气候变化与水土流失的关系
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气候变化与水土流失的关系范文第1篇
关键词：水土保持 遥感监测 环境因子 指标
中图分类号：P2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（b）-0176-02
水土保持监测指标选择的出发点和最终归宿均为水土保持监测的内容。如前所述，水土保持监测主要包括两部分内容，即土壤侵蚀监测和水土保持治理监测。土壤侵蚀监测核心内容即监测土壤侵蚀类型、范围、程度、强度等信息，水土保持治理监测则监测水土保持治理措施内容及治理措施对于减缓、抑制流失的发展所起的作用，即水土保持成效监测，如治理前后土壤侵蚀动态变化、环境因子、社会经济因子等的变化，通过定量指标来监测这些变化。两者相辅相成，其中土壤侵蚀监测的动态变化为后者水土保持监测提供了侵蚀变化的信息，两部分内容的监测又都体现在对于一系列地表环境要素、气候要素和人为活动因子的监测，所以在实际监测过程中水土流失现状的监测与水土流失治理的监测是密不可分的，可以用同一指标体系。
水土保持监测从影响土壤侵蚀、反映水土保持成效的自然环境因子、人类影响因子（如土地利用、开发建设项目等）、土壤侵蚀状况、治理措施监测和治理成效等五个方面建立其指标体系。
环境因素是直接影响区域土壤侵蚀的驱动因子或抑制因子，也是水土保持治理成效的客观反映，是水土保持监测首要考虑的指标因子。这其中包括自然环境因子和社会经济环境因子。
自然环境因素是土壤侵蚀发生、发展的潜在条件，由其引起的地表侵蚀过程为自然侵蚀（地质侵蚀），是地质历史时期地貌自然演化的过程。自从人类在地球上出现以来，就不断以各种活动对自然界施加影响，正常侵蚀的自然过程受到人为活动的干扰和越来越剧烈的影响，使土壤侵蚀现象由自然侵蚀状态转化为加速侵蚀状态。人类活动可以通过改变某些自然因素来改变侵蚀力与抗蚀力的大小对比关系，使得土壤侵蚀加剧或者达到水土保持两种截然不同的结果。
气候、地形、土壤、地质和植被等是影响土壤侵蚀的主要自然因素和水土保持成效的客观表现，而土地利用则代表了人类作用于地表的结果，同时表现为水土保持治理的积极因素和加剧土壤侵蚀的消极因素两个方面。而选择上述环境因子建立水土保持监测指标，需要考虑其时空尺度表达，不同时间与空间分辨率决定了地质地貌演化、气候变化、植被与土壤形成与演化等自然过程的信息描述，也决定了各因素的空间分布格局、人口数量变化与分布、土地利用、工程建设等人类活动过程、形式、范围和强度等评价的精度与可信度。因此环境因子指标的选取和研究尺度均围绕上述内容展开。
1 植被因子
作为地理环境重要组成部分的植被，与一定的气候、地貌、土壤条件相适应，受多种因素控制，对地理环境的依赖性最大，对其它因素的变化反映也最敏感。利用遥感所获得的植被信息来分析影像上并非直接记录的、隐含在植被冠层以下的其它信息，如水土流失、区域环境演变遗留的痕迹等是选择植被的主要原因。而对于小流域水土保持措施，无论是生物措施还是农业措施，其直接治理成效均表现于植被变化上。而植被是土壤侵蚀的抑制因子，也是最为关键的水土保持可控制因子。在进行植被指标选择之前，首先需要明确植被的水土保持功能及其机理，从而在此基础上能够选择反映植被类型及其结构的适当的遥感量化指标。
关于不同类型及结构的植被水土保持功能对比分析方面，相关学者进行了大量的研究。主要是基于径流小区、小流域实地观测数据，来研究不同植被类型及其结构的减水减沙效益，如陈廉洁（1991）根据三年的径流小区实测资料研究了乌江中下游余庆等三县人工林的水土保持功能，结果表明两层结构（如乔—— 草和灌—— 草型）的水土保持效益优于单层乔木型，乔灌草三层结构的水土保持效益最好。黄承标等（1991）以桂西北山区的龙胜、田林等四县的人工林为研究对象，从1982年到1989年，观测对比了不同植被种群的地表径流，结果是针叶林>阔叶林或针阔混交林，分析原因是植被对地表径流的影响是由植被的树冠群体或植物群体、枯枝落叶层和土壤层的综合效能决定的。这种综合效能呈现出阔叶林或针阔混交林>针叶林的规律。
根据观测数据研究植被类型及结构的减水减沙效益，形成植被的水土保持功能的基本认识基础上，随着植被水土保持功能研究的深入，开始深入到植被内部各个垂直层次来揭示植被水土保持功能的内在机理。主要体现于乔、灌、草和枯枝落叶层等垂直结构上。研究表明，乔木层对土壤侵蚀的影响主要表现在冠层对雨滴的拦截而降低雨滴的动能，从而抑制了溅蚀。余新晓（1988）认为乔木层对降雨动能的削弱有两部分组成：一是林冠截留作用削减降雨动能；二是林冠缓冲作用减弱降雨侵蚀能量。灌木层和草本层与乔木层一样对降雨有截留作用。枯枝落叶层的截留量与其自身的蓄积量、分解程度和持水能力有关。枯枝落叶层削减的降雨动能也可以分为截留作用减弱的降雨动能和透过枯枝落叶层所削弱的降雨动能。前者为大气降雨总动能的5.6% ～13.0%，平均为9.1%，后者可将透过乔木层、灌木草本层的降雨动能全部削减（韦红波，2001）。除此之外，枯枝落叶层降低坡面径流速度，降低了冲刷能量，同时由于降低了径流速度，从而增加了在坡面上滞留时间，增加了下渗时间；更为重要的是，表层凋落物和腐殖质的积累，使得土壤水稳性团聚体的形成和土壤孔隙度等土壤理化特性得到改善，增加土壤的下渗率。
2 地形地貌因子
地形主要包括坡度、坡长、坡形和所在部位。一般而言，在降雨、土壤和土地利用基本一致时，地形越复杂水上流失越严重。前人试验资料表明，同样都是耕地，由于坡度和所在部位不同，在同样降雨、耕种条件下水土流失差异很大（倪晋仁，2002）。
（1）DEM。
数字高程模型（DEM）是表征区域地形地貌的参数指标，同时它也是生成与土壤侵蚀密切相关的其它地形参数的重要数据源。
（2）坡度。
坡度与土壤侵蚀方式关系密切，坡度指标不仅是影响土壤侵蚀的主要地形因子，而且坡度大小也是决定面蚀或沟蚀为主导的关键因子。一般在坡度很缓时主要以面蚀为主，而随着坡度增加，则发生细沟、浅沟侵蚀，当坡度增大到一定程度时，则以切沟、冲沟为主。倪晋仁等（2002）通过研究黄土坡面细沟发育特征，表明面蚀在整个侵蚀过程中的贡献随坡面坡度的增大而迅速减小；在缓坡坡面上面蚀作用远较沟蚀作用为大，但在陡坡坡面上则明显较沟蚀作用为小。
（3）沟壑密度。
在不考虑重力侵蚀的情况下，坡面的总侵蚀量为面蚀量和沟蚀量总和。面蚀主要发生在植被较差、有一定坡度和没有防护措施的坡耕地或荒坡上。随着坡长增加，地表径流逐渐汇集成股流，冲刷力增大，在细沟侵蚀基础上，逐渐发展为切沟、冲沟、支沟、干沟直至成为河流，形成蛛丝密布的径流网络，构成千沟万壑的地貌景观。沟蚀的主要形式为沟头前进、沟床下切和沟壁扩张。
将面蚀和沟蚀分离之后，就可以对面蚀和沟蚀过程进行独立的研究，并对不同的侵蚀过程采用相应的防治措施。植被覆盖度、土地利用、土壤质地和坡度等是影响面蚀的主要因子，而沟壑密度则是表征和影响沟蚀的主要指标。它反映了一定区域内所产生的沟谷的数量特性，通常以每平方公里的沟谷总长度（公里）为度量单位。沟壑密度对土壤侵蚀的影响主要表现于，它提供了临空面，沟壑密度愈大，地表受降雨、径流的冲刷力和被侵蚀的面积愈大；同时它也改变了降雨的动能，沟壑密度愈大，降雨径流的冲刷力和侵蚀力就愈大，并且易触发重力产沙。
沟壑的发育和深化过程反映地表土壤侵蚀过程的结果和土壤侵蚀强度，特别是水力侵蚀研究的关键要素；反之沟壑发生过程的停滞也表明了水土保持治理的成效，尤其是沟头防护工程措施等的成效等。因此沟壑密度既是表征土壤沟蚀结果的定量指标、是评价水土保持治理成效的地形地貌因子之一，也是影响土壤侵蚀发生发展的客观因子。
3 土壤质地
土壤质地是支配土壤特性的根源，因其组成土粒大小和不同质地土粒的含量不同，可引起不同土壤理化性，如粘着性、可塑性、保水力、抗蚀性、通透性、离子交换能量及缓冲作用等性质。在此选择土壤类型图作为土壤质地的度量指标。
4 水文气象
气候因素是影响土壤侵蚀的主要外营力，对于水蚀而言主要是降雨径流，在此降雨、风场信息、水文数据是重要的水文气象参数。主要指标要素为汛期降雨量、日风速风向及频率、流域年输沙模数等。
5 土地利用
地球表层系统最突出的景观标志就是土地利用与土地覆被。土地利用/覆被变化被逐渐意识到是推动环境变化的重要驱动因子（Turneretal，1994）。人类活动对自然环境的扰动作用主要体现在对土地覆盖的改变，因此土地利用是表征人类农业生产活动对土壤侵蚀干扰程度的良好指标。如毁林开荒、陡坡耕种、减小植被覆盖度等人类农业生活活动，以及开采矿石、煤矿、废渣废料堆放等开发建设直接加剧了土壤侵蚀。其中耕作过程虽然增加了土壤空隙度，但也破坏了土壤结构，减弱了土壤的耐冲性，直接促进土壤侵蚀。同时，小流域治理措施也看作是土地利用方式，包含于土地利用中，如退耕还草、开垦梯田、封山育林等措施，通过土地利用指标量化了人类活动的扰动或作用结果。
6 社会经济指标
相对于流域环境因子指标，社会经济指标主要包括小流域人口、劳力、人口密度、人口素质、人均土地、耕地面积、人均耕地、农业产值、农业人均年产值、农民人均年收入、粮食总产量、粮食单产、人均占有粮、人均居住面积等社会统计指标。
参考文献
气候变化与水土流失的关系范文第2篇
关键词：水文科学 机遇 挑战
水文科学的发展要结合我国全面建设小康社会的目标来发展，要基于我国社会经济的发现现状来发展，要借助于我国可持续发展的战略决策来发展。水文科学的研究是为了实现人口、资源、环境的协调发展。由于水是人类赖以生存的的自然资源，是国家经理建设与人民生活中不可或缺的基本资源，由此水资源的重要性可见一斑。水文科学是研究地球上一切与水有关的所有科学领域的学科，关系到社会经济发展与人类的生存发展问题，是一门涉及面广博且具有重要价值的科学性学科。然而水文现象复杂繁多且其在时间尺度与方向上都具有不重复性，有时还会有空间方面的变异性，这些问题使得我国相关部门对水文科学的研究要更加细致与全面。
1.水文科学的概况
1.1水文科学的基本内容
水文科学作为一门研究水的学科，对水的形成、循环、时空分布、化学性质、物理性质进行相关研究。不仅如此，水文科学还要对水资源的开发利用、水资源的保护、水旱灾害的形成等方面予以探索。水文学科的研究领域非常广泛，它不但涉及水量的研究，还还涉及水质的研究。不但涉及当前水情变化规律的研究，还涉及地球上水的生命史及其未来发展的研究。不但涉及生态环境方面的研究，还涉及水利工程方面的研究。
水文学科中最基本的两大基本规律是水文循环与水量平衡。在我们所生存的地球上，各种水体通过水文循环紧密地联系在一起，因而水文循环是水文研究的重要内容。
1.2水文科学的形成过程
水文科学是一门又古老又年轻的学科。其研究可以说从公元前三千多年前就有迹可寻，当时古埃及就在尼罗河畔勘测水位。在我国公元前一千四百年前后， 殷墟甲骨文中早已出现了有关降雨和洪水的相关记载，后来我国古代人民开始采用测雨器来观测雨量，绘制降水量的等值线图。法国文学家在一七七五年发表明渠均匀流公式。德国的水文学家沃尔特曼在一七九零年发明了流速仪。以上取得的成果都表现为水文科学的萌芽阶段。
水文科学的迅速发展时期是十九世纪牛顿力学的古典科学得到快速发展阶段，该科学的发展带动了水文科学的迅猛发展。作为一门涉及面广博的学科，水文科学逐渐形成了自身的一套系统。在二十世纪前半叶，由于生产力的不断发展，人们越发希望能够对洪旱的基本变化规律予以掌握，以此来建造水利工程造福百姓。直到一九五七年爱尔兰的水文学家纳西对瞬时单位线的物理机制进行了深入分析，并且用数学语言描述了流域的汇流过程，这些相关理论的提出使得许多水利工程的管理更加地科学化与合理化，同时也奠定了工程水文学的基本内容。当前很多工程水文学的许多内容就是因为该阶段优秀理论的提出而产生的，正因为这些优秀理论的影响使得许多的措施在工程水利中被普及开来。二十世纪后半叶，各国的经济水平都有了很大的提高，大多数国家对水文科学的重视度大幅度提升。因为计算机领域进行了信息技术的革命，对的现代科学技术飞速发展起到了极大的推动作用，与此同时，水文科学领域也得到了极大的发展。
引人注目的是在1965年启动了国际水文十年，并在十年之后全面实行国际水文计划。目前该计划已经进入了第七阶段，世界各国的水文学家进一步加强了合作，许多新的理论方法不断涌现。然而从学科的发展方向来看，近几十年来，正是因为各国经济社会的发展，与水资源有关的各类水问题不断出现并有加剧趋势，我们的生存环境受到了很大的威胁。针对这些现象的发生，产生了以研究水资源短缺问题为核心的水资源水文学、以研究水环境为核心的环境水文学、以研究生态问题为核心的生态水文学等等相关水文学。由于全球气候变暖，又产生了以研究气候变化对水循环的影响为核心的全球变化水文学，该文学而今已经成为了世界各国水文学界研究的热点。我国相关部门在政府的倡导下也积极参加各种关于水文学的国际项目与活动，在一些突出领域加大了工作量，并对其展开大量的深入研究，因此取得了比较不错的成果。
综合以上的阐述不难看出水文科学研究的领域正在不断扩大，与人类的关系越加亲密，在社会研究领域的地位也越发重要。这些正是印证了水是生命的起源，万物皆由水衍生而来。
1.3水文科学的发展情况
随着信息技术时代的到来和某些新理论及边缘学科的作用，水文科学的研究也在快步前进。尤其是人口问题、水资源短缺问题、水环境恶化问题和气候变化问题的催化作用，使得水文科学的研究问题更加被广泛关注。不但是我国开始重视这一方面内容，世界上的许多国家也在该方面大花心血，国际活动频繁起来，我国的水文学家及相关工作人员或专业人员也积极参与到国际活动的交流与合作中，展开了许多具有深远意义的研究工作，极大地促进了水文科学的变革与发展，进而推动水文科学的现代化进程。关于水文科学当前的发展状况，大致分为以下几点：
（1）国际交流合作越加频繁。
自国际水文计划实施以来，联合国教科文组织与世界气象组织就为此召开了许多水文国际会议。因此国际水文计划是围绕水文科学研究与教育的国际性的全球性计划，对水文学进行国际培训与知识传播，提高各个国家政府及相关人员抑或是人民群众对水文科学的认识。国际水文计划的重心在于应用水文学和水资源的调查评价、开发利用、管路保护及人类活动对水资源的影响，为的是帮助解决水资源问题和与水有关的社会经济问题。
水文科学的研究不仅仅局限于认识水文循环的物理过程，还需要研究对水文循环的生物控制及气候、水文和环境之间的相互作用，进而深化对陆面生态系统的影响，对全球气候变化的影响等，最终实现人类可持续发展的目标。目前生态水文学已经成为了近代水文学发展的一个重要方面，其内容涉及了土壤、大气、植被、河流等许多因素。二十一世纪初，关于水文科学的发展，国际水文科学协会组织并发起了全球范围内针对水文科学发展的大讨论，而后许多国家相继成立了相关研究机构来推进水文科学的研究工作。
（2）水文科学研究的相关领域。
首先，水文循环与生物圈的相互作用。以前的水文研究侧重于考虑水量的自然化，而今的水稳研究要侧重考虑生物圈与人类活动之间的相互作用，注重陆地生态水文环境与空间格局的变化规律的问题。
其次，气候变化与水环境的相互作用。以前的水文科学认为在陆地上整个体系中水文循环的平均值是不会改变的，对于年径流量的涨退现象则视为阶段性的波动。而今的水文科学的研究意识到一个系统中的水文过程并不总是处于平稳状态，是会出现不同程度的变化的，陆地上的生态系统对大范围的水文循环具有很大的反馈协调作用。
最后，人类活动与水环境的相互作用。随着社会经济的发展，土地利用、植被覆盖和碳循环的问题十分突出，水文循环与生态系统之间的联系与作用因为人为因素的干扰而受到了很大影响。因为土地利用变化十分剧烈，城市化进程加快，许多地方的河道遭到了围垦，湖泊也因为经济因素而受到填埋。河道、水域等许多自然生态屋被现代化改造，水文环境一下子就被迫改变。水文循环的过程是复杂交错的，不但与陆地表层的各种自然要素的分布密切联系，还与土地利用等关联密切。自然变化与人为因素双重影响下的水文循环开始变得紊乱无常，许多难以预料的灾害也因此而出现。
2.水文科学研究的趋势与特点
2.1研究领域趋向广泛
结合当前现状，当代水文科学的研究领域将会不断扩大，研究的问题也会越来越复杂，还会遇到来自各方面的确定与不确定因素干扰。研究规避水文循环过程中的基本规律与不可测的突发问题是一项艰巨而具有挑战性的任务，因而在研究的过程中要学会利用其他相关领域的理论知识或规律辅助，来帮助解决水文科学领域的相关疑难。
2.2注重研究的整体性与系统性
由于地球上的不同圈层之间都有着紧密的联系，因而改变其一就会影响到其他所有圈层的动态规律，所以在预测未来的发展情况时，要从水文循环和转化的物理关系上来分析气候变化与生物作用对人类活动的影响。针对水文科学的研究也不能局限于某一技术的应用，而要结合地理信息系统、卫星遥感等技联合起来术对其进行全方位的研究。
2.3与人类活动关系更为紧密
实际上说来，对水文科学进行深入研究的根本就是为人类服务的，是为了解决社会发展过程中的用水问题，是为了解决生存环境中的水循环问题，是为了更好地落实可持续发展的战略决策。
3.水文科学研究的问题与相应措施
水文科学的研究是由于社会需求的存在而产生的，人类的需求决定了其研究方向与进程。社会发展对水文科学的需求主要表现为防洪减灾、水资源的开发利用、生态环境的保护和社会经济可持续发展等方面。目前我国水文科学的研究领域还存在着诸多问题亟待解决，其中比较突出的有水旱灾害的监测与预报技术比较落后，可提供依据的水文研究资料比较稀少，区域性水文研究和关于不同水体的研究不平衡，水文基础研究薄弱，水文基础信息匮乏等等。
3.1水文科学研究中出现的相关问题
3.1.1防洪减灾中的问题
气候变化会造成水旱灾害更为频繁，防洪减灾已经成为了我国政府必须解决的社会环境问题。我国处于东亚季风区，大多数的地形自西向东倾斜，对洪水的形成与汇集具有促进作用。加之植被覆盖率小、水土流失严重等问题，使得我国的洪涝灾害严重而复杂。因为人类盲目追求经济的发展而忽视了环境的反作用，致使流域的水体分布不均、循环受碍。
3.1.2水资源的开发利用问题
水文科学的研究是为了促进水资源合理安排与利用，为了有效保障水资源的安全，进而保障粮食安全和生态环境。为了实现水资源的可持续利用，必须要保证水资源的开发利用的总量不得超过水资源的再生能力，相关部门必须要展开水资源形成与演化的研究。我国因为干旱而造成的农业方面的损失不容小觑，这些问题对于我国的可持续发展有着严重的威胁影响。虽然我国在干旱发生发展机理研究方面做了许多工作，但是却没有从根本上解决问题。因为我国将旱涝规律研究大多着眼于水文气象变化规律的研究方向上，难以解释干旱形成的物理机制，因而在针对干旱问题上还保留了大量的疑难残余。
3.1.3水资源的可持续利用问题
水资源的地区分布不平衡导致区域性水资源短缺，在水文科学研究的过程中，水资源合理配置与科学调度中的许多关键性问题至今仍未解决，我国当前还没有形成跨流域调水的规范技术体系。
3.1.4生态系统问题
我国的生态系统因为城市化进程的影响而遭受了很大的打击，各种生态问题因为难以得到良好而及时的解决而变得越发严重。人类活动促使水的分布及运动更加不合理与不规律，甚至导致了水土流失、土地荒漠化等。
3.1.5江河治理问题
针对江河治理的过程中，我国相关部门只是采取非常片面的手段，将目光局限于经济与工程上，专注于局部河段的治理，因此未能取得非常良好的效果。江河治理的地学基础是江河治理过程中人与江河互相作用的地学，包含了地质面貌、水文气候和流域自然地理等因素。人类根据自身意愿通过不同方式和不同程度作用给河流，这种影响渐渐将河流的相关特性改变。
3.1.6工程规划问题
社会发展的进程中，因为人类活动的不顾后果，使得水文系统严重受损，给水利工程方面数据采集带来极大难度。
3.2针对水文科学研究问题的解决方法
3.2.1为防洪减灾提供支撑
防洪减灾问题需要水文信息与知识的支撑。从理论的角度上讲，理应加深对洪水形成规律的研究。从技术的角度上讲，理应强化水文信息的采集、传输、预报、调度与决策。从实践的角度上讲，理应加大非工程措施的水文依据的研究。
3.2.2为水资源的可持续利用提供基础
水资源的可持续利用是推进社会发展的动力，是人民正常稳定生活的保障。从理论的角度上讲，理应加强水资源形成与演化机理的研究，加强全球变暖条件下对水资源的影响的研究。从实践的角度上讲，理应加强水资源评价与水资源开发利用的研究。
3.2.3为生态环境保护提供服务
生态安全与环境的保护需要提供相关水文知识的服务。从理论的角度上讲，理应揭示水对生态安全与环境保护的影响。从实践的角度上讲，理应根据自然条件下采用不同的研究方法。
3.2.4为江河治理提供依据
江河的治理过程需要提供具体的水文依据。从理论的角度上讲，理应揭示河流发育演变的地学基础。从实践的角度上讲，理应充分考虑江河的实际情况，制定合理可行的改进措施。
3.2.5为人类活动提供警告
根据人类活动给水文系统造成的剧烈影响，应当加强人类活动对水文条件的影响，加强水文分析计算途径与方法研究。
4.水文科学研究的机遇与挑战
水文科学对我国社会的可持续发展与人民安居乐业有着十分重要的作用，我国相关部门重视水文科学的研究与发展，在其中投入许多人力物力财力，并且引进先进的理论方法来支持水文研究。
从开始到现在，我国的水文科研已经与国际接轨，而且还适当地融入到教育事业中去，使得两相领域相辅相成共同发展。除此之外更重要的是，我国的水文科学发展将要在社会发展的进程中面临许多不可预测的事情。这些不可预测对于我国来说既是机遇又是挑战，因此我国应该及时抓住机遇，勇于面对挑战。
4.1充分利用国家相关资源
根据我国当前的水文科学研究现状，要充分发挥与利用我国先进的相关资源。我国已经设立了部级水文资源重点实验室，而且还实行了“211”工程建设。我国政府应当充分抓住该机遇，启用相关高技术人才，联合国际相关机构并结合我国发展的实际需要来开展水文科学规划的科学研究。重点对水文基础研究、水文应用基础研究和水文科学人才等教育与培养方面进行大规模的操作与规划，实行具有我国特色的水文科学研究。
4.2结合国家发展需求
我国制定了水文科学研究的发展规划，在该规划的引领下，结合我国“十五”的发展需要，利用全国水文研究机构共同协作，开展国家级重点基础项目研究。通过这些方式来促进我国水文研究人才的沟通交流，进而推动水文科研的进步。
4.3鼓励成果共享
从长远的角度来看，我国应当积极鼓励水文人才与水文成果的国际化交流，将我国研究出来的先进理念同世界上的其他国家进行交流合作，积极参与各国的合作性水文项目，促进我国水文学科基础与应用研究的发展。
4.4培养高技术人才
为了我国水文科研的进步与发展，要从相关研究人员的综合素质抓起，重视水文科研高层次人才的培养。
5.总结
社会科学技术的不断进步，生产实践的日益深化，水文科研涉及的领域已向多元化发展。在接下来的研究发展中，水文科研将在应用层面加大研究力度。健康可持续的水文循环是支撑社会不断前进的保障，是人类幸福生活的坚实基础。
参考文献：
[1]徐宗学. 水文科学在北京师范大学：回顾、机会与挑战[J]. 北京师范大学学报（自然科学版），2009，Z1：463-468.
气候变化与水土流失的关系范文第3篇
关键词：长江源；高寒地区；气候变化；水文气象要素；水文环境
中图分类号：P461文献标识码：A文章编号：1672-1683（2013）01-0081-06
近几十年来，因大气中温室气体增加，地球表面热量平衡发生改变而导致了全球气候变化，并进一步加剧某些地区的旱涝灾害，从而对水文循环和径流形成产生重要影响。国际上对此问题的研究不仅局限在全球尺度，而且也深入到流域尺度。人们认为，由于地球表面受热条件的不同及大气环流的改变，必然引起水文循环的变化和水资源在时空上的重新分配[1]。
位于青藏高原腹地的长江江源地区，集高寒、冰川、冻土和积雪等为一体，湖泊和沼泽密布，是世界上湿地分布海拔最高、面积最大与最集中的地区。近50年来，在全球气候变暖变化背景下，受自然因素和人类活动的影响，源区的生态环境状况日趋恶化，冰川后退、湿地萎缩、草场退化、水土流失加剧等环境问题日益突出，对整个长江流域的水资源条件、生态安全及社会经济的可持续发展构成了巨大威胁[2-3]，严重制约了当地社会、经济和文化的发展。
长江江源地区是整个长江流域水文循环的起始地，主要功能是保障长江的源远流长，并向下游输送优质水资源。源区内的冰川、冻土、积雪、湿地和沼泽等变化对水环境的影响也必将影响长江流域水资源的可持续利用。因而从20世纪60年代开始，青藏高原和江河源区气候变暖对周围地区水资源与生态环境的影响一直备受国际学术界关注[4-9]，到目前为止，已经召开了四届青藏高原国际学术讨论会。国内也有不少专家学者围绕全球气候变化对该地区影响开展过大量的研究工作[10-12]，因此青藏高原气候变化及其对周围地区（黄河和长江源区）乃至全国的水资源影响已成为一个研究的热点问题[13]。
1研究背景与现状
1.1气候变化对水文气象要素的影响
1.1.1气温
长江江源地区地势高亢，终年气候寒冷，年均气温一般只有-5.5 ℃～4 ℃，大部分地区年均气温低于0 ℃，月均正温期只有5个月（5月-9月），楚玛尔河流域五道梁一带仅6月-9月份为正温期，曲麻莱以东玉树地区正温期达到7个月。在江源地区中部的沱沱河沿（集镇）年平均气温为-4.2 ℃，绝对最低温度为-33.8 ℃，冻结期长达7个月[14-15]。
然而，随着过去50年来全球变暖趋势的加强，青藏高原温度的升高已是不争的事实，温度的升幅也显著大于全国平均水平[16]：源区的年平均气温从20世纪60年代开始缓慢上升，1991年-2001年温度平均值比1991年以前30多年的平均值上升了0.20 ℃～0.88 ℃，平均上升0.39 ℃；近10年，平均气温比20世纪60年代增加了1.42 ℃。康世昌等[17]通过冰芯记录评估人类活动对大气环境的影响，并指出：20世纪40年代气温较低；50年代和60年代中期气温较高；70年代中期气温下降到近70年来的最低值；80年代仍然处在一个低温期；90年代以来气温急剧升高的趋势延续到了21世纪初期。各拉丹冬冰芯恢复的气温记录显示20世纪70年代以来的增温率（0.5℃/（10 a））要明显的高于各拉丹冬地区和北半球，而90年代以来的增温率（1.1℃/（10 a））约为70年代以来的2倍，表明近期的增温有加速趋势且高海拔区域对全球变暖的响应更为敏感。
由于受海拔高度和地形地貌等因素的影响，不同地区的气温变化幅度不尽相同，其中曲麻莱、玉树等地区升幅较大，西部的沱沱河等地区升温幅度较小[18]。
不同月份气温的升幅也不相同。谢昌卫对长江、黄河源区12个站点的综合分析，总结出江河源区各月温度的升降变化存在较大差异[19]。从不同台站近50年来不同月份气温的变化可以发现，长江、黄河源区升温幅度年内最大的时段是春末夏初5月、6月份和下半年9月-11月份，温度平均上升0.90 ℃，大于年均温度升高幅度；而年内温度最高的7月、8月份升温幅度并不大，平均上升仅0.4 ℃，小于年均温度上升幅度。因此从总体上来说，长江江源区冬半年气温升高幅度较大，即呈现出气候暖干化的变化趋势，这与我国北方大部分地区近百年以来出现的暖冬现象是一致的。
1.1.2降水和蒸发
长江江源地区平均海拔在4 500～5 000 m，属高原亚寒带半湿润、半干旱区，日照时数较长，每年约达2 800 h，年总辐射量高达670 kJ/cm2。降水主要来自孟加拉湾暖湿气流，年降水量自东南向西北递减，界于500～200 mm左右。年降水200～400 mm，5月-9月降水量占全年的90%～95%。由于源区的年平均气温在0 ℃以下，最暖月气温也只为4 ℃～10 ℃，降水、蒸发及日照变化不明显，因此固态降水占很大比重[20]。
王可丽[21]利用长江江源地区气象站的降水资料和NCEP/NCAR的气候资料，探讨了降水的年际变化，对典型多雨年和少雨年500 hPa位势高度的风场、600 hPa流场、大气水汽含量和水汽输送进行了合成和对比分析。结果表明：降水近50年的长期变化趋势总体上不明显，而在近10年的降水有明显增加趋势。降水量序列各尺度震荡的形成原因可能与青藏高原热力作用和动力作用以及大气环流演变密切有关。
1.2气候变化对水文环境变迁的影响
1.2.1冰川、冻土和积雪
长江江源地区冰川属大陆型冰川，年消融深约1～2 m。冻土分布广阔，北界为昆仑山以北青藏公路61道班西3 km（海拔4 350 m），南界至唐古拉山以南的安多县青藏公路116-117道班处（海拔4 780 m）。唐古拉山脉西部以格拉丹冬为中心，是现代冰川集中作用区，也是区域内温度最低的地区，格拉丹冬冰川区雪线处温度约为-11 ℃[22]。
中国科学院寒区旱区环境与工程研究所采用两期遥感影像资料，在地理信息系统技术的支持下分析了长江源区典型冰川作用区小冰期（LIA）、冰川范围变化、冰川进退情况，并运用由点到面的研究方法分析了冰川变化以及对河川径流的影响[23-24]。分析表明：1969年-1989年间的20年中唐古拉山区的大冬克玛底和小冬克玛底冰川分别有小幅度前进，前进量分别为9.4 m和2.1 m；1989年-1993年间这两条冰川处于前进并维持相对稳定状态；1993年以后转入退缩之中，但退缩幅度不大[25]。刘潮海和康尔泗等[26-27]根据航空和卫星遥感资料，结合1∶100，000地形图，通过综合分析获得小冰期最盛期、1969年和2000年三个时期的冰川范围及变化情况。1969年各拉丹东冰川面积比小冰期最盛期减少5.2%，2000年比1969年减少1.7%；但总的冰川面积变化不大。长江水利委员会利用历年遥感数据结合现场考察认为：源区冰川面积总体上处于退缩状态，其中有一定的波动；2004年前缩小速度较快，此后缩小速度相对较慢；2009年冰川总面积在1977年基础上缩减了126.33 km 减少了11.8%[28]。
在全球变暖背景下，随着长江江源地区温度的上升和降水量的减少，区域内冰川、冻土的冷储也减少了，同时冰川、冻土的年消融能力增强。特别是从20世纪90年代开始，冻土环境发生了显著变化，以冻土退化、活动层增厚、大量岛状冻土消失为表征的冻土变化对高寒生态系统产生较大影响[24，29-30]。源区的平均积雪量冬季增加比较显著，秋季增加和春夏季减少均比较缓慢。11月至竖年2月，各月平均积雪量近50年来呈现出持续增加的趋势，冬季平均积雪量明显增加的趋势与及高亚洲地区的演变基本一致[31-32]。
1.2.2湿地、沼泽和植被
长江江源地区的高寒湿地位于全球气候变化最敏感的川西北高原东北部，冷湿的气候条件下沼泽相当发育。高寒湿地总面积为10 445.1 km 其中沼泽占湿地总面积的49.71%，集中分布在当曲、楚玛尔河、沱沱河的源头、通天河区域，其余广泛散布在碟形凹地、河谷两岸及河滩地，如杂尔曲、当曲、莫曲、布曲源头，马璋错钦南部，隆宝湖等地[33]。近50年以来，从结构上看，草甸、沼泽和湖泊三种湿地类型的面积均有所减少，分别减少了1 843.76 km2、186.54 km2和114.8 km2；就变化幅度而言，湿地减少率为1.48%/a，其中高寒泥炭沼泽减少率3.83%/a为最大，草甸、湖泊和河流的减少率分别为2.72%/a、0.85%/a和0.02%/a。在20世纪30年代前，沼泽积水一般为20～40 cm，最深可达1.0 m以上；近10年的沼泽水深一般只有10～15 cm，很多沼泽地仅呈过湿状态[34]。沼泽湿地的减少，致使区域水汽补给通量减少，沙化和荒漠化面积增加，干旱化趋势加速[35]。王根绪等[36]利用青藏高原长江、黄河源区以及若尔盖等典型高寒湿地分布地区1969年、1986年、2000年和2004年多期航片和卫星遥感数据，从湿地主要组分分布、时空格局及水生态功能方面，对比分析了典型高寒湿地系统动态变化特征及其区域差异性；他们还采用多因素逐次甄别方法与半经验理论方法相结合，基于多年冻土的不同植被覆盖降水-径流观测场测试实验结果，研究了长江源区气候-植被-冻土耦合系统中各要素变化对河川径流的影响[37]。2007年，潘竟虎[38]根据长江和黄河源区1986年和2000年的两期土地利用现状数据，利用ARCGIS软件对编辑处理后的各湿地类型面积进行统计，结果表明长江江源地区河流径流形成区域的下垫面植被覆盖类型中，高寒草甸是所有河流中所共有的植被类型。
1.3气候变化对河川径流的影响
长江江源地区河川径流是以不同形态和经过不同转化途径的降水为补给来源，河流水源形式主要有冰雪融水、沼泽与泉水（地下水）和降水直接汇流等，且大多数河流三种形式并存，是混合型水源河流。河川径流以冰雪融水和地下水补给为主，分别占年径流的45%和40%，雨水仅占15%。径流年内分配及变化随降水多少和气温高低而变。每年11月至次年4月河流封冻，最小流量出现在大地冻结的12月-1月，有的河流出现连底冻；5月积雪开始融化，但水量仍不大，6月-7月河水上涨，至8月达最大值，6月-9月为连续最大4个月，水量占年径流量的70%～85%。以季节而论，夏季径流量最多，占67%～75%，秋季占15%～25%，春季5%～8%，冬季仅0.5%～0.6%。20世纪80年代之后，源区径流量明显减少，表明气温增加使融冰融雪的增加不足以抵消降水量减少和流域实际蒸发增加的综合效应[39]。
长江江源地区径流分布的区域间差异既受降水空间分布的影响，也与河源地下水和冰川融水影响有关。冰川集中发育在通天河以上的江源区，通天河流域冰川融水对径流的补给主要集中在冰川融水型和湿地型河流，占源区总径流量的5.12%；该流域补给率最大的河流是沱沱河，占33.7%；其次是布曲流域占18.4%，楚玛尔河流域仅有4.2%。由于过去30多年间源区冰川面积变化微弱，直门达以上长江出源径流的冰川融水补给率总体上约为9%，可见冰川融水对整个长江水系的补给作用较小[40]。由于河流径流形成与湿地有关的河流总径流量为8.07×109 m3，占源区总径流量的64.2%，因此长江源区整体河流径流形成中沼泽湿地补给占据重要位置，冰川融水补给仅在沱沱河与布曲河水系有较大作用[41]。如何正确评价冰川退缩对河川径流的影响，目前尚没有可靠方法，通常冰川变化对流域径流过程的影响整体可以不予考虑[9]。
总体而言，长江江源地区气候变化剧烈，也是青藏高原增温最为显著的地区之一，高寒生态系统与冻土环境不断退化，河川径流呈持续递减趋势，年均径流量减少约15.2%，频率大于20%的径流量亦显著降低，而且大于550 m3/s的稀遇洪水发生频率增加，变暖变干趋势较为明显[42]。同时，部分地区显现气候暖湿化变化的趋势，虽然有利于植物的发芽和生长，但对于区域内水资源量的贡献不大，径流量仍然呈减小趋势。
2亟待解决的问题
回溯近百年来全球平均气温已上升了0.4 ℃～0.8 ℃，尤其是近10年来的升温最为显著。根据IPCC第三次气候变化评估报告，预计21世纪全球气温将进一步变暖，预测平均气温上升1.5 ℃～4.5 ℃。中国也和全球一样，其中高海拔青藏高原变暖尤其令人注目[43]。我国西部环境演变评估报告预测青藏高原到2050年气温可能上升2.2 ℃～2.6 ℃，地处长江江源的川西北牧区变暖变干趋势明显。因此，对于长江江源地高寒区域性水文环境特性的认识日益迫切，查明这一敏感区对全球气候变化的响应，辨识这里径流形成、演化过程及未来变化趋势，不仅是一个水科学发展的前沿课题，也是制定区域可持续发展战略亟需解决的一个现实问题。
从国家需求层面看，由于川西北牧区是全国第二大藏区，历史上素有“汉藏走廊”之称。草原是川西北少数民族赖以生存和发展的基础，草原畜牧业是川西北牧区的主体产业及其农牧民生产生活的主要支撑。目前阿坝州牧业产值占农业总产值的54%，农牧民的现金收入80%来自畜牧业。随着国民经济的持续发展，穿过沼泽区的河川受细菌污染和腐殖质污染非常严重，水质污染造成人、畜患多种疾病，常见有人患大骨节病、牲畜肝片吸虫病、口蹄疫等。部分村庄大骨节患病率高达80%以上，严重者发育畸形，弯腰驼背，形成跛子、侏儒等[44]。研究青藏高原高寒地区的河川水文特征和气候变化对寒区环境的影响，不仅对保护和建设川西北高寒草原并创造良好的生存发展环境，使少数民族安居乐业，加快越温脱贫奔小康步伐等有着重大的现实意义，同时对于维护藏区稳定，增强民族团结，保持社会安定，维护源区水涵养功能和流域水安全和推进民族地区经济社会的全面进步等有着深远的战略意义。
从科学问题层面看，长江江源地区水文循环及水资源演变是受自然环境与人类活动众多驱动因子的影响，人们所关注的一个核心科学问题是该区域气候变化对其重要的水源涵养功能有何影响，冰川、冻土、积雪、湿地和沼泽以及植被覆盖如何共同作用来驱动长江江源区水文循环尤其是径流形成过程与产汇流的变化。在流域尺度上，长江江源地区范围较大，一方面由于全新世以来青藏高原的持续隆升，全球变暖和印度洋暖湿气流减少等气候变化的原因，冰川退缩，雪线上升，使得河川径流量不断减少。另一方面，植被的退化，高原草场沙化严重，水源涵养森林的减少和人类活动的增加，使得源区河流的流量，尤其是在枯水季节明显减少，洪枯期流量差距拉大。同时，由于受青藏高原的影响，源区内的气候变化还存在一定的差异，西部高原山地温度升幅达0.2～0.3 ℃/（10a），和全国平均值相近，东部四川盆地却呈降温的趋势，为-0.12/（10a）。为此，急需厘清气候变化对径流的可能影响程度，包括径流的形成、时空格局及其变化规律、未来发展变化趋势等，进而为长江江源高寒地区水资源定量估算和评价，合理利用长江流域水资源、恢复江河源区生态环境提供科学的理论依据，并为保护川西北高寒草原并创造良好的生态环境提供科学的决策依据。
3结语与展望
（1）长江江源地区位于青藏高原腹地，地势高亢，由于受海拔高度和地形地貌等因素的影响，年平均气温在0 ℃以下，最暖月气温仅为4 ℃～10 ℃，且不同地区气温变化幅度不尽相同。降水主要由来自印度洋孟加拉湾沿嘉陵江北上的水汽和部分沿青藏高原中部北上的水汽形成，受水汽输送途径和江河源区地形地貌的影响，降水主要集中在东部地区，深居高原腹地的西部广大地区降水稀少，而且固态降水占很大比重。因此，需要深化研究高寒湿地区域性气温、降水空间分布特征，年内和年际变化的统计特征，并对各水文要素进行趋势预测，以揭示研究区水汽输送通道和降水时空分布规律。
（2）长江江源高寒地区作为冰雪融水类区域，冰川、冻土的消融退化，虽然对径流量的短期补给是有利的，但作为多年稳定的固态水资源，过度的消融退缩必将引起径流及其它地表水资源调节作用的减弱乃至丧失。所以应进一步加强各拉丹东冰川、唐古拉山区的大冬克玛底和小冬克玛底冰川的系统观测，利用航空和卫星遥感资料对不同时期冰川范围变化情况进行量化分析，以查明冰川和冻土对径流补给的贡献。
湿地和沼泽的减少，将导致源区水汽补给通量减少，沙化和荒漠化面积增加，使干旱化趋势加速；反之，湿地和沼泽的扩张，将造成因蒸发水面扩大、蒸发量增加而丧失源区内更多的水汽，因此湿地和沼泽对径流的调控也是不得不加以慎重考虑。当前，重点探索其区域性蒸发量的估算方法、蒸发量的空间分布及其年内和年际变化统计特征，以弄清研究区蒸发力水平分布规律、随海拔高度变化规律、年内及年际演变规律及其成因。
（3）长江江源段河流流动于高寒平原上，河道宽浅，多汊流。由于降水少，且年际、年内变率较大，成为长江上游流域径流量和径流模数最小，而径流变化又是最大的河段。据此，有必要细化水文气象要素变化和水文环境变迁条件下的产汇流特征与水文过程变化、与径流量的相互作用、以及对地区分布影响等的研究。进而加强分析长江江源地区河流水文情势、径流的年内和年际变化统计特征，预测未来气候变化情景下径流的可能变化趋势，探明基本的水文气象要素的分布模式与时空格局，这同时也是明确长江江源地区水文环境变迁的有效方法。
总之，借助现代卫星遥感信息及3S技术手段，对长江江源地区冰川和冻土分布、积雪量、湿地沼泽变化展开系统的定位观测，在注重对数据的综合分析和水文过程机理探索的同时，通过构建具有流域尺度效应的分布式水文模拟模型，进一步弄清水文气象要素如何共同作用来驱动水文循环变迁的关系，从而形成较为完整的径流形成演化过程与其变化趋势预测的研究体系，正确识别这一敏感的高寒湿地区域河川径流对全球气候变化的响应，这无疑在理论上和实践上都是十分重要的。
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