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GRACE首次发现青藏及周边多地区地下水储量增加
2016-06-16| 【 】|阅读次数: |文章来源:

  中国科学院测量与地球物理研究所“一二三”规划重点培育方向之一,由研究员汪汉胜首席负责的“地球表层物质平衡的定量评估”团队,与瑞典国土测量局、香港大学地球科学系合作,在青藏高原及周边发现多地区地下水储量增加,相关论文近日在国际著名期刊《地球行星科学通讯》(Earth and Planetary Science Letters)在线发表,题目为“从GRACE卫星重力数据分离青藏高原及邻区地下水储量的变化”(Groundwater storage changes in the Tibetan Plateau and adjacent areas revealed from GRACE satellite gravity data)。 

  了解青藏高原地下水储量的变化,对高原生态恢复、农牧业发展、地质灾害防治、工程设计和地热开发等具有重要价值,同时对水文循环和全球气候变化研究具有重要意义。长期以来,在青藏高原广阔的地区,由于可利用的水井水位测量数据极少,对地下水状况知之甚少。2002年以来GRACE卫星重力观测使评估整个高原地下水的变化成为可能,现使用的评估方法实际上是一种利用牛顿万有引力、不接触实物的称量法,即卫星在500公里空中感受地下水增减变化的重力信号,再根据重力信号计算地下水储量的变化。一个新的挑战是,卫星的重力观测同时受土壤湿度、冰川与积雪、冻土、湖泊与水库变化等的影响,如何排除这些影响是精确获得地下水储量变化信息的关键。因此,研究团队不仅利用了国际最新的GRACE重力场数据,还利用了多种水文模型提供的土壤湿度和积雪数据、冰川湖泊的ICESat-1卫星测高结果、冻土模型和最新的冰川均衡调整模型,揭示了青藏高原及周边2003-2009年期间的地下水的变化趋势(图1),在金沙江流域、怒江-澜沧江源地区、长江源地区、黄河源地区、柴达木盆地、羌塘自然保护区中部、印度河上游流域和阿克苏河流域,首次发现了地下水呈现增加趋势,每年总增加量为186±48亿立方米,相当于三峡水库175水位时近一半的库容量。 

  值得注意,收集的河流径流量特别是冬季河流径流量、降雨资料和一些生态变化的报道间接地支持了研究结果。分析表明,在高原东部河源地区,分布广泛的石灰岩和碎屑岩的裂隙孔隙和岩溶、活动断层有利于地下水储存;地下水增加与流域或盆地周边地区的冰/雪、冻土融水和或降水增加所产生的径流补给有关;对于三江(澜沧江、长江和黄河)源地区,2005年来中国政府实施生态保护和重建工程,所采取的生态移民、限制放牧、森林湿地保护和人工降雨等措施,有利于地下水的储积,反过来地下水的增加也有利于生态恢复;地下水增加还与高原西部的内流盆地地下水沿北西-南东向活动断层的可能渗漏有关(图2)。 

  要更好地评估该地区2009年后地下水变化趋势,需要采用更加先进的卫星测高技术(例如Cryosat-2ICESat-2)和卫星重力技术(GRACE Follow-on)的观测数据。 

  该项研究得到国家自然科学基金重点项目“喀喇昆仑-喜马拉雅冰川物质平衡的空间大地测量研究”和全球变化研究国家重大科学研究计划项目“近百年极地冰层和全球及典型区域海平面变化机理精密定量研究”联合资助。

  论文和支撑材料可通过下列链接免费下载:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X16302898 

   1 青藏高原及其周边2003-2009 地下水储量变化趋势(毫米/年) 

  1-阿富汗-巴基斯坦;2-印度西北部;3-印度中北部;4-孟加拉盆地;7+8-金沙江流域;9-怒江-澜沧江源区;10-长江源区;11-黄河源区;12-柴达木盆地;13-羌塘自然保护区中部;14-印度河上游流域;15-阿克苏河流域

  2地下水从青藏高原内流盆地向东部河源地区渗漏的推测 

  粗黑线为活动断层,背景为数字地形(米),蓝线界定流域盆地,蓝色和白色小块为湖和冰川,数字同图1 

 

 

 
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