SRM融雪径流模型在长江源区冬克玛底河流域的应用

冬克玛底河流域作为青藏高原腹地长江源区典型代表性高寒山区流域,有较大面积的冰川、积雪存在。本文以冬克玛底河流域2005年5~10月的实测水文、气象资料为基础,运用SRM融雪径流模型对不同分带数对融雪径流模拟效果的影响和不同测站气温分别作为气温驱动变量对融雪径流模拟效果的影响分别进行了模拟试验。结果表明：不同分带会对SRM模型融雪径流量模拟产生一定的影响;而不同的气温作为驱动变量对模拟的效果影响很大,这表明SRM模型对气温驱动变量非常敏感。同样根据流域内径流与气温降水的相关分析看到日径流量与气温相关性较好,线性相关系数最好达到0.72,而径流与降水线性相关系数为0.20。根据以上模拟实验和相关分析选择合适的分带和具有代表性的站点气温,SRM模型模拟的两个优度指标最好可达到Nash-Sutcliffe 系数 (R2) = 0.83和体积差 (Dv) = 0.95%。 考虑到SRM 模型对气温的敏感性,利用最终选择的模拟方案并结合气温升高1 ^oC气候情景假设来考虑气温、降水和径流之间的关系。模拟结果表明：气温升高1 ^oC后,(1) 模拟时期内的径流总量由原来模拟的25.5 × 10⁶ m³增加到33 × 10⁶ m³;(2) 冰川物质平衡线从原来的 5600上升到5750米,冰川消融区从5.8 km²增大到13.5 km²,冰川消融量增加,对径流量的贡献明显增大。(3) 气温的升高加速积雪融化并改变降水形态是径流在5~6月变大的主导因素。7~10月份的径流变大则主要是由于冰川消融。     

近50 a来乌鲁木齐河源区径流变化及其机理研究

 乌鲁木齐河源区径流是供给中下游地区和乌鲁木齐市的重要水源。通过对河源区3个水文断面（1号冰川、空冰斗和总控）有观测记录以来的径流变化研究,一方面提供径流观测的最新资料,使人们对乌鲁木齐河源区径流近期变化有新的认识;另一方面通过对气候、冰川变化的综合分析,揭示乌鲁木齐河源区径流近50 a变化事实和可能的原因。结果表明：河源区3个水文断面径流自有观测记录以来整体上呈增加趋势,其中总控水文断面径流虽有增加,但不显著。影响3个水文断面径流变化的因素不同,1号冰川水文断面径流变化受控于冰川区热量条件,当消融期气温大于2 ℃时,径流呈加速增长。1号冰川径流不仅包含了冰川对气候变化的瞬时响应,也包含了冰川对气候变化的滞后响应,由冰川物质平衡和面积计算的冰川体积损失量变化较好地验证了径流变化。对于空冰斗融雪径流,降水量多寡是导致径流变化的主导因素,但冰斗区固态降水多,气温亦起着不可忽视的作用。总控水文断面径流大小与气温和降水关系比较复杂,表现为近年来气温和降水增加,径流却有下降趋势,这可能与河源区实际蒸散增强、冰川快速退缩导致径流峰值已经出现、大范围冻土消融导致的地下渗漏量增多等原因有关。     

天山东段冰雪消融与产汇流水文过程——以乌鲁木齐河源区为例

应用天山北坡乌鲁木齐河源区1 号冰川、空冰斗和总控3 个水文断面2011 年5-9 月每10min 实测水位数据、15 min 的气温、降水数据、1 号冰川消融及空冰斗区积雪观测数据,采用排除和不排除降水对冰雪消融产流影响的研究方法,系统分析了不同冰川覆盖率下水文断面冰雪消融特征及产汇流过程。结果表明：（1） 乌鲁木齐河源区3 个水文断面流量昼夜差异明显,1 号冰川水文断面白天径流大于夜晚径流,空冰斗和总控断面则相反;3 个断面流量亦具有显著日变化过程,且流量峰值大小和到来的时间存在差异。（2） 在排除与不排除降水两种天气影响下,1 号冰川最大流量滞后最高气温分别为1~3 h 和0~1 h;空冰斗断面分别为10~16 h和13 h,总控断面分别为5~11 h 和6~7 h,反映了1 号冰川从消融产流到汇流时间最短,空冰斗积雪消融产流时间最长,总控位于二者之间,同时亦反映伴随降水过程冰雪融水汇流迅速,即从产流到汇流时间有一定的缩短。（3） 影响3 个水文断面流量变化的因素不同,冰川区热量条件是影响1 号冰川水文断面的关键,1 号冰川在过去20 余年间,冰内、冰下排水道变得更为单一,对融水的阻滞和贮存作用弱化,融水汇流过程变得更为迅速。（4） 冰川覆盖山区流域水文断面在冰川消融期的流量过程线变化及最大流量与最高气温时滞变化规律在一定程度上对于认识冰川覆盖率有差异背景下的流域下垫面水系演化、冰雪消融过程及水文断面径流补给具有重要的指示意义。     

融雪径流研究的理论与方法及其在干旱区的应用

融雪径流是干旱区河流的重要补给水源,融雪径流研究是干旱区水资源管理及分配的重要组成部分。基于国内外大量研究成果,本文从理论和方法入手对干旱区融雪径流研究现状进行分析和总结。理论研究是融雪径流发展及应用的基础,理论研究部分包括气候变化对融雪径流的影响、融雪径流水过程与物质迁移研究及融雪径流模拟研究;研究方法是融雪径流研究得以进行的数据和技术条件,研究方法部分包括基于站点数据和传统统计分析方法的融雪径流研究和站点数据与遥感数据相结合的分布式或半分布式融雪径流研究。最后,结合现有研究理论和研究方法,本文简要分析了干旱区融雪径流研究存在的主要的问题和展望融雪径流研究的趋势,包括融雪径流对气候变化的响应模式、积雪遥感监测和分布式融雪径流的模拟。     

博格达峰地区冰川和积雪变化遥感监测及影响因素分析

20世纪以来,随着全球气候变暖加剧,冰川和积雪普遍退缩,严重影响到人类的生存和社会经济的可持续发展,这一问题在我国西北干旱区的博格达峰地区及其周边地区尤为突出。以博格达峰地区为例,利用1990—2016年Landsat 5与Landsat 8遥感影像,对比分析归一化积雪指数（NDSI）、归一化冰雪指数（NDSII）、归一化主成分雪指数（NDPCSI）和缨帽转换湿度指数（WET）在博格达峰地区监测冰川和积雪的能力,同时结合研究区周边气温、降水数据和研究区地形数据,探讨博格达峰地区冰川和积雪面积变化与区域地形、气候间的响应关系。结果表明：（1） WET相对于NDSII、NDSI和NDPCSI精度值更高,可以替代NDSI、NDSII监测博格达峰地区冰川和积雪面积。（2） 博格达峰地区冰川和积雪面积呈持续退缩的趋势。1990—2016年,冰川和积雪面积减少率约20.07%,且年退缩率不断增加。（3） 高程、坡度和坡向对冰川和积雪面积变化的影响较显著,山地阴影对其影响较弱,气温的升高是冰雪面积减少的主要因素。     

天山山区典型内陆河流域径流组分特征分析

通过对天山南北坡的两个典型流域降水、地下水、河流、融冰雪水δD和δ¹⁸O及水化学检测,基于同位素径流分割模型定量分析了年内径流组分特征。结果表明：（1）两条河流的径流组成中地下水为构成径流的主要成分,其次是冰川融水,融雪水及降水,但南北坡径流组分表现出较明显的差异,乌鲁木齐河流域中冰川融水的比重要大于黄水沟流域,对气候变化响应明显。（2）两条河流在不同季节径流组分也表现出较大差异,春季径流组分差异最为明显。     

萨克拉门托模型在乌鲁木齐河流域上的应用及改进

本文应用萨克拉门托模型模拟干旱区多水源补给型河流——乌鲁木齐河日径流过程,并对模型作了某些补充和改进。研究表明气温因素对下渗过程;积雪覆盖率对流域蒸散发等有较大的影响,因而在萨克拉门托模型中建立了适合当地特点的模型结构,并取得了较好的模拟成果。     

基于多源遥感数据的玛纳斯河流域冰川物质平衡变化

冰川物质平衡变化是连接气候和水资源的重要纽带,对河川径流有重要的调节功能。本文采用MOD11C3和TRMM 3B43等多源遥感数据驱动度日模型,模拟了2000—2016年玛纳斯河（简称玛河）流域冰川物质平衡过程,并分析了冰川融水对径流的补给规律。结果表明： ① 通过构建气温及降水反演模型能有效校正气象遥感原数据的精度,且经降尺度后能较精细刻画冰川区气候变化特征。冰川区年均气温和降水量分别为-7.57 ℃和410.71 mm,海拔4200 m处为气候变化剧烈地带,气温直减率以其为界上下分别为-0.03 ℃/100 m和-0.57 ℃/100 m,降水梯度分别为-2.66 mm/100 m和4.8 mm/100 m,海拔大于4700 m后降水又以5.17 mm/100 m递增。② 研究期内流域冰川持续呈负平衡状态,累积物质平衡达-9811.19 mm w.e.,年均物质平衡介于-464.85~-632.19 mm w.e.之间。垂向物质平衡在消融区和积累区分别以244.83 mm w.e./100 m、18.77 mm w.e./100 m递增。2000—2002年、2008—2010年冰川消融减缓,2002—2008年、2010—2016年消融加剧,其中2005—2009年期间冰川亏损最为强烈。③ 年内河川径流对冰川物质平衡变化响应强烈,尤以7月、8月物质平衡亏损最为严重占全年总量的75.4%,使得同期河川径流量占全年径流总量的55.1%。年际冰川融水补给率波动于19%~31%之间,可能是不同年份降水和积雪融水补给率差异较大所致。玛河与天山北坡其他河流冰川融水贡献率非常接近,也进一步证实了本研究物质平衡估算结果的可靠性。本研究可为其他流域冰川物质平衡研究提供借鉴和参考。     

中国西部冰川度日因子的空间变化特征

在冰川与积雪消融研究中,度日模型应用较为广泛,该模型是基于冰雪消融与气温,尤其是正积温之间的线性关系建立的。度日因子是该模型的重要参数,反映了单位正积温产生的冰雪消融量,其空间变化特征对于不同模型模拟冰雪消融过程的精度有较大影响。 本文根据中国西部不同地区数十条冰川的短期考察和观测资料,分析了西部冰川度日因子的空间变化特征,结果表明：由于青藏高原及其周围地区独特的气候和热量条件,西部冰川度日因子具有明显的区域特征。在同一冰川上,度日因子的空间变化较为明显。从冰川类型来看,与极大陆型及亚大陆型冰川相比,海洋型冰川的度日因子较大。总体看来,西部冰川的度日因子由西北向东南逐渐增大,这与中国西部冰川的气候环境变化趋势是一致的,即在干冷的气候条件下,度日因子较小;而在暖湿的气候条件下度日因子较大。     

冰川及其径流对气候变化响应过程的模拟模型——以乌鲁木齐河源1号冰川为例

用冰川动力模型对乌鲁木齐河源１号冰川东支进行模拟计算结果表明：１号冰川东支在维持目前的气候变化水平下还将继续退缩到约１６００ｍ长度；若气温升高１℃，１号冰川将退缩为约只有３００ｍ长的悬冰川。随着冰川退缩，冰川冷却作用减弱，冰川区的升温将高于非冰川区。１号冰川目前的冰川径流是处在一个高值期（相对于它的稳定状态），若气候继续变暖，冰川径流还将继续增大，达到一峰值后将迅速减小。     

Hydrological effects of alpine permafrost in the headwaters of the Urumqi River, Tianshan Mountains

Against the background of climate change, alpine permafrost active layers have shown a gradual thickening trend and the hydrothermal conditions have undergone significant changes in the Tianshan Mountains and the Qinghai-Tibet Plateau, China. At the ice-free cirque basins in the headwaters of the Urumqi River(hereafter referred to as the Ice-Free Cirque) in eastern Tianshan, China, the hydrological effects of the alpine permafrost active layers appear to have also exhibited significant changes recently. The increasing trend of local precipitation is clear in May and June. The onset of winter and spring snowmelt runoff clearly lags behind increases of air temperature, and the runoff peak appears near the beginning of the melting season, which results in the spring runoff increasing. In summer, runoff decreases strongly and the maximum runoff occurs earlier. In our analysis of meteorological and hydrologic data from 1959 to 2010, the runoff and precipitation changes are significantly correlated. In the initial stage of runoff, the runoff-producing process is mainly under the control of the soil water content and soil temperature in the 0–30 cm active layers. Spring precipitation and snowmelt water are mainly involved in the processes of infiltration and evaporation while some melt water infiltrates into the seasonal thawed layer and stays above the frozen layers. During the strong ablation period in summer, the runoff-generating process is mainly controlled by soil water content in the active layers deeper than 60 cm. In the active layer, precipitation and seasonal snowmelt water infiltrates, migrates, collects, and then forms runoff.     

Responses to climate warming of hydrological processes in the upper Kelan River in the Altay Mountains, Xinjiang, China

Kelan River is a branch of the Ertix River, originating in the Altay Mountains in Xinjiang, northwestern China. The upper streams of the Kelan River are located on the southern slope of the Altay Mountains; they arise from small glacial lakes at an elevation of more than 2,500 m. The total water-collection area of the studied basin, from 988 to 3,480 m, is about 1,655 km2. Almost 95 percent of the basin area is covered with snow in winter. The westerly air masses deplete nearly all the moisture that comes in the form of snow during the winter months in the upper and middle reaches of the basin. That annual flow from the basin is about 382 mm, about 45 percent of which is contributed by snowmelt. The mean annual precipitation in the basin is about 620 mm, which is primarily concentrated in the upper and middle basin. The Kelan River system could be vulnerable to climate change because of substantial contribution from snowmelt runoff. The hydrological system could be altered significantly because of a warming of the climate. The impact of climate change on the hydrological cycle and events would pose an additional threat to the Altay region. The Kelan River, a typical snow-dominated watershed, has more area at higher elevations and accumulates snow during the winter. The peak flow occurs as a result of snow-melting during the late spring or early summer. Stream flow varies strongly throughout the year because of seasonal cycles of precipitation, snowpack, temperature, and groundwater. Changes in the temperature and precipitation affect the timing and volume of stream-flow. The stream-flow consists of contributions from meltwater of snow and ice and from runoff of rainfall. Therefore, it has low flow in winter, high flow during the spring and early summer as the snowpack melts, and less flows during the late summer. Because of the warming of the current climate change, hydrology processes of the Kelan River have undergone marked changes, as evidenced by the shift of the maximum flood peak discharge from May to June     

基于遥感驱动分布式时变增益水文模型

提出了一个完全采用遥感数据驱动的分布式时变增益水文模型,该模型通过融雪、产汇流等水文过程计算,给出流量的雪盖、蒸散发、径流等水文要素。在拉萨河流域,该模型采用遥感USGS-SRTM的3秒DEM、遥感TRMM(The Tropical RainfallMeasuring Mission)降水、Modis-LST(Land Surface Temperature)数据,建立分布式水文模型,模拟了2001-2008年日水文过程。模拟结果效率系数接近0.7,相关系数接近0.8,水量平衡误差5%以内。说明完全依靠遥感驱动水文模型进行水文水资源模拟可行。该模型为解决高寒山区无资料或缺资料地区水文水资源问题提供了一个新方法。     

新安江模型在高寒无资料地区的水文过程模拟(英文)

由于冰雪的存在及缺乏地面观测站点资料,高寒地区的水文模拟研究一直面临很大的困难。遥感数据能够提供大范围时空尺度上的地面信息对无资料地区有很大帮助。MODIS数据具有较高的时空分辨率深受人们关注。本文以长江上游泥曲流域为例,探求将MODIS遥感数据与地面气温数据相结合对新安江模型径流模拟的帮助,方法步骤如下:(1)建立MODIS雪覆盖面积与流域周围站气温关系,获取气温阈值;(2)依据气温阈值判别降水形式并计算融雪水当量;(3)将雨雪分离后的降水信息输入新安江模型模拟径流,并与新安江模拟结果(未考虑雨雪分离)和实测径流进行比较。研究结果显示改进方案(考虑雨雪分离)模拟效果更好,将有助于提高新安江模型在高寒无资料地区的径流模拟精度,为高寒无资料地区水资源管理及生态需水研究提供帮助。     

Sensitivity of mountain runoff to climate change for Urumqi and Kaidu rivers originating from the Tianshan Mountains

The mountain watersheds of Kaidu River and Urumqi River, which separately originate from the south and north-side of the Tianshan Mountains in Xinjiang, are selected as the study area. The characteristics and trends on variation of temperature, precipitation and runoff, and the correlativity between temperature, precipitation, and runoff were analyzed based on the past 40 years of observational data from the correlative hydrological and weather stations in the study areas. Various weather scene combinations are assumed and the response models of runoff to climate change are established in order to evaluate the sensitivity of runoff to climate change in the study areas based on the foregoing analysis. Results show that all variations of temperature, precipitation, and runoff overall present an oscillating and increasing trend since the 1960s and this increase are quite evident after 1990. There is a markedly positive correlation between mountain runoff, temperature, and precipitation while there are obvious regional differences of responding degree to precipitation and temperature between mountain runoff of Urumqi River and Kaidu River Basins. Also, mountain runoff of Urumqi River Basin is more sensitive to precipitation change than that of Kaidu River Basin, and mountain runoff of Kaidu River Basin is more sensitive to temperature change than that of Urumqi River Basin.     

不同尺度流域月径流模拟对比与敏感性分析——以西江流域为例

通过新安江月径流模型耦合加速遗传算法对西江流域3个不同尺度子流域——新兴江流域(1 790 km2)、罗定江流域(3 164 km2)和贺江流域(8 326 km2)进行了模拟,同时对模型参数进行了敏感性分析.结果表明:1)在模型参数较多的情况下,用加速遗传算法能很快找到最优化参数,通过参数的初始区间的合理设定可以使参数值达到全局最优,并且使其符合参数的实际取值情况;2)在1 000～9 000 km2流域面积内只有1个气象站的情况下,利用新安江月径流模型模拟的Nash-Sutcliffe效率系数为65%以上;3)降雨径流的相关性越强,则模拟精度越高;4)20世纪80年代后,罗定江流域径流的变化主要受降雨的影响,人类活动影响相对其他2个子流域弱;5)新安江月径流模型的敏感参数为蒸发系数K、地下水出流系数KG、地下水消退系数CG和自由水蓄水容量SM(0～10),参数的取值范围会影响到模型参数的敏感性;异参同效仍然是流域水文模型的不确定性的一个重要方面,GLUE方法能够反映这一点.     

塔里木河三源流区气候变化对径流量的影响

结合对近50年塔里木河源流区气象、水文资料的分析,探讨了过去半个世纪塔里木河源流区气候变化及其对河川径流的影响。研究结果显示,在过去50年里,塔里木河三源流径流流量总体呈现增加的趋势,期间有波动过程;对影响径流变化的气温、降水和蒸发等因子分析发现,降水量变化对塔里木河径流量变化影响最为显著,而温度的升高,加速了山区冰雪资源的消融,加大了冰雪融水对径流量的补给,但同时导致蒸发量增大,增加了地表淡水资源的消耗,对山区来水量的增大起到一定的削弱作用。