17卷1期
2008年2月自 然 灾 害 学 报
JOURNAL OF NAT URAL D I S ASTERS Vol .17,No .1Feb .2008收稿日期:2007-11-30; 修订日期:2008-01-11
基金项目：江西省防灾减灾研究基金重点资助项目(JXJZ200502)
作者简介：傅敏宁(1973-)，男，高级工程师，主要从事气象防灾减灾、环境科学技术研究.E 2mail:wgf mn@sina 文章编号:100424574(2008)0120134205
傅敏宁1,2，郑有飞1，樊建勇3，俞 炳1
(1.南京信息工程大学，江苏南京210044; 2.江西省气象局江西南昌330046; 3.江西省气象科学研究所，江西南昌330046)
摘要：鄱阳湖地区是国家十大生态功能保护区之一和国际重要湿地，在粮食安全、调蓄洪水、调节气
候、生物多样性保护以及改善长江中下游的生态环境等方面具有重要作用。受全球气候变化影响，鄱
阳湖地区暴雨、洪涝、地质灾害、雷电、风雹、高温、冻害、病虫害等各种气象及相关灾害频发，严重威胁
着环鄱阳湖地区的生态环境和城市基础设施安全。运用系统工程原理和方法，对鄱阳湖地区气象卫
星、天气雷达、高空探测、地面观测、雷电探测、大气成分与生态监测等多种实时监测技术手段进行了 集成，建立了天、空、地基三位一体的立体化综合观测系统。该系统可对环境系统中大气、水、土壤、生
物等多种要素和变量进行动态观测，获得生态环境和气象灾害等指标的三维立体监测信息，为当地生
态环境影响和气象灾害的预报预警提供科学的观测依据。
关键词：鄱阳湖；生态环境；气象灾害；监测
中图分类号:X43 文献标识码:A
Ecolog i ca l env i ronm en t and m eteorolog i ca l d is a ster m on itor i n g system
i n Poyang Lake area:desi gn and appli ca ti on of the system
F U M in 2ning 1,2,Z HE N
G You 2fei 1,F AN J ian 2yong 3,Y U B ing 1
(1.Nanjing University of I nf or mati on Science &Technol ogy,Nanjing 210044,China; 2.J iangxi Pr ovincialMeteor ol ogical
Bureau,Nanchang 330046,China; 3.J iangxi Pr ovincialMeteor ol ogical Research I nstitute,Nanchang 330046,China )
Abstract:The Poyang Lake is one of the ten nati on 2wide ecol ogical p r otected areas and an i m portant internati onal wetland,Poyang lake p lays the i m portant r ole of contr olling fl oods,adjusting
l ocal cli m ate,decomposing pollu 2tants,p r otecting bi ol ogical diversity and i m p r oving ecol ogical envir onment of m iddle 2l ower Yangzi R iver .I nfluenced by gl obal cli m ate change heavy st or m s,fl oods,landslide,thunderbolt,gale,hail,heat waves,freezing,insect disease etc .and related disasters happened frequently,greatly threatened ecol ogical envir onment and the safety of urban infrastructures ar ound the Poyang Lake .W ith the vie wpoint of syste matic engineering p rinci p le,this research ai m s t o integrate multi 2techniques of meteor ol ogical satellite,Dopp ler radar,upper air and aut omated surface ob 2serving stati ons,thunder detect ors,at m os phere compositi on monit oring stati ons,agricultural meteor ol ogical stati ons etc .t o establish s pace 2air 2surface based observing syste m with three 2di m ensi onal detecting ability .This syste m could dyna m ically measure vari ous para meters of at m os phere,water,land,bi os phere of the envir onment,obtain three 2di m ensi onal infor mati on of ecol ogical envir on ment and disastr ous weather,p r oviding scientific supports t o i m 2pact assess ment of l ocal agricultural ecol ogical envir on ment and meteor ol ogical disaster f orecasting and early 2warn 2ing .
Keywords:Poyang Lake;ecol ogical envir
onment;meteor ol ogical disaster;monit oring
鄱阳湖是我国第一大淡水湖，位于我国中东部、长江中下游南岸的江西省北部，是与长江连通的天然湖泊。鄱阳湖是在距今约1.35亿a 前经过地质运动沉陷而成一个巨大的盆地，逐渐积水成为湖泊。鄱阳湖水
系流域面积16.22万km 2，约占江西省国土总面积的97%，占长江流域面积的9%。其水系年均径流量为
1525亿m 3，约占长江流域年均径流量的16.3%，湖体最大面积可达5000km 2。鄱阳湖汇集了江西省境内
赣、抚、饶、信、修五大河流来水，向北外泄进入长江干流。鄱阳湖在汛期可以接纳长江水量，因此对于长江具
有重要的天然调蓄洪功能[1]。
鄱阳湖地区是我国重要的粮食生产和农产品基地，拥有丰富的自然资源，对江西省经济社会可持续发展具有举足轻重的影响。同时，鄱阳湖湖区是陆地、水生、湖泊、森林等多种生态系统和社会经济系统的复合体，是国际重要湿地和我国十大生态功能保护区之一。该地区生态系统食物链条交错复杂，
生物多样性丰富，在稳定农业生产、降解环境污染、维持生态环境安全和调节气候等方面有重要意义。
随着江西省城市化和工业化的推进，环鄱阳湖城市和经济圈正在形成。与此同时，受全球气候持续变暖影响，鄱阳湖地区暴雨、洪涝、地质灾害、雷电、风雹、高温、冻害、病虫害等各种气象及相关灾害频发、重发，严重威胁环鄱阳湖地区生态环境和城市基础设施安全，乃至对整个区域经济社会可持续发展以及生态安全
造成潜在影响[2]。因此，从环鄱阳湖区域气候变化和经济社会发展特点出发，设计和构建鄱阳湖地区生态
环境与气象灾害监测系统，对于保护湖区生态环境、减缓和适应气候变化、增强突发气象灾害及其次生衍生的监测预警能力具有重要作用。
1 设计思路和原则
1.1 总体思路
大气是地球环境系统各圈层中最活跃的部分，极端天气气候事件和气候变化将对社会经济系统和自然生态系统造成显著的影响。气候变化不仅受大气圈内部的热力、动力过程的作用，同时还与构成气候
系统的各大圈层(水圈、生物圈、岩石圈和冰雪圈)及其相互作用密切相关。根据I PCC 第四次评估报告的结论，人
类活动造成的温室气体和气溶胶的排放“很可能”平台期
(90%以上的可能性)是导致气候变化的主要原因。近100a 来由于人类活动影响，大气中二氧化碳等温室气体含量增加，全球平均地表气温上升了约0.74℃。与1980-1999年相比,21世纪末全球平均地表温度可能会升高1.1～6.4℃[3]
。气候变化将对鄱阳湖地区农业生产和生态环境质量产生明显影响，其作用可能是正反馈也可能是负反馈，影响分析中的不确定因素很多。由于鄱阳湖区域特殊的地理位置和独特的生态系统，对该地区的生态环境、气象灾害和气候变化进行综合监测分析，对于研究和揭示气候变化背景下日益增多的气象灾害对鄱阳湖生态环境的影响具有重要价
值[4]。
设计和构建鄱阳湖地区生态环境和气象灾害监测系统，必须充分运用系统工程原理和方法[5]
，对鄱阳湖地区气象卫星、天气雷达、高空探测、地面观测、雷电探测、大气成分与生态监测等多种实时监测技术手段进行了集成，建立了天、空、地基三位一体的立体化综合观测系统。建立天基、空
基、地基三位一体的立体化综合观测系统。该系统可对环境系统中大气、水、土壤、生物等多种要素和变量进行动态观测，以获得生态环境和气象灾害等指标的三维立体监测信息，为当地生态环境影响和气象灾害预报预警提供观测科学依据。
1.2 设计原则
1.2.1 充分依托现有站网资源鄱阳湖地区生态环境和气象灾害监测系统庞大，观测内容丰富，涉及大气及相关圈层的观测对象和项目较多。因此，应当遵循集约化原则进行设计，充分依托现有站网资源，在环鄱阳湖区域现有气象观测站点的基础上，增加观测项目和要素，并与区域内环保、农业、林业、国土资源等部门的观测站网实现数据共享，形成集约化、开放式的综合观测系统。
1.2.2 紧密结合科学目标，实施重点观测
围绕鄱阳湖区域气候变化及其对社会经济、自然生态系统可能造成的影响设计科学目标，对环鄱阳湖区・531・1期傅敏宁等：鄱阳湖地区生态环境与气象灾害监测系统
域突发性气象灾害、气候变化状况、植被、土地沙化、环境质量进行重点观测，了解和掌握各种环境因子变化之间的内在联系，为进一步提高天气预报、气候预测、生态环境影响评价的科学性和准确性服务。
1.2.3 天基、空基、地基多种观测技术和手段相结合
采用气象卫星、新一代天气雷达、数字化雷达、地面自动气象站、高空气球探测、雷电探测、大气成分与环境质量监测、边界层探测、生态环境监测、GPS 基准水汽观测、土壤水分和地下水位观测等多种观测技术及手段相结合，提高气候系统多圈层综合观测能力，获得立体观测数据。江西省教育资源公共服务平台
1.2.4 统一观测规范和标准，实现观测资料共享
坚持按照统一规范和标准，实现部门间观测资料的共享，结合各部门的观测重点和优势，进一步设计观测要素、规范和标准，科学确定观测时间和频次，加强卫星—地面观测数据综合分析能力，分步实施，构建集
成平台，以满足多部门对生态环境和气象灾害监测系统观测资料的需求[6]。
2 系统构成及功能
鄱阳湖地区生态环境和气象灾害监测系统主要包括：生态环境观测子系统、气象灾害观测子系统等2大部分。
2.1 生态环境观测子系统
2.1.1 基准气候观测
地面基准气候观测主要是通过应用基准的观测方法，使用高稳定性的观测仪器，以及选择观测环境具有代表性并能保持长期稳定的气象观测场所，来获取具有代表性、准确性和高稳定性的气候基准资料。环鄱阳湖区域基准气候观测的主要观测要素为降水和气温，同时开展风速、总辐射、地表温度等要素的辅助观测。
2.1.2 生态环境监测
鄱阳湖区域气候复杂，生物多样，生态类型众多，不同生态系统之间物质、能量、热量通量交换差异很大。在陆面过程和边界层耦合模式中不同地表植被生态类型水、热通量交换和能量平衡存在显著差异。生态-大气过程综合观测的目标是针对不同的生态系统类型进行近地层C O 2、热、水汽通量以及土壤层结构特征观测。
文化贸易逆差(1)鄱阳湖区面积变化监测
以E OS/MOD I S 卫星遥感数据为基本数据源，对湖区进行土地覆盖变化监测，了解和掌握汛期和非汛期湖面面积变化，同时用于反演湖体面积、容积、深度、水体浑浊度，计算湖水表层温度、湖冰、湖水水、江河入
湖口水等，对鄱阳湖水质进行监测[7-8]。
(2)生态环境遥感监测
综合应用国内外气象、资源卫星高时空分辨率的遥感资料，对环鄱阳湖区域城市、农田、森林、湿地、陆地、湖泊等典型生态系统进行监测，重点对湖区农作物长势、农作物面积、森林宏观生长状况、富营养化等进行监测。
以南昌农田生态环境监测站为中心，建立湖口、南昌县相配合的鄱阳湖区农田生态观测系统。增加叶面积指数、光合、呼吸、蒸腾等生理指标以及地物光谱观测、稻田甲烷(CH 4)通量、农药残留量观测。
(3)森林生态观测
依托林业和流域管理部门的观测站，按照国家有关生态气象观测规范，开展森林生长状况、病虫害、蓄积量、凋落物量、树木胸径、高度、种类组成、郁闭度、密度、落结构等观测。
(4)湿地生态观测
依托现有湖区自动气象站，建立昌邑湿地生态自动观测站，加强与鄱阳湖国家级湿地自然保护区的合
枸骨叶冬青作，联合开展地表水位、地下水位、水深、水温、水质和湿地及水体分布、面积、生物多样性观测和调查[9]。
(5)城市发展—生态环境观测
在环鄱阳湖区域的南昌、九江、景德镇、鹰潭、上饶5个城市开展城市生态气候观测，见图4。主要包括：城市雾霾、城市边界层扩散、城市小气候、城市热岛、环境空气质量、花粉、负离子等项目的观测，研究分析城市发展对生态环境的影响。
(6)大气成分观测
以庐山国家大气成分观测站为中心，九江、南昌国家气候观象台相配合，建立鄱阳湖区域大气成分观测・631・自 然 灾 害 学 报 17卷
系统。配备现场采样系统和连续监测仪器设备，开展大气成分的现场采样或自动连续监测，开展对TSP 、细颗粒物(P M 1,P M 10)、酸沉降、黑炭、能见度、二氧化硫(S O 2)、氮氧化物(NO X )、臭氧(O 3)、一氧化碳(CO )、大气辐射、二氧化碳(CO 2)、气溶胶光学特性、酸雨、负离子等项目的现场采样或自动连续监测。
2.2 气象灾害观测子系统
气象灾害观测子系统由环鄱阳湖区域新一代天气雷达、地面自动气象站、雷电定位观测站、大气电场监测站、风能观测站、太阳能观测站、高空探测站、卫星遥感探测站、中规模卫星接收站等组成。该子系统主要以中尺度天气系统为主要观测对象，具有进行地面与高空多要素综合、准连续观测的能力，其空间分辨率为中-β尺度，资料更新最小周期为5～6m in，可为短时临近预报警报提供较高时空分辨率的观测资料。
2.2.1 新一代天气雷达
在鄱阳湖南面的南昌、北面的庐山和东面的上饶各布设1部新一代天气雷达。南昌新一代天气雷达海拔高度95m ，九江新一代天气雷达海拔高度1374m ，上饶新一代天气雷达海拔高度149m ，分别从不同高度实现对区域突发气象灾害的实时监测。
2.2.2 地面气象观测
在鄱阳湖区周围的九江、庐山、星子、德安、永修、湖口、南昌、南昌县、进贤、都昌、波阳、余干12个市、县气象台站布设6～7要素自动气象站，主要观测降水、气温、气压、湿度、风向、风速、总辐射、蒸发等，用于提供区域暴雨和突发性灾害天气的天气尺度背景地面气象要素场；在环鄱阳湖区的天气敏感区和重要雨情区布设18个区域气象观测站，形成鄱阳湖区中尺度气象观测站网，区域气象观测站主要布设在湖周围、湖心洲、河流入口等地方，其中部分站同时承担雷达校准雨量站的功能。
2.2.3 雷电定位监测
分别在环鄱阳湖区域的南昌、九江、景德镇、上饶、鹰潭5市气象台站各布设1部雷电定位监测站，组成环鄱阳湖区域云地闪定位监测网。该网采用甚低频多参数高精度雷电监测定位仪技术，可以实时显示环鄱阳湖区域闪电的频次、位置和时空分布。其观测资料可用于对雷电、暴雨、大风、冰雹、森林雷击火灾等气象灾害进行监测、预报。雷电定位监测资料与新一代天气雷达和卫星遥感等资料相融合，可以提高灾害性天气预报的准确率，延长预警时间。
2.2.4 基准水汽观测(GPS/MET )
在环鄱阳湖区域周边的九江、德安、都昌、永修、南昌、进贤、波阳、余干8个气象站布设基准水汽(GPS/MET )观测站，站间距最大为84.1k m ，最小为31.6k m ，平均间距57.3km ，见图3。利用基准水汽观测数据，可反演可降水汽量的变化信息和电离层电子总含量，提高大气水汽含量监测的精度和空间、时间分辨率，弥补该区域无线电探空和气球探空的不足，以提高中短期气象预报和空间天气预报能力。
3 监测数据分析与应用
根据现有气象台站及其观测资料，对鄱阳湖区域的温度、降水、生态环境变化进行诊断分析，可以得到湖区生态环境变化的一些初步结论
黎曼
。
图1 1992-2007年鄱阳湖同期水域面积变化趋势
Fig .1 Change trand of water area of Boyang Lake during 1992-2007
3.1 鄱阳湖区水域面积历史变化
由于自然因素和人类活动的影响，鄱阳湖区水体面积
变化较大，变动范围为1000～5000km 2，有“丰水一大片,
枯水一条线”的说法。根据对1992-2007年15a 间的卫
星遥感数据(2001年同期数据缺失)进行解译分析，获得
鄱阳湖水域面积近年来呈逐渐缩小的变化趋势，见图1。
分析表明，鄱阳湖水域面积最大的年份是1995年，为4
786km 2，最小的年份是2006年，为2886k m 2。其中,20
世纪90年代平均面积为3898k m 2，比2002-2007年的
平均值高11%。2006年，全省年平均降水量为1678mm ，较常年略偏多。降水时空分配不均，呈现北少南多，春、夏季偏多，秋、・731・1期傅敏宁等：鄱阳湖地区生态环境与气象灾害监测系统
冬季偏少的现象。但由于自2006年8月至2007年4月份降水偏少,
鄱阳湖流域上游来水减少，加上长江上游四川、重庆等地出现严重的高温干旱，导致汛期长江上游来水偏少，长江水位偏低，致使鄱阳湖水位连续9个月突破历史同期最低水位[10]，至8月30日，鄱阳湖水面只有1866km 2
，仅为多年平均的54%。2006年8
月30日至2007年4月11日共五个时次监测结果表明，鄱阳湖水域面积持续低于2000km 2，处于典型的枯
水期。
3.2 土地沙化严重
综合监测结果表明，鄱阳湖区土地沙化严重，现有沙化土地面积近4.0万h m 2[11]。与20世纪80年代相
比，湖区土地沙化具有明显加大的趋势，鄱阳湖风化沙和流动沙以3～5m /a 的速度向湖区外围推进，侵占和吞没大量农田，造成沙化面积不断扩大。气候异常是导致鄱阳湖区土地沙化的重要原因,2003年特大高温干旱以及2006-2007年的旱情，一度使鄱阳湖部分湖滩、湖床呈裸露现象。同时，人为采沙活动也影响和破坏了对湖滩植被和生态环境。
3.3 湿地退化严重
综合监测结果表明，鄱阳湖持续较长时间的干涸现象，导致了湿地面积的锐减和生态功能的缺失。据调查结果，除距水体10m 以内的湖滩还保持湿地特征外，稍远的湖滩表面迅速变硬，基本失去了湿地的生态功能。距水体15m 以外，地表呈干涸状况，出现许多裂缝和裂口，一般裂口宽度直径达2～3c m ，地表草皮、植被枯死。鄱阳湖湿地功能的退化，导致候鸟栖息、觅食、繁殖过程和其他动植物种、落受到严重影响。据统计,2006年在鄱阳湖越冬栖息的候鸟只有40多万只，比2005年同期减少了43.6%，有关部门必须引起高度重视。4 结语
鄱阳湖作为中国第一大淡水湖泊，其区域气候状况在研究气候变化方面具有重要的指示作用。鄱阳湖区域受气候变化影响发生的自然生态系统的适应和改变也具有重要的研究价值。目前建立的鄱阳湖区域气候变化综合观测系统虽然已经在气候分析和生态环境影响中发挥了积极作用，使人们对环鄱阳湖区域的气候环境变化取得了一定的科学认知，但在设计和实施方面尚有不够完善之处，例如有些观测项目在综合性、科学性、精确性方面仍存在欠缺，有待下一步工作中逐步改进。
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