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GRACE首次發現青藏及周邊多地區地下水儲量增加
2016-06-16| 【 】|閱讀次數: |文章來源:

  中國科學院測量與地球物理研究所“一二三”規劃重點培育方向之一,由研究員汪漢勝首席負責的“地球表層物質平衡的定量評估”團隊,與瑞典國土測量局、香港大學地球科學系合作,在青藏高原及周邊發現多地區地下水儲量增加,相關論文近日在國際著名期刊《地球行星科學通訊》(Earth and Planetary Science Letters)在線發表,題目為“從GRACE衛星重力數據分離青藏高原及鄰區地下水儲量的變化”(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儲量的變化,對高原生態恢復、農牧業發展、地質災害防治、工程設計和地熱開發等具有重要價值,同時對水文循環和全球氣候變化研究具有重要意義。長期以來,在青藏高原廣闊的地區,由于可利用的水井水位測量數據極少,對地下水狀況知之甚少。2002年以來GRACE衛星重力觀測使評估整個高原地下水的變化成為可能,現使用的評估方法實際上是一種利用牛頓萬有引力、不接觸實物的稱量法,即衛星在500公里空中感受地下水增減變化的重力信號,再根據重力信號計算地下水儲量的變化。一個新的挑戰是,衛星的重力觀測同時受土壤濕度、冰川與積雪、凍土、湖泊與水庫變化等的影響,如何排除這些影響是精確獲得地下水儲量變化信息的關鍵。因此,研究團隊不僅利用了國際最新的GRACE重力場數據,還利用了多種水文模型提供的土壤濕度和積雪數據、冰川湖泊的ICESat-1衛星測高結果、凍土模型和最新的冰川均衡調整模型,揭示了青藏高原及周邊2003-2009年期間的地下水的變化趨勢(圖1),在金沙江流域、怒江-瀾滄江源地區、長江源地區、黃河源地區、柴達木盆地、羌塘自然保護區中部、印度河上游流域和阿克蘇河流域,首次發現了地下水呈現增加趨勢,每年總增加量為186±48億立方米,相當于三峽水庫175水位時近一半的庫容量。 

  值得注意,收集的河流徑流量特別是冬季河流徑流量、降雨資料和一些生態變化的報道間接地支持了研究結果。分析表明,在高原東部河源地區,分布廣泛的石灰巖和碎屑巖的裂隙孔隙和巖溶、活動斷層有利于地下水儲存;地下水增加與流域或盆地周邊地區的冰/雪、凍土融水和或降水增加所產生的徑流補給有關;對于三江(瀾滄江、長江和黃河)源地區,2005年來中國政府實施生態保護和重建工程,所采取的生態移民、限制放牧、森林濕地保護和人工降雨等措施,有利于地下水的儲積,反過來地下水的增加也有利于生態恢復;地下水增加還與高原西部的內流盆地地下水沿北西-南東向活動斷層的可能滲漏有關(圖2)。 

  要更好地評估該地區2009年后地下水變化趨勢,需要采用更加先進的衛星測高技術(例如Cryosat-2ICESat-2)和衛星重力技術(GRACE Follow-on)的觀測數據。 

  該項研究得到國家自然科學基金重點項目“喀喇昆侖-喜馬拉雅冰川物質平衡的空間大地測量研究”和全球變化研究國家重大科學研究計劃項目“近百年極地冰層和全球及典型區域海平面變化機理精密定量研究”聯合資助。

  論文和支撐材料可通過下列鏈接免費下載:

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

   1 青藏高原及其周邊2003-2009 地下水儲量變化趨勢(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-瀾滄江源區;10-長江源區;11-黃河源區;12-柴達木盆地;13-羌塘自然保護區中部;14-印度河上游流域;15-阿克蘇河流域

  2地下水從青藏高原內流盆地向東部河源地區滲漏的推測 

  粗黑線為活動斷層,背景為數字地形(米),藍線界定流域盆地,藍色和白色小塊為湖和冰川,數字同圖1 

 

 

 
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