中国冰冻圈水文过程变化研究新进展

冰冻圈显著的变化已经对冰冻圈水文过程产生了一系列影响。本文重点梳理和分析了近20年，尤其是近10年以冰川融水、融雪径流、冻土水文等为主体的中国冰冻圈水文过程变化研究方面取得的新进展：①在冰川融水变化研究方面，对不同尺度的冰川融水开展了全面研究，发现冰川融水呈现全面增加之势；对冰川融水"拐点"是否出现进行了科学辨识，有了基本认识；对冰川融水过程进行了模型模拟，取得显著进展。②在融雪径流变化研究方面，通过对不同流域融雪径流估算，可基本掌握各河流的融雪贡献率；中国融雪径流变化差异较大，增减不一；融雪期变化具有普遍性，突出特点是峰值提前。③在冻土水文研究方面，通过对地表水-活动层壤中流-多年冻土层上水之间关系的研究，揭示了冻土区径流形成的重力和热力耦合机制；多年冻土变化对地表径流的影响已经显现，主要表现在冬季（枯水季）径流增加；已经发现多年冻土退化对径流有直接补给作用，在一些流域补给量可能达到一定量级。     

中国冰冻圈水文过程变化研究新进展

冰冻圈显著的变化已经对冰冻圈水文过程产生了一系列影响。本文重点梳理和分析了近20年，尤其是近10年以冰川融水、融雪径流、冻土水文等为主体的中国冰冻圈水文过程变化研究方面取得的新进展:①在冰川融水变化研究方面，对不同尺度的冰川融水开展了全面研究，发现冰川融水呈现全面增加之势；对冰川融水"拐点"是否出现进行了科学辨识，有了基本认识；对冰川融水过程进行了模型模拟，取得显著进展。②在融雪径流变化研究方面，通过对不同流域融雪径流估算，可基本掌握各河流的融雪贡献率；中国融雪径流变化差异较大，增减不一；融雪期变化具有普遍性，突出特点是峰值提前。③在冻土水文研究方面，通过对地表水-活动层壤中流-多年冻土层上水之间关系的研究，揭示了冻土区径流形成的重力和热力耦合机制；多年冻土变化对地表径流的影响已经显现，主要表现在冬季（枯水季）径流增加；已经发现多年冻土退化对径流有直接补给作用，在一些流域补给量可能达到一定量级。     

寒区和干旱区水文研究的回顾和展望

寒区和干旱区水文研究冰川,积雪,冻土,高寒山区和山前地带已初步形成了较完整的观测实验和研究体系,８０年代以来,在冰川融水径流,出山径流形成的观测实验,寒区水文过程,冰川作用流域水文过程和大气过程相互关系。乌鲁木齐地区的水资源问题,气候对水资源的影响,高亚洲冰冻圈水文,冰川洪水和融雪径流以及干旱区水文等方面已取得了多项研究成果,近年来,寒区和干旱区水文水资源的研究在内陆河流域水资源合理开发利用与社会     

中国西部寒区流域冰川水文调节功能研究

冰川作为固体水库以“削峰填谷”的形式显著调节径流丰枯变化,冰川的水文调节功能对于中国西北干旱区至关重要。使用现有VIC-CAS模型模拟得到中国西部寒区2014—2100年径流预估数据,从趋势和波动变化相结合的视角,基于径流变差系数法,构建了冰川水文调节指数（Glacier_R）,分析了9个寒区流域冰川径流变化的稳定性,详细剖析了历史时期（1971—2010年）和未来到21世纪末这些流域冰川水文调节功能的强弱变化。结果表明：历史时期及RCP2.6和RCP4.5情景下,除长江流域外,青藏高原其余流域的冰川径流减小时间节点为2020s,西北内陆河流域则为2010s。历史时期及RCP2.6和RCP4.5情景下至21世纪末,尽管西部寒区大部分流域的冰川径流呈减少趋势,但波动幅度减小或无明显变化,冰川径流稳定性增强或无变化。总体上,西北内陆河流域的冰川水文调节功能较高,青藏高原流域的冰川水文调节功能较低。RCP2.6和RCP4.5情景下,至21世纪末,西部寒区各流域冰川水文调节功能均呈现减弱趋势,西北内陆河流域减弱更加显著,如RCP4.5情景下,木扎提河冰川水文调节功能降幅达25.4%,而青藏高原各流域的冰川水文调节功能一直处于较低水平。从年代际变化来看,1970s—2010s是寒区流域冰川水文调节功能较强的时期,1980s和2000s两个时段冰川水文调节功能尤强;RCP2.6和RCP4.5情景下,未来到21世纪末,冰川调节功能明显减弱。减弱的时间节点不同,最早为1970s,最晚为2020s。     

THE RESPONSE OF RIVER DISCHARGE TO CLIMATE WARMING IN COLD REGION OVER CHINA

文章总结了近期我国冰冻圈变化对水文过程影响研究的主要成果.研究表明,过去50年全球变暖已经对我国主要寒区河流径流产生了影响.实测资料和模拟结果均表明气候变暖导致冰川径流的显著增加,但未来气候变暖导致的冰川径流峰值大小和出现时间取决于冰川规模和升温速率.同时冰川融化加剧已经导致青藏高原冰川补给湖泊面积扩大、水位上升,随着气温的变暖,冰川减薄后退、冰川融水增多、冰湖库容增加,结果是洪水总量在不断增大,洪水频率也在不断增加;气候变暖已经导致融雪径流过程提前,改变了径流的年内分配;冻土退化使径流年内过程趋于平缓,主要是由于随着冻土退化,冻土的隔水作用减小,一方面使冻土区地表径流减少,有更多的地表水人渗变成地下水,使流域地下水水库的储水量加大,导致冬季径流增加;另一方面,入渗区域的加大和活动层的加厚,使流域地下水库库容增加,使流域退水过程更为缓慢.     

天山南坡阿克苏流域冰川物质平衡及其融水径流对气候变化的响应研究

冰川融水是西北干旱区水资源重要组成部分,定量评估其变化对中、下游生态环境保护和工农业经济可持续发展具有重要意义。本文基于国家气象台站日降水和气温资料、数字高程模型(DEM)以及第一次冰川编目数据,利用度日模型模拟了天山南坡阿克苏流域1957—2017年冰川物质平衡及其融水径流变化,分析了融水径流组成及其对气候变化的响应。结果表明：1957—2017年流域年平均物质平衡为-94.6 mm w.e.,61年累积物质平衡为-5.8 m w.e.。流域冰川物质平衡线呈显著上升趋势,年均上升速率为1.6 m/a。研究区年均融水径流量为53.1×10⁸ m³,融水增加速率为0.24×10⁸ m³/a,融水径流及其组成分量均呈显著增加趋势。在气候暖湿化背景下,流域降水的增加使得冰川区积累量增加,在剧烈的升温作用下,冰川消融加剧,气温对融水径流的作用增大,因此冰川物质平衡亏损产生的水文效应增强。研究结果可提升区域冰川水资源效应变化及其影响的认识。     

天山南坡清水河流域径流过程对气候变化的响应

干旱区的高山寒区水文过程对气候变化特别敏感,冰川、积雪和冻土变化产生的水文效应对下游水资源供给具有重要影响.以天山南坡清水河流域为研究区域,通过分析水文站径流变化,结合流域上游山区巴伦台的气象资料,研究了高寒流域在气候变化背景下径流过程的响应特征.结果表明:降水变化决定着径流过程,但气温上升对径流产生额外影响;气温变化产生的径流变化对径流产生延迟效应,冬季径流明显增加.南疆天山地区冬季积雪较少,产生的春季融水径流不明显;夏季降水和径流同期出现,使得高寒山区水文过程对固体降水变化不敏感;冻土退化产生的水文效应使冬季径流增加明显.为应对气候变化对水文过程产生的影响,应加强山区水库建设,通过工程措施调节,保障持续的水资源供给和利用.     

天山南坡高冰川覆盖率的木扎提河流域水文过程对气候变化的响应

木扎提河是天山南坡冰川面积覆盖率最大（48.2%）的河流, 流域径流过程对气候变化极为敏感, 为了合理管理和规划水资源, 确保水资源的可持续利用, 亟需定量评估气候变化对该流域水文过程的影响。以VIC-CAS分布式水文模型为计算平台, 利用实测的径流和两次冰川编目间的冰川面积变化数据开展了模型的多目标参数化校正和验证, 有效提高了模拟结果的“真实性”, 然后通过数值模拟结果结合观测数据定量解析了流域径流的组成、 变化特征及对气候变化的响应机理。结果表明： 木扎提河总径流集中在暖季（5 - 9月）, 占全年总径流量的77.9%, 冰川径流、 融雪径流和降雨径流分别占总径流量的66.6%、 26.4%和7.0%。1971 - 2010年木扎提河流域气温和降水呈显著增加趋势, 由于降水的增加, 降雨和融雪径流均呈增加趋势, 但冰川径流呈现明显减少趋势, 导致总径流呈现下降趋势。在RCP4.5情景下, 未来该流域气温呈现明显升高趋势, 降水表现为微弱下降趋势; 气候变暖后, 更多降水以降雨形式发生, 未来降雨径流将明显增加, 降雪和融雪径流已于20世纪90年代达到峰值, 随后明显减少; 冰川面积将持续萎缩, 冰川径流于21世纪10年代达到拐点, 随后明显减少, 导致河道总径流量也将明显减少。     

第三极地区冰川径流研究进展北大核心CSCD

青藏高原是地球上除南北极之外冰川面积最大的区域,被称为地球“第三极”。全球变暖导致该地区冰川普遍退缩,融水释放成为冰川径流,使得下游河川径流发生重大变化,给下游流域水资源利用与管理带来挑战。然而由于第三极地区特殊的地形和复杂的气候,加上冰川水文过程内在的复杂性,使得冰川径流的研究十分困难。本文总结了目前关于冰川径流研究的几类主要方法:直接观测法、遥感观测法、水量平衡法、水化学示踪法和冰川水文模型法,其中冰川水文模型法使用最为广泛。在第三极地区,前人利用这些方法对于冰川径流的研究结果表明,自20世纪90年代以来,冰川径流普遍呈现上升趋势,但是其对于总径流的贡献同时受气候条件和流域内冰储量的影响,存在显著的空间差异;总体来看,位于西风控制区的流域的冰川径流贡献普遍大于季风控制区的流域。未来变化方面,除部分冰储量较大的西风区流域(塔里木河、印度河)外,第三极地区大多数流域冰川径流将在本世纪中叶前达到峰值。但是目前由于观测不足、模型物理机制简化等制约,对于第三极地区冰川径流的研究存在很大的不确定性,未来需要开展更多观测、开发更先进的冰川水文模型以提高第三极地区冰川径流研究的准确性,进而为该地区水资源利用与管理和防洪减灾工作提供科学依据。     

1956-2006年阿克苏河径流变化及其对区域水资源安全的可能影响

应用新疆塔里木河流域天山南坡阿克苏河流域1956-2006年的实测径流资料, 分析了阿克苏河流域各支流径流变化的特征与趋势. 结果表明, 近50 a来, 阿克苏河流域径流量呈显著的增加趋势, 其中冰川融水是其主要贡献量. 径流量在1994年发生了增多的跃变, 原因可能是气温持续升高引起冰川消融径流急剧增多, 导致以冰川融水补给为主的河流径流量大增. 这种趋势能够持续多久, 取决于未来的气候变化及流域上游冰川系统的响应. 随着冰川的加剧退缩和较小冰川的消失, 短期内会给阿克苏河流域带来丰富的水资源;但是随着冰川补给峰值过后径流量逐渐减小, 将会给塔里木河流域带来严重的水资源和生态安全问题. 冰川的强烈退缩, 还会带来一系列的洪水灾害问题.     

水文模型在估算冰川径流研究中的应用现状

冰川径流估算是气候变化风险评估和水资源可持续管理的重要内容.冰川径流估算方法主要包括:直接观测法、冰川物质平衡法、水量平衡方程法、水化学示踪法和水文模型法.本文首先对五种方法的应用情况进行简要总结,进而重点阐述水文模型法在估算冰川径流研究中的应用现状.水文模型法是冰川径流估算研究中使用最频繁的方法,使用方式主要包括耦合冰川模块和开发新的冰川水文模型.冰川水文模型中的消融算法主要包括温度指数模型(度日因子法)、修正的温度指数模型、能量平衡模型.受当前观测条件限制,修正的温度指数模型兼顾能量平衡模型和温度指数模型的优势而成为冰川水文模型中最流行的方法.随着学科的发展进步,能量平衡模型与水文模型的耦合将会成为未来的研究重点,发展大尺度分布式冰川水文模型是冰川水文学的未来发展方向之一.     

Glacier changes and its effect on water resources in Urumqi River Basin,Tianshan Mountains,China, from 1964 to 2014

This work investigated changes in glaciers over the Urumqi River Basin from 1964 to 2014, and its role in the local water resource. Based on the glacier outlines on 1964, 2005 and 2014 derived from topographical maps and satellite images, the glaciers shrank 32.51% of the surface area between 1964 and 2005, and 12.12% between 2005 and 2014, respectively. The corresponding area reduction rate increased from 0.77%/a in 1964–2005 to 1.21%/a in 2005–2014, suggesting accelerated glacier retreat in recent decades. Our results showed that hydrological regime variability in both glacierized and non-glacierized catchments of the Urumqi River Basin was dependent on the current glacier conditions. Furthermore, glaciers with the area of 1–2 km² contributed most to the water resources in this region, but their regulation effects to river runoff were weakening. Accordingly, the accelerated glacier retreat was a dangerous signal for local water resource, and the continuous future glacier monitoring under the global warming were desperately needed.     

青藏高原及其周边地区冰川融水径流无机水化学特征研究进展

冰川融水径流是冰川流域物质运移的重要通道, 对其水化学特征和变化的研究有助于揭示冰川作用区物质的生物地球化学循环过程, 并为认识和评价冰川消融对自然环境和人类生活的影响提供基础。青藏高原及其周边地区分布着除两极以外最大储量的冰川, 近年来在气候变暖背景下冰川加速退缩消融。该地区冰川融水径流中各类化学组分的变化及其气候环境效应研究逐渐成为热点。因此, 通过概述青藏高原冰川融水径流中无机化学组分的含量和时空变化特征, 并总结离子和元素的主要来源及常用的物源追踪手段, 进一步综合分析得到： 冰川融水径流中离子和微量元素的含量及变化特征受冰川消融、 基岩性质、 径流水文特征和其他水体物理化学过程等因子和过程的共同影响。在总结该研究领域现存问题的基础上进行了展望, 认为应加强观测和基础数据积累, 厘清无机水化学组分的输移规律, 深入揭示影响水化学组分变化的多因素的协同拮抗作用机制, 评价冰川融水径流水化学的气候环境效应, 为应对青藏高原冰川消融带来的环境变化提供科学指导。     

概念性水文模型在出山径流预报中的应用

根据HBV水文模型的基本原理，建立了西北干旱区内陆河出山径流概念性水文模型。该模型反映了我国西部山区流域的径流形成特征，将山区流域划分为高山冰雪冻土带和山区植被带两个基本海拔景观带来对山区径流的形成和汇流过程进行模拟计算，以常规气象站的月气温和降水量为模型的初始输入，模拟计算月出山径流量。应用该模型对河西走廊黑河祁连山北坡的山区流域水量平衡进行了模拟计算，并对年径流和逐月分配进行了预报。结果表明，从枯水年到丰水年，降水量、蒸发量、径流量和径流系数均增加，而冰川融水和积雪融水对出山径流的补给比重则减少，这表明了冰雪融水对径流的具有调节作用。黑河山区流域径流系数远比干旱内流区的平均值大，但要小于全国的平均径流系数。所提出的内陆河山区流域出山径流的模拟和预报模型对年径流量和月分配的预报具有较好的精度，可用于黑河以及其他西北干旱区内陆河出山径流的预报，为内陆河流域中下游的水资源分配和开发利用提供依据。     

Characteristics and influencing factors of runoff changes in the upper Shule River basin from 1954 to 2016北大核心CSCD

River runoff is an important water resource in the arid region of northwest China. Under the back⁃ ground of climate change,the exploration on change characteristics and influencing factors of river runoff is of great significance for understanding the law of river hydrological change. Based on the daily discharge of Chang⁃ mabao hydrological station,the observation materials from meteorological stations and radiosonde stations,and the first and second Chinese glacier inventory,the variation characteristics and possible influencing factors of runoff in the upper Shule River were systematically analyzed by using the linear trend,empirical mode decompo⁃ sition and hierarchical multiple regression. The results show that the annual runoff of the upper Shule River showed a significant increasing trend during 1954-2016,with a rate of 1. 00×108 m3·（10a）-1. Both runoff in flood period and non-flood period also showed a similar increasing trend. The runoff suddenly changed in 1999 and had two oscillation periods of about 15a and 7a,among them the 15a oscillation period was the most signifi⁃ cant. Both cumulative positive temperature and precipitation were the main climatic factors affecting the runoff in the upper Shule River,which can explain more than 80% of the runoff change. There was a significant posi⁃ tive correlation between the summer runoff in the upper Shule River and the height of 0 ℃ layer. It means that the height changes of 0 ℃ layer can be used to predict the runoff change of the river in flood period,which provides an important reference for evaluating the runoff change of glacial melt recharge rivers in the arid re⁃ gion of northwest China. From 1966 to 2006,the ice volume in the upper Shule River basin decreased by about 5. 77 km3,indicating that glacier changes play a crucial role in the change and regulation of runoff in the basin. © Journal of Glaciology and Geocryology 2022.     

Snowmelt runoff prediction under changing climate in the Himalayan cryosphere: A case of Gilgit River Basin

There are serious concerns of rise in temperatures over snowy and glacierized Himalayan region that may eventually affect future river flows of Indus river system. It is therefore necessary to predict snow and glacier melt runoff to manage future water resource of Upper Indus Basin(UIB). The snowmelt runoff model(SRM) coupled with MODIS remote sensing data was employed in this study to predict daily discharges of Gilgit River in the Karakoram Range. The SRM was calibrated successfully and then simulation was made over four years i.e. 2007, 2008, 2009 and 2010 achieving coefficient of model efficiency of 0.96, 0.86, 0.9 and 0.94 respectively. The scenarios of precipitation and mean temperature developed from regional climate model PRECIS were used in SRM model to predict future flows of Gilgit River. The increase of 3 C in mean annual temperature by the end of 21 th century may result in increase of 35-40% in Gilgit River flows. The expected increase in the surface runoff from the snow and glacier melt demands better water conservation and management for irrigation and hydel-power generation in the Indus basin in future.