天山乌鲁木齐河源区1号冰川径流模拟研究

采用HBV-ETH模型, 利用1980-2006年实测水文气象数据对乌鲁木齐河源区1号冰川日径流进行模拟研究. 在考虑度日因子和面积变化的基础上, 模拟了1980-2006年流域的径流深和土壤蒸散发; 依据水量平衡原理, 得到了流域冰川物质平衡和冰川体积变化序列, 同时对比验证了模型的模拟效果. 研究表明: 若将冰川面积视为常数进行模拟, 将会使得模拟径流比实际偏大, 过去26 a平均高估7%左右. 1980-2006年间, 若不考虑面积变化, 累积体积变化被高估3%左右.     

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.     

冰川流域径流估算方法探索——以科其喀尔巴西冰川为例

利用科其喀尔巴西冰川2005年6月至2006年5月水文、气象资料,并结合15 m融合TM、1∶50000地形图、FY-2C数值产品和NCEP/NCAR再分析资料等,构建了10个简单、具有一定自主创新意义的分布式冰川融水径流模型(空间分辨率60 m),较好地模拟了研究冰川流域的日平均流量.结果表明,利用FY-2C总云量资料并结合辐射传输参数化方案能够较好地估算流域太阳入射短波辐射;单独利用总辐射有直接估算大型冰川流域某段时期融水径流的可能.气温与冰川末端流量呈指数关系,度日因子模型更适合于消融季节;提出的基于单元格气温和海拔的简单消融模型有望改进度日因子模型.在气温指数模型中加入太阳辐射调整系数,能够更好地估算冰川融水径流.简化分布式能量平衡模型能够反映大型冰川融水径流的变化;单层汇流方案在一定程度上能够概化托木尔型冰川的汇流过程.     

冰川流域径流估算方法探索——以科其喀尔巴西冰川为例

利用科其喀尔巴西冰川2005年6月至2006年5月水文、气象资料,并结合15 m融合TM、1∶[KG-*2]50000地形图、FY 2C数值产品和NCEP/NCAR再分析资料等,构建了10个简单、具有一定自主创新意义的分布式冰川融水径流模型（空间分辨率60 m）,较好地模拟了研究冰川流域的日平均流量。结果表明,利用FY 2C总云量资料并结合辐射传输参数化方案能够较好地估算流域太阳入射短波辐射;单独利用总辐射有直接估算大型冰川流域某段时期融水径流的可能。气温与冰川末端流量呈指数关系,度日因子模型更适合于消融季节;提出的基于单元格气温和海拔的简单消融模型有望改进度日因子模型。在气温指数模型中加入太阳辐射调整系数,能够更好地估算冰川融水径流。简化分布式能量平衡模型能够反映大型冰川融水径流的变化;单层汇流方案在一定程度上能够概化托木尔型冰川的汇流过程。     

近期小冬克玛底冰川物质平衡变化及其影响因素分析

冰川物质平衡是反映冰川状况最为直接、 可靠的参数.基于2008-2012年小冬克玛底冰川花杆和雪坑实测的物质平衡资料以及相关的气象资料, 获取了小冬克玛底冰川物质平衡数据并对其影响因素进行了分析.结果表明: 2009-2012年冰川末端共退缩19.7 m, 年均退缩量为4.9 m, 是1990年代中末期的2.3倍; 平衡线高度为5 720 m, 相比1990年代初的海拔5 600 m上升了120 m.与1995年相比, 冰川面积减少了0.095 km², 末端海拔从5 380 m上升到5 420 m. 2008-2012年小冬克玛底冰川物质平衡总量为-1 584 mm w.e., 相当于冰川整体减薄1.76 m. 2009/2010年度物质平衡量为-996 mm w.e., 是小冬克玛底冰川有观测记录以来的最大负平衡值, 夏季平均气温偏高和青藏公路维修导致表面反照率急剧降低是主要原因.对影响冰川物质平衡的因素分析结果表明, 气温特别是夏季气温和净辐射是小冬克玛底冰川物质变化的主要影响因素.     

冰川物质平衡模式及其对比研究——以祁连山黑河流域十一冰川研究为例

冰川物质平衡是冰川连结气候和水资源的纽带, 对其的观测和模拟始终是冰川与气候变化研究领域的重点和前缘之一. 以祁连山黑河流域十一冰川为参照冰川, 结合实测物质平衡验证资料, 建立了基于冰川表面能量平衡的冰川物质平衡模型(物理模型)和基于温度参数、温度-辐射参数和温度-辐射-水汽压参数的三种度日因子模型(统计模型), 并对模拟结果进行了分析及评估. 结果表明: 净辐射是冰川表面最主要的能量来源, 占能量收入的82.3%; 其次为感热供热, 占收入的17.7%. 净长波辐射基本为负, 吸收的热量主要通过融化和蒸发/升华方式消耗, 分别占能量支出的84.7%和15.3%. 加入净短波辐射和水汽压参数的度日因子-物质平衡模型的模拟效果提高显著, 相对误差为7%, 与能量平衡模型的模拟误差6.7%, 相差不大. 研究表明, 能量-物质平衡模型的物理意义明确, 模拟能力强大, 尤其在日尺度上有绝对的优势; 统计物质平衡模型在特定的地理条件和气候条件下表现出不佳, 对于一些极端值的模拟能力欠缺, 但是具有输入变量少, 计算简单的优点. 研究结果对黑河流域乃至整个祁连山地区的冰川物质平衡模拟方法的建立具有参考意义.     

1955—2008年冬克玛底河流域冰川径流模拟研究

采用HBV水文模型,对长江源区有冰川覆盖的冬克玛底河流域日径流进行了模拟试验研究.使用冬克玛底河流域周边4个有长期观测资料的气象站日气温、日降水数据,结合流域内自动气象站实测数据,应用多元回归法插值恢复了流域1955—2004年日气温数据,应用降水梯度与反距离权重相结合的方法恢复了流域1955—2004年日降水数据.采用数据质量较好的2004/2005年度和2006/2007年度两个物质平衡年水文气象数据进行模型参数的率定,应用2005/2006年度和2007/2008年度水文气象数据进行模型参数的检验.在确定模型能较好的模拟流域年月径流深的前提下,采用率定好的模型参数和恢复的气象资料,恢复了1955—2004年冬克玛底河流域的年径流深;依据水量平衡原理,得到流域冰川物质平衡变化.结果表明:1955—2008年冰川物质平衡呈亏损趋势,平均-136.0mm.a-1;年径流深呈波动增加趋势,平均增加5.61mm.a-1.径流深的增加量中约34%是因为降水增加所致,66%是因为温度升高导致冰川消融加剧所致.     

典型寒区流域水文过程模拟及分析

西北高山区寒区流域在全球变化背景下,河川径流发生了明显的变化,定量分析和评估径流变化对制定西部水资源可持续利用有着重要的意义.在VIC模型（含有冻土计算方案）的框架基础上,成功了耦合能量-物质平衡方案,改善了其在寒区冰川流域的水文过程模拟的效果.选择新疆阿克苏河流域作为研究区,验证表明改进后的模型取得比较理想的模拟结果...     

1959-2017年天山乌鲁木齐河源1号冰川流域径流及其组分变化

冰川是气候变化的指示器,气候变化对冰川及其径流的影响研究是目前国内外关注的热点和前沿领域之一,目前的研究以模拟为主,实测资料十分有限且不确定性很大。以新疆天山乌鲁木齐河源1号冰川（简称“1号冰川”）流域为例,基于中国科学院天山冰川观测试验站1959-2017年观测数据,研究了中国西部典型小型冰川流域径流及其组分长期变化以及对气候变化的响应,为冰川径流长期变化过程的认识提供重要参考。结果表明,1号冰川流域径流主要由冰川径流和非冰川区降水径流组成,分别占70%和30%。其中冰川径流又可分为冰川区降水径流和冰川融水径流,分别占44%和26%。59年间,冰川径流整体呈上升趋势,在1992年之后出现了一个阶梯式的上升,与气温升高和降水的增加有关,1997-2007年达到高峰,2008年以后出现波动下降趋势,其原因除了与该时段的降水有所减少有关之外,冰川面积减小的影响也不可忽视。另外,还利用实测径流和冰川物质平衡值,通过水量平衡模型,检验了模型使用的冰川区和非冰川区径流系数。     

河西内陆河流域冰川融水近期变化

基于第一次中国冰川编目数据库,以国家气象台站的月降水与月气温资料为驱动数据,利用度日模型重建了河西内陆河流域各水系1961～2006年冰川物质平衡和融水径流序列,并与短期观测资料的对比验证表明,模型具有较高的可信度.河西内陆河流域1961～2006年平均冰川物质平衡为-49.5 mm/a,从东段石羊河流域到西段疏勒河、...     

云量对祁连山老虎沟12号冰川表面能量平衡的影响

为探讨云量对冰川表面能量平衡（SEB）的影响,利用架设在老虎沟12号冰川（简称12号冰川）消融区（4 550 m a.s.l.）的自动气象站资料,结合能量平衡模型计算各能量分量并分析其季节变化,通过云量参数化方案获取云量因子并量化其对冰川表面能量收支的影响。结果表明：净短波辐射为冰川表面主要的能量来源（92%）,净长波辐射为主要能量支出（61%）,二者均受云量影响,但云的短波辐射效应更强（-37 W?m^-2）。云量通过影响辐射收支和湍流通量进而影响冰川表面能量收支,随云量的增加,冰川表面获得的能量减少,冰川消融速率降低。与其他区域的冰川表面能量收支对比,除地理位置、反照率、气温等因素外,海拔和云量的影响也非常显著。     

祁连山区雪冰反照率变化及其对冰川物质平衡的影响

雪冰反照率能够改变冰川表面能量收支平衡,是影响冰川消融的重要因素之一。利用祁连山地区冰川面积矢量数据、MODIS逐日积雪反照率、气温和降水以及冰川物质平衡等数据,探讨了祁连山典型冰川区雪冰反照率特征及其对冰川物质平衡的影响。结果表明：祁连山地区冰川多年平均反照率为0.532,冰川区面积大小与其多年平均反照率之间呈显著正相关（R²=0.16,P<0.05,N=91）,即冰川面积缩减1 km²,对应的平均反照率下降0.0025。祁连山老虎沟12号冰川反照率在夏季有明显的海拔效应,且强于其他时段,达到0.047?（100m）^-1。典型冰川年均物质平衡量与冰川表面夏季（6—8月）平均反照率之间存在显著的正相关关系,老虎沟12号冰川和七一冰川决定系数R²分别达到了0.48（P<0.05）和0.66（P <0.05）。冰川表面夏季平均反照率这一指标能够较好地衡量青藏高原北部祁连山地区冰川物质平衡的变化。     

水稳定同位素示踪的冰川流域水文模拟及不确定性研究

水文模拟不确定性长期以来是制约寒区水文发展的瓶颈问题。水稳定同位素示踪为认识冰川流域径流过程提供了重要“指纹”信息,但仍缺乏有效模型将该信息与冰川水文模型耦合,而且同位素信息对冰川流域水文模型不确定性的约束效果也有待检验。将水稳定同位素信息（δ¹⁸O）与冰川流域水文模型FLEX^G相耦合,实现对冰川流域水稳定同位素和径流过程的耦合建模（FLEX^G-iso）,并在乌鲁木齐河源1号冰川流域进行模拟检验和径流分割。结果表明：模型不仅对2013—2016年径流过程有良好的模拟效果,还可以重现水稳定同位素、冰川物质平衡等重要过程。利用水稳定同位素这一辅助数据,提高了模型参数的识别能力,减少了模拟过程中各水源的相互妥协效应和不确定性范围。2013—2016年1号冰川断面径流32%~34%来自融雪,48%~51%来自融冰,0%~7%来自地下水,12%~15%来自降雨径流。水稳定同位素对雪和冰川相关中间过程有明显的约束能力,原有模型对融冰贡献的模拟偏高约7%。FLEX^G-iso模型的建立有助于推动寒区水文学理论和方法的发展,以及寒区水资源、生态环境保护等相关决策制定。     

Study on the spatial and temporal variations of the surface albedo on Muz Taw Glacier,Sawir Mountains北大核心CSCD

冰川反照率时空变化特征研究对于评估冰川能量物质平衡及认识冰川消融过程至关重要。本文基于高空间分辨率的Landsat OLI影像和高时间分辨率的MOD10A1产品,并结合冰面反照率实测数据,开展了2011—2021年北疆萨吾尔山木斯岛冰川表面反照率的时空变化特征及其对冰川物质平衡影响的研究。结果表明:Landsat反演反照率和MOD10A1反照率与同期内冰面实测反照率的相关性分别为0.95和0.62,均显示木斯岛冰川表面反照率存在显著的时空变化特征;在空间尺度上,冰面反照率沿主流线整体随海拔升高呈增加趋势。但由于局部地形差异,反照率在海拔3 600 m以下区域随海拔升高出现下降趋势;在同一海拔处,反照率沿冰川两侧边缘向中部递增。2011—2021年,冰川年均反照率微弱增加,消融期内(5—8月)平均反照率与全年平均反照率的变化速率分别为0.0024 a-1和0.0017 a-1;逐月反照率具有显著的季节变化特征,6—8月冰面反照率较低(0.330),12月—次年2月冰面反照率较高(0.586);消融期内冰川消融区反照率下降幅度大于积累区。研究进一步表明,夏季(6—8月)平均反照率与冰川物质平衡存在显著的正相关(R=0.84,P<0.01),气温、固态降水、云量、太阳入射角、吸光性杂质等是影响冰川反照率变化的重要因素。该研究将对冰川消融过程和机理、能量物质平衡模拟等工作提供重要的基础支撑。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川东支能量-物质平衡模拟研究

基于天山乌鲁木齐河源1号冰川东支海拔4 025 m处自动气象站的观测数据和同期物质平衡花杆观测数据,采用COSIMA模型,对该冰川东支2018年消融期单点能量-物质平衡进行了模拟。结果显示：物质平衡模拟值为（-0.67±0.03）m w.e.,与实测值有非常好的一致性,相关系数达0.96。造成冰川消融的能量来源于净短波辐射（84%）、感热通量（16%）;冰川能量支出为净长波辐射（55%）、冰川消融耗热（32%）、潜热交换（7%）及地热通量（6%）。受能量收支影响,模拟物质平衡主要取决于表面消融和固态降水。与我国其他区域大陆型冰川研究结果比较发现,乌鲁木齐河源1号冰川物质损失较为显著,能量通量主要取决于海拔以及气候条件,再冻结和固态降水显著小于羌塘1号冰川和扎当冰川,推测与单条冰川所处的大气环流有关。     

喜马拉雅珠峰地区冬季大气气溶胶化学组分及光学特征

为了研究喜马拉雅山北坡冬季大气气溶胶化学组分、光学特征及来源,2017年11—12月在珠穆朗玛峰站（QOMS）共采集22个PM_2.5样品。结果显示：PM_2.5中包括水溶性离子（WSIs）、有机质（OM）、元素碳（EC）在内的所有检测成分,总质量浓度为（3.36±1.06） μg?m^-3;有机碳（OC）、元素碳（EC）和水溶性有机碳（WSOC）的浓度分别为（1.10±0.38）、（0.13±0.12）和（0.84±0.24） μg?m^-3,浓度水平与偏远地区相当,低于季风前。碳质成分（OM+EC）占所有测试成分比例为73.6%,与之前珠峰站报道的研究结果相近。用PM_2.5水溶性组分在365 nm处的光吸收效率（Abs₃₆₅）来表征水溶性棕色碳（WS-BrC）,它与WSOC、K⁺存在较好的相关性（R²=0.63、0.50）,而与EC相关性弱（R²=0.01）,说明水溶性棕色碳可能源于生物质燃烧和二次反应。MODIS火点信息和气团后向轨迹分析进一步表明,尼泊尔地区的燃烧活动是珠峰站冬季碳质气溶胶的重要来源。同时,喜马拉雅山脉独特的局地风场是污染物跨境传输至珠峰地区的重要原因。     

2000—2020年兴都库什东部冰川区物质平衡变化及其影响因素

利用SRTM DEM和ASTER立体像对数据获取的DEM分析了2000—2020年兴都库什东部的冰川物质平衡,并结合CRU TS 4.04气象数据探讨了气温、降水、地形和冰湖对南、北冰川区物质平衡空间差异的影响。结果表明：2000—2020年兴都库什东部冰川区物质平衡为（-0.02±0.04） m w.e.·a^-1,冰川整体呈现微弱的负物质平衡状态。从坡向来看,南坡以正物质平衡冰川居多,北坡以负物质平衡冰川居多。从南、北两个子区域来看,北部冰川区物质平衡为（0.07±0.04） m w.e.·a^-1,南部冰川区物质平衡为（-0.32±0.04） m w.e.·a^-1。北部冰川面积规模大,所处海拔区间高,南部则相反。北部冰川区处于较高的海拔区间且冬季气温较低,导致夏季升温所产生的冰川消融的影响被削弱,冰川物质平衡的分布与降水分布在空间上具有一致性。南部冰川区出现的强烈物质亏损主要是由于夏季气温的急剧升高和冰川处于较低的海拔区间。南、北区域冰前湖和冰面湖面积不断扩大的空间差异性,也在一定程度上加剧了该地区冰川物质平衡的空间差异。     

祁连山老虎沟12号冰川消融区不同天气条件下的能量收支特征

冰川表面能量平衡模型建立了冰川与大气之间的联系。为探讨不同天气条件对冰川能量收支的影响, 利用祁连山老虎沟12号冰川海拔4 550 m处的气象资料（2011年8月24日 - 9月6日）, 结合能量平衡模型, 分析了不同天气条件下的能量收支变化特征。结果表明： 受云量影响, 晴天条件下向下短波辐射（318.3 W·m^-2）是多云条件下的1.5倍, 是阴天条件下的3倍。三种天气条件下的向下长波辐射, 晴天（215.4 W·m^-2）<多云（267.4 W·m^-2）<阴天（291.6 W·m^-2）。受固态降水的影响, 阴天条件下冰川反照率（0.50）是晴天时的2倍多。而三种天气下的最大消融耗热, 晴天（739.6 W·m^-2）>多云（582.8 W·m^-2）>阴天（324.5 W·m^-2）。在能量收入项中, 净短波辐射是主要来源（98%）, 但是受天气条件影响, 能量支出各项所占比例有明显差异; 在三种天气条件下, 净长波辐射所占比例分别为35%、 31%和23%, 消融耗热所占比例分别为62%、 64%和75%, 潜热通量所占比例相差不大。     

黄河源鄂陵湖地区辐射收支和地表能量平衡特征研究

利用2010年6-7月鄂陵湖野外试验的近地层观测数据,分析了在不同天气条件下黄河源鄂陵湖地区辐射分量、地表能量分量、土壤温度和反照率的变化特征. 结果表明：不同天气条件下,辐射和地表能量各分量日变化差异较大,晴天、阴天和雨天的地表反照率依次递减,平均反照率约为0.21;观测期内,平均辐射贡献从大到小依次为向上长波、向下长波、向下短波、向上短波,日积分值分别为31.4 MJ·m^-2、25.6 MJ·m^-2、22.4 MJ·m^-2、4.2 MJ·m^-2,净辐射(12.5 MJ·m^-2)占向下短波辐射的55.7%;平均地表能量和土壤温度的变化幅度较晴天小,感热、潜热、0 cm土壤热通量的平均日积分值分别占净辐射的21.2%、43.1%、8.2%;平均土壤温度变化幅度随深度增加逐渐减小,浅层土壤温度峰值较晴天低2 ℃,深层土壤温度相差不大. 云和降水的扰动削弱了向下短波辐射,导致平均感热通量和0 cm土壤热通量的峰值比晴天小,而平均潜热通量的峰值大于晴天. 由于湖泊水体巨大的热容量和水分供应,鄂陵湖地区的气温日较差较小,地表温度变化幅度变小,附近地表温度升高缓慢. 鄂陵湖区的地表能量平衡中,潜热通量占主导,感热和地表土壤热通量次之. 研究结果有助于理解气候变化背景下黄河源区湖泊的能量水分循环过程,为促进该地区光热资源的合理利用和畜牧业的可持续发展提供数据支持.     

Glacier variations in the Caucasus Mountains from 1960 to 2020北大核心CSCD

Glacial meltwater is an important freshwater resource in the Caucasus and is important for regional irrigation and hydroelectricity generation. This paper analyses the spatial and temporal patterns of glacier change in the Caucasus Mountains from 1960 to 2020 based on Landsat images, coherence images from Sentinel-1 image pairs, GLIMS glacier inventory and WGMS glacier mass balance data. The results of the study show that in 2020 there were 1912 glaciers in the Caucasus Mountains, with a total area of（1 087. 36±66. 44）km2. The total glacier area shrank by（587. 36±98. 66）km2（35. 07±5. 89%）between 1960 and 2020, with an average annual shrinkage rate of（0. 58±0. 10%）·a-1. The area shrinkage rates of Caucasian glaciers for 1960-1986, 1986-2000 and 2000-2020 are（0. 44±0. 20%）·a-1, （0. 66±0. 77%）·a-1 and（0. 96±0. 31%）·a-1, respectively, indicating that Caucasian glaciers in a state of accelerated retreat over the last 60 years. Analysis of mass balance information shows that both the Djankuat and Garabashi glaciers in the Caucasus have been in a strong negative equilibrium for nearly 60 years, with a significant acceleration of mass deficit after 2000. Analysis of climate data suggests that the strong warming is the main reason for the accelerated retreat of glaciers in the Caucasus mountains in recent decades. © 2022 The authors.