体目标是:通过对我国易受水分快速胁迫的太行山区、横断山     

大尺度洪水灾害损失与影响预评估

通过深入研究建立了大尺度洪灾损失与影响评估指标体系,构建了大尺度洪灾损失与影响预估的方法体系,即通过数值模拟确定大尺度洪水的淹没特征.根据土地利用类型与承灾体类型在空间上的对应分布特点实现了社会经济统计数据的空间化,通过GIS软件的空间分析功能完成大尺度洪灾社会影响和经济财产损失的空间化评估.黄河下游存在发生大尺度洪灾的可能,其洪水管理需要洪灾损失与影响的预评估,但黄河下游目前尚没有比较合适的洪灾预评估方法.经过对黄河下游北岸原阳在1958年型洪水下的模拟决溢洪水所造成的灾害损失与社会影响预估表明,该方法可以评估大尺度洪灾中经济财产损失的类型、数量及其空间分布特点,可以确定受灾人口数量、受灾程度及其空间分布特征,并能够评估间接损失,可以满足洪水影响区规划和抗洪救灾、减灾决策的需求.     

大尺度洪水灾害损失与影响预评估

通过深入研究建立了大尺度洪灾损失与影响评估指标体系,构建了大尺度洪灾损失与影响预估的方法体系,即通过数值模拟确定大尺度洪水的淹没特征.根据土地利用类型与承灾体类型在空间上的对应分布特点实现了社会经济统计数据的空间化,通过GIS软件的空间分析功能完成大尺度洪灾社会影响和经济财产损失的空间化评估.黄河下游存在发生大尺度洪灾的可能,其洪水管理需要洪灾损失与影响的预评估,但黄河下游目前尚没有比较合适的洪灾预评估方法.经过对黄河下游北岸原阳在1958年型洪水下的模拟决溢洪水所造成的灾害损失与社会影响预估表明,该方法可以评估大尺度洪灾中经济财产损失的类型、数量及其空间分布特点,可以确定受灾人口数量、受灾程度及其空间分布特征,并能够评估间接损失,可以满足洪水影响区规划和抗洪救灾、减灾决策的需求.     

青藏高原山地灾害和气象灾害风险评估与减灾对策

基于青藏高原与气候变化相关的地表自然灾害(滑坡、泥石流、山洪、干旱、雪灾)的孕灾和成灾特点,遴选出不同类型灾害的危险性评估指标,进行灾害危险性评估;依据对承灾体的危害程度和方式,分别针对山地灾害(滑坡、泥石流、山洪)和气象灾害(干旱和雪灾)进行区域易损性评估;对危险度和易损度评估值进行归一化处理,完成灾害综合风险评估.评估结果表明:高度风险区主要位于青藏高原西部和南部边缘地区,占20.55%,包括川西高原和藏东南;中度风险区主要位于青藏高原中南部、中西部以及东北部地区,占30.26%,包括西藏南部、青海北部以及四川西北部地区;低度风险区主要位于青藏高原中部地区,占37.64%,包括西藏中北部与青海西南部地区;微度风险区主要位于青藏高原北部与西北部,占11.55%,包括西藏北部与新疆南部地区.最后,分析了当前防灾减灾存在的问题,并提出相应的减灾对策.     

卡特里娜飓风对美国新奥尔良市西侧海岸线变化的影响

卡特里娜飓风及其引发的风暴潮给路易斯安那州周围的海岸造成了灾难性的破坏.对海岸线进行连续观测有着重要意义,一方面可以用于定量评估飓风对海岸的破坏,另一方面有助于理解飓风对海岸的破坏过程.本文选取新奥尔良西侧一段约180 km的海岸线为研究区,综合使用美国陆地卫星时间序列和验潮站的水位数据得到飓风前后的海岸线变化率.提取不同时期的海岸线,然后进行速率估算和变化检测.结果表明,飓风登陆前后,海岸线位置和变化速率发生了较大的改变.卡特里娜飓风之前,研究区有39.42%的海岸线向海洋推进,60.58%的海岸线向陆地后退,海岸线平均变化速率为?2.53 m/a;而之后有26.73%的海岸线向海洋推进,73.27%的海岸线向陆地后退,海岸线平均变化速率为?3.58 m/a.卡特里娜飓风给海岸造成了很大破坏,86.57%的海岸在卡特里娜飓风中受到严重侵蚀,研究区海岸线向陆地平均移动14.91 m.计算结果表明遥感技术确实能够有效估算出飓风前后的海岸线变化.其结果可用于评估飓风对海岸的影响,为灾后重建提供基础信息,也可以用于研究飓风对海岸的破坏机理.本文显示了对地观测技术在灾害评估中发挥的巨大作用.