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安文玲等-JGR:树轮氧同位素记录的长江上游过去700年来极端水文事件
2022-09-07 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

   

  长江是我国第一大河,约占全国河流径流总量的36%,养育了全国近三分之一的人口。长江流域大部分水能资源都集中在上游地区,全球变暖背景下,上游地区极端水文事件频发,对上游及中下游地区的社会生产和人民生命财产安全产生了重要影响。然而,长江上游水系气象、水文台站稀疏,且大多数台站的实测资料不足60年,限制了人们对该地区极端水文事件特征等规律的认识。长江上游地区主要受印度夏季风影响,绝大多数极端水文事件也发生在夏季,因此需找到一种具有高分辨率、定年准确,且能准确反映区域夏季径流变化的代用记录。 

  树木年轮以空间分布范围广泛、定年准确、分辨率高及复本量好等特点,正成为研究过去气候变化的首选代用资料之一。与传统的树轮宽度指标相比,树轮氧同位素受到树木“年龄效应”的影响很小,可以保留更多的气候低频信号。季风区的树轮氧同位素受区域蒸发和降水氧同位素的影响,这些都与夏季(树木生长季)降水密切相关。同时,河流径流的变化也主要受夏季降水的影响。因此,树轮氧同位素可以用于河流夏季径流量变化的重建。 

  为理解长江上游极端水文事件的变化特征及其对全球变暖的响应,中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境院重点实验室季风系统演化课题组安文玲副研究员等联合中国气象局成都高原气象研究所,于2017年在长江上游(四川甘孜州白玉县)地区进行树木年轮样品采集(图1)。 


图1 研究区域地理位置(a)及区域气候特征(b)、采样环境(c)

  研究团队通过对6棵树芯3067个样品的测量,建立了长江上游地区过去700多年来(1260-2017年)的树轮氧同位素序列。根据树轮氧同位素与夏季(6-8月)径流量的高度相关关系(相关系数为-0.72,自由度为67),他们重建了长江上游过去700多年来的夏季(6-8月)径流量变化,解释方差为51.3%(图2)。 


图2 基于树轮氧同位素序列的长江上游夏季径流量重建。(a)树轮氧同位素与月径流量相关分析;(b)重建方程;(c)重建序列);(d)重建序列的概率密度分析

  重建序列显示,长江上游夏季径流量呈下降趋势,尤其是最近几十年的径流量为过去700年来最低值。根据重建序列,分析了极端干旱和极端洪涝事件(平均值±1个标准差)在四个时段的重现期:重建期、1850年之前、1850年之后和器测时段。研究发现,极端干旱事件的重现期自1850年之后显著缩短,而洪涝事件的重现期相对稳定(图3)。同时,以30年为窗口,建立极端干旱和洪涝事件发生的时间变化序列(图4)。结果显示,极端干旱事件呈现出多年代际的变化特征,最近100多年极端干旱事件显著增加。这表明,全球变暖背景下,长江上游地区极端干旱的发生频率显著增加,而最近几十年是过去700年来极端干旱事件最多的时期。 


图3 极端干旱(a)和洪涝事件(b)重现期分析

  进一步分析发现,在年际到年代际尺度上,极端干旱和洪涝事件主要受印度夏季风的控制(图4)。全球增温背景下,海陆温差减小,印度夏季风随之减弱,导致水汽输送减少,从而造成极端干旱事件增多,极端洪涝事件则减少;同时,增温导致区域蒸发增强可能也是导致极端干旱事件增加的原因。 


图4 极端干旱(a)和洪涝事件(b)变化序列及其与印度夏季风(c)的关系

  上述结果揭示了全球增温导致长江上游地区极端干旱事件频发。根据最近的模型结果预测,温度升高的背景下,印度季风的变率增强、区域蒸发也会有所增强,未来这一区域可能面临更多的极端事件。 

  研究成果发表于国际学术期刊JGR-Atmosphere(安文玲,李金建,王姝,许晨曦*,邵雪梅,秦宁生*,郭正堂. Hydrological Extremes in the Upper Yangtze River Over the Past 700 yr Inferred From a Tree Ring δ18O Record [J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 127, e2021JD036109. DOI: 10.1029/2021JD036109)。研究受到国家自然科学基金(41772173, 41888101, 42022059, 41630529, 41877457)等多个项目资助。 

 
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