【摘要】：水是人類賴以生存和社會經(jīng)濟發(fā)展不可或缺的物質基礎。湖泊是地表水的重要存在形式,占地球表面液態(tài)淡水資源的90%以上,其空間分布一定程度上反映了陸地表面水資源的區(qū)域差異和利用狀況。而另一方面,水資源的時空變化也體現(xiàn)了氣候變化,地表過程和人類活動對水循環(huán)、物質遷移及生態(tài)系統(tǒng)變化的影響。全球氣候變暖加之近年來強烈的人類經(jīng)濟活動干擾,導致了許多湖泊面積萎縮、水位下降、水體富營養(yǎng)化加劇、生物多樣性降低、污染嚴重、生態(tài)系統(tǒng)功能退化,甚至瀕臨消亡。中亞地區(qū)地處北半球中緯度歐亞大陸腹地,自然降水量稀少、蒸發(fā)量大,是全球典型的干旱半干旱地區(qū),湖泊對于維持生態(tài)系統(tǒng)平衡,促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展起著至關重要的作用。在全球氣候變暖背景下,隨著中亞地區(qū)國家工業(yè)化和城鎮(zhèn)化步伐的加快,人類高強度的水土資源開發(fā),導致生態(tài)環(huán)境發(fā)生了巨大變化,如河流水位下降,湖泊萎縮甚至消失。而由于水資源的一系列紛爭,導致周邊國家地區(qū)之間產(chǎn)生摩擦,也給區(qū)域間的穩(wěn)定和安全帶來威脅。因此,研究中亞地區(qū)湖泊水資源的變化規(guī)律,正確評估氣候變化和人類活動對湖泊的影響,可以為水資源保護和干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。本文重點選取了中亞地區(qū)面積較大的30個湖泊(面積大于100 km2),針對其較長時間序列的湖泊水位、面積以及水量的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)性研究,在此基礎上結合氣溫和降水量等相關數(shù)據(jù)分析了單個湖泊水位、面積、水量以及整個中亞地區(qū)陸地水儲量對氣候變化的響應。主要研究內容和結論如下:(1)采用Tope×/Poseidon、Envisat/RA-2,Jason-2三種雷達衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)監(jiān)測了 1992-2015年中亞地區(qū)30個湖泊的水位變化。從總體上看,1992-2015年中亞地區(qū)的湖泊水位變化各異,其中有17個(約占57%)湖泊水位出現(xiàn)了不同程度的下降,下降趨勢最大的湖泊是南咸海(-0.447 m/a)。另外有13個(約占43%)湖泊水位出現(xiàn)了不同程度的上升,上升趨勢最大的湖泊是阿牙克庫木湖(0.281 m/a)。位于平原地區(qū)的9個尾閭湖的水位表現(xiàn)出有的持續(xù)下降、有的持續(xù)上升、多數(shù)保持平穩(wěn)的特點。高山高原地區(qū)的8個封閉湖泊水位變化的季節(jié)性明顯,年內變化很大,而年際變化較小。13個外流湖的水位表現(xiàn)出普遍下降的特點,年內變化和年際變化都十分顯著,每個湖泊下降的程度也是各不相同。中亞地區(qū)的湖泊水位變化有明顯的由西向東從大變小的趨勢。中部地區(qū)的湖泊水位多數(shù)升高,東部和西部地區(qū)的湖泊水位多數(shù)下降。(2)以光學衛(wèi)星Landsat TM/ETM+/OLI影像為數(shù)據(jù)源監(jiān)測了 1992-2015年中亞地區(qū)30個湖泊的面積變化。從總體上看,湖泊的總面積也是呈縮小的趨勢,總共減少了 27494.872 km2,和1992年的面積相比減少了 5.868%。30個湖泊中有15個湖泊的面積出現(xiàn)不同程度的縮減,縮減最厲害的是南咸海,另外15個湖泊面積呈現(xiàn)增長趨勢,增長最多的湖泊是北咸海。位于平原地區(qū)的尾閭湖面積變化顯著,北咸海面積增大的比例最多(17.368%),南咸海面積縮減的比例最多(-81.069%);高山高原地區(qū)的封閉湖泊的面積變化幅度都不大,比較穩(wěn)定;外流湖的面積變化沒有一致的規(guī)律性,多數(shù)湖泊的面積呈現(xiàn)出萎縮趨勢,面積增大的湖泊數(shù)量較少而且增大幅度也較小。中部地區(qū)的湖泊面積大多是升高的,東部和西部地區(qū)的湖泊面積大多是下降的。(3)根據(jù)各湖泊的水位變化和面積變化,基于經(jīng)驗公式計算了 1992-2015年中亞地區(qū)30個湖泊水量的整體變化,并結合氣象臺站數(shù)據(jù)和人類活動因素分析了湖泊水量變化的原因。1992-2015年中亞地區(qū)湖泊的總水量呈減少的趨勢,總體水量減少了 499.846 km3,平均每年減少21.732 km3。湖泊水量的減少逐年遞增,越來越嚴重。尾閭湖的水量變化都比較大,其中薩雷卡梅什湖水量增加最多(24.273 km3)。封閉湖的水量變化的幅度都不大,除了阿牙克庫木湖水量增加最多(10.479 km3),其他的湖泊保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。外流湖中水量下降的湖泊占多數(shù),但是整體幅度不大。從空間分布看,中部的湖泊水量增加,東部和西部的湖泊水量減少。(4)利用2002-2015年GRACE地球重力場數(shù)據(jù)估算了中亞地區(qū)陸地水儲量變化,并與湖泊水量變化的結果進行對比分析驗證。整體上來看,中亞地區(qū)陸地水儲量的變化是下降的,下降速率為-0.318 cm/a。呈現(xiàn)出由東向西逐漸增大的趨勢,并且具有明顯的季節(jié)性變化規(guī)律。水儲量變化增速較大的區(qū)域主要集中在新疆塔里木盆地南部與青藏高原交界處。而陸地水儲量變化減少的區(qū)域主要包括阿爾泰山西南部準噶爾盆地的部分地區(qū)以及整個咸海流域,下降速率最大達到-5.271 cm/a。(5)中亞地區(qū)湖泊水量變化與氣候變化和人類活動均有關系。氣溫的升高會造成流域內有冰川分布的湖泊水量增加,如天山山脈附近的巴爾喀什湖等。而流域內沒有冰川分布的湖泊,會因為氣溫的升高,導致蒸散量加大,加上降水量的減少,造成水量減少,如蒙古高原上的湖泊等。同時在流域內建有水壩和水電站的湖泊水量受到人類活動的影響較大,如吉爾吉斯湖、博斯騰湖等。中亞地區(qū)的陸地水儲量與氣溫呈現(xiàn)負相關關系,與降水量呈現(xiàn)正相關關系。氣溫的升高造成了青藏高原北部地區(qū)冰川的融化,加上此處降水量的增多,最終導致周邊區(qū)域的陸地水儲量增加。天山山脈區(qū)域的陸地水儲量減少是由于氣溫的升高和降水量的減少。咸海流域的陸地水儲量減少是流域內大規(guī)模的農(nóng)業(yè)開發(fā)對水資源的過度利用造成的。(6)1992-2015年巴爾喀什湖主要經(jīng)歷了水位持續(xù)上漲和水位波動下降的過程,2006年之前的上升幅度大于之后下降的幅度,因此水位總體呈上升趨勢,24年里共計上升1.290 m。巴爾喀什湖水位變化的原因與氣候變化和人類活動均有關系,氣候變化的貢獻量要大于人類活動的貢獻量。1992-2015年博斯騰湖主要經(jīng)歷了水位持續(xù)上漲和水位持續(xù)下降兩個階段,水位下降幅度大于水位上升的幅度,24年里共計下降了 1.912 m。博斯騰水位變化的原因與氣候變化和人類活動均有關系,水位的升高和水量的增加與氣候變化的關系更大,水位下降和水量的持續(xù)減少與人類對水資源的過度利用密不可分。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P343.3
【圖文】：

拉雅山的區(qū)域｜１７１］。本文研宄區(qū)域主耍包括中國新疆、中亞五Ｗ邋（哈薩克斯圯、逡逑烏茲別克斯坦、吉爾吉斯共和國、塔吉克斯坦和土庫曼斯坦）、蒙Ａ和俄羅斯部逡逑分地區(qū)（圖２－１）�？偯娣e約為４００．４９萬平方公里，東西長約３０００ｋｍ，南北寬約逡逑２４００ｋｍ，位于４６°２９＇－８７°ｌＫＥ，３５°０７＇－５５°２６＇Ｎ之間。中亞五國的東部以西天山逡逑的南脈為界，南部以科畢答山脈和阿姆河的中游及其上源噴赤河為界，北部越過逡逑哈薩克草原，深入到西西伯利亞南緣的額爾齊斯河流域，西界是里海的東岸逡逑從總體上看，中亞五國的地勢東南高聳，西北低下，其中塔吉克斯坦境內的帕米逡逑爾高原海拔４０００－７０００ｍ，是中亞地區(qū)制高點。在哈薩克斯坦西部里海附近的卡逡逑拉吉耶洼地是低于海平面１３２ｍ的最低點。帕米爾高原與分布在吉爾吉斯斯坦和逡逑哈薩克斯坦東部的天山山脈相連接，猶如一條高大而又十分寬厚的“山墻”，綿延逡逑在中亞五國的東部邊緣［１（）］。逡逑１７逡逑

氣象數(shù)據(jù)［２ｎ］。其中中亞地區(qū)有３９４個站點，但是由于數(shù)據(jù)缺失嚴重，導致可用逡逑的站點數(shù)量不多，最終選擇５５個氣象站的氣溫和降水數(shù)據(jù)進行計算，用來分析逡逑中亞地區(qū)各湖泊水量變化與氣候變化之間的關系（圖２－２）。逡逑５０°邋Ｅ邐６０°邋Ｅ邐７０＾邋Ｅ邐８０°邋Ｅ邐９０°邋Ｅ邐１００°邋Ｅ逡逑ｆ－邐Ｘ，邐Ｎ邐－ｆ逡逑Ｒ邐Ａ邋Ｒ逡逑Ｖ－ｖ邐Ｂａｌｋｈａｓｈ邋ｓ．ｓｖｋｋｏｌ邐ｕ，ｕｎＷ？ｒ邋Ｈａｒ＾＼Ｈａｒ逡逑ｌ－邋４＂邋，管一邐—邋－Ｉ逡逑么邐＾ｌ－ｓｏｕｉｈ邐Ｋａｐｃｈａ（￡ａｙ邐Ｓａｉ邋Ｉｆ邋ｍｕ逡逑▲邐Ｃｈａｉｄａｒｙａ邐．邐＇＂邋＊－ｕｒ邐Ｂｏｓｔｃｎ邐ｆ一邐、逡逑ｚ邐Ｓａｋｓ＾ａｍｙｓｈ邐於嚴邋ｏｇｕｌ邋Ｉｓｓｙｋ－ｋｕｌ邐Ｘ邐＾逡逑ｒ邋＾逡逑＾邐邐Ａｙａｋｌｃｕｍ邐＊■氣象站點逡逑ｆ＿邐一Ｊ邐W灥邋々逡逑０邐２５０邐５００邐１０００，逡逑■■■■■■■＝＝■■■■■■■■■■■■■■邋ｋｍ逡逑５０ｒＥ邐６０ｃ邋Ｅ邐７０°邋Ｅ邐８０°邋Ｅ邐ＷＥ邐１００°邋Ｅ逡逑圖２－２中亞地區(qū)氣象站點逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｈｅ邋ｗｅａｔｈｅｒ邋ｓｔａｔｉｏｎｓ邋ｉｎ邋Ｃｅｎｔｒａｌ邋Ａｓｉａ逡逑為了滿足科研和長時間序列氣候變化監(jiān)測的需要，美國國家環(huán)境預報中心逡逑（Ｎａｔｉｏｎａｌ邋Ｃｅｎｔｅｒｓ邋ｆｏｒ邋Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ邋Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，ＮＣＥＰ）和國家大氣研宄中心逡逑（Ｎａｔｉｏｎａｌ邋Ｃｅｎｔｅｒ邋ｆｏｒ邋Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ，ＮＣＡＲ邋）聯(lián)合發(fā)起的再分析逡逑（Ｒｅａｎａｌｙｓｉｓ）計劃

湖泊水位是指湖泊自由水面高出固定基準面以上的高程。利用衛(wèi)星測高測量逡逑湖泊水位的方法和測量海平面高度的原理是一樣的。星載的微波雷達測高儀，并逡逑非成像裝置，而是一種指向星下的主動式雷達。根據(jù)衛(wèi)星測高基本原理（圖３－１，逡逑公式（３－１））邋［２１５］：衛(wèi)星傳感器（雷達高度計）首先利用一定頻率的微波脈沖信逡逑號測量出衛(wèi)星軌道高度（Ａｌｔｉｔｕｄｅ），即衛(wèi)星高度計相對于參考橢球面的高度，然逡逑后利用衛(wèi)星軌道高度減去衛(wèi)星距地面的距離（Ｒａｎｇｅ），最終經(jīng)過計算得到基于參逡逑考橢球面的地表高程（Ｈｅｉｇｈｔ）。由于衛(wèi)星高度計在運行和工作的過程中會受到逡逑許多客觀因素的影響，造成了獲取的原始測高數(shù)據(jù)不可避免的存在一些誤差，這逡逑些誤差改正主要包括衛(wèi)星質心改正、海況改正、干對流層改正、濕對流層改正、逡逑電離層改正、固體潮改正、極潮改正等，這些數(shù)據(jù)記錄都可以從ＧＤＲ數(shù)據(jù)文件逡逑中獲�。郏叮常玻保Γ玻保福�。因此，為了得到精確的測量結果，必須要對原始觀測數(shù)據(jù)進行逡逑相應的分析與誤差改正。只有去除了這些誤差之后得到的距離才具有實際意義，逡逑最終得到可用的高精度衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)。逡逑Ｈｅｉｇｈｔ＝Ａｌｔｉｔｕｄｅ－Ｒａｎｇｅ逡逑衛(wèi)星軌道高度邐衛(wèi)星距地面距離逡逑Ａｌｔｉｔｕｄｅ邐Ｒａｎｇｅ逡逑地球表面逡逑大地水準面邋Ｇｅｏｉｄ邐＂Ｉ：－＂－－；＇；，逡逑”＂T汲碳矍邪玨義賢跡常蔽佬遣飧咴礤義希疲椋紓澹常卞澹裕瑁邋澹穡潁椋

本文編號：2798545