不同规模山谷产川及其径流对气候变化的响应过程

以天山伊犁河流域为背景，通过冰川动力模型模拟，研究了统计意义上不同规模冰川及其径流对气候变化的响应过程的差异性。结果表明，不同规模冰川对气候变化的敏感性有较大差异，冰川径流变化与气候的变化亦不一致，在气温变暖，冰川退缩的过程中，冰川径流有一个增大的过程，冰川烃流的峰值大小和出现时间取决于冰川大小和升温速率。根据径流峰值出现时间与升温过程的一致与否，提出冰川径流增大的临界升温速度概念。     

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.     

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。     

中国冰川径流的评估及其未来50 a变化趋势预测

基于中国冰川编目资料,应用冰川系统对气候变化响应的功能模型,按照几种不同升温率的气候背景,对全国各大流域冰川径流进行了评估,并对未来50 a冰川径流的变化趋势进行了预测.结果表明:1980年全国冰川总径流量615.7×108m3,在升温0.02 K.a-1及0.03 K.a-1情景下,2000年比1980年增大7.13%~10.8%,径流总量增至659.66×108m3~682.24×108m3;与此同时,冰川面积减少1.07%~1.62%,冰储量也减少1.14%~1.73%.2000—2030年全国冰川径流都将逐步增长,在2030年左右均达到了最高峰,径流增率ΔW/W0分别为9.6%及15.0%,总径流量分别为675.15×108m3,和707.91×108m3.2030年以后,全国冰川径流均开始从高峰缓慢回落,但直到2050年分别比初始径流量多8.6%及13.6%.因此,在2050年以前,特别是2030年前后是在上述气候情景下充分利用冰川融水的最好时机,但也是冰川洪水等灾害的多发期.就各流域来说,敏感型区径流高峰出现时间早而径流增率小,稳定型区则反之.如果出现极端的持续升温,如升温率为0.05 K.a-1,全国冰川径流增率可达26.5%,到21世纪末回落到1980年水平以下,而冰川储量损失达57%,届时中国西部生态环境将急剧恶化.     

乌鲁木齐河源冰雪及多年冻土径流过程特征

在全球气候变暖背景下,乌鲁木齐河源自20世纪90年代中后期呈现出显著气温升高和明显降水增加趋势,乌鲁木齐河源区1号冰川及空冰斗山坡春季冰雪消融径流开始产流的时间有明显的推后趋势;同时径流结束、河道断流的时间也有不太显著的推后现象,其间接说明了高山区冰川及多年冻土融冻过程有了明显的消融季节推后特征.2000年以后春季径流明显大于20世纪80年代,其中冰川主要消融期径流变幅明显小于前期,空冰斗山坡夏季径流显著增大且变幅明显变大.分析认为,乌鲁木齐河源径流的这些变化,主要是河源区冬、秋季的明显升温,大气降水、季节性积雪融水和冻土活动层融冻过程变化等的反映.     

气候变化对塔里木河来自天山的地表径流影响

塔里木河水资源主要来自天山南坡两条源流,选择西段阿克苏河和中段开都河-孔雀河作为研究区.1956-2003年研究河源山区气温呈持续升温且降水波动增加的趋势,其中1995-2003年升温强劲,升温速率高出48 a期间平均的3倍以上;降水自1986年后持续增加,20世纪90年代较80年代增幅达18%,并显示出河源山区湿岛向塔里木盆地扩展.因高山缺少气象观测,出山径流过程变化可以综合反映中高山带的气候变化.塔里木河来自天山的地表径流在1986-2003年间持续增长,以冰川融水补给为主的库玛拉克河,1994年以来年径流量增加已在前期平均值基础上提升了一个台阶;开都河以降水径流补给为主,1986-2002年出现了观测记录以来的丰水期,并使1986年后博斯腾湖水位快速上升,恢复到1958年记录的最高水位以上.两河年径流变化趋势基本相似,但也显示有西、中段的气候变化局部差异,出现丰枯水期的不一致;然而,在近16 a升温过程中,年径流增长幅度和快慢相近.     

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。     

气候变化对天山北坡奎屯河高山区地表径流的影响

采用奎屯河流域的乌苏、沙湾气象站1960—2009年50 a来的气温、降水量资料和奎屯河将军庙水文站的降水量、径流量资料,分析了气温、降水、冰川等变化对奎屯河出山口地表径流的影响.结果表明:将军庙水文站年降水变化与径流量呈显著正相关;尽管气温呈上升趋势,但年径流与平原地区和出山口的气温相关不很密切,气温可通过影响蒸发增加山区消耗水量,减少径流.然而,气温变暖会加剧冰雪消融,使冰川退缩变薄,特别是消耗冰川积累量来增加河川径流.在奎屯河出山口地表年径流量中,与20世纪80年代相比,冰川径流增加了5.7%,多年平均情况下消耗冰川积累的融水径流约占冰川径流的30%.同时,随气候变化的极值化,要注意高山地区降水减少和汛期气温降低引起河川径流减少,降水、气温高值引起的年径流增大与洪水危害,以及引起河川径流的年际变幅增大,并对水利工程造成的影响.有关气候变化对河川径流定量预测有待今后进一步探讨.     

中国寒区水文学研究的新阶段 ——记我国杰出寒区水文学家叶柏生研究员的创新与贡献

我国杰出的寒区水文学家叶柏生研究员不幸因公殉职. 选取了叶柏生研究员若干代表性研究成果, 包括与他人的合作研究成果, 重点从冰川水文、 冻土水文和区域水文变化三方面总结了其对寒区水文学发展所做的创新与贡献. 文章列出了每项研究成果的核心内容, 并给予了简要评述. 所选成果中, 冰川水文方面研究涉及冰川对河川径流的调节作用、 冰川径流对气候变化的响应机理等; 冻土水文研究着重介绍了多年冻土变化对流域径流过程及其变化影响方面的系统性成果; 区域水文变化研究方面, 选取了降水观测误差修正、 气候变化对区域径流的影响等方面的创新成果. 这些研究成果极大地提高了我国在世界寒区水文学研究的地位, 对认识寒区水文过程及气候变化对水资源的影响具有重要科学意义.     

冰川系统变化的模型研究——以西藏南部外流水系为例

以西藏南部外流水系冰川系统结构为基础 ,应用冰川消融与夏季气温的关系、冰川径流变化规律、平衡线的代表性特征及其上升的降温效应 ,提出冰川系统变化的功能模型 .结果表明 :在持续升温的情景下 ,海洋型冰川对径流变化响应迅速 ,且退缩快、寿命短 ,而增流率不大 ,增流期短 ,在本世纪内径流将全面衰减 ;大陆型冰川对径流变化响应迟钝 ,且退缩慢、寿命长 ,而增流率大 ,增流期长 ,下世纪以后径流才将衰退 ;规模大及高差大的冰川比规模小及高差小的冰川退缩慢 ,寿命长 ,而增流率大 ,增流期长