新疆冰川、积雪对气候变化的响应(II):灾害效应

新疆地区冰川、积雪广泛分布,在其融水补给河川径流的同时,也常伴有冰川洪水、融雪洪水、冰湖突发洪水、冰川泥石流、冰雪崩和风吹雪等冰雪灾害发生,这些灾害对当地居民居住地以及重要国防干线的安全运营形成较大威胁.冰川、积雪变化直接影响到冰雪灾害发生的程度与影响范围,新疆的冰川洪水和冰湖突发洪水灾害主要发生在塔里木河流域的喀喇昆仑山、昆仑山以及天山南坡西部一带,融雪洪水灾害主要发生在新疆北部的阿勒泰地区、塔城地区和天山北坡一带,冰川泥石流、冰雪崩灾害主要发生在帕米尔高原、天山西段和西昆仑山地区,风吹雪主要在天山中、西段地区.随着全球气候变暖,尤其是新疆从1987年开始的气候由暖干向暖湿的转型,冰川退缩加剧,融水量增大,冰川洪水和冰川泥石流灾害随着冰川融水径流的增加而增多;而融雪洪水、雪崩和风吹雪随着气候变化引起的冬季积雪增加和气温升高,其灾害强度在增强;冰崩灾害随着气温升高引起的高山冰体崩解而呈增加趋势.在新疆地区,冰雪灾害主要表现为冰雪洪水,已观测到近十几年来在气候变化影响下冰雪洪水发生的频次和强度有增加的趋势,塔里木河流域的冰湖溃决洪水和冰川洪水及北疆春季的冰凌和融雪洪水已对当地的生命财产和社会经济发展带来巨大危害,新疆的水资源安全、灾害等问题日益凸显.预计未来,随着气候增温引起的冰雪融水径流的增加,相关的冰雪灾害增多,因而增加了冰雪灾害的危险程度,并可能形成若干新的灾害点.面对气候变化诱发的众多冰川、积雪灾害,目前还缺乏对灾害监测、预测预警方面的适应对策.因此,在全球气候变化不断加速的趋势下,冰雪灾害应引起有关方面的足够重视,加强气候变化对冰雪灾害的影响评估和适应性管理对策研究,使科学技术在减灾方面发挥主导作用.     

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     

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.     

祁连山北坡流域冰川物质平衡波动及其对河西水资源的影响

祁连山北坡各流域发育有现代冰川 2 166条 ,总面积 13 0 8km2 ,冰储量 60km3,冰川融水补给河流约 8× 10 8m3·a-1,占河西地表总径流量的 11% .近 4 0a来 ,东段石羊河流域冰川物质平衡 (Bn)呈较大负平衡 ,Bn在 - 80～ - 12 0mm间 ;西段的讨勒河、疏勒河和党河流域冰川具正物质平衡 ,Bn在+ 5 0～ + 90mm ;黑河流域的冰川处于过渡区 ,其冰川物质平衡多年平均在 - 4 0～ + 4 0mm间 .冰川物质平衡的变化直接影响着河流径流的变化 ,洪水坝河、党河和昌马河的冰川融水补给率达 3 0～ 4 0 %以上 ,东大河、大渚马河、马营河和讨勒河的补给率在 12 %～ 14 %之间 ,而西营河和梨园河仅有 7%左右 .冰川物质平衡逐年变化显示 ,2 0世纪 5 0～ 70年代冰川以负物质平衡为主 ,80年代开始向正的平衡开始转化 ,90年代以正平衡为主 ,主要是冬季气温上升引起的降雪量增加的结果 .在全球气温变暖情景下 ,东段冰川物质平衡将呈增加的趋势 ,西段冰川物质平衡将呈下降的趋势 ,将使西段以冰川融水补给的河流径流增加 ,而东段石羊河流域径流下降明显 .     

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。     

气候变化对乌鲁木齐河流域水资源的影响

分析了乌鲁木齐河流域近40 a来的气候变化及其气候要素与冰川融水、降水径流的关系.结果表明:高山冰川区融水径流的变化主要受气温变化影响,冰川区夏季6~8月累积气温每增加0.5℃,流域37.95 km2冰川产生的融水量将增加3.3514×106m3;近期气温再升高0.5℃,冰川融水年平均径流量将达到35×106m3.降水对中高山径流的影响较大,每增加20 mm降水量,降雨径流量增加8.9×106m3,40 a来其变化呈略增加趋势,年平均增加量为0.4095×106m3,与冰川融水增加量相当;降水与冰川融水径流量增加百分率相比,增加幅度较小.最后提出了减少污染,增加植被覆盖面积等应对气候变化对水资源影响的措施.     

融水径流分割研究回顾及展望

全球气候变暖引起雪冰（积雪/冰川）消融、冻土退化,融水径流量显著增加。不同融水径流分割方法可以量化河流径流的融水比例,反映高寒区雪冰变化及其对气候变暖的响应。评述了不同径流分割方法的原理及其优缺点,并着重介绍了同位素/化学径流分割的计算方法及示踪剂选择。对比分析各研究流域融水径流分割结果,详细讨论影响融水径流变化的主要因素。针对同位素径流分割方法的理想化假设,提出了量化不确定性的的拓展研究。最后,阐述了随着高频采样技术的完善,同位素径流分割研究的发展前景。     

1961—2006年叶尔羌河上游流域冰川融水变化及其对径流的影响

叶尔羌河是塔里木河的主源之一,发源于喀喇昆仑山北坡,冰川融水是其主要补给.以叶尔羌河流域库鲁克栏杆水文站以上流域国家气象台站的月降水与月气温资料、90 m分辨率的数字高程模型(DEM)以及1970年代的冰川分布矢量数据为基础,利用冰川度日因子融水径流模型重建了叶尔羌河上游流域平均冰川物质平衡、冰川融水径流序列,分析了叶尔羌河上游流域冰川融水径流变化的特征、趋势及其对河流径流的影响.结果表明:1961—2006年流域冰川平均年物质平衡为-163.1 mm,累积物质平衡为-7.5 m,平衡线平均海拔为5 395.7 m.1991年之后流域冰川物质平衡呈显著负平衡,平均年物质平衡为-301.2 mm,1991—2006年与1961—1990年相比平衡线平均高度上升了64.2 m.1961—2006年流域年平均冰川融水径流深为807.7 mm,冰川融水对河流径流的补给比重为51.3%;2000年之后冰川融水对河流径流的补给比重增大到63.3%,与多年平均值相比冰川融水对河流径流的贡献在2000年后明显增大.     

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.     

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.     

2050年前气候变暖冰川萎缩对水资源影响情景预估

根据有不确定性的综合预测 ,到 2 0 5 0年左右青藏高原温度可比 2 0世纪末升高 2 .5℃左右 ,其导致冰川强烈消融的夏季升温为 1.4℃ ,将使平衡线上升 10 0m以上 .冰舌区消融冰量超过积累区冰运动来的冰量 ,冰川出现变薄后退 ,初期以变薄为主融水量增加 ,后期冰川面积大幅度减少 ,融水量衰退 ,至冰川消亡而停止 .考虑冰川大小 ,冰川类型响应气候变暖的敏感性有重大差别 ,应用新编中国冰川目录的统计数据 ,选择若干区域 ,预估 2 0 5 0年前冰川萎缩对水资源影响情景 .祁连山北麓河西地区 ,天山北麓准噶尔盆地南缘 ,天山南麓吐鲁番 哈密盆地的多数出山河流的冰川 ,以面积小于 2km2 者占绝对优势 ,对气候变暖最为敏感 ,衰退迅速 ,本世纪初期出现融水量高峰 ,中期融水量减少 ,对每条河流的影响以 10 6～ 10 7m3 ·a-1计 .少数流域如疏勒河、玛纳斯河等 ,冰川融水量占河川径流 1/ 3以上 ,有若干 5～ 30km2 左右中等规模冰川存在 ,预期至本世纪中期才出现融水高峰 ,融水增加值以 10 8m3 ·a-1计 .塔里木盆地周围高山冰川总面积达 2 2 0 0 9km2 ,有面积超过 10 0km2 、冰舌为厚表覆盖的大冰川 2 2条 ,退缩缓慢 ,冰川融水量在叶尔羌河、玉龙喀什河与阿克苏河等占 5 0 %～ 80 % .现在塔里木河干流主要靠天山西南部     

新疆阿勒泰地区的洪水特性

受洪水补给来源和阿尔泰山山势影响,阿勒泰地区洪水发生时间比新疆其他以高山永久积雪和冰川融水补给为主的河流偏早。因此,从认识洪水特性、预防洪水灾害角度出发,对阿勒泰地区洪水发生机制、时空分布和变化特点进行分析研究是很有必要的。利用阿勒泰地区各主要河流1960~2011年历年洪峰、冬季和汛期降水、气温和700hPa高空温度资料,对洪水发生机制、时空分布和变化特点进行分析。结果表明:(1)本区洪水类型有融雪型洪水、融雪与降水混合型洪水和暴雨型洪水;(2)洪水与冬季积雪和汛期气温、降雨有关;(3)汛期过程相对短,主汛期发生时间以5月下旬至6月中旬期为主;(4)洪水挟沙能力强,汛期含沙量占年含沙量近90%;(5)暴雨洪水多发生于阿勒泰地区的中东部区域河流上;(6)全区洪水具有同步性,洪水年际变化相对小。     

新疆阿尔泰山区克兰河上游水文过程对气候变暖的响应

额尔齐斯河支流克兰河上游发源于西风带水汽影响的阿尔泰山南坡,主要由融雪径流补给,年内积雪融水可占年径流量的45%.年最大月径流一般出现在6月份,融雪季节4~6月径流量占65%.流域自20世纪60年代开始明显升温,年平均温度从50年代的1.4℃上升到90年代的5.2℃;年降水总量也呈增加趋势,尤其是冬季和初春增加最多.随着气候变暖,河流年内水文过程发生了很大的变化,主要表现在最大月径流由6月提前到5月,月径流总量增加约15%,4~6月融雪径流量也由占年流量的60%增加到近70%.在多年变化趋势上,气温上升主要发生在冬季,降水也以冬季增加明显,而夏季降水呈下降趋势;水文过程主要表现在5月径流呈增加趋势,而6月径流为下降趋势;夏季径流减少而春季径流增加明显.冬春季积雪增加和气温上升,导致融雪洪水增多且洪峰流量增大,使洪水灾害破坏性加大.近些年来气候变暖引起的年内水文过程变化,已经对河流下游的城市供水和农牧业生产产生了影响.     

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。     

中国冰冻圈水文未来变化及其对干旱区水安全的影响

受气候变暖持续影响, 中国冰冻圈水文过程正在发生着显著变化。在梳理已有过去冰冻圈融水变化基础上, 重点分析了冰冻圈融水径流未来变化特点, 尤其是对冰川融水拐点及温升2 ℃阈值情况下, 到2050年和21世纪末, 冰川融水的可能变化进行了辨析, 进而研判了冰冻圈水文变化对流域、 重点是干旱区内陆河流域水安全的影响。研究表明, 中国未来大部分流域冰川融水径流总体呈现减少趋势, 并呈现冰川径流持续减少、 在不久的将来出现峰值和持续增加三种情况; 单条冰川融水可能会出现拐点, 而且拐点是否出现和出现的时间与升温速率和冰川面积大小有关; 在流域尺度上, 冰川覆盖率较大、 大型冰川面积占比较高的流域, 到2050年融水径流持续稳定增加; 冰川规模较小的流域, 冰川径流峰值早已出现; 介于上述两种情况之间的大多数流域, 冰川融水峰值在2020 - 2030年相继出现或变化呈现不显著增加或减少, 相对稳定; RCP情景温升2 ℃阈值下, 到21世纪末, 西北干旱区冰川融水量减少34% ~ 74%。冰冻圈水文变化导致水源涵养能力下降、 径流补给量减少、 对水资源的调节作用减弱、 流域径流变化幅度增加、 发生旱涝的风险增加、 春汛提前进而影响用水制度。     

祁连山森林覆盖区河川径流组成与时空变化分析

利用祁连山水源林生态系统定位研究站长期（２２ａ）观测资料,对其河川径流组成及时空变化分析表明,祁连山河川径流一个水文年可划分为枯水径流期,雪融水径流期和洪水径流雨３个时期。发源于祁连山高海拔森林覆盖区的河流均有混合补给型河流,水源补给主要有地下径流,雪融水径流,降水径流（地表径流,表层潜流,壤中流）和冰川融水径流,径流组成受水源补给影响,径流分配降受降水影响外还受到高山冰川,积雪和森林的影响,同时     

新疆阿克苏河流域洪水演变趋势研究

全球气候变暖将加剧水循环,增大洪水风险。阿克苏河流域位于天山南坡,是北半球中纬度典型的高山流域。本流域不仅有暴雨洪水、冰川和积雪融水造成的洪水,而且还有冰川溃决突发洪水。以阿克苏河的两条支流库玛拉克河和托什干河为研究对象,利用块最大值抽样方法（block maximum）和超定量阈值（peak over threshold,POT）抽样方法提取出1958—2011年的洪水事件,其中基于POT方法在两条支流分别提取106次和112次洪水事件,主要集中在6月、7月和8月份。研究表明：阿克苏河的两条支流库玛拉克河和托什干河的年最大洪水强度分别以8.48 m³?s^-1和3.40 m³?s^-1的速率增加;在洪水发生时间上,以冰川融水补给为主的库玛拉克河,洪水发生时间有提前的趋势,而以降雨和融雪水补给为主的托什干河,洪水发生时间变得更加分散,表现为春季最大洪水提前、秋季最大洪水推后。     

天山南坡黄水沟与清水河寒区流域极端水文事件对气候变化的响应

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,近几十年来新疆区域洪水呈显著加重趋势,尤其是南疆区域洪水明显加剧. 以天山南坡黄水沟与清水河寒区流域为研究区域,通过分析水文站极端水文事件,结合流域上游山区巴伦台气象站资料,研究了高寒山地流域在气候变化背景下极端水文过程出现时间、年最大和最小径流的响应特征. 结果表明：1986年是水文过程的突变点,从1986年开始随着降水、气温的增加,河流径流量呈增加趋势;最大年径流出现时间从6月中下旬推迟到7月下旬;最大径流和最小径流与年径流量呈正相关关系,最大径流与夏季降水关系密切,而最小年径流与冬春季的气温关系密切. 随着1986年以来的气温升高,冻土退化产生的水文效应使冬季径流增加明显,也使年最小径流明显增大;1986年以来降水变化决定着年径流量增加,使年最大径流集中出现在夏季且量级增大. 总体来讲,20世纪80年代中期以后山区河流年极端洪峰量增大,洪水量增多,年际间变化幅度明显增大,从而对下游造成更严重的灾害. 因此,加强气候变化对寒区流域水资源和洪水灾害的影响评估,使科学技术在减灾方面发挥主导作用.     

新疆冰川湖溃决洪水发生规律的初步探讨

新疆冰川湖溃决洪水(以下简称冰洪)起落迅猛,洪峰很高。常常对下游地区的工农业生产和人民生命财产造成严重的危害。本文试分析这种特殊洪水的规律性,为防治冰洪害提供科学依据。新疆的冰洪发生在昆仑山和天山的西部地区,比较典型的流域有昆仑山北坡的叶尔羌河和克里雅河及天山南坡的昆马力克河.这些河流都发源于高山冰川,冰雪融水所占的比例很高。