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| 內容簡介： |
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《中亚天山地区极端气候水文事件研究》以中亚天山地区为研究对象，聚焦近年来频发的极端气候水文事件，系统探讨其时空演变规律、致灾机制及未来变化趋势。《中亚天山地区极端气候水文事件研究》共七章，涵盖极端降水事件的时空特征及大气环流背景、极端水文事件分析与历史变化（包括极端水文、极端干旱事件）、基于物理水文模型与机器学习的洪水模拟方法、冰川湖突发性洪水形成机制与风险评估，以及未来气候变暖背景下极端水文事件的变化趋势与应对策略。《中亚天山地区极端气候水文事件研究》广泛整合地面观测、遥感反演与再分析数据，结合统计分析、分布式水文建模和人工智能方法，构建了适用于高山干旱区的极端气候水文事件识别与预测技术体系。《中亚天山地区极端气候水文事件研究》内容理论与实践并重，既具有系统的学术价值，也可为区域水资源管理、防洪减灾与基础设施规划提供技术支撑和决策依据。
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目录第一章 中亚天山自然地理特征 1第一节 中亚天山自然地理梗概 1第二节 水文要素对气候变化的响应 4第三节 本章小结 8参考文献 9第二章 中亚天山地区极端降水变化特征 11第一节 极端降水定义及阈值的确定 12第二节 极端降水的诊断 15第三节 极端降水的时空变化 32第四节 极端降水变率分析 45第五节 本章小结 78参考文献 79第三章 天山地区极端降水变化机理及趋势预估 88第一节 极端降水变化的遥相关分析 89第二节 极端降水变化的可能原因解析 102第三节 极端降水时滞效应分析 116第四节 极端降水变化趋势预估 123第五节 本章小结 142参考文献 144第四章 中亚天山地区极端水文事件变化特征 151第一节 极端水文事件指标的选取 152第二节 极端洪水事件时空变化分析 155第三节 极端洪水过程变化特征分析 159第四节 2022 年8 月极端洪水事件案例分析 172第五节 本章小结 187参考文献 188第五章 基于水文模型与机器学习的极端水文过程模拟 191第一节 洪水模拟与解析方法 193第二节 天山地区洪水模拟效果评估 214第三节 天山地区洪水事件驱动因素及其变化分析 220第四节 本章小结 235参考文献 236第六章 中亚天山地区冰川湖突发洪水研究 240第一节 天山地区冰川湖突发洪水的形成条件分析 241第二节 中亚天山地区的冰川湖变化 243第三节 中亚天山地区冰川湖突发洪水风险分析 258第四节 冰川湖突发洪水风险预估 265第五节 本章小结 267参考文献 268第七章 未来极端水文事件变化趋势及应对 271第一节 SSP不同情景下未来极端水文事件预估 271第二节 洪水变化对水资源可用性的影响 277第三节 洪水的资源化利用 283第四节 本章小结 288参考文献 289
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第一章中亚天山自然地理特征 中亚天山作为亚洲中部最大的山系之一，是世界上最大的*立纬向山系，也被誉为中亚干旱区*宏大的山地系统。本书系统分析了天山山脉的地理位置、地貌特征、气象水文要素、冰川积雪变化、河流水文特征和水资源状况，揭示了这一地区*特的自然地理特征及其对全球变化的响应。研究表明，天山山脉以其复杂的地质构造、丰富的垂直自然带谱、敏感的水文气象系统和重要的生态屏障功能，成为中亚地区*重要的水源地和生态安全屏障。在全球气候变化背景下，天山地区正经历着显著的气温升高、冰川退缩和水文过程改变的状况，这些变化给中亚地区的水资源安全和生态稳定带来严峻挑战。 第一节中亚天山自然地理梗概 天山山脉横亘于亚欧大陆腹地，呈近东西走向，长度约为2500km，南北平均宽度为250～350km，是世界上距海洋*远的山系，也是世界上七大山系之一（图1-1）。天山山系横跨中国、哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦和乌兹别克斯坦四国，是中亚*重要的水源地和生态屏障（Chen et al.，2016）。 图1-1中亚天山地理位置图 天山在中国新疆的地理位置极为重要，作为准噶尔盆地和塔里木盆地的天然分界线，南北两侧分别被塔克拉玛干沙漠和古尔班通古特沙漠所环抱，形成了“两漠夹一山”的*特自然地理格局。这种特殊的地理位置使天山成为新疆*显著的地理标志，也是中亚干旱区中*突出的“湿岛”和水源涵养地。 从地形特征来看，天山是一个由多列平行山脉和众多山间盆地组成的复杂山系。主峰托木尔峰海拔为7443.8m，为天山*高峰，位于中国与吉尔吉斯斯坦边境附近。第二高峰汗腾格里峰海拔为6995.0m，同样位于中哈边境线上（Aizen et al.，2007）。天山山脉整体呈现西高东低的地势特点，西部托木尔-汗腾格里山汇区域集中了天山40余座6000m以上的高峰，是天山现代冰川作用最大的地区；而东段山势逐渐降低，至哈密星星峡一带已演变为低山丘陵地貌。 一、地质构造与地貌特征 天山山脉具有复杂而年轻的地质演化历史，其现代地貌格局主要形成于新生代晚期。地质研究表明，天山地区主要经历了三个发展阶段：古生代地槽褶皱、中生代剥蚀夷平和新生代断块隆升（Kong and Pang，2012）。这种既古老又年轻的双重属性，使天山成为研究陆内造山过程和板块碰撞后构造活动的理想实验室。 从地质构造来看，天山地区的地壳可划分为15个构造单元，东西两段表现出明显不同的构造格局（李锦轶等，2006）。西段南侧的南天山碰撞带呈现向南凸出的弧形构造，北侧的古陆碎块及其间的碰撞带呈北西走向斜列展布；而东段为近东西走向的古活动陆缘或岛弧及其间的碰撞带相间排列。这种构造分异反映了天山在不同地质历史时期受到的多期次、多方向板块挤压作用。 天山*壮观的冰川地貌集中在托木尔-汗腾格里山汇区，这里不仅是天山山脉海拔*高的区域，也是天山最大的现代冰川作用中心（Farinotti et al.，2015）。该区域冰川面积占天山总量的26.6%，冰储量占到40.5%，其冰川规模是珠穆朗玛峰地区的2.4倍。天山*长的冰川——南伊尔切克冰川，长达60.5km，面积为567.2km2，是中低纬度地区八大超长冰川之一。 天山山间分布着众多盆地和谷地，如伊犁河谷、巴音布鲁克盆地、大小尤尔都斯盆地、吐鲁番-哈密盆地等（Sorg et al.，2012）。这些盆地海拔差异大，从低于海平面154m的吐鲁番盆地到海拔为2438m的巴音布鲁克盆地，构成了天山山系中重要的负地貌单元。尤其是伊犁河谷，得益于天山的屏障作用和西风带水汽输送，形成了湿润温和的“塞外江南”气候，是天山*富庶的农业区之一。 天山的地貌多样性还体现在其完整的垂直自然带谱上。托木尔区域包含了天山南坡*完整的垂直自然带，海拔为1450～7443m，发育了从暖温带荒漠带到冰雪带七个自然带（Liu，2017）；而博格达区域则展示了天山北坡*典型的垂直自然带，海拔为1380～5445m，发育了从山地草原带到冰雪带六个自然带。 二、气象要素与水文特征 天山地区的气候系统表现出*特而复杂的空间分异和时间变化特征。由于其深居内陆、远离海洋，天山整体属于温带大陆性干旱气候，但高大的山体拦截并抬升了西风环流携带的水汽，形成了与周围荒漠截然不同的山地气候系统。 天山地区表现出显著的海拔特征和东西向差异性。在垂直方向上气温随海拔升高而降低，平均垂直递减率约为0.6℃/100m（Kang et al.，2015）。在空间上，东天山气温*高（多年平均气温为8.32℃），其次是西天山（多年平均气温为4.08℃），中天山因海拔*高而气温*低（多年平均气温为3.48℃）。过去半个多世纪以来，天山地区显著变暖，1960～2013年气温升高了约0.93℃，升温速率为0.24℃/10a，其中东天山升温*快（0.40℃/10a）（Li et al.，2017）。 在过去的半个多世纪，天山地区的降水呈显著增加趋势，其中冬季降水增幅达0.42mm/a。更为关键的是，降水形态发生了重要转变，降雪率（固态降水占总降水比例）从1960～1998年的11%～24%降低到2000年以来的9%～21%（Sorg et al.，2012）。这种变化虽然短期内提高了液态径流的产出效率，但在长期发展中削弱了山区的“固态水库”功能。 近年来，天山地区极端降水事件的发生频率和强度显著增强。研究表明，从日到年代际尺度上，天山极端降水变率普遍增大，且变率随着时间尺度的延长而增强（Zhang et al.，2023）。东天山地区（80°E～95°E）的极端降水变率普遍强于西天山（66°E～80°E），湿季（春季和夏季）的极端降水变率强于干季（秋季和冬季）。 天山南北坡的水文特征差异明显。北坡受西风带湿润气流影响，降水较多，冰川规模较大，河流径流相对稳定；而南坡处于雨影区，气候干旱，冰川规模较小，河流多为季节性河流，流量变率大（Kong and Pang，2012）。这种差异导致天山南北坡的水资源可利用性和生态系统类型存在显著不同。 三、冰川与积雪变化动态 天山地区的冰川变化呈现出普遍退缩态势。综合多源观测数据表明，天山山区97.52%的冰川处于退缩状态，整体水储量以约-3.72mm/a的速率减少（Farinotti et al.，2015）。乌鲁木齐河源1号冰川（以下简称1号冰川）作为中国监测历史*长的参照冰川，1959～2006年面积减少了14.00%，厚度减薄超过10m，物质平衡持续为负值（Wang et al.，2011）。 在空间上，不同区域的冰川变化存在明显差异。西天山冰川退缩速率快于东天山，南坡冰川比北坡更为敏感，小冰川退缩快于大冰川（Yao et al.，2012）。对比分析显示，天山不同冰川对气候变化的敏感性存在差异：土尤克苏冰川雪线上升速率（约为8.3m/a）远大于1号冰川（约为5.5m/a），表明前者对气候变暖的响应更为迅速（Li et al.，2021）。
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