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.     

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。     

度日模型在冰川与积雪研究中的应用进展

度日模型是基于冰川与积雪消融和气温,尤其是冰雪表面的正积温之间的线性关系建立的.度日模型已广泛应用于北欧、阿尔卑斯山、格陵兰冰盖、青藏高原等地区的冰雪消融、冰川物质平衡及对气候敏感性响应、冰川动力模型以及冰雪融水径流模拟等的研究中.度日模型尽管是对冰雪表面消融能量平衡这一复杂过程的简化描述,但在流域尺度上,通常可以获取类似于能量平衡模型的输出结果.度日模型也有其不足之处,仍需进一步的改进与完善.     

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、...     

珠穆朗玛峰绒布冰川消融与产汇流水文特征分析

分析珠穆朗玛峰峰绒布冰川强消融期6月的日径流资料可知,由于绒布冰川末端冰湖较为发育、冰川面积较大,冰川末端水文站显示白天流量小于晚上流量,冰川储水性较强.最大流量出现时间滞后於最高气温(消融最强)时间9～14h.随着消融强度增大,冰川排水系统发育越来越完善,滞后时间缩短.据2005年定日县气象站无降水日日平均气温资料和同期珠穆朗玛峰绒布河日均径流量,获得气温驱动下绒布河日均径流量表达式;利用1959年珠峰科考时一个水文年中无降水日绒布河日均流量资料和同期定日县气象站日均气温检验该表达式表明,该表达式在利用定日县气象站无降水日日均气温模拟绒布河径流量时表现较好.绒布河的径流可分割成两部分:冰川融水补给和降水补给.根据1959年降水驱动产生的流量,得出降水对河流补给贡献率为19.2%,冰川融水补给率为80.8%.     

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.     

珠穆朗玛峰绒布冰川消融与产汇流水文特征分析

分析珠穆朗玛峰峰绒布冰川强消融期6月的日径流资料可知,由于绒布冰川末端冰湖较为发育、冰川面积较大,冰川末端水文站显示白天流量小于晚上流量,冰川储水性较强.最大流量出现时间滞后於最高气温(消融最强)时间9～14 h.随着消融强度增大,冰川排水系统发育越来越完善,滞后时间缩短.据2005年定日县气象站元降水日日平均气温资料和同期珠穆朗玛峰绒布河日均径流量,获得气温驱动下绒布河日均径流量表达式;利用1959年珠峰科考时一个水文年中无降水日绒布河日均流量资料和同期定日县气象站日均气温检验该表达式表明,该表达式在利用定日县气象站无降水日日均气温模拟绒布河径流量时表现较好.绒布河的径流可分割成两部分:冰川融水补给和降水补给.根据1959年降水驱动产生的流量,得出降水对河流补给贡献率为19.2%,冰川融水补给率为80.8%.     

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.     

1957-2006年天山萨雷扎兹库玛拉克河流域冰川物质平衡变化及其对河流水资源的影响

天山南坡的萨雷扎兹-库玛拉克河流域在中国阿克苏河协合拉水文站以上面积为12816km2,发育有冰川3195.41km2,冰川覆盖率25%.根据1957—2006年流域站点观测的降水、气温及其径流资料,通过最大熵方法计算了流域冰川物质平衡的逐年变化.结果表明:流域冰川径流深约为895mm,全流域河川径流深为381.3mm,冰川融水占协合拉站控制流量的58.65%,冰川融水变化对流域水资源量的影响非常明显.1957—2006年平均年径流量为48.64×108m3,径流在1993年后急剧增加,1994—2006年的平均年径流量比1957—1993年的增加了10.56×108m3,即增加了23%.由于负物质平衡消耗了大量过去积累的冰川冰,冰川融化对河流额外补给.初步计算,在过去50a由于气温升高引起的冰川净消融额外补给河流的径流量达309.47×108m3,相当于每年径流增加达6.19×108m3,约为年径流量的13%.1957—1993年流域冰川消融对河流的额外净补给量为5.3×108m3,占河流总径流量的11%;1994—2006年流域冰川消融对河流的额外净补给量为8.8×108m3,占河流总径流量的18%.随着...     

祁连山老虎沟流域产汇流特征分析

为了研究老虎沟流域冰川产汇流特征,根据老虎沟流域2009年消融期4-10月的气象与水文观测资料,采用排除和不排除降水对冰雪消融产流影响的方法,对老虎沟流域融水径流的产流特征、白天和夜晚径流特征、径流的滞后效应进行了分析。结果表明： 5-9月各月流量占到整个消融期流量的比例分别为7%、26%、33%、19%、14%。降水对河流的产流贡献率约为22%,冰雪融水和地下水对河流的产流贡献率为78％。观测期内,除5月外,白天流量全部大于晚上流量,而且6-8月白天和夜晚径流之间的差值较大。老虎沟冰川区以裸冰消融为主,冰面湖较少而且小,汇流较快,储水性能并不明显。5-9月流量峰值和谷值平均分别滞后气温7.0 h、3.5 h、2.5 h、2.5 h和4.5 h,冰川排水系统也随着流量变化经历慢速-快速-慢速的变化过程。     

喜马拉雅山北坡典型冰川流域水文过程比较研究北大核心CSCD

2005年为喜马拉雅山中段的暖干年,夏季气温为历年最高。本文利用2005年珠穆朗玛峰绒布冰川下游水文观测资料及附近定日气象站资料、羊卓雍湖卡鲁雄曲冰川流域水文资料及附近浪卡子站气象资料,分析了两个流域的融水过程,建立冰雪消融数值模型,并进行了对比研究。结果表明:统计相关得到两流域气温和降水高度相关性(r>0.8),说明在区域尺度上两个地区的气候过程相似。绒布冰川消融强度比卡鲁雄曲冰川约大2倍,冰川退缩速率二者也差2.5倍,说明用冰川消融气温估计的水量损失基本反映两地冰川变化的事实。本文提出的冰雪融水模型,可以用于两个冰川区之间广大无资料冰川流域融水及冰川变化的估计,以及恢复珠穆朗玛和喜马拉雅山脉其他地区的长期水文过程及水资源变化的计算。     

冰川水文模型研究进展

定量评估冰川变化对干旱区流域/区域水资源管理、海平面上升以及冰川自然灾害预防等十分重要。从冰川产流(消融)和汇流两个水文物理过程出发,介绍了国内外冰川水文模型的研究进展,对目前应用最广的两类消融模型——基于气象因子的统计模型和基于物理机制的能量平衡模型进行了分析和讨论;从冰川表面、内部以及下部汇流3个方面阐述了冰川汇流模型所取得的成果。表明冰川产流(消融)模型已相对较为成熟,而冰川汇流过程目前仍处于探索阶段。构建适合不同规模和类型冰川的、包含冰川运动信息的分布式冰川水文物理模型是今后的研究重点。     

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.     

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.     

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.     

天山南坡台兰河流域冰川物质平衡变化及其对径流的影响

应用控制流域的径流及相关降水资料,通过模型重建了台兰河流域平均冰川物质平衡序列.结果显示,1957—2000年流域冰川平均年物质平衡为-287mm,累计冰川物质平衡-12.6m;44a来由于气温升温引起的冰川净消融相当于每年补给河流径流1.24×10⁸m³,占河流年径流量的15%.1982年以后,流域冰川物质平衡一直呈负平衡,1957—1981年平均物质平衡为-168mm·a^-1,1982—2000年平均为-445mm·a^-1.随着气候由暖干向暖湿转型,降水量增加,但冰川对气温的敏感性更大,冰川消融加快,冰川融水量持续增加.气温和降水量的变化与北大西洋涛动和北极涛动变化一致,其突变年份都在1986—1988年左右.     

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。     

喜马拉雅山珠穆朗玛峰北坡绒布冰川度日因子研究

根据喜马拉雅山珠穆朗玛峰绒布冰川消融资料和同期气温数据,分析了该冰川度日因子时空变化.研究结果显示:绒布冰川度日因子随海拔升高而增加,海拔5 260 m、5 350 m、5 450 m、5 500 m和5 750 m处冰川度日因子平均值分别为3.27 mm·℃-1·d-1、8.21 mm·℃-1·d-1、23.19 mm·℃-1·d-1、46.41 mm·℃-1·d-1和42.05 mm·℃-1·d-1;不同厚度表碛下的冰川度日因子有所差异;但对同一观测点来说,度日因子随时间变化较小;在喜马拉雅山南北坡海拔5 350 m的地区,冰川度日因子普遍较小(10.5 mm·℃-1·d-1);而在南北坡海拔5 350 m的地区,度日因子普遍较大(大部分15.8 mm·℃-1·d-1),相比南坡,喜马拉雅山北坡冰川度日因子更大.     

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。