基于MODIS的玛纳斯河流域冰川积雪覆盖变化特征的分析

为分析玛纳斯河流域冰川积雪覆盖的变化特征,应对气候变化条件下区域水资源的变化,以MODIS数据为基础,利用归一化差分积雪指数方法提取了玛纳斯河流域的冰川积雪覆盖面积,研究了该流域1998—2006年的冰川积雪覆盖变化。结果表明：该流域的年际冰川积雪覆盖区域的平均海拔高度在1998—2002年表现为下降过程,在2002—2006年表现为上升过程;1998～2001年冰川积雪面积有一个缓慢增大的过程,而自2001年以后,出现了年均8km^2左右稳步减小的过程;另外,该流域冰川积雪面积与平均温度、降水分别呈显著负相关和正相关关系。这说明气候变暖对玛纳斯河流域山区冰川积雪的消融有明显促进作用。     

新疆天山玛纳斯河流域高分辨率积雪遥感研究进展

新疆天山北麓玛纳斯河流域冬、春季积雪覆盖,高山冰川发育,是我国西北干旱区的典型流域,其冰雪融水对北疆工农业生产和生态环境具有重要意义.近五年来,在流域开展5次科学考察、积雪常规观测和星地同步观测,利用GF-1PMS(Panchromatic and Multi-Spectral)和WFV(Wide Field of View)、HJ-1CCD(Charge-Coupled Device)和IRS(Infrared Scanner)等国产高分光学遥感数据和C波段RADARSAT-2、ENVISAT ASAR等合成孔径雷达数据,探索山区复杂地形条件下的综合辐射校正方法,建立积雪识别模型获取积雪覆盖范围、积雪表面类型和积雪干湿状况,建立积雪参数反演模型获取雪粒径、雪深和雪水当量,分析流域积雪变化特征与雪盖衰退过程,进行流域融雪径流模型的参数率定、模拟与预报,为流域水资源合理利用与调配提供科学依据.     

玛纳斯河流域积雪遥感地面同步观测

积雪作为冰冻圈主要组成部分,是全球能量和水循环的重要环节.利用卫星遥感技术获取的高时空分辨率的积雪分布和状态信息对寒区水资源管理、经济发展和社会稳定具有重要意义.目前,利用高分辨率光学和合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)卫星数据能够实现积雪覆盖范围的识别和雪层物化参数的反演,但识别和反演的精度在高寒山区条件下受地形影响严重.为改进现有识别和反演模型在山区条件下的适应性,以新疆天山北坡玛纳斯河流域为研究区,分别在2013年冬季积雪期和2014年春季融雪期进行了两次与SAR卫星同步的野外积雪观测,为山区积雪识别和积雪参数反演获取了地面实测光谱和积雪参数数据.对两次积雪观测的目的、方法和初步结果进行介绍.观测初步结果显示了积雪在研究区内空间分布不均一,季节性差异性明显,为后续通过高分辨率遥感手段获取山区积雪参数时间和空间变异性提供了基础.     

河西黑河流域水文研究的若干进展

黑河流域历来是科学工作者研究寒区、旱区水文、水资源的典型区域．通过对它的研究，人们可以深入了解西北寒区、旱区冰川、积雪、冻土、高寒山区、山前地带和下游径流散失区的水文、水资源状况，进而为地区经济可持续发展提供及时的决策依据．20世纪80年代末以来，在用卫星监测祁连山积雪、冻土水文功能、黑河上游融雪径流预报等方面取得了多项研究成果．近几年来，黑河流域水文水资源研究在出山径流模拟与预测、地下水动态监测、水资源与生态环境的关系以及水资源合理开发利用等方面获得了长足的发展．展望未来，在黑河流域的研究将发展到以水循环为核心的，包括大气圈、生物圈、水圈和岩石圈各圈层在时空尺度上物质和能量相互转换的系统研究阶段，高新技术手段在实地观测和遥感、遥测中的应用将起到重要推动作用．     

高寒流域水文模拟与径流水源解析——以雅鲁藏布江帕隆藏布上游流域为例

为深入研究高寒流域河川径流的水源解析,选取雅鲁藏布江帕隆藏布上游流域为研究区,采用月流量、遥感积雪面积数据、实测冰川径流数据等多目标率定方法,改进单一依靠流量数据率定模型的方法,基于SPHY(Spatial Processes in Hydrology)水文模型开展水文模拟及径流组分研究,提高了总体建模质量.结果表明：在率定期和验证期Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.95和0.94,模型具有较好的适用性.降雨径流、融雪径流、冰川径流和基流作为径流来源,占总径流的比例分别为10%、25%、45%和20%,冰川径流和融雪径流是最重要的补给来源.月尺度上,冰川径流在7-8月占比最大,融雪径流在4-6月占比最大,降雨径流在各月占比最小.冰川径流占比最高,短期内可提供更多水资源保障社会经济发展,长期而言冰川径流将逐渐减少,造成水资源短缺.因此,当地需提高应对径流变化潜在风险的策略.     

庐山星子温泉成因探讨

从温泉区域地质构造背景入手,利用环境同位素和SiO2温标测算研究资料提供的地热水与补给区的相对时空位置关系,在系统解析补给区与温泉区地貌、地质构造特征以及水文地质条件基础上,认为温泉地热水的成因与庐山地质构造演化所形成的特殊地貌、地质构造环境及水文地质条件有关,有其特殊的形成条件和自然历程.     

煤田火区发展演化的多场耦合作用过程

 针对煤田火区发展演化多场耦合作用过程,分析了热-流-固耦合机理及不同时期煤体燃烧状态及产物。揭示了煤田火区发展演化是由煤氧复合化学反应而放热升温,产生热应力及烧空区致使上覆岩层失稳塌陷,形成煤岩体裂隙网络产生裂隙场,从而为氧气及燃烧产物对流循环提供通道,进一步促使火区向深部扩展延伸的灾变机理。因此,煤田火区温度场、裂隙应力场、渗流场及化学场之间的耦合作用是加速煤体燃烧的非线性动力循环过程。     

欧亚积雪深度的时空分布特征分析

利用EOF分析、连续小波分析分别对欧亚大陆1979—2009年共30年秋冬季和春夏季积雪深度变化的时空分布特征进行了研究.结果表明:①对欧亚积雪深度进行EOF分析发现,1990年代前(后),秋冬季、春夏季欧亚大部分区域积雪深度呈现一致异常偏浅(深)的分布,且从高纬度到低纬度强度逐渐减弱;②积雪深度在1979―2009年表现出明显的年际和年代际变化特征,且具有显著的上升趋势;③小波分析发现欧亚秋冬、春夏季积雪深度均在20世纪80年代中期为准2 a的振荡周期,而在80年代后期到90年代初期为准5 a的振荡周期.不同的是整个90年代,春夏季积雪深度还存在准8 a的振荡周期.相比于秋冬季,春夏季欧亚积雪深度的时空分布更加复杂.     

雅江流域多源遥感驱动的SRM模型精度影响因子研究

利用多源遥感数据驱动SRM模型模拟雅鲁藏布江4个不同水文站控制流域的融雪过程,分析流域特征(面积、地形地貌因子、植被类型)、模型输入变量(气温、降水、积雪覆盖率)对遥感驱动SRM模型模拟精度的影响.研究表明:遥感驱动的SRM模型在雅鲁藏布江研究区域模拟精度较高,NSE系数达到0.83以上;但其精度受流域面积大小的影响,具有尺度阈,在一定面积尺度上模拟精度最大,流域地形越复杂,其模拟效果越差;植被覆盖类型影响融雪径流过程的模拟,进而影响模拟结果;模型3个主要输入变量气温、降水、积雪覆盖率对遥感驱动的SRM模型的模拟精度同样有很大程度的影响.研究结果对资料匮乏的高海拔地区水资源利用具有重要意义,同时可为遥感驱动的SRM模型的推广应用提供有效支撑.     

基于卫星遥感降水反演产品在黄河源区的水文应用研究

多卫星遥感降水产品具有高时空分辨率、覆盖范围广等特点,弥补了传统地面观测时空上的局限性,并为无或缺资料地区提供新的数据来源。为评价TRMM 3B42-V7降水产品在地形复杂的高原山区的精度及适用性,以黄河源区为例,利用地面观测降雨站点对卫星数据的精度及适用性进行评估,并结合大尺度陆面分布式水文模型VIC进行水文模拟验证。研究结果表明:3B42-V7与地面观测站点的流域平均月降水之间的相关系数达到0.99;空间尺度上,流域尺度相关性优于网格尺度;时间尺度上,月尺度相关性较日尺度好。该产品可在一定程度上代替黄河源区的地面观测,但使用时需要根据实际情况对模型的参数重新率定。     

分布式冰雪融水雨水混合水文模型

在以冰雪融水雨水混合补给为主的流域中，产流空间分布的不均匀性十分突出。为此，建议一种基于数字高程模型（DEM）和地理信息系统（GIS）的网格式空间分布水文模型。该模型可在分别考虑不同网格的热量和水分状态的基础上计算产流和汇流，并在乌鲁木齐河山区流域上得到应用，取得了良好效果。     

基于文献计量学的黄河流域研究重点和学科热点演变分析

为实现黄河流域高质量发展，国家立足“十四五”规划，谋划和实施了重大科技项目，本文运用文献计量方法总结了黄河流域研究脉络和主题演变，旨在为推进黄河流域生态保护和高质量发展各研究课题提供“源头智慧”。结果表明：黄河流域环境科学、水资源等研究成果得到了国际方面广泛认可；中国科学院、西北农林科技大学和兰州大学等是黄河流域的中坚研究力量；我国有关黄河流域的研究做到了上游和中下游同步推进且布局合理；“气候变化”和“生态系统服务”是黄河流域高质量发展所面临的关键性问题，为此提出以水资源保护为主，优化生态、人居和经济等生产要素配比并行的方式，精准化推进流域、区域内外竞合空间协同，探索黄河流域高质量发展新路径。     

气候变化对黄河流域的影响及应对措施

 分析了全球气候变化对黄河流域区域气候、水资源量、生态格局、农业牧业生产、地质灾害、文物保护的影响,阐述了应对研究的主要进展及存在的主要问题,探讨了气候变化对黄河流域影响的未来趋势,提出了进一步研究工作的建议：即统筹建设黄河流域气象、水文、环境、地质灾害观测和预报预警系统;厘清多因素影响下的流域水资源时空过程,提升流域水资源效能;调整坡耕地和生态用地,加强流域水源涵养能力;加强植物生理生态适应性研究,优化流域农业和草业布局;修订文化遗产赋存环境区划,进行预防性保护技术研发;加强流域黄土滑坡加固新材料和生态修复协同技术研究。     

The hydrological linkage of mountains and plains in the arid region of northwest China

Mountain regions supply a large amount of fresh water for the people in arid and semiarid regions, however, there is great uncertainty of the water quantification from mountains to lower areas. In order to assess the hydrological significance of mountains and the hydrological linkage of mountains and plains, the measured and simulated hydrological data of the arid region in northwest China were used in the present research which followed a catchment-based approach. Firstly, the Heihe River Basin, a well-documented area, was selected as a specific watershed to reveal the hydrological relationship between highlands (mountains) and lowlands (plains); and then, the significance and disproportion of mountain runoff of 8 river basins as cases in the arid region of northwest China were analyzed and compared following the above analysis. The results of the study showed that the proportion of mountain runoff in total basinal runoff (PMR) of most rivers is above 50%. The PMR are between 50%-95% in the rivers originated in the northern slope of the Tianshan Mountains where the aqueous vapor is relatively sufficient. And that, almost all the flow of the rivers originating from the Qilian Mountains, the southern slope of the Tianshan Mountains, and the northern slope of the Kunlun Mountains come from mountain regions. Also the PMR gradually increases from west to east in northwest China. The hydrological significance and disproportion of mountains water in the arid region of northwest China were given a systematic and thorough assessment, and the results could give potential guides for the scientific utilization of water resources in these regional areas for relieving the more and more serious shortage of water resources due to climate warming and population expansion.     

MODIS／Terra遥感雪盖数据在青藏高原河源区的应用

基于2000-2009年MODIS/Terra积雪数据产品,分析我国青藏高原主要河源区雪盖的空间分布和季节变化.结果表明:五江源的积雪在空间上主要集中于雅鲁藏布江河谷、念青唐古拉山及横断山南部等地区,而北部积雪相对偏少;降雪主要集中于春冬季节,且雪盖变化呈现双峰形特点,峰值主要集中在2月和11月.不同季节雪盖表现出一定的趋势变化,春季雅鲁藏布江源区雪盖显著减少;秋季长江源区雪盖面积显著增加;冬季雪盖变化差异较大,黄河、澜沧江和怒江源区雪盖面积在减少,但趋势不显著,长江和雅鲁藏布江源区雪盖面积在增加,但仅长江源区增加趋势显著.总体而言,五江源地区雪盖面积表现出略微增加的趋势,但不显著.     

黄河流域底栖动物调查研究进展

底栖动物是水生态系统的重要组成部分之一,其群落结构和多样性对于监测水体的营养状况和维护水生生态系统的健康具有重要意义.黄河是中华民族的母亲河,是连接三江源、祁连山、汾渭平原、华北平原等一系列“生态高地”的巨型生态廊道,具有重要的生态功能.目前,黄河流域水生态环境监测主要以水质监测为主.受黄河特殊的水文条件和生境异质性等因素影响,黄河流域底栖动物的调查研究开展较少且数据较为分散,缺乏系统的分析研究.为此,系统总结了黄河流域干支流及其附属水体底栖动物的研究进展,以期为实现黄河流域生态保护和高质量发展提供科学支撑.     

气候变化影响下的流域水循环：回顾与展望?

随着全球气候变化的影响日益加剧,气候变化对流域水循环影响的研究成为普遍关注的焦点.数理统计和水文模拟两大手段的运用贯穿于过去30余年的研究当中,本文就其中所涉及的水文气象要素趋势分析、大气环流模式(GCMs)评估、降尺度技术及其选择、水文模型及其选择、不确定性分析5大内容的研究成果进行回顾与展望,以拉萨河流域为例综合运用前述技术分析区域气候变化特征及其对流域径流的影响.结果表明,在未来经济社会发展与气候变化情景下,流域径流时空分布不均匀性更加显著,具体表现为集中性增强,这给区域防洪抗旱与水资源配置等都带来了巨大挑战.通过系统阐述如何开展气候变化对流域水循环的影响研究及所包含的关键问题,可为后续相关研究和区域水资源管理提供科学依据与决策支撑.     

试论山地系统科学

根据山地研究现状和相关学科发展,提出山地系统科学概念、科学问题、研究方法,建立山地系统科学的框架．山地系统科学,以地球系统科学理论作为理论指导,以“3S”集成等新方法和技术体系为支撑,从时间序列、空间结构、动态过程和耦合关系等多维度入手,对山地系统的动态过程、演变规律、形成机制、耦合关系等展开全方位的研究．从时间序列上,重点研究不同时期自然及人为作用下山地系统的环境演变与山地资源灾害的时空响应机理,辨识环境演变与资源灾害过程的驱动力,揭示山地环境演变过程和山地灾害的成因机理;从空间结构上,开展山地系统结构、功能及成山过程研究,深入探讨不同类型山地环境、资源与灾害的空间分异规律;在时空耦合界面上,探讨重大山地环境和灾害问题,建立评价和区划指标体系,研究山地系统的调控与管理,以及生态经济环境质量综合评估,地质——生态环境演变趋势预测,人——山系统的调控与管理体系,提出合理地开发自然资源和有效地减轻自然灾害的理论和技术措施,推进山地可持续发展．鉴于研究对象复杂性和多学科交叉性,山地系统科学必须把许多相关理论熔合出自身理论体系,形成统一观点和普适方法,同时为西部大开发和贫困山区跨越式发展提供科学基础．     

青藏高原高寒湿地生态系统演变、修复与保护

 探讨了青藏高原高寒湿地的动态变化及演变趋势，分析了湿地面积变化、生态系统结构与功能退化现状与原因。分析表明，国家近20年来在青藏高原实施的生态保护、修复及生态工程项目取得了一定的成效，但高寒湿地生态系统的退化形势依然严峻。生态保护和修复是一项系统、长期的工作，今后要加强生态修复技术研发项目与工程类项目的衔接，建立长效管理机制，提高退化湿地的自然恢复能力。同时，要构建适于青藏高原高寒湿地保护效应的评价模型和指标体系，完善重大工程项目的系统监测与评价。在黄河、长江上游源区布局高寒湿地生态系统的长期监测，将与三江源区同样重要的黄河首曲湿地、若尔盖湿地纳入国家公园管理体系，统筹规划，建立健全科技服务平台和信息共享机制。