青海湖小冰期以来的气候变化及其水文效应

【摘要】： 湖泊是古环境变化的记录器，也是现代环境变化的指示器。青海湖—我国最大湖泊，地处青藏高原东北部、半干旱区、西风带和季风的交汇处，对气候变化十分敏感，在青藏高原隆起及全球变化研究中具有重要价值。在这方面已经取得了许多成果，但对小冰期的水位高度和降水特征研究缺乏，对其认识存在争议。此外，实测记录表明水位下降非常显著，蒸发是这个内流湖泊水分消散唯一方式，而这方面的直接观测数据十分缺少，因此研究薄弱。本论文为解决上述问题，运用现代气候统计和诊断方法、统计分析软件、计算机语言编程等技术对湖区6个气象台站的气象数据进行分析，在认识湖区的现代气候变化趋势和湖体特征的基础上，对彭曼公式进行修正和扩展，估算了现代湖面的蒸发量，建立了蒸发与影响因素之间的关系方程；通过处于构造活动相对稳定湖滨地带湖岸堤的野外考察和航片判读、地形图和相关文献获得的数据，综合地貌学、气象学、水文学、年代学的理论和方法、在地理信息系统、遥感图像处理等技术的支持下，应用水热平衡模型，得到了不同时期、不同高度的湖泊范围及小冰期时段降水量。主要结果如下： 1．1960～2007年湖区升温较为显著，以秋、冬季升温最为明显，80年代中前期的降温幅度最大，年平均气温较明显增加始于1986年，显著增暖发生于1997年后；降水量年、夏季微弱上升，秋季微弱下降。夏季降水是降水变动的主要因素，20世纪70年代最少，1986～1989年持续偏多，1990年发生减少突变，2002～2003年后出现增加趋势，降水变化表现出明显的地区差异；蒸发器皿蒸发量年、春、夏两季均有显著下降趋势，20世纪70年代最大，1981年发生减弱突变，80年代偏少最多，90年代后减弱的趋势变缓。上述湖区的现代气候变化和青藏高原基本一致，中国西部地区1987年后暖湿转型在湖区有所表现。 对湖区气象要素关系研究表明：气温和降水总体上年际相关不显著，但有的时段正相关较突出；降水和蒸发变化呈负相关；气温的上升并未引起蒸发的增大，日照时数减少、水汽压增加、风速降低共同作用使蒸发量下降明显。不同地区蒸发量下降的主导因素不同，如果仅考虑单个因子难以解释蒸发量的变化；总云量、低云量和降水之间有正相关，与其它气象要素的关系并不确定。各气象要素之间存在复杂的关系，并带有明显的地域特征，湖区气候变化的原因尚需进一步研究。 2．对1960～2006年逐月、逐年湖面蒸发量进行了估算。47a湖面蒸发平均值为924．3mm，未表现出明显的变化趋势。考虑了水下热通量对湖面蒸发影响的数值更能体现湖泊水体蒸发的实际情况。从蒸发量与影响因子多元线性回归方程得到：日照百分率对蒸发的影响最显著，其次为云量和水汽压，再次为风速和温度。定性和定量的分析均表明，蒸发与温度的关系在气候研究中应予以重新认识。水量平衡计算表明：青海湖每年亏水-3．1×10~8m~3，导致水位自1959年以来持续显著下降。湖面蒸发和水量平衡计算结果证明：根据特定地区实际情况修正的彭曼公式，是解决无蒸发资料地区水体蒸发量的可行途径之一。水位年际波动主要受降水量的影响，气候变化决定了现代青海湖的水位变迁。此外，本文分析了水位下降引起的生态环境效应和人为活动对水位变化的间接影响。 3．上述结果表明水位波动对降水变化有较灵敏的响应，有关水位变化的证据，遂成为研究湖区古气候演变重要而可靠的指标。结合野外考察，本研究获得了位于二郎尖8道岸堤和海晏湾7道岸堤的位置及海拔高度。二郎尖岸堤的海拔高度为：3195．1m、3196．5m、3203．8m、3204．2m、3204．5m、3205．8m、3208．5m、3210m，前5道为近代岸堤，后3道为古湖堤；海晏湾岸堤的海拔高度为：3195m、3 196．5m、3 198m、3 199m、3201m、3202m、3203．8m，均为近代岸堤。测年结果表明：3198m岸堤年代为440±40 aB．P．，3201m岸堤年代为200 aB．P．，说明湖区距今440±40 a B．P．比200 a B．P．偏干。该结果可与其他研究相互印证。另外，哈达湾3201m岸堤测年结果为195 a B．P．，与海晏湾岸堤的高度和测年结果接近，说明年代可信，这就为恢复小冰期的青海湖范围和古降水量提供了可靠的依据。计算表明，200aB．P．的水位比现在高8m，年降水量为416mm，比现在高9％。 4．在前人研究基础和对高程数据分析下，得到了不同时期、不同高度的湖泊范围。全新世初期青海湖可能并不存在高湖面，湖成阶地所指示的高于现今100m以上的湖面是构造运动抬升的结果，因为当海拔在3300m时，青海湖水位已超过与湟水水系相连的克图垭口，野外调查表明在克图垭口以东并未发现湖相沉积。