湖泊沉积物流域过程及其在重建古水文气候中的应用研究

Particulate materials preserved in the lake sediment are often interpreted as proxy indicators for paleohydrological and paleoclimatic reconstruction. However, in practice, their palaeoenvironmental interpretations are often confounding, since sediment transfer from terrestrial to lacustrine systems are a function of several factors, including local climate variables, and watershed characteristics such as bedrock geology, soil type, topography, and vegetation cover. In this project, we apply the interdiscipline of sedimentology and hydrology to reconcile the discrepancy, and take Lake Zigetang on Tibetan Plateau as a case study, based on my PhD dissertation. After collecting related literature and applying field investigation, and experimental analysis, we will use ancient vegetation and ancient climate parameters, reconstructed from pollen, to drive hydrological models，simulate the hydrological responses to millennial-scale changes of climate and vegetation, and discuss the quantitive relationships of runoff, vegetation, climate change and sediment (granularity). This project will reconcile the discrepancy of the confounding palaeoenvironmental interpretations among the proxy indicators in the lacustrine sediment, provides reference for the exploration of new data sources in hydrology, and meanwhile provides history background of hydrology-water resources management under global change.

湖泊沉积物是重建流域古水文气候的重要载体。在实际研究中，受沉积物复杂的流域生态水文过程的影响，导致相同沉积物指标和多种不同指标间的指示意义存在不明确甚至矛盾的情况。针对传统古水文气候重建研究中对流域生态水文过程考虑不足，以及古水文模拟研究中缺乏模型所需长时间尺度的气候及下垫面参数等问题，本研究在博士论文基础上，基于沉积学与生态水文学交叉思想，选择青藏高原腹地湖泊——兹格塘错为研究对象，收集相关文献，利用野外调查，实验室分析、水文模拟以及统计等方法，利用湖泊沉积孢粉等生态指标恢复的古植被和古气候参数作为水文模型的驱动因子，模拟千年尺度气候和植被演变的水文响应，探讨径流、植被以及气候变化和沉积物（粒度）的定量关系。该研究能够更加明确沉积物（粒度）在古水文气候重建中的作用；对水文研究新的数据来源的探索及古气候模拟提供有利的借鉴；同时，对当前全球变化下的水文水资管理提供历史背景。

沉积物粒度是古水文气候变化良好的指示器。但是，由于流域水文及其相关的物质迁移过程及其复杂，沉积物粒度具有多解性。本研究利用湖泊沉积物多种代用指标分析流域气候条件、下垫面和人类活动与沉积物粒度的相互关系，结果表明：（1）不同气候区影响沉积物粒度的主要因素不同。我国的东部地区沉积物颗粒主要受降雨量影响。粗颗粒物沉积指示着较高的区域降水和较大的径流输入，细颗粒的沉积则指示较低的区域降水和径流输入。而在青藏高原地区，沉积物则主要受流域下垫面条件影响。植被退化，下垫面裸露，粗颗粒物质进入湖泊，使得沉积物粒径增大。（2）沉积物物源是影响沉积物粒度的重要因素。由于水情变化导致沉积物来源不同，经常使得沉积物粒径在解释降水时，经常出现复杂的关系。（3）下垫面植被对沉积物粒度有缓冲作用。在植被良好条件下，降雨的增加并没有导致粒度的增加，其粒度变幅也相应较小。因此，用湖泊沉积物重建古水文气候涉及复杂的流域过程，特别是流域下垫面作为一个重要的中间环节必须加以重视，才能更好地辅助解释各种代用指标的古水文气候意义，降低其不确定性。