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蒙新高原湖泊透明度时空变化趋势及成因分析研究获进展

  透明度是反映湖泊物理、化学、生物和流域过程的综合表征指标,也是体现大尺度气候变化和土地利用的指示指标。近日,中国科学院南京地理与湖泊研究所张运林研究组基于全国五大湖区1133对星地同步数据,构建和验证了全国湖泊透明度遥感估算模型(图1),并将模型应用于蒙新高原湖泊透明度反演及时空变化分析和驱动机制研究。
  基于透明度遥感估算模型,研究获得了蒙新高原594个面积在0.1 km2以上的湖泊透明度时空分布。从空间分布来看,较高的湖泊透明度主要分布在75 ~93 E,少量高值分布在118 ~122 E。相比较而言,在93 ~118 E,湖泊透明度值相对较低(图2)。从1986年至2018年透明度长时间变化来看,355个湖泊透明度呈现上升趋势,205个湖泊透明度呈现下降趋势。其中,205个湖泊透明度呈现显著上升的趋势,75个湖泊透明度呈现显著下降的趋势,在这些显著上升的湖泊中,透明度上升速率均值为0.15m/10年,而这些显著下降的湖泊中,透明度下降速率均值为0.08m/10年。整体来看,所有湖泊透明度均值呈上升趋势,透明度上升速率为0.14m/10年(图3)。
  蒙新高原湖泊透明度主要影响因素时空变化分析结果表明,降雨整体呈上升趋势(0.76 0.23mm/year),在内蒙古东部地区降雨呈下降趋势。温度整体呈上升趋势(0.04 0.14 /year),蒙新高原各地区均呈不同程度的上升趋势。干旱指数整体呈现下降趋势,速率为-0.04 0.07/year,朝着干旱方向发展。除了内蒙古在显著下降(干旱)外,大部分地区变化并不显著。NDVI整体上升趋势,平均速率为0.04 0.11%/year。湖泊面积呈现显著上升的趋势,平均整体上升速率为12.17km2/year,新疆92%的湖泊呈现显著上升趋势,面积下降的湖泊主要分布在内蒙古干旱地区(图4)。
  该研究剖析蒙新高原地区降雨、温度、植被指数、干旱指数以及湖泊面积对每个湖泊水体透明度的影响,对1986年至2018年各湖泊透明度与各因子开展相关性分析(图5)。结果表明,70%的湖泊透明度与降雨量呈正相关,其中87个湖泊的透明度与降雨量呈显著性正相关,表明降雨对湖泊水体的稀释作用是这些湖泊变清的重要原因。63%的湖泊植被指数与透明度呈正相关(76个湖泊植被指数和透明度呈显著性正相关),表明蒙新高原地区植被的变化可能是导致透明度上升的重要的间接因素。植被指数与温度呈极显著正相关(r=0.65,p<0.001),说明温度升高导致海陆温差加大和季风增强,诱发降水增加,进而促进植被生长,降低流域侵蚀对湖泊水体透明度的影响。干旱指数代表植被的生长环境,69%湖泊周边干旱指数与湖泊的透明度呈正相关(108个湖泊呈显著性正相关),表明湖泊流域湿润环境对植被生长具有促进作用,进而对水质改善起到正反馈的作用。241个湖泊的年透明度与湖泊面积显著正相关,94个湖泊透明度和温度显著正相关,说明湖泊扩张和变暖均导致这些地区透明度的增加。空间上,将蒙新高原湖泊分为四组(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)。在第Ⅰ组和第Ⅲ组中,由于植被的绿化和降雨的增加以及湖泊面积的扩展,多数湖泊的透明度是增加的。对于第II组湖泊,干旱引起的湖泊面积衰退主要发生在该地区,引起湖泊透明度的下降。第Ⅳ组湖泊的透明度呈现上升趋势,主要是由高温引起的冰川融化导致湖泊扩张引起(图5)。
  多元线性分析表明,年植被指数、年干旱指数、降雨、温度及湖泊面积五个变量可以解释68%的透明度变化,其中湖泊面积的单因子贡献最大,可以解释0 83%的透明度变化,平均解释率为25%,干旱指数、降雨、气温以及NDVI的平均解释率分别为10%、10%、12%和10%。干旱指数、降雨和温度三个变量可以解释42%的植被指数变化,温度对植被指数的贡献最大(27%),其次是PDSI(8%)和降雨(7%)。降雨和气温对湖泊面积变化的解释率为47%,单个因子温度解释率最高为39%,降雨为8%。降雨和温度解释73%的干旱指数变化,降雨为52%,温度为22%(图6)。总的来说,降雨、温度上升通过形成暖湿的气候、改变植被覆盖率,加强植被过滤作用,同时通过扩大湖泊面积,对湖泊水质变清起到促进作用。
  相关成果发表在Water Research和Science of The Total Environment上。研究工作得到国家自然科学基金面上项目、重大项目等的资助。
  图1.透明度模型的构建(a)与验证(b)
  图2.蒙新高原湖泊1986年至2019年透明度均值空间分布(空间分辨率为0.01  0.01 )
  图3.1986年至2018年蒙新高原湖泊透明度显著性变化湖泊分布(a)、透明度显著性上升湖泊长期变化趋势(b)、显著性下降湖泊长期变化趋势(c)以及所有湖泊透明度均值变化情况(d)
  图4.透明度主要解释变量(降雨、温度、干旱指数、植被指数及湖泊面积)长期变化趋势
  图5.1986年至2018年,蒙新高原各湖泊透明度与五个解释变量之间的相关系数分布。(a) 透明度与降雨量的相关系数、(b)透明度与温度的相关系数、(c)透明度与PDSI的相关系数、(d)透明度与NDVI的相关系数、(e)透明度与湖泊面积的相关系数
  图6.各解释变量对透明度、NDVI、湖泊面积以及PDSI长期变化的贡献(a-d)以及蒙新高原湖泊透明度驱动机制示意(e-f)

端午端午节辞海端午本名端五。亦称重五重午。中国传统节日,夏历五月初五日。这一天民间有吃粽子赛龙舟等风俗。太平御览卷三十一引风土记仲夏端五,端,初也。参见端阳。泛指初五日。洪迈容斋随笔八月端午唐玄纳西文纳西语辞海纳西文中国纳西族1957年创制的拉丁字母形式的拼音文宇。纳西族原有两种文字东巴文和哥巴文。新创的纳西文以云南省丽江市大研镇的语音为标准音。使用26个字母,声调用辅音字母在音节末尾表哀册哀辞哀毁骨立辞海哀册古代帝王死后,将遣葬日举行遣奠时所读的最后一篇祭文刻于册上,埋入陵中,称为哀册。前蜀永陵和南唐二陵中的哀册皆作玉石册的形状。辽庆陵的作石墓志状,刻契丹文及汉文。明定陵的哀册为木艾纳香艾氏鱼辞海艾纳香亦称大艾。菊科。多年生草本或半灌木状,多分枝,幼嫩部密被绢状毛。叶互生,有柄,叶片长椭圆形至披针形,有锯齿,上面发皱,密生黄褐色短硬毛,下面有黄褐色密绢状绵毛。春末开花,花小天龙八部天众辞海天龙八部佛教天神。守护佛教的诸天和龙神等八部的合称,其名为(1)天众(Deva)(2)龙众(Naga)(3)夜叉(4)乾闼婆(Gandharva)(5)阿修罗(6)迦楼罗(Garu婆罗门教辞海婆罗门教(Brahmanism)印度古代宗教之一。约形成于公元前7世纪,以崇拜婆罗贺摩(梵天)而得名。以吠陀为最古的经典。信奉多神,其中有三主神婆罗贺摩(梵天,即创造之神)毗(pi矮生型矮化砧矮化栽培榅桲辞海矮生型植株树冠矮小的类型。由遗传基因所控制。如果树中有寿星桃四季橘温州蜜柑以及苹果矮化砧(zhn)中的很多品种和类型等,适于密植栽培,便于管理。矮化砧植物嫁接成活后,能使接穗形成矮埃及辞海埃及(Egypt)非洲东北部尼罗河下游的文明古国。远在旧石器时代,埃及(源于希腊语Aiguptos)即有居民。新石器化遗址在埃及境内多处发现。因灌溉农业的需要,公元前4000年代由龙众夜叉摩睺罗伽阿旃陀石窟辞海龙众(naga)佛教术语,天龙八部之一,神道怪物。夜叉(Yaksa)亦译药叉夜乞叉,意译能啖(dan四声)鬼捷疾鬼等。含勇键或凶暴丑恶之意。古印度神话中一种半神的小神灵。有时则视为阿修罗梵语婆罗门辞海阿修罗梵(fan四声)语Asura音译,略称修罗,意译不端正(容貌丑恶)或非天。古印度神话中的一种鬼神。因常与天神战斗,后世亦称战场为修罗场。佛教采用其名,列为天龙八部之一,又列为爱丽舍宫卢浮宫辞海爱丽舍宫(PalaisdelElyse)法国总统官邸。位于巴黎福波圣奥诺雷路爱丽舍路以及加布里埃尔大道和玛尔基宜大道之问。建于1718年,当时名戴佛罗大厦,1788年改称爱丽舍大厦
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