西北内陆区水量平衡要素时空分析
发布时间：2022-01-07 11:55
近几十年来,气候变化和人类活动的加剧导致西北内陆区的水资源以及相关水量平衡要素的时空分布发生了显著的变化。本文借助Google Earth Engine（GEE）遥感云计算平台,基于该平台集成的多源遥感数据集,从西北内陆区全流域和三级流域两个空间尺度,对1998—2017年近20年西北内陆地区多个水量平衡要素的年际和年内变化进行时空分析,进而揭示区域总蓄变量、降水量、土壤湿度、蒸散发、地表水等核心水量平衡要素的空间分布特征与时间演变规律。研究结果表明:①在全流域尺度,研究区整体的升温趋势导致高海拔地区冰雪消融加剧、下游低海拔平原及盆地水分补给增加,使得总蓄变量呈现"高海拔减少低海拔增加"的趋势,同时,低海拔地区的地表水面积、土壤湿度和蒸散发亦相应地表现出一定的增加趋势;②在时间尺度上,各水量平衡要素除沙漠和荒漠地区外季节分异性明显,一般在夏秋达到最大,在春冬季时最小;③在三级流域尺度,不同的子流域由于水分补给来源的不同,各水量平衡要素具有不同的协同演变关系,以冰雪补给为主的流域,各要素呈现与总蓄变量相似的变化趋势,而以降水补给为主的流域,各要素变化与降水的波动关系更为密切。总之,西北内...
【文章来源】：资源科学. 2020,42(06)北大核心CSSCICSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
研究路线图
西北内陆区位于中国的西北部，包括新疆全境、青海柴达木盆地、甘肃河西走廊以及内蒙古贺兰山以西地区（图1），总面积达230多万km2，约占全国国土面积的24.5%[12]。该地区年平均降雨量不足200 mm，是典型的资源型缺水地区[13]，是全球同纬度最干旱的地区之一。其降水量、土壤湿度、地表水常年都处于较低水平且蒸散发量较大，夏季炎热、冬季严寒、风大沙多[14]。该地区的地貌特点是山脉与盆地相间，区内分布着阿尔泰山、天山、喀喇昆仑山、昆仑山、祁连山等一系列大致东西走向的高大山脉。西北内陆区的地表径流主要来源于这些高大山脉的冰川融水和少量的降水，所以其稳定性较差且径流量普遍较小[15]。这些山脉围绕着巨大内陆盆地，将西北内陆区分割为准噶尔盆地、塔里木盆地、柴达木盆地、河西内陆区等四大内陆河水系单元和无流区[16]。国家重点研发计划项目“西北内陆区水资源安全保障技术集成与应用”在全国水资源分区资料中的水资源三级区划基础上，结合三级河流和数字高程模型将整个西北内陆区进一步划分为25个三级流域（图1），这些三级流域相对于水资源二级区划具有更高的水文一致性，因此本文选择该三级流域尺度作为全流域之外的另一个空间研究尺度。同时，该项目针对“西北内陆区变化环境下水循环演变过程模拟”这一核心科学问题，根据冰雪融水补给比例的不同选取了石羊河流域、疏勒河流域和阿克苏河流域3个典型的三级流域作为示范研究区。其中，阿克苏河以高山冰雪融水补给为主，疏勒河主要由高山冰雪融水和雨水混合补给，而石羊河由雨水补给为主，并有少量冰雪融水补给[17]。本文亦以这3个流域作为典型流域具体分析各水量平衡要素的时空演变规律。2.2 数据来源
将5个水量平衡要素的多年遥感数据按月取均值，得到各个月份的月尺度数据。以各要素最大值和最小值对应的月份（1—12月）表征水量平衡要素在整个西北内陆区流域的年内变化空间分异情况（图4），并使用不同的色系显示4个季节相应的月份。可以看到，总蓄变量的最大值一般发生在5月，6月以及7月。其中，西部地区总蓄变量最大值多集中在4月到5月份，中部以及西南部地区为6月份，东部地区为7月份。而总蓄变量最小值对应的月份分布则相对分散，绝大部分区域的最小值月份集中在秋冬季（9—2月），东部部分区域总蓄变量最小值则发生在春季（3—5月）。降水量方面，西部少部分地区的降水量最大值主要发生在春季，而中东部绝大多数区域都是在夏季时达到最大。区域内降水量的最小值一般集中在较为干旱的秋冬两季，部分地区的降水量最小值出现在3月份。在青海湖水系以及西北部的开孔河流域北部、渭干河流域、阿克苏河流域地区的土壤湿度最大值出现在夏季，最小值则出现在秋冬季。实际蒸散发方面（图4g,4h），除沙漠荒漠以及其边缘部分地区外的大多数地区极大值发生在5—8月之间，这与夏季气温较高有关。研究区内绝大部分地区的蒸散发都在春冬季时最小。实际蒸散发的大小与相应季节的降水、湿度、日照以及风速特点都有关系[33]，该结果一定程度上可以反映研究区内由这些因素导致的蒸散发空间和季节差异。同时，通过分析地表水面积的季节性变化（图4i,4j）可以看出，地表水面积一般在夏秋两季气温较高时达到最大，这主要是由于流域内的地表水绝大部分来自于积雪融水，而地表水面积最小的时间段大多都集中在春季。通过月尺度的分析发现，各个水量平衡要素在整个西北内陆区流域的年内季节分异性总体较为明显。夏季平均气温较高，各水量平衡要素包括降水、蒸散发等都较为活跃，水循环相对剧烈；而在冬季，平均气温较低，地表径流逐渐减缓，各水量平衡要素值在寒冷干燥的环境下逐渐变小，整体的水循环相对平缓。
【参考文献】：
期刊论文
[1]格尔木河流域土壤湿度时空变化及其影响因素研究[J]. 张京,金晓媚,张绪财,朱晓倩. 水文地质工程地质. 2019(02)
[2]中国西部区域GRACE卫星重力变化[J]. 姜永涛,高春春,王丽美,郭广猛,张子月. 测绘科学. 2019(07)
[3]基于Mann-Kendall法的中国海洋环境质量变化趋势分析[J]. 张燕,隋传国,张瑞瑾,蔡恒江,袁道伟. 环境污染与防治. 2019(02)
[4]基于GRACE重力卫星云南陆地水储量变化的降尺度分析[J]. 王洁,张建梅,宁少尉,王浩. 水电能源科学. 2018(10)
[5]气候变化及人类活动对西北干旱区水资源影响研究综述[J]. 王玉洁,秦大河. 气候变化研究进展. 2017(05)
[6]基于多种回归分析方法的西北干旱区植被NPP遥感反演研究[J]. 焦伟,陈亚宁,李稚,李玉朋,黄晓然,李海霞. 资源科学. 2017(03)
[7]黄河源区蒸散发量时空变化趋势及突变分析[J]. 刘蓉,文军,王欣. 气候与环境研究. 2016(05)
[8]泾河上游流域实际蒸散发变化趋势及成因分析[J]. 党素珍,蒋晓辉,董国涛,程春晓,白乐. 水土保持研究. 2016(02)
[9]由GRACE RL05数据反演近10年中国大陆水储量及海水质量变化[J]. 卢飞,游为,范东明,黄强. 测绘学报. 2015(02)
[10]中国干旱半干旱区洪涝灾害的初步分析[J]. 黄建平,冉津江,季明霞. 气象学报. 2014(06)
硕士论文
[1]西北内陆苏干湖流域冰川变化规律及对径流影响研究[D]. 韩宁.中国水利水电科学研究院 2019
本文编号：3574499
【文章来源】：资源科学. 2020,42(06)北大核心CSSCICSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
研究路线图
西北内陆区位于中国的西北部，包括新疆全境、青海柴达木盆地、甘肃河西走廊以及内蒙古贺兰山以西地区（图1），总面积达230多万km2，约占全国国土面积的24.5%[12]。该地区年平均降雨量不足200 mm，是典型的资源型缺水地区[13]，是全球同纬度最干旱的地区之一。其降水量、土壤湿度、地表水常年都处于较低水平且蒸散发量较大，夏季炎热、冬季严寒、风大沙多[14]。该地区的地貌特点是山脉与盆地相间，区内分布着阿尔泰山、天山、喀喇昆仑山、昆仑山、祁连山等一系列大致东西走向的高大山脉。西北内陆区的地表径流主要来源于这些高大山脉的冰川融水和少量的降水，所以其稳定性较差且径流量普遍较小[15]。这些山脉围绕着巨大内陆盆地，将西北内陆区分割为准噶尔盆地、塔里木盆地、柴达木盆地、河西内陆区等四大内陆河水系单元和无流区[16]。国家重点研发计划项目“西北内陆区水资源安全保障技术集成与应用”在全国水资源分区资料中的水资源三级区划基础上，结合三级河流和数字高程模型将整个西北内陆区进一步划分为25个三级流域（图1），这些三级流域相对于水资源二级区划具有更高的水文一致性，因此本文选择该三级流域尺度作为全流域之外的另一个空间研究尺度。同时，该项目针对“西北内陆区变化环境下水循环演变过程模拟”这一核心科学问题，根据冰雪融水补给比例的不同选取了石羊河流域、疏勒河流域和阿克苏河流域3个典型的三级流域作为示范研究区。其中，阿克苏河以高山冰雪融水补给为主，疏勒河主要由高山冰雪融水和雨水混合补给，而石羊河由雨水补给为主，并有少量冰雪融水补给[17]。本文亦以这3个流域作为典型流域具体分析各水量平衡要素的时空演变规律。2.2 数据来源
将5个水量平衡要素的多年遥感数据按月取均值，得到各个月份的月尺度数据。以各要素最大值和最小值对应的月份（1—12月）表征水量平衡要素在整个西北内陆区流域的年内变化空间分异情况（图4），并使用不同的色系显示4个季节相应的月份。可以看到，总蓄变量的最大值一般发生在5月，6月以及7月。其中，西部地区总蓄变量最大值多集中在4月到5月份，中部以及西南部地区为6月份，东部地区为7月份。而总蓄变量最小值对应的月份分布则相对分散，绝大部分区域的最小值月份集中在秋冬季（9—2月），东部部分区域总蓄变量最小值则发生在春季（3—5月）。降水量方面，西部少部分地区的降水量最大值主要发生在春季，而中东部绝大多数区域都是在夏季时达到最大。区域内降水量的最小值一般集中在较为干旱的秋冬两季，部分地区的降水量最小值出现在3月份。在青海湖水系以及西北部的开孔河流域北部、渭干河流域、阿克苏河流域地区的土壤湿度最大值出现在夏季，最小值则出现在秋冬季。实际蒸散发方面（图4g,4h），除沙漠荒漠以及其边缘部分地区外的大多数地区极大值发生在5—8月之间，这与夏季气温较高有关。研究区内绝大部分地区的蒸散发都在春冬季时最小。实际蒸散发的大小与相应季节的降水、湿度、日照以及风速特点都有关系[33]，该结果一定程度上可以反映研究区内由这些因素导致的蒸散发空间和季节差异。同时，通过分析地表水面积的季节性变化（图4i,4j）可以看出，地表水面积一般在夏秋两季气温较高时达到最大，这主要是由于流域内的地表水绝大部分来自于积雪融水，而地表水面积最小的时间段大多都集中在春季。通过月尺度的分析发现，各个水量平衡要素在整个西北内陆区流域的年内季节分异性总体较为明显。夏季平均气温较高，各水量平衡要素包括降水、蒸散发等都较为活跃，水循环相对剧烈；而在冬季，平均气温较低，地表径流逐渐减缓，各水量平衡要素值在寒冷干燥的环境下逐渐变小，整体的水循环相对平缓。
【参考文献】：
期刊论文
[1]格尔木河流域土壤湿度时空变化及其影响因素研究[J]. 张京,金晓媚,张绪财,朱晓倩. 水文地质工程地质. 2019(02)
[2]中国西部区域GRACE卫星重力变化[J]. 姜永涛,高春春,王丽美,郭广猛,张子月. 测绘科学. 2019(07)
[3]基于Mann-Kendall法的中国海洋环境质量变化趋势分析[J]. 张燕,隋传国,张瑞瑾,蔡恒江,袁道伟. 环境污染与防治. 2019(02)
[4]基于GRACE重力卫星云南陆地水储量变化的降尺度分析[J]. 王洁,张建梅,宁少尉,王浩. 水电能源科学. 2018(10)
[5]气候变化及人类活动对西北干旱区水资源影响研究综述[J]. 王玉洁,秦大河. 气候变化研究进展. 2017(05)
[6]基于多种回归分析方法的西北干旱区植被NPP遥感反演研究[J]. 焦伟,陈亚宁,李稚,李玉朋,黄晓然,李海霞. 资源科学. 2017(03)
[7]黄河源区蒸散发量时空变化趋势及突变分析[J]. 刘蓉,文军,王欣. 气候与环境研究. 2016(05)
[8]泾河上游流域实际蒸散发变化趋势及成因分析[J]. 党素珍,蒋晓辉,董国涛,程春晓,白乐. 水土保持研究. 2016(02)
[9]由GRACE RL05数据反演近10年中国大陆水储量及海水质量变化[J]. 卢飞,游为,范东明,黄强. 测绘学报. 2015(02)
[10]中国干旱半干旱区洪涝灾害的初步分析[J]. 黄建平,冉津江,季明霞. 气象学报. 2014(06)
硕士论文
[1]西北内陆苏干湖流域冰川变化规律及对径流影响研究[D]. 韩宁.中国水利水电科学研究院 2019
本文编号：3574499
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