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。     

两类度日模型在天山科其喀尔巴西冰川消融估算中的应用

采用辐射传输参数化方案估算太阳入射短波辐射,并以小时气温作为输入数据,在200、100和50 m 3种海拔梯度下,分别应用传统度日模型和改进度日模型对科其喀尔巴西冰川2008年夏季消融区非表碛覆盖区消融进行了模拟分析.研究表明:太阳小时入射总辐射计算与实测结果具有较好的一致性;科其喀尔巴西冰川度日因子存在明显的时空差异性;随着空间分辨率提高,2类度日模型的模拟效果都变好;在200和100 m海拔梯度下,改进度日模型的模拟结果优于传统度日模型,而在50 m海拔梯度下,无明显改进.     

天山托木尔峰科其喀尔巴西冰川表面运动速度特征分析

天山托木尔峰科其喀尔巴西冰川是典型的树枝状山谷冰川,利用3组(6期)ASTER遥感影像通过COSI-corr软件反演了该冰川表面运动速度.与花杆测量数据进行对比,反演冰川表面运动速度平均绝对误差为3.1 m·a-1,相对误差为11.9%,二者在空间上的分布基本一致,表明其反演精度符合要求.在此基础上,分析冰川表面运动速...     

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.     

喜马拉雅山珠峰绒布冰川流域径流模拟

基于2009年5-10月喜马拉雅山北坡珠峰绒布冰川流域实测水文气象数据、 50 m分辨率DEM和中国第一次冰川编目资料, 在HYCYMODEL水文模型中加入冰川消融子模块, 模拟了绒布冰川流域径流过程.冰川消融子模块以海拔5 180 m基站的实测日气温、 日降水作为模型输入, 把气温、 降水插值到该流域40个高程带中, 分别计算各高程带的冰川消融和裸地蒸发, 并考虑液态降水对冰面的加热作用.野外气象观测表明: 2009年5-10月流域海拔5 180~5 750 m内, 月气温递减率在0.63~0.73 ℃·(100m)^-1之间, 均值为0.70 ℃·(100m)^-1; 同期降水观测显示, 海拔5 180 m以下降水梯度为-7.3 mm·(100m)^-1, 该高度之上降水梯度为22 mm·(100m)^-1. HYCYMODEL水文模型的敏感性检验表明, 该流域径流变化主要受气温影响, 降水变化引起的径流变化较小, 气温和降水变化对流域径流的影响是非线性的.     

科其喀尔巴西冰川的近地层基本气象特征

利用2003-2006年天山托木尔峰地区科其喀尔巴西冰川的考察资料,对该冰川近地层的基本气象特征进行了分析.研究表明:冰川从4月中下旬开始即有明显消融,主消融期为5-9月,1月冰川区的气温最低.冰川中上部的气温直减率较小,说明该处的冰川冷效应较弱;而冰川下部较大的气温直减率,则可能主要与消融区连续的表碛覆盖有关.5-9月集中了全年约75%的降水,而冬季的降水稀少.降水的分布存在明显的高低分带,低降水带位于冰川中上部的海拔3 700 m附近,而冰川末端和冰川上部的降水量较大.受地形和下垫面条件的影响,冰川下部的山谷风非常发育,而冰川上部局地环流较弱.     

天山南坡科其喀尔冰川消融区运动特征分析

基于2009年5月至2011年10月科其喀尔冰川的花杆观测资料,对其消融区的表面运动特征进行分析. 结果表明：冰川消融区的年水平运动速度最大值为86.69 m·a^-1,年垂直运动速度最大值为15.34 m·a^-1,均出现在冰川海拔4 000~4 200 m的消融区上部;在靠近冰川末端的冰舌下部,受冰量补给减弱、厚层表碛覆盖等影响,冰川运动缓慢,年水平运动速度小于5 m·a^-1,而垂直运动速度值小于2 m·a^-1. 大多数横剖面的水平运动速度具有从中部向边缘逐渐减小的特征,而有的剖面却出现局部速度增大的区域. 整体而言,冰川水平及垂直运动速度随海拔降低而减小,符合冰川运动的一般规律,但主要受地形作用的影响,垂直运动速度随海拔的变化会出现波动. 消融期月水平运动速度与同期气温和降水的变化具有一定的相关性,可能反映出气候快速变化对冰川运动的影响.     

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。     

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。     

基于MIKESHE分布式水文模型的降水时间尺度对喀斯特流域径流模拟的影响研究——以红水河系六硐河流域为例

径流形成是流域系统对降水水文响应的结果,其实质也是流域对降水时间和空间上的重新分配。降水作为径流模拟中最大的不确定因素之一,其时空分布特征是影响径流模拟及一系列其它水文问题的主要控制因素。为了探索喀斯特流域降水时间尺度对径流的影响规律,本研究利用MIKESHE模拟技术,结合喀斯特流域独特的地质、地貌、覆被类型及水文特征,对模型的相关参数进行率定,模拟了5场典型洪水的降水径流过程。并且通过改变降水资料的时间尺度,研究降水时间变异对模拟洪水过程的影响。研究表明,在相同的流域下垫面和模型条件下,若累计降水时间增加,同样数量的降水产生的径流总量也会增加,最大的流量出现时间也相对滞后。      

科其喀尔冰川表碛区冰崖形态调查

采用随机抽样的方法对科其喀尔冰川表碛区冰崖的规模及形态进行了调查.在冰崖比较集中的表碛区东侧任意选取了20个冰崖,利用测绳、皮尺并结合GPS测量的方法对冰崖的长度和高度进行了调查,同时用地质罗盘对冰崖的坡向和坡度进行了测量,从而了解冰崖的长度、高度、坡面面积、坡向和坡度等形态特征及其关系.对冰崖形态的分析表明,消融区内冰崖的规模相差很大,且随着海拔高度的增加,冰崖规模有减小的趋势;这可能主要与地形起伏随海拔高度的差异性变化有关,消融区下部冰崖表面消融过程较为活跃也是一个重要的因素.通过对冰崖的坡向和规模之间的分析可以看到,坡向为NW和NNE方向的冰崖最多,其规模也较大,而太阳直接辐射是影响冰崖发育坡向和发育规模的重要因素.     

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.     

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。     

内陆河流域分布式日出山径流模型——以黑河干流山区流域为例

应用常规的气象水文数据并结合GIS,建立了一个适合西北干旱区内陆河山区流域的以日为步长的分布式径流模型,并对黑河干流山区出山径流进行了模拟计算和讨论。模型以子流域作为最小的产流、汇流单元,根据植被覆盖将各子流域分为裸地区、乔木区、牧草区和冰川区,并根据实际调查将土壤分为 3层,各分区单独进行水量平衡计算。产流过程以土壤储水能力和储水量表征,而储水能力和储水量等则由土壤的孔隙度、干密度和厚度等表征。入渗原理基于土壤储水率平衡原理,并考虑重力势的作用。实际蒸散发与蒸发力和土壤体积含水量的乘积成正比,不同的土壤和植被具有不同的调节参数。模拟结果表明,模拟效果较差的原因是区域日降水过程具有较大的随机性,难以用有限的站点合理计算区域日降水量。寻找一个合适的区域日降水量计算方法是目前少资料大型流域分布式水文模型模拟成功的关键。     

近30a来托木尔峰南麓科其喀尔冰川冰舌区变化

20世纪80年代中期以来,托木尔峰南麓地区冰雪融水量明显增加,冰川处于强烈的消融退缩状态.根据对科其喀尔冰川冰舌区不同海拔探测表明,近30 a来冰川厚度明显减薄,冰舌区平均厚度减薄在0.5~1.5 m·a^-1之间.对科其喀尔冰川末端位置研究表明,科其喀尔冰川进入20世纪90年代以来处于比较强烈的退缩状态.相对于1974年的冰川位置,冰川退缩了380 m左右.科其喀尔冰川的全面退缩,标志着托木尔峰地区冰川处于全面的负物质平衡状态.     

潮白河流域降水演变及其径流效应

分析了潮白河流域1991~2000年降水资料时空演变规律,采用同倍比放大法对各年的降水数据进行整体轮换处理,处理后各年总降水量为1991~2000年的平均年降水量。随后基于GBHM(Geomorphology-Based Hydrological Model)模型进行了10年径流量模拟。结果显示,在降水总量相同的情况下,1994年型降水时空分布最有利于产流,径流总量与峰值流量最大,1999年型径流总量与峰值流量最小。1994年型径流总量是1999年型径流总量的3.88倍;1994年型峰值流量是1999年型峰值流量的35.87倍。由此可见,降水总量相同时,其时空分布对径流总量和峰值的影响极大。     

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。     

开都河流域山区径流模拟及降雨输入的不确定性分析

选取塔里木河源区的开都河流域为研究区,将流域内气象水文站点数据与遥感数据相结合,利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程(DEM)和降雨等资料,模拟流域水文过程,并在出山口实测径流数据的基础上对模型进行率定和验证;对降雨输入所带来的径流模拟不确定性进行分析,探讨降雨输入的空间异质性对水文预报结果的影响机制.结果表明:MIKE-SHE模型能在水文、气象站点稀少,土壤及水文地质数据缺乏的条件下,模拟开都河流域的日径流过程,但精度上仍有待提高;降雨输入的空间分布程度对径流模拟有重要影响.FY-2C遥感估算降雨资料能够更好地表达降雨时间的空间异质性,相应地对径流模拟精度也有一定程度的提高.     

科其喀尔冰川表碛区冰崖消融的度日因子研究

度日因子.冰崖坡向的变化也对度日因子产生了影响,总体表现为NEE-SE方向及SW-W方向的度日因子较大,NWW-N-NE方向的较小,S方向的最小,这主要与该地区的辐射、气温等气象条件的变化特征有关.研究还表明,冰崖的坡度对度日因子的影响较小.     

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.