2017, Vol.37
我国干旱区内陆河流域分布有数量众多的晚第四纪古湖泊，它们不仅是水循环系统不可缺少的组成部分，同时作为岩石圈、大气圈和生物圈等圈层的联接点，在干旱区气候与环境变化中起到了重要的作用[1~7]。古湖泊因其沉积环境稳定、环境信息含量丰富且信息连续性较好的特征，成为了气候环境演化研究的重要材料[8, 9]。我国西北内陆河流域晚第四纪古湖泊是地质、地貌、气候及环境演化研究的热门区域[10~20]。此外，不仅湖泊沉积物能够反映气候环境的演化过程，内陆河流及湖泊本身的形成过程和位置变迁也含有丰富的环境信息，目前已有部分研究通过数字高程模型等方式对内陆河流及湖泊的发育、演化和位置变迁等信息展开了分析[21~23]。根据现代气候学的研究，我国西北地区的水汽输送总体上以西风环流为主，降水多集中于夏季[24]，以高原切变线为界，可分成3个区域：切变线以南水汽输送来源于西南季风，切变线以北来源于西风带，切变线东北方向的延长区为西风带和西南季风的共同影响区；此外，青藏高原东部水汽输送主要来源于西风带，但西南季风气流在这一区域内有绕行并向北翻越了青藏高原，通过环流结构影响了西风带的波动，进而影响了西风带对西北地区的水汽输送[25]。根据降水机制和过程的记录可以发现，现代亚洲夏季风对青藏高原东北缘祁连山东段的气候变化和水汽输送有至关重要的作用，然而其影响范围难以到达祁连山西段[26]。较长时间尺度上的季风区古气候记录已证明，亚洲夏季风强度受北半球中、低纬度太阳辐射变化的影响，在早全新世时期明显增加。然而其影响范围是否发生变化，以及变化的范围，仍然是季风演化研究的重要问题之一[27~33]。
河西走廊地处我国西北干旱区、东部季风区和青藏高寒区三大自然区交界地带，位于其东段的石羊河和西段的疏勒河是第四纪地质、地貌研究的热点地区：石羊河流域的研究主要集中于上游地区阶地的形成[34~37]，中游地区的地貌和气候演化[38]以及下游猪野泽地区的湖泊沉积物[39~46]；疏勒河是重要的灌溉水源之一，因其重要的经济价值成为了环境研究的重点[47~53]。由现代气候学结果可知，河西走廊是现代亚洲夏季风水汽输送北部边界，石羊河流域所在的河西走廊东段夏季降水受亚洲夏季风水汽输送影响，而疏勒河流域所在的西段则主要受到西风带的影响[44, 45, 54]。
为明确亚洲夏季风水汽输送北部边界地区在千年尺度上的地质、地貌、气候及环境变化过程，本文利用空间分析和逻辑斯蒂回归模型[55]确定了石羊河流域和疏勒河流域的古湖泊形成区域，并选取了石羊河流域的九墩滩剖面、Hongshuihe剖面、三角城剖面、西渠剖面、青土湖-03剖面、青土湖01剖面、青土湖02剖面、野麻剖面、沙坑井剖面、白碱湖剖面、BJ-S2剖面和九坨梁剖面；以及疏勒河流域的三道沟剖面、四道沟剖面、五道沟剖面、六道沟剖面、七道沟剖面、八道沟剖面、九道沟剖面、十道沟剖面和安西剖面，对其年代、沉积相、堆积及侵蚀速率、粒径指标、地球化学指标和孢粉指标等进行了对比分析。据此，探讨了亚洲夏季风水汽输送北部边界在千年尺度上的摆动过程。
2 研究区概况河西走廊(图 1a和1c)是古丝绸之路的重要组成部分，因呈西北-东南狭长走向而得名，东起乌鞘岭，西至玉门关，南北介于南山(祁连山和阿尔金山)和北山(马鬃山、合黎山和龙首山)之间，位于东部季风区、西北干旱区和青藏高原区三大自然区的交汇地带，长度达1000km有余，水汽输送来源于西风带、西南季风和亚洲季风(图 1b)[25, 26]。石羊河流域(36°29′~39°17′N，101°41′~104°16′E)位于河西走廊东段，总面积约为4.16×104km2，全长300km有余，是河西走廊三大内陆河流域之一(图 1d)。水系发源于祁连山，由大靖河、古浪河、黄羊河、杂木河、金塔河、西营河、东大河、西大河等6条主要河流及多条小沟小河组成，河流补给来源为山区大气降水和高山冰雪融水，产流面积1.1×104km2。因其独特的地理位置，石羊河流域受到了高原季风、亚洲冬、夏季风季风和西风带环流的共同影响，从现代气候学研究来看，该地区全年的水汽输送大部分来源于西风带水汽输送，夏季期间亚洲季风也会给该区域带来很多降水[24, 25]。该区域属于大陆性温带干旱气候，太阳辐射强、日照充足、温差大、降水少、蒸发强烈。该区域自南向北可划分为3个气候区：南部祁连山高寒半干旱半湿润区，年降水量300~600mm，年蒸发量700~1200mm，海拔约为2000~5000m；中部走廊平原温凉干旱区，年平均气温小于7.8℃，年降水量150~300mm，年蒸发量1300~2000mm，海拔1500~2000m；北部温暖干旱区，年平均气温小于8℃，年降水量小于150mm，年蒸发量2000~2600mm，海拔1300~1500m[56, 57]。水热条件在不同高度的特殊组合导致了石羊河流域气候的垂直变化，从而形成具有独特景观的垂直地带。以东段北坡为例，海拔2300m以下为山前荒漠草原，灰钙土带；2300~2600m，年降水量增至300mm，为山地草原栗钙土带；2600~3400m，年降水量500mm，为森林灰褐土带；森林多分布于阴坡，生长稀疏，主要为青海云杉(Picea crassifolia Kom.)，另有山杨(Populus davidiana Dode)混生其间，阳坡则为祁连圆柏(Sabina przewalskii Kom.)；3400~3900m为高山草甸带，草本植物茂密4200m以上冰川积雪，是河西走廊绿洲的主要水源。猪野泽是石羊河流域的终端湖泊，主要由东西两大湖盆组成，现在均已干涸，但白碱湖、东平湖、西硝池、东硝池、野马湖、硝坑井湖、马王庙湖等名称保留了下来，根据这些包含“湖”或“池”的地名所在位置，结合卫星影像分析，可粗略得出古终端湖范围[58]。
|
图 1 (a)研究区位置示意图；(b)1958~2001年平均6~9月整层大气水汽输送流场[25, 26]；(c)河西走廊地形示意图；(d)石羊河流域尾闾地区地形示意图；(e)疏勒河流域地形示意图；(f)疏勒河流域尾闾地区地形示意图 图 1a和1c~1f数据来源于美国地质勘探局(United States Geological Survey)提供的最新一期30m分辨率DEM遥感影像数据(下载于[http://earthexplorer.usgs.gov/)] Fig. 1 (a)The location of study area; (b)Atmospheric water vapor transport stream from June to September in atmospheric column averaged from 1958 to 2001[25, 26]; (c)The topography of the Hexi Corridor; (d)The topography of the terminal areas from the Shiyang River drainage basin; (e)The topography of the Shule River drainage basin; (f)The topography of the terminal areas from the Shule River drainage basin. Data of 1a and 1c~1f are 30m DEM remote sensing which are from [http://earthexplorer.usgs.gov/] |
疏勒河流域(42°48′10″~38°23′48″N，93°21′27″~99°1′20″E)位于河西走廊西段，东起白杨河，西至甘新交界，南抵祁连山的疏勒南山，北依北山和马鬃山，流域总面积约4.13×104km2，全长670km，是甘肃省第二大内陆河流域(图 1e和1f)。疏勒河发源于祁连山地最高峰(团结峰或宰吾结勒，海拔5808m)所在的疏勒南山与陶勒南山大纵谷间，向西北流至昌马盆地以北击山，分为数支、散流在大坝冲积扇上[59]，由地形可知，早期冲积扇面东缘的支流可能经花海-金塔盆地进入居延海盆地，属黑河水系，同时冲积扇面西缘的支流曾沿酒泉瓜州县的截山子(又称火焰山、常乐南山)顺流在其东南侧形成古冥泽[60, 61]。随着气候变化，疏勒河改道至截山子北缘，中游东部为赤金盆地，中部为玉门-踏实盆地，西部为阿克塞盆地；下游东部为花海盆地，中西部为安西-敦煌盆地，并最终流入罗布泊。本区属温带大陆性干旱气候，气候干旱，降水稀少，多风沙天气。流域上游为祁连山-阿尔金山，海拔2200~5200m，山势陡峻，切割强烈，4500m以上终年积雪，发育现代冰川，是流域的水源涵养区和径流的产流区；流域中下游为走廊平原，海拔900~2000m，地势相对平坦[51, 61, 62]。
3 材料及方法 3.1 数字高程模型数字地面模型(Digital Terrain Model，简称DTM)是地面形态属性信息的数字化表达，是地面属性特征空间分布的有序数值阵列；当DTM中地形属性为高程时称为数字高程模型(DEM)，DEM是对地球表面形态的一种离散的数字表达。本文选取由美国地质勘探局(United States Geological Survey)提供的最新一期30m分辨率DEM遥感影像数据(数据来源：http://earthexplorer.usgs.gov/)。根据该影像提取了石羊河流域和疏勒河流域尾闾地区的高程、坡度、坡向、地表粗糙度和横截面等信息，并据此进行了空间分析。
3.2 逻辑斯蒂回归模型逻辑斯蒂回归模型用于解决在因变量取值范围已知的情况下，预测某事件发生可能性的问题[55]。在地形因素分析中宜采用定性的方式进行表达，因此本文选用二项变量多元统计方法建立预测模型，设P为某事发生的概率，取值范围为[0,1]，1-P为该事件不发生的概率，将P/(1-P)取自然对数ln[P/(1-P)]，即对P作logit转换，记为logitP，则logitP的取值范围为(-∞，+∞)。以P为因变量，建立线性回归方程：
|
(1) |
得出：
|
(2) |
其中，α为常数项，β1…βm为偏回归系数，χ1…χm为影响成湖概率的因素(自变量)，该模型即为逻辑斯蒂回归模型，是普通多元线性回归模型的推广，但它的误差项服从二项分布而非正态分布，模型中α为常数，βi(i=1，…，m)为逻辑回归系数。
建立模型的目标是预测研究区内湖泊形成的概率，因而变量选择为成湖事件预测模型建立初始阶段要考虑的重要因素。本文采用逻辑斯蒂模型开展成湖事件分布规律研究，在充分考虑数据可获取性和模型建立需要性的基础上，将遥感影像重采样为300m分辨率，并提取地形数据，将高程(DEM)、坡度(slope)、坡向(aspect)、距离水系的远近(distance)和地表粗糙度(roughness)作为候选协变量，使用Statistical Product and Service Solutions(SPSS)软件对其进行二元逻辑回归(Binary Logistic Regression)分析，自变量选入回归方程式的方法为逐步分析法(Stepwise)中的向前加变量法(Forward Conditional)。
3.3 剖面分析本文在石羊河流域共选取了12个剖面进行研究，分别是中游地区的九墩滩剖面(JDT)和Hongshuihe剖面(HSH) [38]；下游地区的三角城剖面(Sanjiaocheng)[40, 42, 63]、西渠剖面(XQ)、青土湖-03剖面(QTL-03) [64]、青土湖01剖面(QTH01)、青土湖02剖面(QTH02)、野麻剖面(Yiema) [65]、沙坑井剖面(SKJ)、白碱湖剖面(Baijianhu) [66]、BJ-S2剖面(BJ-S2) [67]和九坨梁剖面(JTL)，其中JDT、XQ、QTH01、QTH02、SKJ和JTL剖面的数据由本研究小组采集(图 1d、表 1和图 2)。本文使用了JDT、XQ、QTL-03、QTH01、QTH02、Yiema、SKJ和JTL的粒度数据，其中Yiema剖面样品粒度测定使用了Coulter LS130激光粒度分析仪，实验步骤参见相关文献[65]；其余7个剖面的粒度测定采用了Matersize-2000激光粒度仪，实验步骤参见相关文献[68]。同时，在兰州大学放射性碳测年实验室对JDT、XQ、QTH01、QTH02、SKJ和JTL剖面样品中取得的有机碳、孢粉、全样有机质和软体动物壳体等进行了14 C常规测年，此外对部分年代样品进行孢粉浓缩物提纯，并在北京大学加速器实验室和放射性碳测年实验室测试了浓缩物AMS 14 C年代，所有的14 C测年结果均使用Calib 6.11(IntCal 09) [69]进行了校正，结果见图 2，制备方法参见相关文献[70~72]。其余剖面年代测定方法及步骤参见相关文献[38, 40, 42, 63~67]。此外，在干旱区，沉积物14 C测年结果可能会受到水库存在等因素的影响从而偏老[30, 33, 73]，故不仅需要孢粉浓缩物、木炭及动物化石等的测年结果，还需综合OSL测年结果对猪野泽的年代结果进行分析[40, 63, 65, 73, 74]。QTH01剖面的14 C测年结果与BJ-S2剖面的OSL测年结果对比显示，该区域全新世年代受老碳影响深刻[46]。石羊河流域其他代用指标分析结果见相关文献[38, 67, 75]。
|
图 2 石羊河流域剖面沉积相及年代对应图[38, 40, 42, 63~67] 图中BJ-S2年代为OSL测年结果，其余年代为14 C测年结果(单位：cal.a B.P., 图 6和7同) Fig. 2 Lithology and chronology of sedimentary sections from the Shiyang River drainage basin. The chronology results of section BJ-S2 are OSL and the others are14 C [38, 40, 42, 63~67] |
|
表 1 剖面经纬度、海拔及深度[38, 40, 42, 63~67] Table 1 The coordinates, altitudes and depths of sedimentary sections[38, 40, 42, 63~67] |
而在疏勒河流域，本文由东至西分别选取了三道沟剖面(SANDG)、四道沟剖面(SIDG)、五道沟剖面(WDG)、六道沟剖面(LDG)、七道沟剖面(QDG)、八道沟剖面(BDG)、九道沟剖面(JDG)[49, 51]、十道沟剖面(SHIDG)和安西剖面(AX) [47]共9个研究点(图 1f、表 1和图 3)。其中，JDG剖面和AX剖面的粒度、孢粉和年代研究方法及分析结果请参见相关文献[47, 49, 51]，其余剖面的数据由本研究小组采集。
|
图 3 疏勒河流域剖面沉积相及年代对应图[47, 49, 51] Fig. 3 Lithology and chronology of sedimentary sections from the Shule River drainage basin[47, 49, 51] |
为了解石羊河流域和疏勒河流域尾闾地区的地形地貌和古湖泊的演化过程，本文使用ArcGIS软件对这两个区域进行了高程(等高线)、坡度、坡向、地表粗糙度和横截断面等空间分析[76]。其中，等高线是等值线的一种；坡度可以反映出尾闾地区汇水难易程度，其值取决于表面从中心像元开始在水平(dz/dx)方向和垂直(dz/dy)方向上的变化率；坡向用于识别出从每个像元到相邻像元方向上值的变化率最大的下坡方向，坡向可以视为坡度的方向；地表粗糙度的高低程度会直接影响水流的速度和难易程度，其计算公式为：1/cos(“slope of DEM”×3.14159/180)；横截断面则可以清楚直观地显示地形趋势的变化[76]。结合石羊河流域和疏勒河流域地区间距100m等高线(图 4a和4b)、坡度(图 4c和4d)、坡向(图 5a和5b)、地表粗糙度(图 5c和5d)和横截面情况(图 5e和5f)可以看出：石羊河流域自中游海拔较高地区至下游海拔逐渐降低且趋势渐缓，在猪野泽地区(38°58′~39°09′N，103°20′~104°12′E)达到低点，而猪野泽的西缘、北缘和东缘地势均有所升高，形成明显的盆地地形，横截面图显示湖盆底部与湖岸高地相差约180m(图 5e)，盆地内部较为平坦，边缘地表相对粗糙，因而具备了形成稳定终端湖泊的地形条件。而在疏勒河流域，截山子以东南的古冥泽地区有较为明显的狭长盆地地形，湖盆底部和湖岸高地之间相差约为200m，盆地内部平坦，边缘地表相对粗糙；另一方面，现代疏勒河改道后从截山子北缘顺流至其西侧，该地区地势逐渐平坦，没有形成盆状，较难汇水，故不易形成终端湖泊。
|
图 4 石羊河流域(a，c)和疏勒河流域(b，d)尾闾地区等高线和坡度图 Fig. 4 Contour and slope maps of the terminal areas of the Shiyang River(a, c)and the Shule River(b, d) basins |
|
图 5 石羊河流域(a，c，e)和疏勒河流域(b，d，f)尾闾地区坡向、地表粗糙度和横截面图 Fig. 5 Aspect, earth surface roughness and section maps of the terminal areas of the Shiyang River(a, c, e)and the Shule River(b, d, f) basins |
由空间分析结果可以定性的看出，地形要素和研究区湖泊形成位置有明显的相关性，但具体的相关程度则不明确。因此，本文在石羊河流域尾闾(38°18′~39°20′N，102°40′~104°18′E)选取面积约为26823km2的研究区，采用大小为300m×300m的栅格进行栅格化处理后得到298037个栅格，其中位于猪野泽湖盆地区(38°58′~39°09′N，103°20′~104°12′E)的28424个栅格有古湖泊存在，其余269613个栅格没有古湖泊存在。分别从有湖的栅格和无湖的栅格中各抽取1000个，共计2000个随机栅格，并在SPSS软件中根据这些栅格的数据信息建立模型。在疏勒河流域尾闾(40°12′~40°39′N，93°0′~97°10′E)选取面积约为31503km2的研究区，采用大小为300m×300m的栅格进行栅格化处理后得到350034个栅格。对于是否有古湖泊存在，其中位于古冥泽地区(截山子东南侧狭长湖盆)的8587个栅格有古湖泊存在，其余341447个栅格没有古湖泊存在。分别从有湖的栅格和无湖的栅格中各抽取1000个，共计2000个随机栅格，并根据这些栅格的数据信息建立模型。之后按照系统默认参数，设定引入协变量(Probability for Stepwise Entry)标准PE=0.05，删除协变量(Probability for Stepwise Removal)标准PR=0.10，临界概率点(cutpoint probability)c=0.5，进行逻辑斯蒂回归分析。
据此，石羊河流域尾闾地区湖泊形成逻辑斯蒂回归模型公式为：P(1)=1/ 1+e-(1356.0930759+0.00004759D-1359.3707216R+1.32323064S)]，经检验，正确率达69.4 %；疏勒河流域尾闾地区湖泊形成逻辑斯蒂回归模型公式为：P(1)=1/ 1 + e-(1266.439446+0.006063DE+0.00000752D-1275.58117R+1.0918188S)]，经检验，正确率达正确率为68.5 %；其中D为距河远近(distance)，R为地表粗糙度(roughness)，S为坡度(slope)，DE为高程(DEM)。经检验发现以上模型选取的自变量和因变量符合构建逻辑斯蒂回归模型要求，结果显示：两个模型中的坡向显著性＞0.01，在筛选过程中被剔除，可能是由于其数值较为分散且代表性低；高程在研究区变化度不高，因而在石羊河流域尾闾地区的模型中被剔除，在疏勒河流域尾闾地区的模型中虽保留但影响程度较小；而坡度、距河远近和地表粗糙度的显著性小于0.01，均通过了显著性检验。进而结合偏回归系数可以发现，古湖泊形成概率与其距现代河道的距离之间有一定的正相关关系，这可能是由于地下水是古湖泊的补给源之一，并且现代河道受气候变化等因素的影响，发生了改道、流量减少甚至断流的情况，因而与古湖泊距离较远；地表粗糙度与湖泊形成概率之间相关度较高，且呈明显的反相关关系，即粗糙度高的地表易形成分水作用，而粗糙度低的地表则有更高可能汇水形成湖泊；坡度也对湖泊形成有一定的正相关影响，坡度值高代表有形成湖盆的可能性，而坡度值低则更可能形成流动水而无法汇聚成湖泊。综上，根据研究区地形特征可知，石羊河流域的猪野泽地区和疏勒河流域的古冥泽地区曾有古湖泊存在。
4.2 流域侵蚀及堆积过程分析本文选取了石羊河流域的剖面JDT、HSH、Sanjiaocheng、XQ、QTL-03、QTL01、QTL02、Yiema、SKJ、Baijianhu、BJ-S2和JTL；以及疏勒河流域的SANDG、SIDG、WDG、LDG、QDG、BDG、JDG、SHIDG和AX剖面进行沉积相和年代学(图 2和3)研究，并据此分析了这些剖面的堆积和侵蚀过程，发现：在石羊河流域，早、中全新世时期中游和下游均以堆积作用为主，中游沉积相主要为冲积相，下游则为湖相；晚全新世时期受气候干旱、水流减少影响，中游转为侵蚀作用，下游仍然为堆积作用，但堆积速率相对中游的侵蚀速率较低；在疏勒河流域，所选剖面在早、中全新世期间均为冲积相且以堆积作用为主，至晚全新世气候干旱，水流量减少，转为侵蚀作用，而AX剖面为湖相沉积，同时受到侵蚀作用和堆积作用的影响。
对各剖面的堆积和侵蚀情况进行对比后可以发现：在早、中全新世时期，石羊河流域中游各剖面均以堆积作用为主，其中JDT剖面和HSH剖面位于石羊河和其支流红水河的交界处，堆积速率高于仅受红水河支流影响的剖面[77]；与之类似，晚全新世时期石羊河中游开始受到侵蚀作用，JDT和HSH剖面的侵蚀速率也高于支流剖面[77]，由此可见，流水携带物沉积和水流冲刷会对剖面堆积和侵蚀速率有明显的影响。在疏勒河流域，SANDG、SIDG、WDG、LDG、QDG、BDG、JDG、SHIDG和AX剖面在早、中全新世时期均受到堆积作用，结合这一地区的高程特征(表 1、图 1f和图 4b)和坡度、坡向特点(图 4d和图 5b)可以看出，从SANDG向西至QDG地势由1388m至1361m逐渐降低，BDG剖面海拔相对较高，比QDG高4m，因而SANDG、SIDG和WDG剖面的堆积速率逐渐降低，而BDG剖面附近高地势的阻挡则导致LDG和QDG剖面的堆积速率较高，且流水难以携带沉积物越过BDG，故BDG、JDG、SHIDG和AX剖面的堆积速率相对较低；至晚全新世时期，SANDG、SIDG和WDG剖面侵蚀速率逐渐下降，由于BDG剖面附近的高地势阻挡，LDG和QDG剖面的侵蚀速率较高，BDG剖面的侵蚀速率大约只有SANDG剖面的一半。
4.3 沉积物指标分析本文在石羊河流域选择了位于中游地区的JDT剖面，以及位于下游猪野泽地区的XQ、QTL-03、QTH01、QTH02、Yiema、SKJ和JTL进行沉积物粒度分析(图 6)：JDT剖面底部砂层(400~580cm，7112~9012cal.a B.P.)和中部砂层(230~300cm，6713~6964cal.a B.P.)的沉积物粒径较粗，位于330~400cm(6964~7112cal.a B.P.)的粉砂层则粒径较细，顶部的粉砂层(125~230cm，3694~6227cal.a B.P.)和风成沉积层(0~125cm，3247~3694cal.a B.P.)沉积物主要为粉砂；XQ剖面底部砂层(825~845cm，13500~13621cal.a B.P.)和中部砂层(420~595cm，9471~11891cal.a B.P.)沉积物粒径较粗，其余层位沉积物以粘土和粉砂为主；QTL-03剖面的沉积物粒径变化较小，最高值为顶部风成沉积层(0~40cm，2589~2941cal.a B.P.)的36.54μm，最低值为底部泥炭层(362~395cm，7060~16781cal.a B.P.)的14.64μm；QTH01和QTH02剖面沉积物粒径特征类似，底部湖相沉积层和砂层粒径均较粗，之上的湖相沉积层、泥炭层和粉砂层沉积物以粉砂为主，粒径相对较细；Yiema剖面的沉积物粒径从底部至顶部变粗；SKJ剖面湖相沉积层(45~115cm)的沉积物以粉砂和砂为主；JTL剖面砂层(130~145cm，7277~7359cal.a B.P.)沉积物粒径较粗，底部湖相沉积层(145~185cm，7359~7580cal.a B.P.)和顶部湖相沉积层(90~130cm，6853~7277cal.a B.P.)的沉积物粒径相对较细。本文在疏勒河流域中游地区选择了AX剖面进行沉积物粒径特征分析(图 6)，AX剖面底部泥炭层(206~240cm，9227~10328cal.a B.P.)沉积物以粘土为主，之上湖相沉积层(196~206cm，8904~9227cal.a B.P.)和泥炭层(148~196cm，6576~8904cal.a B.P.)沉积物也同样以粘土为主，顶部砂层(54~148cm，2100~6576cal.a B.P.)则是砂含量占比最大。
|
图 6 石羊河流域和疏勒河流域剖面岩性和粒径[47, 64, 65] Fig. 6 The lithology and grain sizes of the Shiyang River and the Shule River[47, 64, 65] basins |
本文选择了位于石羊河流域中游地区的HSH剖面以及下游地区的Sanjiaocheng、QTL-03、QTH01、QTH02、Yiema、SKJ和JTL剖面进行地球化学指标和孢粉指标的分析(图 7)：HSH剖面的CaCO3含量自底部砂层(380~620cm，6871~9041cal.a B.P.)波动上升至顶部风成沉积层(0~110cm，3247~4408cal.a B.P.)，TOC含量从底部砂层升高至中部泥炭层(260~340cm，5797~6535cal.a B.P.)，之后波动下降，灌木孢粉含量从底部砂层匀速下降至粉砂层(110~200cm，4408~5247cal.a B.P.)，针叶孢粉含量和云杉孢粉含量具有类似的变化趋势，草本孢粉含量则与前两者具有相反趋势；Sanjiaocheng剖面的CaCO3含量从总体上看具有从底部砂层(453~502cm，11930~15448cal.a B.P.)向顶部风成沉积层(0~20cm，51~632cal.a B.P.)波动下降的趋势，TOC含量数据较少；QTL-03剖面的CaCO3含量在底部泥炭层(362~395cm，7060~16781cal.a B.P.)极低，从湖相沉积层(103~362cm，3454~7060cal.a B.P.)开始波动下降至顶部风成沉积层(0~40cm，2589~2941cal.a B.P.)；QTH01剖面的TOC含量在底部湖相沉积层(495~600cm，7700~11520cal.a B.P.)和砂层(450~495cm，7121~7700cal.a B.P.)较低，之上湖相沉积层(310~450cm，4446~7121cal.a B.P.)、泥炭层(235~310cm，1882~4446cal.a B.P.)和粉砂层(165~235cm，1291~1882cal.a B.P.)的含量较高，C/N在底部湖相沉积层和砂层均较低，中部湖相沉积层较高，之后波动下降，δ13 C(‰)含量波动较小；QTH02剖面的针叶孢粉和云杉孢粉含量最高值出现在底部湖相沉积层(470~595cm，7723~13251cal.a B.P.)，在之上层位含量均较低，灌木孢粉含量具有类似趋势，草本孢粉含量与之具有相反趋势；Yiema剖面的CaCO3含量从底部砂层(497~600cm，15521~19380cal.a B.P.)升高至中部砂层(382~440cm，10775~13215cal.a B.P.)，之上含量有所降低，TOC含量则从底部砂层波动上升至顶部风成沉积层；SKJ剖面和JTL剖面的数据量均较少。此外，本文还选择了位于疏勒河流域中游地区的JDG剖面进行地球化学指标和孢粉指标的分析研究(图 7)。JDG剖面的TOC含量从底部泥炭层(300~430cm，6258~13408cal.a B.P.)下降至顶部，灌木孢粉含量在底部泥炭层低至7.54 %，之后有所升高，针叶孢粉和云杉孢粉的变化趋势类似，草本孢粉含量的变化趋势则与之相反。
|
图 7 石羊河流域和疏勒河流域剖面岩性、地球化学指标和孢粉指标[38, 40, 42, 49, 63~65] Fig. 7 The lithology, geochemical proxies and pollen proxies of the Shiyang River and the Shule River basins[38, 40, 42, 49, 63~65] |
综上，空间分析结果显示石羊河流域尾闾的终端湖猪野泽地区有明显的湖盆地形，因而具备形成稳定终端湖的地形条件；疏勒河流域河道的古冥泽地区有狭长的盆状地形，也具备形成湖泊的地形条件，但现代疏勒河下游则为无法聚水的平坦地形。此外，虽然研究区有风沙覆盖，但根据剖面岩性可以看出顶部风成沉积物厚度多在1m以内，而横截面分析显示猪野泽和古冥泽湖盆内部高差均可达200m以上(图 5e和5f)，因而风沙对地形分析并无太大影响。在空间定性分析的基础上，逻辑斯蒂回归模型给出了地形要素和成湖概率之间的定量相关性结果，即古湖泊形成概率与其距现代河道的距离之间有一定的正相关关系，地表粗糙度与湖泊形成概率之间呈明显的反相关关系，坡度也对湖泊形成有一定的正相关影响等，据此进一步证明了猪野泽地区曾有稳定终端湖，古冥泽地区有暂时性河道湖的演化过程。此外，气候变化是干旱区内陆河流域的地形、地貌及湖泊演化过程的主要影响因素之一[78~80]，为此本文分析了石羊河流域和疏勒河流域若干剖面的侵蚀速率、堆积速率、岩性、沉积物粒径、地球化学指标和孢粉指标等，得出以下结果：在石羊河流域和疏勒河流域，粒径和堆积速率之间有比较明显的反相关关系，这可能是由于堆积速率低的冲积相层位的粒径通常较粗，而稳定静水环境的堆积速率高、但沉积物较细所致。HSH剖面的泥炭层等静水层位比冲积相层位中的TOC含量高，JDG剖面的TOC数值也有类似特征，在静水层位中相对较高，在冲积相等水动力强的层位中较低。此外，分析发现各剖面中早、中全新世与晚全新世的孢粉沉积特征存在差异：针叶和云杉孢粉通常由流水从上游携带而来，因而在气候较暖湿的早、中全新世时期，水动力条件较强，孢粉会被携带堆积至下游地区，而在较为干旱的晚全新世时期，水流量减少，孢粉被携带至中游地区即堆积，难以到达下游；草本和灌木孢粉主要来源于周边植物，因而在早、中全新世时期，孢粉含量较高，晚全新世时期随着气候干旱，孢粉含量逐渐下降，然而下游地区由于同时堆积了流水从上游和中游携带而来的孢粉，因而含量仍然较高。因此，剖面沉积物分析结果显示了在早、中全新世期间石羊河流域和疏勒河流域气候较为湿润，具备了形成湖泊的条件，而晚全新世时期气候逐渐干旱，水流量减小、改道，湖泊水位下降甚至干涸。
5 讨论根据降水机制和过程的记录可知，现代亚洲夏季风对青藏高原东北缘祁连山东段的气候变化和水汽输送有至关重要的作用，然而其影响范围难以到达祁连山西段[24~26]。另一方面，较长时间尺度上的典型季风区石笋和湖泊沉积等记录显示，受低纬度太阳辐射变化和赤道复合带位置变化综合作用的影响，亚洲夏季风从晚冰期结束时即逐渐增强，并在早、中全新世期间达到强盛[25, 27~33]，故在此期间其水汽输送边界有可能发生过摆动，然而即便假设其北部边界确实在长时间尺度上发生过变化，具体的扩张范围也仍未被确定。此外，亚洲季风和西风带在全新世期间均经历了从暖湿向干旱变化的过程，但对比后可发现西风带在中晚全新世时期相对更湿润[43]。
河西走廊地区地处亚洲夏季风西北缘，水汽输送总体上以西风环流为主[24, 43, 81~83]，降水多集中于夏季，且亚洲季风和西风带对于该区域夏季降水具有相反的作用[26]。位于河西走廊西段的疏勒河流域早、中全新世时期河水流量较大，水动力条件强，其中游的河道湖古冥泽具有湖相沉积物，晚全新世时期2000a B.P.左右[77]，河水流量减少且从截山子以南改道至以北流向西，因水流量少且没有盆状地形，没有形成尾闾湖泊。李育等[84]对河西走廊中段盐池的沉积序列研究显示，盐池古湖泊在早全新世时期面积扩张，中全新世时期开始退缩，至中全新世后期退缩明显，而晚全新世时期湖泊发育基本停滞。位于河西走廊东段的石羊河流域在早、中全新世时期河水流量大、水动力条件强，下游猪野泽湖盆地区形成了稳定的终端湖，至晚全新世3000a B.P.左右[77]，河水流量减少甚至产生断流，水动力条件变弱，湖泊水位逐渐下降直至完全干涸，此外，已有猪野泽表层沉积物的粒径、地球化学指标和孢粉指标研究结果[85]也证明，猪野泽湖盆内部沉积物具有在中部地势较低处粒径细且元素和孢粉沉积较多，边缘海拔高处粒径粗且沉积物少的规律，符合湖泊表层沉积物的特征[86]。
综上，河西走廊几大典型内陆河流域在全新世期间的演化模式与典型季风区和青藏高原区古气候记录高度相似，而与中亚干旱区湖泊在全新世时期的演化过程差异明显，因此可以推测，亚洲夏季风北界在千年尺度上较有可能推移至了河西走廊西段。而至晚全新世时期，疏勒河流域的侵蚀作用开始于2000a B.P.左右，而石羊河流域各剖面的侵蚀作用开始于3000a B.P.左右，因而疏勒河流域河水流量减少和干旱化较石羊河流域开始得更晚，并且侵蚀情况较石羊河流域更不明显，由此可推测，疏勒河流域在晚全新世主要受更湿润的西风带控制。因此，即亚洲夏季风在全新世期间不仅强度有所变化，其影响范围也有所变化。
6 结论本文在对位于河西走廊东西段的石羊河流域和疏勒河流域进行空间地形，沉积物年代、沉积相、堆积及侵蚀情况、粒径指标、地球化学指标和孢粉指标等进行分析之后发现：石羊河流域尾闾地区有明显的湖盆地形，湖盆底部和湖岸高地高差180m左右，湖盆内部平坦且粗糙度低，具备了形成稳定终端湖泊的地形条件，该区域形成湖泊的逻辑斯蒂回归模型公式为：P(1)=1/ 1+e-(1356.0930759+0.00004759D-1359.3707216R+1.32323064S)]，正确率为69.4 %，坡向和高程相关性低故在筛选中被剔除，成湖概率与距现代河道距离成正比，与坡度成正比，与地表粗糙度成反比；沉积物指标分析则显示，该流域在早、中全新世时期气候湿润，有形成湖泊的条件，晚全新世时期气候逐渐干旱，湖泊逐渐缩小并最终干涸。而位于河西走廊西段的疏勒河流域尾闾地区地势平坦，仅在中游古冥泽地区有一狭长的湖盆地形，湖盆内部较平坦，边缘相对粗糙且与内部高差约200m，具备成湖地形条件，该区域形成湖泊的逻辑斯蒂回归模型公式为：P(1)=1/ 1 +e-(1266.439446+0.006063DE+0.00000752D-1275.58117R+1.0918188S)]，正确率为68.5 %，坡向代表性低故在筛选中被剔除，高程影响程度也较低，成湖概率与距现代河道距离成正比，与坡度成正比，与地表粗糙度成反比；现代疏勒河改道后下游地区没有易汇水的盆状地形。
侵蚀和堆积过程分析显示，石羊河流域早、中全新世时期气候较湿润，河水搬运能力强，中游和下游均以堆积作用为主；晚全新世时期受气候干旱、水流减少影响，中游转为侵蚀作用，下游仍然为堆积作用，但堆积速率相对中游的侵蚀速率较低。在疏勒河流域，所选剖面在早、中全新世期间气候较湿润，河水流量大，剖面以堆积作用为主；至晚全新世气候干旱，水流量减少，转为侵蚀作用。从总体上看，地形对侵蚀速率和堆积速率有明显的影响作用。此外，沉积物指标分析显示，该流域在早、中全新世时期水流携带孢粉多堆积在下游地区，因而气候湿润，具备形成湖泊的条件，至晚全新世时期水流携带孢粉堆积在中游因而水流量小，气候干旱，故河道湖逐渐干涸。从总体上看，石羊河流域在整个全新世时期具有明显的亚洲夏季风控制特征，疏勒河流域在早、中全新世时期也体现出了亚洲夏季风控制下的演化特征，晚全新世时期疏勒河流域的干旱化较石羊河流域开始得更晚，由此可知在晚全新世疏勒河流域主要受更湿润的西风带控制，因而亚洲夏季风在这一时期的影响范围退缩至了河西走廊东段，即亚洲夏季风在全新世期间不仅强度有所变化，其影响范围也有所变化。
致谢 感谢审稿专家和编辑部老师建设性的修改意见。
| 1 |
李玉成, 王苏民, 黄耀生. 气候环境变化的湖泊沉积学响应. 地球科学进展, 1999, 14(4): 412-416. Li Yucheng, Wang Sumin, Huang Yaosheng. The lake sediments responses to environmental and climatic change. Advance in Earth Sciences, 1999, 14(4): 412-416. |
| 2 |
王亚俊, 孙占东. 中国干旱区的湖泊. 干旱区研究, 2007, 24(4): 422-427. Wang Yajun, Sun Zhandong. Lakes in the arid areas in China. Arid Zone Research, 2007, 24(4): 422-427. |
| 3 |
胡汝骥, 姜逢清, 王亚俊等. 论中国干旱区湖泊研究的重要意义. 干旱区研究, 2007, 24(2): 137-139. Hu Ruji, Jiang Fengqing, Wang Yajun et al. On the importance of research on the lakes in arid land of China. Arid Zone Research, 2007, 24(2): 137-139. |
| 4 |
胡汝骥, 姜逢清, 王亚俊等. 亚洲中部干旱区的湖泊. 干旱区研究, 2005, 22(4): 424-430. Hu Ruji, Jiang Fengqing, Wang Yajun et al. Study on the lakes in arid areas of Central Asia. Arid Zone Research, 2005, 22(4): 424-430. |
| 5 |
秦伯强. 近百年来亚洲中部内陆湖泊演变及其原因分析. 湖泊科学, 1999, 11(1): 11-19. Qin Boqiang. A preliminary investigation of lake evolution in 20-century in inland mainland Asian with relation to the global warming. Journal of Lake Sciences, 1999, 11(1): 11-19. DOI:10.18307/1999.0102 |
| 6 |
刘永, 余俊清, 成艾颖等. 湖泊沉积记录千年气候变化的研究进展、挑战与展望. 盐湖研究, 2011, 19(1): 59-65. Liu Yong, Yu Junqing, Cheng Aiying et al. Study on the lacustrine sedimentary records for past 1000 years:Development, problems and prospects. Journal of Salt Lake Research, 2011, 19(1): 59-65. |
| 7 |
Li Y, Morrill C. Multiple factors causing Holocene lake-level change in monsoonal and arid Central Asia as identified by model experiments. Climate Dynamics, 2010, 35(1): 1119-1132. |
| 8 |
郭永海, 王海龙, 董建楠等. 关于巴丹吉林沙漠湖泊形成机制的初步看法. 地球科学——中国地质大学学报, 2012, 37(2): 276-282. Guo Yonghai, Wang Hailong, Dong Jiannan et al. The primary opinion on the formation mechanisms of megadunes and lakes in the Badain Jaran Desert. Earth Science——Journal of China University of Geosciences, 2012, 37(2): 276-282. |
| 9 |
Zhang Z Y, Wang N A, Wu Y et al. Remote sensing on spatial changes of lake area in Badain Jaran Desert hinterland during 1973-2010. Journal of Lake Sciences, 2013, 25(4): 514-520. DOI:10.18307/2013.0408 |
| 10 |
范佳伟, 肖举乐, 温锐林等. 内蒙古达里湖全新世有机碳氮同位素记录与环境演变. 第四纪研究, 2015, 35(4): 856-870. Fan Jiawei, Xiao Jule, Wen Ruilin et al. Holocene environment variations recorded by stable carbon and nitrogen isotopes of sedimentary organic matter from Dali Lake in Inner Mongolia. Quaternary Sciences, 2015, 35(4): 856-870. |
| 11 |
Ji J F, Shen J, Balsam W et al. Asian monsoon oscillations in the northeastern Qinghai-Tibet Plateau since the Late Glacial as interpreted from visible reflectance of Qinghai Lake sediments. Earth and Planetary Science Letters, 2005, 233(1): 61-70. |
| 12 |
陈发虎, 张家武, 程波等. 青海共和盆地达连海晚第四纪高湖面与末次冰消期以来的环境变化. 第四纪研究, 2012, 32(1): 122-131. Chen Fahu, Zhang Jiawu, Cheng Bo et al. Late Quaternary high lake levels and environmental changes since Last Deglacial in Dalianhai, Gonghe Basin in Qinghai Province. Quaternary Sciences, 2012, 32(1): 122-131. |
| 13 |
郭超, 马玉贞, 刘杰瑞等. 过去2000年来西藏羊卓雍错沉积物粒度记录的气候变化. 第四纪研究, 2016, 36(2): 405-419. Guo Chao, Ma Yuzhen, Liu Jierui et al. Climatic change recorded by grain size in the past about 2000 years from Yamzhog Yumco Lake, Tibet. Quaternary Sciences, 2016, 36(2): 405-419. |
| 14 |
Liu X Q, Dong H L, Jason A R et al. Evolution of Chaka Salt Lake in NW China in response to climatic change during the Latest Pleistocene-Holocene. Quaternary Science Reviews, 2008, 27(1): 867-879. |
| 15 |
Wang H Y, Liu H Y, Cui H T et al. Terminal Pleistocene/Holocene palaeoenvironmental changes revealed by mineral-magnetism measurements of lake sediments for Dali Nor area, southeastern Inner Mongolia Plateau, China. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2001, 170(1): 115-132. |
| 16 |
孙千里, 肖举乐, 刘韬. 岱海沉积物元素地球化学特征反映的末次冰期以来季风/干旱过渡区的水热条件变迁. 第四纪研究, 2010, 30(6): 1121-1130. Sun Qianli, Xiao Jule, Liu Tao. Hydrothermal status in the monsoon/arid transition belt of China since the Last Glaciation inferred from geochemical characteristics of the sediment cores at Daihai Lake. Quaternary Sciences, 2010, 30(6): 1121-1130. |
| 17 |
Rhodes T E, Gasse F, Lin R F et al. A Late Pleistocene-Holocene lacustrine record from Lake Manas, Zunggar(northern Xinjiang, Western China). Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 1996, 120(1): 105-121. |
| 18 |
Feng Q, Liu W, Si J H et al. Environmental effects of water resource development and use in the Tarim River basin of Northwestern China. Environmental Geology, 2005, 48(1): 202-210. |
| 19 |
赵丽媛, 鹿化煜, 张恩楼等. 敦煌伊塘湖沉积物有机碳同位素揭示的末次盛冰期以来湖面变化. 第四纪研究, 2015, 35(1): 172-179. Zhao Liyuan, Lu Huayu, Zhang Enlou et al. Lake-level and paleoenvironment variations in Yitang Lake(Northwestern China)during the past 23ka revealed by stable carbon isotopic composition of organic matter of lacustrine sediments. Quaternary Sciences, 2015, 35(1): 172-179. |
| 20 |
李芳亮, 魏海涛, 范育新等. JYZ11A钻孔记录的居延泽演化历史. 第四纪研究, 2015, 35(1): 180-191. Li Fangliang, Wei Haitao, Fan Yuxin et al. The drill core JYZ11A revealed lake evolution in Juyanze Basin, Inner Mongolia. Quaternary Sciences, 2015, 35(1): 180-191. |
| 21 |
赵希涛, 赵元艺, 郑绵平等. 班戈错晚第四纪湖泊发育、湖面变化与藏北高原东南部末次大湖期湖泊演化. 地球学报, 2011, 32(1): 13-26. Zhao Xitao, Zhao Yuanyi, Zheng Mianping et al. Late Quaternary lake development and denivellation of Bankog Co as well as lake evolution of southeastern north Tibetan Platea during the Last Great Lake Period. Acta Geoscientica Sinica, 2011, 32(1): 13-26. |
| 22 |
刘喆, 赵军, 师银芳等. 利用MODIS数据对2000-2009年新疆主要湖泊面积变化与气候响应的分析. 干旱区资源与环境, 2011, 25(10): 155-160. Liu Zhe, Zhao Jun, Shi Yinfang et al. The relationship between the main lakes and the climate change in Xinjiang(2000-2009) by using MODIS. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2011, 25(10): 155-160. |
| 23 |
张风菊, 薛滨, 姚书春等. 大暖期青藏及蒙新湖区古湖泊面积重建. 第四纪研究, 2015, 35(6): 1525-1536. Zhang Fengju, Xue Bin, Yao Shuchun et al. Reconstruction of lake areas during the Holocene Megathermal in the Tibet Plateau and Inner Mongolia-Xinjiang region. Quaternary Sciences, 2015, 35(6): 1525-1536. |
| 24 |
李万莉, 王可丽, 傅慎明等. 区域西风指数对西北地区水汽输送及收支的指示性. 冰川冻土, 2008, 30(1): 28-34. Li Wanli, Wang Keli, Fu Shenming et al. The interrelationship between regional westerly index and the water vapor budget in Northwest China. Journal of Glaciology and Geocryology, 2008, 30(1): 28-34. |
| 25 |
王可丽, 江灏, 赵红岩. 西风带与季风对中国西北地区的水汽输送. 水科学进展, 2005, 16(3): 432-438. Wang Keli, Jiang Hao, Zhao Hongyan. Atmospheric water vapor transport from westerly and monsoon over the Northwest China. Advances in Water Science, 2005, 16(3): 432-438. |
| 26 |
Li Y, Wang N A, Chen H B et al. Tracking millennial-scale climate change by analysis of the modern summer precipitation in the marginal regions of the Asian monsoon. Journal of Asian Earth Sciences, 2012, 58(1): 78-87. |
| 27 |
Fleitmann D, Burns S J, Mudelsee M et al. Holocene forcing of the Indian monsoon recorded in a stalagmite from Southern Oman. Science, 2003, 300(1): 1737-1739. |
| 28 |
Dykoski C A, Edwards R L, Cheng Hai et al. A high-resolution, absolute-dated Holocene and deglacial Asian monsoon record from Dongge Cave, China. Earth and Planetary Science Letters, 2005, 233(1): 71-86. |
| 29 |
Wang R L, Scarpitta S C, Zhang S C et al. Later Pleistocene/Holocene climate conditions of Qinghai-Xizhang Plateau(Tibet)based on carbon and oxygen stable isotopes of Zabuye Lake sediments. Earth and Planetary Science Letters, 2002, 203(1): 461-477. DOI:10.1016/S0012-821X(02)00829-4 |
| 30 |
Morrill C, Overpeck J T, Cole J E et al. Holocene variations in the Asian monsoon inferred from the geochemistry of lake sediments in central Tibet. Quaternary Research, 2006, 65(1): 232-243. |
| 31 |
Yancheva G, Nowaczyk N R, Mingram J et al. Influence of the intertropical convergence zone on the East Asian monsoon. Nature, 2007, 445(1): 74-77. |
| 32 |
Zhu L, Zhen X, Wang J B et al. A-30000-year record of environmental changes inferred from Lake Chen Co, southern Tibet. Journal of Paleolimnology, 2009, 42(1): 343-358. |
| 33 |
Mischke S, Kramer M, Zhang C J et al. Reduced Early Holocene moisture availability in the Bayan Har Mountains, northeastern Tibetan Plateau, inferred from a multi-proxy lake record. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2008, 267(1): 59-76. |
| 34 |
Pan B T, Su H, Hu Z B et al. Evaluating the role of climate and tectonics during non-steady incision of the Yellow River:Evidence from a 1.24Ma terrace record near Lanzhou, China. Quaternary Science Reviews, 2009, 28(1): 3281-3290. |
| 35 |
Pan B T, Douglas B, Wang Y X et al. A 900ky record of strath terrace formation during glacial-interglacial transitions in Northwest China. Geology, 2003, 31(11): 957-960. DOI:10.1130/G19685.1 |
| 36 |
Pan B T, Geng H, Hu X et al. The topographic controls on the decadal-scale erosion rates in Qilian Shan Mountains, NW China. Earth and Planetary Science Letters, 2010, 292(1): 148-157. |
| 37 |
Pan B T, Hu X F, Gao H S et al. Late Quaternary river incision rates and rock uplift pattern of the eastern Qilian Shan Mountain, China. Geomorphology, 2013, 184(1): 84-97. |
| 38 |
Zhang H C, Ma Y Z, Wünnemann B et al. A Holocene climatic record from arid Northwestern China. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2000, 162(3): 389-401. |
| 39 |
邬光剑, 潘保田, 管清玉. 祁连山东段北麓近10ka来的气候变化初步研究. 中国沙漠, 1998, 18(3): 193-200. Wu Guangjian, Pan Baotian, Guan Qingyu. Climatic changes in the north piedmont of eastern Qilian Mountains since 10ka B.P. Journal of Desert Research, 1998, 18(3): 193-200. |
| 40 |
陈发虎, 朱艳, 李吉均等. 民勤盆地湖泊沉积记录的全新世千百年尺度夏季风快速变化. 科学通报, 2001, 46(23): 1414-1419. Chen Fahu, Zhu Yan, Li Jijun et al. Abrupt Holocene changes of the Asian monsoon at millennial-and centennial-scales:Evidence from lake sediment document in Minqin Basin, NW China. Chinese Science Bulletin, 2001, 46(23): 1414-1419. |
| 41 |
Herzschuh U. Palaeo-moisture evolution in monsoonal central Asia during the last 50000 years. Quaternary Science Reviews, 2006, 25(1): 163-178. |
| 42 |
Chen F H, Cheng B, Zhao Y et al. Holocene environmental change inferred from a high-resolution pollen record, Lake Zhuyeze, arid China. The Holocene, 2006, 16(1): 675-684. |
| 43 |
Chen F H, Yu Z C, Yang M L et al. Holocene moisture evolution in arid Central Asia and its out-of-phase relationship with Asian monsoon history. Quaternary Science Reviews, 2008, 27(1): 351-364. |
| 44 |
Li Yu, Wang Nai'ang, Li Zhuolun et al. Holocene palynological records and their responses to the controversies of climate system in the Shiyang River drainage basin. Chinese Science Bulletin, 2011, 56(6): 535-546. DOI:10.1007/s11434-010-4277-y |
| 45 |
Li Y, Wang N A, Morril C et al. Millennial-scale erosion rates in three inland drainage basins and their controlling factors since the Last Deglaciation, arid China. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2012, 365-366(1): 263-275. |
| 46 |
Li Yu, Wang Nai'ang, Li Zhuolun et al. Reworking effects in the Holocene Zhuye Lake sediments:A case study by pollen concentrates AMS 14C dating. Science China:Earth Sciences, 2012, 55(10): 1669-1678. DOI:10.1007/s11430-012-4482-4 |
| 47 |
郑国璋, 岳乐平, 何军锋等. 疏勒河下游安西古沼泽全新世沉积物粒度特征及其古气候环境意义. 沉积学报, 2006, 24(5): 733-739. Zheng Guozhang, Yue Leping, He Junfeng et al. Grain-size characteristics of the sediments at palaeoswamp in Anxi County in downstream of Shulehe River during Holocene and its paleoclimatic significance. Acta Sedimentologica Sinica, 2006, 24(5): 733-739. |
| 48 |
褚永彬, 朱利东, 陈伟等. 疏勒河上游河流地貌特征及其演化. 第四纪研究, 2015, 35(2): 465-474. Chu Yongbin, Zhu Lidong, Chen Wei et al. Geomorphology and evolution of the upper Shule River. Quaternary Sciences, 2015, 35(2): 465-474. DOI:10.11928/j.issn.1001-7410.2015.02.21 |
| 49 |
毛洪亮. 疏勒河冲积扇绿洲全新世古水文演化研究. 北京: 中国地质科学院硕士论文, 2008. 9~14 Mao Hongliang. Study on the Paleohydrogeology Evolution of the Shule River Alluvial Fan Oasis in Holocene. Beijing:The Master's Thesis of Chinese Academy of Geological Sciences, 2008. 9~14 |
| 50 |
毛洪亮, 赵华, 卢演俦等. 甘肃疏勒河冲积扇绿洲全新世孢粉组合和环境演化. 地球学报, 2007, 28(6): 528-534. Mao Hongliang, Zhao Hua, Lu Yanchou et al. Pollen assemblages and environment evolution in Shule River alluvial fan oasis of Gansu. Acta Geoscientica Sinica, 2007, 28(6): 528-534. |
| 51 |
王萍, 卢演俦, 丁国瑜等. 甘肃疏勒河冲积扇发育特征及其对构造活动的响应. 第四纪研究, 2004, 24(1): 74-81. Wang Ping, Lu Yanchou, Ding Guoyu et al. Response of the development of the Shule River alluvial fan to tectonic activity. Quaternary Sciences, 2004, 24(1): 74-81. |
| 52 |
赵华, 卢演俦, 王成敏等. 疏勒河冲积扇绿洲全新世古水文演化释光年代学. 核技术, 2007, 30(11): 893-898. Zhao Hua, Lu Yanchou, Wang Chengmin et al. Optical dating of Holocene water-laid sediments recorded hydrological environmental changes in the oasis of Shulehe River alluvial fan in Gansu Province. Nuclear Techniques, 2007, 30(11): 893-898. DOI:10.3321/j.issn:0253-3219.2007.11.004 |
| 53 |
周叶, 张露. 疏勒河冲积扇沉积物粒度特征及其古气候环境分析. 科技通报, 2014, 30(9): 27-33. Zhou Ye, Zhang Lu. Grain-size characteristics of sediments from Shulehe alluvial fan and analysis on its paleoclimatic environment. Bulletin of Science and Technology, 2014, 30(9): 27-33. |
| 54 |
Li Yu, Wang Nai'ang, Li Zhuolun et al. Basin-wide Holocene environmental changes in the marginal area of the Asian monsoon, Northwest China. Environmental Earth Sciences, 2012, 65(1): 203-212. DOI:10.1007/s12665-011-1083-z |
| 55 |
谭宏卫, 曾捷. Logistic回归模型的影响分析. 数理统计与管理, 2013, 32(3): 476-485. Tan Hongwei, Zeng Jie. Influence analysis for Logistic Regression Model. Journal of Applied Statistics and Management, 2013, 32(3): 476-485. |
| 56 |
陈隆亨, 曲耀光. 河西地区水土资源及其开发利用. 北京:科学出版社, 1992, 6-46. Chen Longheng, Qu Yaoguang. The Exploitation and Utilization of Land and Water Resources in Hexi Corridor. Beijing:Science Press, 1992, 6-46. |
| 57 |
赵强. 石羊河流域末次冰消期以来环境变化研究. 兰州: 兰州大学博士论文, 2005. 12~17 Zhao Qiang. The Climate Changes since Last Deglaciation in Shiyang River. Lanzhou:The Doctoral Dissertation of Lanzhou University, 2005. 12~17 |
| 58 |
李并成. 猪野泽及其历史变迁考. 地理学报, 1993, 48(1): 55-60. Li Bingcheng. A study on the Zhuye Lake and its historical evolution. Acta Geographica Sinica, 1993, 48(1): 55-60. |
| 59 |
冯绳武. 疏勒河水系的变迁. 兰州大学学报, 1981, 4(1): 138-143. Feng Shengwu. Evolution of Shulehe River system. Journal of Lanzhou University, 1981, 4(1): 138-143. |
| 60 |
李并成. 汉唐冥水(籍端水)冥泽及其变迁考. 敦煌研究, 2001, 2(1): 60-67. Li Bingcheng. Notes on Mingshui(Jiduanshui)River and Mingze Lake of the Han and Tang Dynasties. Dunhuang Research, 2001, 2(1): 60-67. |
| 61 |
张景平. 历史时期疏勒河水系变迁及相关问题研究. 中国历史地理论丛, 2010, 25(4): 15-30. Zhang Jingping. Research on the Shule River's water system evolution in historical peoriods and related issues. Journal of Chinese Historical Geography, 2010, 25(4): 15-30. |
| 62 |
郭小芹, 李岩瑛, 曹玲. 气候变化对疏勒河流域径流量影响研究. 安徽农业科学, 2009, 37(35): 17595-17598. Guo Xiaoqin, Li Yanying, Cao Ling. Study on the impacts of climate changes on the runoff in Shule River basin. Journal of Anhui Agricultural Science, 2009, 37(35): 17595-17598. DOI:10.3969/j.issn.0517-6611.2009.35.127 |
| 63 |
Chen Fahu, Wu Wei, Holmes J A et al. A Mid-Holocene drought interval as evidenced by lake desiccation in the Alashan Plateau, Inner Mongolia, China. Chinese Science Bulletin, 2003, 48(1): 1-10. DOI:10.1007/BF03183324 |
| 64 |
Zhao Y, Yu Z, Chen F H et al. Holocene vegetation and climate change from a lake sediment record in the Tengger Sandy Desert, Northwest China. Journal of Arid Environments, 2008, 72(1): 2054-2064. |
| 65 |
Chen F H, Shi Q, Wang J M. Environmental changes documented by sedimentation of Lake Yiema in arid China since the Late Glaciation. Journal of Paleolimnology, 1999, 22(1): 159-169. |
| 66 |
Pachur H J, Wünnemann B, Zhang H C. Lake evolution in the Tengger Desert, Northwestern China, during the last 40000 years. Quaternary Research, 1995, 44(1): 171-180. |
| 67 |
Long H, Lai Z P, Fuchs M et al. Timing of Late Quaternary palaeolake evolution in Tengger Desert of Northern China and its possible forcing mechanisms. Global and Planetary Change, 2012, 92-93(1): 119-129. |
| 68 |
李育. 季风边缘区湖泊孢粉记录与气候模拟研究. 兰州: 兰州大学博士论文, 2009. 17~25 Li Yu. The Pollen Records from Lake Sediments and Climate & Lake Model in the Marginal Area of the Asian Monsoon. Lanzhou:The Doctoral Dissertation of Lanzhou University, 2009. 17~25 |
| 69 |
Reimer P J, Baillie M G L, Bard E et al. IntCal 09 and Marine 09 radiocarbon age calibration curves, 0-50000 years cal BP. Radiocarbon, 2009, 51(1): 1111-1150. |
| 70 |
Brown T A, Farwell G W, Grootes P M et al. Radiocarbon AMS dating of pollen extracted from peat samples. Radiocarbon, 1992, 34(1): 550-556. |
| 71 |
Regnéll J. Preparing concentrates for AMS dating——A methodological study from a hard-water lake in Southern Sweden. Boreas, 1992, 21(1): 373-377. |
| 72 |
Vandergoes M J, Prior C A. AMS dating of pollen concentrates:A methodological study of Late Quaternary sediments from south Westland, New Zealand. Radiocarbon, 2003, 45(1): 479-491. |
| 73 |
Li Y, Wang N A, Morrill C et al. Environmental change implied by the relationship between pollen assemblages and grain-size in N. W. Chinese lake sediments since the Late Glacial. Review of Palaeobotany and Palynology, 2009, 154(1): 54-64. |
| 74 |
隆浩, 张静然. 晚第四纪湖泊演化光释光测年. 第四纪研究, 2016, 36(5): 1191-1203. Long Hao, Zhang Jingran. Luminescence dating of Late Quaternary lake-levels in Northern China. Quaternary Sciences, 2016, 36(5): 1191-1203. |
| 75 |
Long H, Lai Z P, Wang N A et al. Holocene climate variations from Zhuyeze terminal lake records in East Asian monsoon margin in arid Northern China. Quaternary Research, 2010, 74(1): 46-56. DOI:10.1016/j.yqres.2010.03.009 |
| 76 |
Smith M J, Goodchild M F, Longley P A; 杜培军, 张海荣, 冷海龙译. 地理空间分析——原理、技术与软件工具. 北京: 电子工业出版社, 2009. 49~140 Smith M J, Goodchild M F, Longley P A; Translate by Du Peijun, Zhang Hairong, Leng Hailong. Geospatial Analysis:A Comprehensive Guide to Principle, Techniques and Software Tools. Beijing:Publishing House of Electronics Industry, 2009. 49~140 |
| 77 |
Wang Y, Li Y, Zhang C Q. Holocene millennial-scale erosion and deposition processes in the middle reaches of inland drainage basins, arid China. Environmental Earth Sciences, 2016, 75(6): 1-15. |
| 78 |
Wolman M G, Gerson R. Relative scales of time and effectiveness of climate in watershed geomorphology. Earth Surface Processes, 1978, 3(2): 189-208. DOI:10.1002/(ISSN)1096-9837 |
| 79 |
Bull W B, Schick A P. Impact of climatic change on an arid watershed:Nahal Yael, Southern Israel. Quaternary Research, 1979, 11(2): 153-171. DOI:10.1016/0033-5894(79)90001-2 |
| 80 |
Lavee H, Imeson A C, Sarah P. The impact of climate change on geomorphology and desertification along a Mediterranean-arid transect. Land degradation & development, 1998, 9(5): 407-422. |
| 81 |
Jin L Y, Chen F H, Morrill C et al. Causes of Early Holocene desertification in arid Central Asia. Climate Dynamics, 2012, 38(1): 1577-1591. |
| 82 |
隆浩, 王乃昂, 李育等. 猪野泽记录的季风边缘区全新世中期气候环境演化历史. 第四纪研究, 2007, 27(3): 371-381. Long Hao, Wang Nai'ang, Li Yu et al. Mid-Holocene climate variations from lake records of the East Asian monsoon margin:A multi-proxy and geomorphological study. Quaternary Sciences, 2007, 27(3): 371-381. |
| 83 |
张虎才, 王强, 彭金兰等. 柴达木察尔汗盐湖贝壳堤剖面介形类组合及其环境意义. 第四纪研究, 2008, 28(1): 103-111. Zhang Hucai, Wang Qiang, Peng Jinlan et al. Ostracod assemblages and their paleoenvironmental significance from Shell Bar section of paleolake Qarhan, Qaidam Basin. Quaternary Sciences, 2008, 28(1): 103-111. |
| 84 |
李育, 王乃昂, 李卓仑等. 河西走廊盐池晚冰期以来沉积地层变化综合分析——来自夏季风西北缘一个关键位置的古气候证据. 地理学报, 2013, 68(7): 933-944. Li Yu, Wang Nai'ang, Li Zhuolun et al. Comprehensive analysis of lake sediments in Yanchi Lake of Hexi Corridor since the Late Glacial. Acta Geographica Sinica, 2013, 68(7): 933-944. |
| 85 |
王岳, 李育, 张成琦等. 干旱区湖泊沉积物代用指标意义——猪野泽表层沉积物样品为例. 兰州大学学报(自然科学版), 2014, 50(6): 816-823. Wang Yue, Li Yu, Zhang Chengqi et al. Meanings of proxies of lake sediments in arid region:Surface sediments in Zhuye Lake. Journal of Lanzhou University (Natural Sciences), 2014, 50(6): 816-823. |
| 86 |
孙千里, 周杰, 肖举乐. 岱海沉积物粒度特征及其古环境意义. 海洋地质与第四纪地质, 2001, 21(1): 93-95. Sun Qianli, Zhou Jie, Xiao Jule. Grain-size characteristics of Lake Daihai sediments and its paleoenvironment significance. Marine Geology & Quaternary Geology, 2001, 21(1): 93-95. |
Abstract
Quaternary paleolakes are widely distributed in arid China, and the sedimentary records of these lakes can be used as research materials. The Hexi Corridor is located in the arid region of China; besides, the Shiyang River drainage basin(36°29'~39°17'N, 101°41'~104°16'E) is in the eastern part of the Hexi Corridor, and the Shule River drainage basin(42°48'10″~38°23'48″N, 93°21'27″~99°1'20″) is in the western part. In order to understand the climatic, environmental, geological and geomorphologic evolution around the north boundary of summer monsoon water vapor transport zone, we analyzed spatial features of the Shiyang River and the Shule River drainage basins including DEM, slope, aspect, earth surface roughness and section. Furthermore, we also analyzed ages, sedimentary facies, deposition and erosion rates, grain sizes, geochemical proxies and pollen proxies of these two drainage basins. According to the spatial analysis, Zhuye Lake area of the Shiyang River drainage basin is a basin-shaped region, and the logistic regression model of this area is P(1)=1/[1+e-(1356.0930759+0.00004759D-1359.3707216R+1.32323064S)]. The height from the bottom to top of the basin is around 180m. The distance from modern river, slope and earth surface roughness can affect the probability of lake existence in this region. Based on the sedimentary records, climate of the Shiyang River drainage basin is humid during the Early and Middle Holocene and is relatively arid in the Late Holocene. Therefore, the stable terminal lake have existed during the Early and Middle Holocene and have disappeared later. On the other hand, Gumingze of the Shule River drainage basin is a narrow basin-shaped region, and the logistic regression model of this area is P(1)=1/[1+e-(1266.439446+0.006063DE+0.00000752D-1275.58117R+1.0918188S)]. The height from the bottom to top of the basin is around 200m. The DEM, distance from modern river, slope and earth surface roughness can affect the probability of lake existence in this region. In the Shiyang River drainage basin, sediments with pollen and geochemical materials are deposited in the middle and lower reaches during Early Holocene, so the river power is relatively strong and the climate is humid; however, the sediments from middle reaches are eroded in the Late Holocene, and the climate is relatively dry. Therefore, a temporary lake have existed for a short time and disappeared in the Late Holocene due to arid climate. The sedimentary records of the Shule River are similar with those of the Shiyang River, but the aridification appears later than the Shiyang River drainage basin. Based on the results above, we can know that the summer monsoon have reached western part of the Hexi Corridor in Early and Middle Holocene, but retreated back to the eastern part in the Late Holocene when the western part is affected by the westerly winds.