印度西北部喜马拉雅山脉地区，Jhelum河在末次小冰期期间的洪水事件以及Wular湖扩张的树木年轮证据

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Tree-ring evidence of late little ice age Jhelum River floods and Wular Lake expansion in Kashmir, northwest Himalaya, India

气候变化对喜马拉雅高海拔地区河流径流模式的影响及其社会经济后果研究。基于7个喜马拉雅雪松树轮网络的 moisture-sensitive数据分析，重建了459年（1559-2017）杰卢姆河径流记录，揭示了年际至十年际尺度径流变化及长期水文挑战。研究显示，19世纪早期径流最高与晚小冰期气候特征吻合，同时验证了瓦卢尔湖历史水位变化，发现中16-18世纪长期干旱与径流低稳相关。通过对比西北喜马拉雅独立降水、干旱和径流记录，证实了海洋振荡（NAO、PDO、ENSO）对水文变异的显著控制作用，并发现杰卢姆河大洪水与人口统计下降存在时空关联。

　　

维克拉姆·辛格 | 拉姆·R·亚达夫 | 克里希纳·G·米斯拉 | 巴哈杜尔·S·科特利亚 | 阿努普·K·辛格 | 阿贾伊·K·塔卢尔 | 索姆·杜特 | 德鲁夫·S·辛格

印度北阿坎德邦贾伊哈里卡尔市巴克特达尔尚政府P.G.学院地质系，邮编246193

摘要

全球平均气温上升和降水量减少的共同影响严重改变了高海拔喜马拉雅河流的流量模式。这种异常的高/低流量模式是导致高海拔喜马拉雅地区社会经济灾难的主要原因。我们基于仪器记录的理解仅限于过去几十年，这限制了我们对当前水文挑战的预测能力。因此，为了补充观测记录并填补数据空白，我们利用来自印度西北部喜马拉雅地区查谟和克什米尔地区七个喜马拉雅雪松树轮年表的湿度敏感网络，首次提供了杰赫勒姆河的流量记录（459年，公元1559–2017年）。树轮年表显示，降水量与树轮宽度呈正相关，而与温度呈负相关，这表明湿度在喜马拉雅雪松的生长过程中起着关键作用。重建的杰赫勒姆河流量数据反映了年际到十年尺度的变化，并突显了克什米尔河谷长期面临的水文挑战。我们的重建结果显示，在19世纪早期的小冰期（LIA）末期，杰赫勒姆河流量达到最高，并表明杰赫勒姆河流域曾多次发生洪水。有趣的是，由杰赫勒姆河补给的乌拉尔湖的历史记录也验证了我们的结果，显示该湖泊在19世纪初期扩张到了最大规模。与此相反的是，16世纪中期到18世纪期间，杰赫勒姆河流量持续偏低且稳定，表明该地区经历了严重的干旱条件，这与乌拉尔湖水位下降密切相关。为了验证我们的结果，我们将杰赫勒姆河流量数据与西北喜马拉雅地区独立获得的降水量、干旱和河流流量数据进行了比较，发现它们之间存在很强的相关性。此外，杰赫勒姆河流量与克什米尔地区的人口统计数据也有密切关联，数据显示在高流量和洪水期间，该地区的人口大幅减少。

引言

过去一千年的气候极其复杂，主要受小冰期（LIA，16世纪至19世纪中期）和中世纪暖期（MWP，900–1300年）的影响。MWP期间气温高于平均水平，随后是气温低于平均水平且冰川扩张的时期，这是北半球的典型特征（Lamb, 1965; Bradley and Jones, 1993; Mann, 2002）。小冰期是一个相对较短的气候现象，伴随着一系列自然灾害，包括火山喷发、冰川扩张和太阳活动极小期（Crowley, 2000; Miller et al., 2012）。小冰期引起的降温和冰川扩张在各大洲引发了多种灾难性事件，如雪崩（Mann, 2002）、村庄和农田的消失（Pfister, 2006; Nussbaumer and Zumbühl, 2012）、干旱和饥荒（Zheng et al., 2014; Gao et al., 2021）。同样，西北喜马拉雅地区在1650年代至1850年代也经历了小冰期，其特点是降雨量增加，18至19世纪的温度最低（Yadav et al., 2011; Singh et al., 2021）。道尔顿太阳活动极小期期间的低温以及坦博拉火山喷发的影响也反映在印度喜马拉雅地区的树轮记录中（Yadav et al., 2015; Singh et al., 2024）。最近的研究还观察到，自小冰期以来，喜马拉雅冰川的质量加速减少（Shekhar et al., 2017; Lee et al., 2021）。

尽管发生了这些事件，但几个世纪以来西北喜马拉雅地区频繁记录到洪水造成的严重后果，导致自然资源和人员伤亡（Allen et al., 2016; Ballesteros-Cánovas et al., 2020; Shugar et al., 2021）。这种水文变异性可能与西北喜马拉雅地区小冰期的结束有关。近几十年来，降水量过多或不足是该地区洪水和干旱的主要原因。然而，与持续降雨相关的高海拔湖泊溃决也会对该地区的水文状况产生严重影响（Allen et al., 2016; Shugar et al., 2021）。杰赫勒姆河是克什米尔河谷的生命线，它为该地区的各种水电项目、市政用水和农业用水提供支持。克什米尔河谷的流量由冰川融水、季节性积雪以及季风和非季风季节的降雨共同决定（Sharma et al., 2012; Romshoo et al., 2015）。然而，洪水和干旱对该地区的社会经济造成了巨大压力，这在杰赫勒姆河流域非常常见。最近的一个例子是2014年，杰赫勒姆河（查谟和克什米尔）的洪水流量达到了克什米尔地区有记录以来的最高水平（Mishra, 2015; Bhatt et al., 2017; Kumar and Acharya, 2016）。这次毁灭性洪水之后，由于长期干旱和降雨不足，克什米尔河谷在2016年和2017年经历了严重的干旱。2016年，杰赫勒姆河在桑加姆的水位降至过去55年来的最低点。2017年情况更加恶化，杰赫勒姆河的水位降至过去61年来的最低点。了解自小冰期以来此类灾难性洪水和干旱的严重性和重复性，对于采取适当的缓解措施至关重要。然而，由于观测记录较短，我们对杰赫勒姆河流域洪水和干旱长期变化的理解仍然有限（Romshoo et al., 2015）。基于此，我们在查谟和克什米尔的基什特瓦尔地区进行了实地调查，收集了树轮宽度增量样本。

尽管之前已有许多研究人员尝试了解树木生长与气候的关系，并分析西部喜马拉雅地区的降水量、温度和干旱指数等气候变量的长期模式（Hughes and Davies, 1987; Bhattacharyya et al., 1988; Borgaonkar et al., 1994; Yadav, 2011, Yadav, 2013; Sano et al., 2012, Sano et al., 2013; Shah et al., 2018, Shah et al., 2019; Yadav et al., 2014, Yadav et al., 2015, Yadav et al., 2017; Misra et al., 2021, Misra et al., 2021, Yadava et al., 2016, Yadava et al., 2021; Singh et al., 2017, Singh et al., 2021, Singh et al., 2022a, Singh et al., 2022b, Singh et al., 2022c, Singh et al., 2022d, Singh et al., 2024），但这些研究表明，平均温度和降水量是西北喜马拉雅地区树木生长的主要限制因素。然而，在寒冷干燥的拉胡阿尔-斯皮蒂地区（Himachal Pradesh），2月至3月的最低温度也与树木生长有关（Singh et al., 2022c, Singh et al., 2024）。喜马拉雅山脉为千年古老的树种提供了天然庇护所（Yadav, 2012; Misra et al., 2020; Singh and Yadav, 2021），但迄今为止，来自印度西部喜马拉雅地区的基于树轮的河流流量记录仍然非常有限（Singh and Yadav, 2013; Shah et al., 2013; Misra et al., 2015; Singh et al., 2022d）。此外，直接与河流流量相关的、对降水量敏感的生态环境中的树轮年表已被广泛用于重建年分辨率的河流流量（Wise, 2010; Margolis et al., 2011; Yang et al., 2012; Singh and Yadav, 2013; Cook et al., 2013; Misra et al., 2015; Rao et al., 2018, Rao et al., 2020）。然而，由于偏远地区难以找到合适的树轮采样点以及河流流量测量数据的有限性，查谟和克什米尔的树轮河流流量研究仍然不足。本研究首次利用来自查谟和克什米尔地区湿度压力较大生态环境中的喜马拉雅雪松树轮数据网络来重建杰赫勒姆河的流量。西北喜马拉雅地区的水文状况主要受中纬度西风的影响，这些西风在冬季和春季将水分从地中海和大西洋带入该地区。因此，海洋振荡，如北大西洋涛动（NAO）、太平洋十年涛动（PDO）、厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）等，对西部喜马拉雅地区的水文变量有显著影响（Dimri, 2013; Yadav, 2011, Yadav, 2013; Misra et al., 2015; Singh et al., 2022a）。产生年生长的树木在其年轮序列中记录了环境信息，因此我们的目标是：（i）利用数据稀缺的查谟和克什米尔地区的树轮年表网络，将杰赫勒姆河的流量记录扩展到仪器记录之外；（ii）分析杰赫勒姆河流量在年际到百年尺度上的变化；（iii）探索海洋强迫与高海拔喜马拉雅河流流量变化之间的联系。

节选

树轮数据

在本研究中，我们使用了来自查谟和克什米尔基什特瓦尔地区湿度压力较大区域的喜马拉雅雪松（Cedrus deodara (Roxb.) G. Don）的树轮材料。基什特瓦尔地区通常属于干燥温带森林，年降水量很少超过1000毫米（Champion and Seth, 1968）。在整个查谟和克什米尔地区中，基什特瓦尔的年降水量最低，因此被列为全州最易发生干旱的地区（匿名）。

喜马拉雅雪松的树轮年表

在本研究中，使用了来自查谟和克什米尔基什特瓦尔地区7个湿度敏感地点的127棵树的169个喜马拉雅雪松样本来建立年表。最长的年表来自萨扎尔采样点，持续时间为625年（公元1393–2017年），最短的来自阿托利，持续时间为428年（公元1590–2017年）（图S1）。使用年表统计得出的年表跨度仅为EPS > 0.85，平均敏感性范围为0.27至0.46。

重建的杰赫勒姆河流量分析

杰赫勒姆河流量在个别年份以及连续年份中的高低变化（表S2）与来自中亚干旱地区的过去洪水记录和河流流量记录高度一致。美国地质调查局报告（O'Connor and Costa, 2004）指出，1958年7月由于降水量过多/融雪，阿姆河（哈萨克斯坦）发生了洪水。类似的早期记录显示，1957年8月至9月，克什米尔河谷几乎被洪水淹没（Bhatt et

结论

本研究使用了来自查谟和克什米尔基什特瓦尔地区7个湿度压力较大地点的喜马拉雅雪松树轮年表网络。树轮宽度年表与从前一年10月到当前年份9月的区域降水量序列呈正相关。然而，全年范围内，树轮宽度年表与温度呈负相关，除了

作者贡献

概念化： 维克拉姆·辛格；拉姆·R·亚达夫。

数据收集： 维克拉姆·辛格；拉姆·R·亚达夫；克里希纳·G·米斯拉；巴哈杜尔·S·科特利亚；阿努普·K·辛格。

数据整理： 维克拉姆·辛格；拉姆·R·亚达夫。

正式分析： 维克拉姆·辛格；拉姆·R·亚达夫。

调查： 维克拉姆·辛格；拉姆·R·亚达夫；克里希纳·G·米斯拉；巴哈杜尔·S·科特利亚；阿努普·K·辛格；阿贾伊·K·塔卢尔；索姆·杜特；德鲁夫·S·辛格。

初稿撰写： 维克拉姆·辛格；拉姆·R·亚达夫。

审稿与编辑： 维克拉姆·辛格；拉姆·R·亚达夫；克里希纳·G·米斯拉；

CRediT作者贡献声明

维克拉姆·辛格：审稿与编辑，初稿撰写，验证，方法论，调查，正式分析，数据整理，概念化。拉姆·R·亚达夫：审稿与编辑，初稿撰写，验证，监督，方法论，调查，正式分析，数据整理，概念化。克里希纳·G·米斯拉：审稿与编辑，方法论，调查，数据整理。巴哈杜尔·S·科特利亚：审稿与编辑，调查。阿努普·K·辛格：

未引用参考文献

Romshoo et al., 2018

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

VS衷心感谢巴克特达尔尚政府P.G.学院贾伊哈里卡尔分校校长L. R. Rajvanshi教授，以及勒克瑙大学地质系主任。VS和KGM还感谢BSIP主任提供的所有必要设施。河流流量数据由查谟和克什米尔灌溉与防洪部门规划与设计司提供。我们衷心感谢尊敬的编辑和两位审稿人的宝贵意见和建议。