青藏高原陆地水储量变化时空分布规律与驱动机制研究

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青藏高原陆地水储量变化分析对水资源保护和国家水安全有重要意义,对周边国家和地区的生态、经济等影响深远。青藏高原对气候变化较为敏感,受到气候变暖的影响,其水循环系统近年来发生了巨大变化。青藏高原人口稀少,冰川冻土覆盖极广,受限于地形地貌影响而缺少各种气象实测数据,青藏高原水资源的大尺度统筹规划具有一定的困难。水储量变化研究是了解环境变化的重要一环,特别是青藏高原陆地水储量变化的研究,对周边国家应对气候变化与环境变迁具有深刻的现实意义。GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)重力与气候实验卫星的出现使流域以上规模的水储量分析成为了可能,国内外利用重力卫星反演陆地水储量取得了一定的进展,相比传统监测手段具有独特的优势。本文基于 2002-2019 年 GRACE 卫星与 GRACE-FO(Gravity Recovery And Climate Experiment Follow-On)卫星提供的时变重力场数据,采用Mascon法解算陆地水储量变化,结合湖泊水储量、冰川融水量、土壤水储量、冻土水量,根据水量平衡原理计算地下水储量,对青藏高原6个子区域的水储量变化影响因子进行分析。通过趋势分析法、Mann-Kendall检验、EMD经验模态分解、成分分析法等方法分析各个因子的时空分布特征,并定量分析各区域陆地水储量变化的原因。相关研究弥补了 2002-2019年青藏高原水储量各个因子定量计算的不足,揭示了各个因子的空间分布规律与对陆地水储量变化的影响,主要结论如下。(1)2002-2019年,青藏高原内流区北部、内流区南部、内流区西部、青藏高原东南部、雅鲁藏布江流域和柴达木盆地陆地水储量变化趋势分别为:3.87±0.11 Gt/a、-0.39±0.13Gt/a、1.51±0.08Gt/a、-1.81±0.41 Gt/a、-6.23±0.34Gt/a和2.41±0.12Gt/a,空间上呈现“北增南降”的特点。利用EMD经验模态分解对变化趋势分析,各个区域的IMF2与年际信号高度相关,残差趋势与总体线性趋势基本一致。青藏高原北部4个子区域的陆地水储量在2015年左右有显著的下降趋势,而后快速上升。(2)GLDAS(Global Land Data Assimilation System)数据计算的土壤水量变化在振幅上与GRACE结果接近,而整体趋势则有较大差异,其中青藏高原内流区南部土壤水下降幅度最大,其次为雅鲁藏布江流域。湖泊水量变化对青藏高原内流区内的区域有较大的影响,其中,内流区南部的增长幅度最大,其次为内流区北部。冰川聚集于青藏高原东南部和雅鲁藏布江流域,空间分布特征与陆地水储量的降低聚集区域高度相关,其中雅鲁藏布江流域在所有研究区域内冰川融水最为严重。多年冻土水量减少主要集中在青藏高原内流区三个子区域和柴达木盆地。依据水量平衡原理对各个区域地下水储量变化进行计算,结果表明青藏高原内流区北部和西部以及柴达木盆地增长显著。(3)对各个区域陆地水储量变化贡献较高的因子进行量化,内流区北部地下水和湖泊水量的贡献率为40%和37%;内流区南部湖泊水量贡献率为47%;内流区西部地下水增长的贡献率为40%;青藏高原东南部冰川融水和土壤水量的贡献率为39%和38%;雅鲁藏布江流域冰川的贡献率为56%;柴达木盆地地下水贡献率为74%。
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