5三江源气候水文生态演变研究与数字青海展望

1、三江源气候-水文-演变研究与“数字青海”展望青海大学省部共建三江源与高原农牧业水利系河流提纲三江源基本概况1. 近6000年来的植被生物群分布演变2. 本世纪气候与水文趋势3. 畜牧产量与植被三江源研究案例数字青海展望（一）三江源基本概况“中华水塔”三江源三江源是我国重要的水源涵养地，被誉为“中华水塔”，黄河流域约40%的水量。（一）三江源基本概况2011年青海三江源国家保护综合试验区总体方案划定了三江源保护综合试验区，总面积39.5万平方公里。行政区划玉树、果洛、海南、黄南 共21县。澜沧江昌都站以上流域面积5.3万km2，占16.9%长江直门达站以上 流域面积13.8万km2， 占44%黄

2、河亥站以上流域面积12.2万km2，占39%（一）三江源基本概况（一）三江源基本概况三江源海可可西里公园范围青级自然保护区，以及三江源级自然保护区的2020年正式设立三江源公园扎陵湖、鄂陵湖、星星海等地， 园区总面积12.31万平方公里。（二）三江源研究案例3.畜牧产量与植被2.本世纪气候与水文趋势1.近6000年来的植被生物群分布演变2.1 近6000年来的植被生物群分布演变植被年表重建的三种常用气候-植被模型法文献物候法最佳现代模拟法气候-植被模型法利用植被生长与气候约束的，确定某环境下可能的植被类型。2.1 近6000年来的植被生物群分布演变三江源年均气温（MAT）历史曲线三江源年均降水

3、量（MAP）历史曲线三江源近6000年的年均气温和年均降水量2.1 近6000年来的植被生物群分布演变树类生物群北方针叶林（taiga）寒温带落叶林（cold deciduous forest）冷温带草原灌木（cool grass/shrub）非树类生物群冻原（tundra）公元前半荒原（semidesert）年年近6000年以来各植被生物群占三江源面积比405019502.1 近6000年来的植被生物群分布演变三江源近6000年来的植被生物群分布演变半荒漠苔原灌木丛2.1 近6000年来的植被生物群分布演变第一个阶段是6000BP到4300BP。随着温度的升高，冷温带草原灌木不断扩张取代冻原

4、。而随着降水减少，半荒原开始第二个阶段是4300BP至1500BP。温度相对致34.5N纬度线附近转变为半荒原。、扩张。，相对于上一个阶段干旱，导第三阶段是1500BP至850BP。随着气温的降低和降水的增加，冻原占据了冷温带草原灌木全部空间和半荒原的部分空间。最 后 一 个 阶 段 是850BP至0BP。随着第二阶段气高和降水增加，冷温带草原灌木 重 新 取 代 了第一阶段34.5N 以北的冻原。BP（Before Present）在考古学中为“距今年代”之意，日期标准化，公元1950年被定为考古学上的“现在”。三江源植被生物群演变转折点的生物群类型分布第三阶段第四阶段公元1100宋代寒冷期

5、苏轼“无梅”（二）三江源研究案例3.畜牧产量与植被2.本世纪气候与水文趋势1.近6000年来的植被生物群分布演变2.2 本世纪气候与水文趋势亥水文站（黄河源站）历史径流nØ径流量：黄河源1956-2013年多年平均年径流量为200亿m3，占黄河多年平均径流总量533亿m3的38%，年径流量在200亿m3附近波动，丰枯交替。年内分布：分布不均匀，汛期（510月）径流量为157.6亿m3 ，占全年的80%。ØØ水量来源：主要来自大气降水，其次为冰雪融水和水。Yellow River Basin年径流量(亿m3)黄河亥站径流量4001989：327.7亿m3300214

6、亿m3200181亿m31002002：105.8亿m301956196019641968197219761980198419881992199620002004200820122.2 本世纪气候与水文趋势n数字流域模型（DWM）n模型主要水文过程Ø 植被冠层截留: ScanØ 蒸发: Ecan , EuØ 地表入渗: qzuØ 土壤水分调整: qzdØ于黄河流域的水沙模拟Ø 基于结构化数字河网Ø 子流域并行计算Ø 兼容蓄满产流与超渗产流Ø 适用于大规模流域水文模拟Ø 土壤: Qgu &

7、 QgdEcanPPn植被层Sc0EuQsqzuWus Qgu河WuWuf表层土壤qzd网QgdWdsWdf下层土壤WdScan2.2 本世纪气候与水文趋势黄河源期径流率定结果（a）2010年（b）2012年40004000（a）（b）计算计算35003500实测实测3000300025002500200020001500150010001000500500002010/5/12010/6/202010/8/9时间2010/9/282010/11/172012/5/12012/6/202012/8/9时间2012/9/282012/11/17流量m3/s流量m3/s模拟时段Nash效率系数实测

8、洪峰/m3洪峰误差实测径流量/亿m3径流量比（计算/实测）总降水量/亿m3总蒸发量/亿m3率定期2010.5-2010.110.75268027%1721.046054112012.5-2012.110.75335018%2570.90746415期2008.5-2008.110.44153015%1530.955354072009.5-2009.10-0.602310-24%2240.544783902011.5-2011.90.723606.9%1440.935173472.2 本世纪气候与水文趋势nRCP4.5中等排放情景下三江源地区本世纪气温和降水的变化趋势对比三江源地区6000年来的

9、历史气温，在RCP4.5情景下三江源地区本IPCC AR5 CMCC RCP4.5n世纪气历史最高值CM统性偏大，需后使用：876 mm 452 mm350250前后1月4月7月10月2月5月8月11月3月6月9月12月1月2月3月3004月7月10月5月8月11月6月9月12月200250150200150100100505000050100150200250300350050100150200250AMIP系列/mmAMIP系列/mmCMORPH融合/mmCMORPH融合/mm2.2 本世纪气候与水文趋势模型的未来50年汛期径流量的下降趋势更加明显，认为在RCP4.5强度排放情景下，预计2

10、1世纪上半叶（2005-2045），黄河源期径流量的年均减少速率为0.43%，40可减少30亿m3。300黄河源区历史未来径流趋势分析和对比Li.2502005-2045径流趋势：-0.43%200RCP4.5Decadal AMIPCmorph融合历史实测未来径流趋势径流总体趋势150100500195019601970198019902000201020202030204020502060时间汛期径流量（5-11月）/亿m31956-2045汛期径流趋势：-0.12%（二）三江源研究案例3.畜牧产量与植被2.本世纪气候与水文趋势1.近6000年来的植被生物群分布演变2.3 畜牧产量与植被青

11、海省现状： 草地为主， 青海省东部大部分草地均发展了畜牧业，效益明显。环青海湖地区柴达木地区三江源地区河湟地区2.3 畜牧产量与植被但祁三连江山源青东海部湖和区中、部三呈江恶源化地趋区势西。 部改善；青海省植被指数(NDVI)变化(1982-2013)-2.3 畜牧产量与植被以青海省各县为单元，以可放牧面积牛羊肉产量表征畜牧强度， NDVI 植 被指数表征植被情况，两者如左图所示。畜牧产量与植被关系为抛物线（二）三江源研究案例主要结论生物群一直占据三江源约70%以上的面积，6000年来，其内部相互转化是三江源生物群演化的主要部分。从转化规律看，冻原和冷温带草原灌木的相互转化受气温的，而半荒原和

12、冻原、半荒原和冷温带草原灌木的相互转化均受降水的。目前三江源地区处于气和升高和降水量相对充沛时期，在三江源保护工程的实施下，三江源植被系统总体良好，草场载畜量基本平衡，不严重的过度放牧现象。在RCP4.5中等排放及更高排放情景下，本世纪三江源地区气超过6000年来历史最高气温，降水量基本不变或以明显低于的幅度增加，具有暖干化趋势。水文系统对气候变暖的响应主要表现在蒸散发增加、径流量减少，尤其在未来干旱周期内，流域水和植被将受到较大影响。（三）“数字青海”展望“数字青海”平台服务于青海省自然科学研究与公众宣传需求（三）“数字青海”展望青海省的机遇青海省最大的价值在、最大的责任在、最大的潜力也在，

13、做好“立省”之本，就是金山银山2018年1月26日，发改委正式公布了三江源公园总体，到2020年，正式设立三江源公园，公园体制全面建立，绿色发展方式成为主体，基本建成青藏高原大自然保护展示和传承区的与 青海省特别是三江源地区的监测体系仍然漏洞，缺少高效、实时的监测，数据共享与分发短板 青海省本土的创新能力与内生动力不足，并没有形成，难以支撑文明建设的可持续发展（三）“数字青海”展望青海省地面监测站较相比明显稀疏，三江源地区几乎空白！地面监测站点布网：n海拔高，气候干旱寒冷，暴雪天气多，对监测仪器的正常使用和产生极大nn没有良好的通讯环境，数据传输是大在野外的安装、保护和维修成本巨大空白自动气象站分布新一代天气分布发展方向：建立空天地空白的监测体系，大力发展三江源地区天基监测与通讯（三）“数字青海”展望三江源空天地新型气象监测体系无人机大与微小同步发展地基综合观测站*一号（大）轨道设计以三江源地区（北纬31°3936°12）覆盖特性为目标，采用低倾角（40°）圆轨道组网方案，每天可实现全球中低纬度地区3次重访，可满足三江源地区1h内重访，预计2020年上天。青海大学-*一号微纳遥感将以三江源监测为主要目的，专门服务于三江源地区的高重访高分辨率监测，预计20