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。     

慕士塔格卡尔塔马克冰川水文观测与特征分析

基于2003年卡尔塔马克冰川强烈消融期连续的气象与水文观测, 对卡尔塔马克冰川消融的影响因素和融水径流特征进行了分析. 结果表明: 消融期的冰川融水流量与气温之间存在着良好的相关关系, 降水过程会导致气温降低抑制冰川消融. 卡尔塔马克冰川纯冰川融水径流模数为62.4 L·s^-1·km^-2, 冰川区融水径流深为 463.5 mm. 根据现场降水损失试验, 总损失达 26%, 校正后大本营处2003年降水量为134 mm.     

西昆仑山南坡郭扎冰川水文特征的分析

郭扎冰川作用区冰川融水径流域年径流量的８０％。纯冰川融水径流模数为１７．７Ｌ／ｓ·ｋｍ＾２，冰川融水径流深为２００．２ｍｍ，冰川消融深是目前我国有实测资料冰川中的最低值。冰川融水径流年内分配很不均匀，夏季（６－８月）占８０％，最大肖融期为７－９月，占８６．３％。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川物质平衡高度变化特征及其对径流的影响

利用天山乌鲁木齐河源1号冰川1980-2010年的物质平衡、水文气象实测资料, 分析了1号冰川1980-2010年的各高度带物质平衡特征, 进而分析了1984-2010年纯积累和纯消融的变化特点及其与气象要素、冰川融水径流变化的关系. 结果表明: 1号冰川物质平衡处于持续的负平衡, 纯积累量与年降水的相关系数为-0.16, 纯消融量与年均温的相关系数为0.61, 与夏季(6-8月)气温的相关系数为0.78. 2010年1号冰川为有观测记录以来的最强消融年(b_n=-1 327 mm), 整个冰川处于消融区(平衡线高度大于海拔4 484 m, 积累区面积为0), 同时东、西支冰川各高度区间的物质平衡变化也与往年度显著不同, 说明2010年是1号冰川物质平衡变化的特殊年份, 也有可能1号冰川的物质平衡变化进入了一个新的亏损变化阶段. 对其径流数据的分析还表明, 温度对径流的影响大于降水对径流的影响.     

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     

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。     

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.     

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.     

祁连山近期七一冰川融水径流特征分析

利用2006年8月1日-9月30日的实测水文数据,对"七一"冰川融水径流产汇流特征进行了分析,并揭示出该冰川日消融特征.通过对冰川融水量的估算以及径流模数的计算,并与过去的观测结果进行对比,表明近些年来"七一"冰川消融强度和消融量都在增大,而且2006年消融量为近几年观测的最大值.虽然不同年份消融量不一样,但"七一"冰川总的趋势是一直处于萎缩状态,随着全球变暖,"七一"冰川的萎缩可能将继续下去.通过对设立在沿冰川下游方向两个不同的水文断面进行对比分析,结果表明"七一"冰川融水径流在向下游运动过程中有部分水入渗为河谷潜流,观测期内两个相距不到2 km的水文断面间渗漏损耗占近1/3左右.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川对夏季0 ℃层高度变化的响应

采用1971-2000年乌鲁木齐河源1号冰川周围4个探空站逐日0 ℃层高度探测资料, 用距离倒数的加权平均得到1号冰川的夏季0 ℃层高度, 并与1号冰川观测资料进行对比, 定性与定量分析了30 a来夏季0 ℃层平均高度变化和冰川观测量的变化趋势及之间的关系. 结果表明: 1971-2000年的30 a里1号冰川夏季0 ℃层高度呈增高趋势, 1990年代呈陡升趋势, 与1号冰川的零平衡海拔高度、消融区面积、 纯物质消融量和融水径流深4个量具有很好的一致性, 为正相关;而与积累区面积、纯积累量、纯物质平衡总量、纯物质平衡值4个量反位相同步变化, 为负相关, 说明天山乌鲁木齐河源1号冰川对自由大气夏季0 ℃层高度具有非常好的响应. 随着全球变暖加剧, 天山山区对流层中下层均显著变暖, 夏季0 ℃层高度升高, 天山乌鲁木齐河源1号冰川消融加快. 1990年代夏季0 ℃层高度陡升, 进而1号冰川出现了最大的物质负平衡.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川融水径流水化学特征研究

2006年和2007年的整个消融期内,在天山乌鲁木齐河源1号冰川末端水文控制点逐日定时采集融水径流样品,对样品的主要可溶离子、pH、电导率EC、总溶解固体TDS和悬移质颗粒物SPM进行了分析. 结果表明：天山乌鲁木齐河源1号冰川融水径流离子类型为Ca²⁺-HCO₃^--SO₄^2-,呈弱碱性. 融水径流中TDS变化受日径流量调节显著,表现为消融初期和末期浓度较高,消融强烈时浓度较低;SPM以细颗粒物质为主,各粒度组分含量变化幅度较大,且质量浓度SSC年内变化与TDS呈相反的变化趋势. 融水径流中离子组成主要受岩石风化作用影响,离子摩尔比值和Piper图分析表明,控制冰川径流离子组成的主要过程是碳酸盐、黄铁矿和长石类矿物风化作用.     

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。     

祁连山东段宁缠河1号冰川和水管河4号冰川表面运动速度研究

祁连山东段冷龙岭北坡冰川融水是河西走廊重要的水源补给,然而却少有现代冰川运动观测资料. 通过在该区域宁缠河1号和水管河4号冰川布设花杆,观测了冰川表面的运动速度. 结果表明：2010-2012年,面积较大的水管河4号冰川表面年平均运动速度(5.2 m·a^-1)要高于面积相对较小的宁缠河1号冰川(2.8 m·a^-1). 水管河4号冰川最大运动速度出现在花杆观测区域的最上部(接近物质平衡线),宁缠河1号冰川最大运动速度出现在坡度较大的区域,说明冰川最大运动速度通常出现在平衡线附近,但还要考虑坡度等地形因素的影响. 较之早期的观测资料,水管河4号和其他中国西部地区冰川的运动速度呈现出减缓趋势,可能是物质平衡持续亏损导致冰川厚度变薄的直接结果.     

乌鲁木齐河源区气候变化和1号冰川40a观测事实

分析研究了天山冰川站自 195 9年以来的气温、降水、水文、冰川物质平衡、冰川末端变化、冰川运动和冰川面积变化观测资料 .结果表明 ,2 0世纪 90年代中期以来 ,乌鲁木齐河源区处于一个最为显著的暖湿阶段 .195 8— 2 0 0 0年的 4 2a间 ,1号冰川年平均物质平衡量为 - 188.6mm (约为 - 34.6× 10 4m3 ) ,累积物质平衡量达到 - 792 5mm ,亦即冰川减薄了 8m多 ,累积亏损量达 14 5 2× 10 4m3 .1号冰川面积在 196 2— 2 0 0 0年的 38a间减少 0 .2 2km2 ,为 11% ,并呈加速减小趋势 .196 2年至今 ,1号冰川东支末端共退缩 16 8.95m ,西支 185 .2 3m ,冰川表面运动速度减缓 .1号冰川年融水径流量有增加趋势 ,1985年前后是个分界线 ,1986— 2 0 0 1年年均径流深为 936 .7mm ,较之 195 8— 1985年的 5 0 8.4mm高出 4 2 8.3mm ,亦即增加 84 .2 % .气温持续升高 ,冰川冷储减少可能是导致冰川加速消融的重要原因 .     

气候变暖背景下祁连山七一冰川融水径流变化研究

本文利用2006年实测水文数据,找出冰川自动气象站气温与冰川融水径流量关系,并根据酒泉气象站与冰川末端气象站气温关系,重建1960～2004年七一冰川融水径流资料.近40多年来,酒泉站气温增加幅度为0.24℃/10a,冰川融水量增加幅度为0.076×106 m3/10 a,冰川融水量随气温增加明显.利用气候突变分析发现,气温发生突变点为1996年,1996～2004年冰川表面年平均气温比1960～1995年间高0.41℃,年冰川融水量1996～2004年比1960～1995年增加了0.41×106 m3(增加26.9%),冰川融水径流量在气候变暖背景下变化显著.     

贡嘎山地区的冰川水文特征

贡嘎山地区气候温和，降水量充沛，冰川消融强烈。冰川融水径流模数为１００－１４５Ｌ／（ｓ．ｋｍ＾２），冰川融水径流深高达２０００－４５００ｍｍ．冰川融水径流的年内分配比较均匀，冰川强烈消融期的５－９月，冰川融水径流占冰川区年总径流的８０％左右；径流量集中的６－８月，占６０％左右，冰川融水径流的年内变化气温的年内变化基本相一致，最大值出现在７月或８月。     

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.     

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。     

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。     

新疆冰川近期变化及其对水资源的影响研究

新疆的冰川水资源居全国第一,在新疆水资源构成和河川径流调节方面占有重要地位。最近30多年来,随着气温升高,冰川出现了剧烈的消融退缩,冰川融水径流量普遍增加,并对气温的依赖性增强。文章基于最新冰川观测研究资料,阐述新疆冰川的近期变化,分析对水资源的影响。研究表明,所研究的1800条冰川,在过去26～44年间,总面积缩小了11.7％,平均每条冰川缩小0.243km2,末端退缩速率5.8m/a。冰川在不同区域的缩小比率为8.8％～34.2％,单条冰川的平均缩小量为0.092～0.415km²,末端平均后退量为 3.5～10.5m/a。由于新疆各流域中冰川的分布、变化特征,以及融水所占河川径流的比例不同,因此,未来气候变化对新疆各个区域水资源的影响程度和表现形式是不同的。分析表明,在塔里木河流域,冰川水资源具有举足轻重的作用,但是,一旦冰川消融殆尽,对该地区将产生灾难性影响,现今该区冰川消融正盛,估计在今后30～50年,只要保持升温,冰川融水量仍会维持。未来20～40年,天山北麓水系中,1km²左右的小冰川趋于消失,大于5km²冰川消融强烈,因此,以小冰川居多的河流受冰川变化的影响较大。东疆盆地水系中的冰川数量少,并处在加速消融状态,河川径流对冰川的依赖性强,冰川的变化已经对水资源量及年内分配产生影响,水资源已经处在不断恶化之中。对于伊犁河与额尔齐斯河流域,未来冰川变化对水资源的影响在数量上可能有限,但会大大削弱冰川融水径流的调节功能。而气候变化对积雪水资源的影响和可能造成的后果应该予以特别关注。