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.     

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。     

祁连山黑河干流山区水文模拟研究进展

流域水文模拟是在认识水文规律的基础上, 对流域水文过程的一种数学描述.黑河流域作为典型的内陆河流域历来是研究寒区、 旱区水文过程的热点区域.祁连山黑河干流山区的水文模拟研究也备受学者们的关注, 经验模型、 概念模型和分布式水文模型在该区域均有应用, 虽然都对出山径流做出了准确的模拟, 但是引进的模型对高寒山区水文过程的刻画不够详细.内陆河高寒山区流域的水文模拟要充分考虑冰川、 积雪、 冻土等因素所引起的特殊寒区水文过程, 准确刻画这些水文过程是高寒山区流域水文模拟成功的关键.今后应该继续加强野外观测, 深入开展冻土水文过程、 冰雪水文过程的模拟研究, 发展真正适合于高寒山区流域水文过程的分布式水文模型.     

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.     

中国西部寒区流域冰川水文调节功能研究

冰川作为固体水库以“削峰填谷”的形式显著调节径流丰枯变化,冰川的水文调节功能对于中国西北干旱区至关重要。使用现有VIC-CAS模型模拟得到中国西部寒区2014—2100年径流预估数据,从趋势和波动变化相结合的视角,基于径流变差系数法,构建了冰川水文调节指数（Glacier_R）,分析了9个寒区流域冰川径流变化的稳定性,详细剖析了历史时期（1971—2010年）和未来到21世纪末这些流域冰川水文调节功能的强弱变化。结果表明：历史时期及RCP2.6和RCP4.5情景下,除长江流域外,青藏高原其余流域的冰川径流减小时间节点为2020s,西北内陆河流域则为2010s。历史时期及RCP2.6和RCP4.5情景下至21世纪末,尽管西部寒区大部分流域的冰川径流呈减少趋势,但波动幅度减小或无明显变化,冰川径流稳定性增强或无变化。总体上,西北内陆河流域的冰川水文调节功能较高,青藏高原流域的冰川水文调节功能较低。RCP2.6和RCP4.5情景下,至21世纪末,西部寒区各流域冰川水文调节功能均呈现减弱趋势,西北内陆河流域减弱更加显著,如RCP4.5情景下,木扎提河冰川水文调节功能降幅达25.4%,而青藏高原各流域的冰川水文调节功能一直处于较低水平。从年代际变化来看,1970s—2010s是寒区流域冰川水文调节功能较强的时期,1980s和2000s两个时段冰川水文调节功能尤强;RCP2.6和RCP4.5情景下,未来到21世纪末,冰川调节功能明显减弱。减弱的时间节点不同,最早为1970s,最晚为2020s。     

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。     

疏勒河上游径流组分及其变化特征定量模拟

气候变化背景下,西北干旱区内陆河流域的水文过程发生显著变化,制约着地区经济社会和生态建设的稳定发展。定量分析和评估高寒山区径流的变化,有助于加强西北地区水资源的规划管理,实现水资源的可持续利用,保障区域水安全。选取位于青藏高原东北边缘、祁连山西段的疏勒河上游作为研究区,利用包含冰雪消融模块的寒区水文模型分布式SPHY模型（Spatial Processes inHydrology model）对流域的径流过程进行定量模拟,根据模拟结果分析了疏勒河上游近45 a径流组成及径流与各组分的变化特征。结果表明：（1）率定期日径流和月径流模拟的Nash效率系数分别为0.62和0.86,验证期达到0.79和0.95,模拟的月径流与实测月径流过程基本一致;（2）径流由四部分组成,冰川径流占总径流的年平均比例为30.5%,融雪径流的占比为12.9%,降雨径流的占比为13.5%,基流的占比为43.1%;（3）由于气温升高、降水增多,冰川径流与降雨径流均呈增加的趋势,平均增加幅度分别为4.66×10⁶ m³·a^-1和2.46×10⁶ m³·a^-1,融雪径流呈减少的趋势,平均减少幅度为1.01×10⁶ m³·a^-1;（4）近45 a年径流增加了69.6%,冰川融水对流域径流增加的贡献率达到48%,非冰川区降水增加的贡献率达到52%。     

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。     

气候变化下雅鲁藏布江拉孜以上流域径流过程模拟与预测

西部高寒河源区因冰川积雪冻土等特殊的地理环境,其径流过程的模拟与预测一直是水文学研究的难点和热点问题之一,全球气候变暖为这一地区的水文模拟提出了新的挑战。以雅鲁藏布江拉孜以上流域为研究区域,基于可考虑冰川积雪融水的SWAT分布式水文模型对拉孜站径流过程进行模拟,评估SWAT模型在高寒河源区的适用性。基于未来气候变化情景,统计分析了未来研究区降水、气温的变化趋势,预估了气候变化对区域径流过程的影响。结果表明:SWAT模型在拉孜以上流域径流过程模拟中具有较好的适用性,模型在率定期和验证期月尺度NS系数分别达到了0.78和0.84;未来研究区降水、气温均呈现出增加趋势,且随着排放情景的上升,气温、降水增加幅度有变大趋势;未来研究区不同时段径流量也呈现出不同的增加趋势,在2020～2049年的RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,相较于基准期径流分别增加了约11.8%、14.0%、16.5%,为下游水资源可持续开发利用带来了更大的挑战。     

CMADS降水数据在温带东亚季风气候区水库控制流域适用性——以潮白河、东洋河流域为例

为探究中国气象同化驱动数据集（CMADS）降水数据在温带东亚季风气候区水库控制流域情景下水文模拟中的适用性,选择SWAT （soil and water assessment tool）模型为研究工具,分别以CMADS降水数据与年鉴实测降水数据为模型输入项,以水文站实测月径流资料对模型模拟结果进行参数率定及验证,对潮白河流域有水库、无水库控制情形下水文径流进行模拟,并对东洋河流域有水库控制情形下以CMADS降水数据作为模型输入项进行了水文径流模拟。结果表明：在潮白河流域无水库控制的支流潮河水系,CMADS降水数据和实测降水数据支撑下的模型在率定期R²（决定系数）分别为0.64、0.83,E_NS（纳什系数）分别为0.64、0.83,验证期模型R²分别为0.61、0.83,E_NS分别为0.58、0.60;在潮白河流域有水库控制的支流白河水系,CMADS降水数据和实测降水数据支撑下的模型在率定期R²分别为0.89、0.87,E_NS分别为0.87、0.86,验证期模型R²分别为0.61、0.67,E_NS分别为0.61、0.65;在东洋河有水库控制流域,CMADS降水数据支撑的模型率定期R²=0.84,E_NS=0.78,验证期R²=0.87,E_NS=0.85。说明CMADS降水数据在有水库、无水库控制流域情景下的水文模拟中均具有较好的适用性。因此CMADS降水数据可以用于温带东亚季风气候区水库控制流域水文模型的建立。     

基于格尔木河流域的SWAT模型水文特征情景模拟研究

以2008—2016年格尔木河流域实测径流量数据为基础,构建SWAT分布式水文模型,采用SUFI-2算法进行参数率定、验证及不确定性分析,并设置不同的气候情景(RCP2.6、RCP4.5和RCP6.0),预测流域2022—2050年的径流变化趋势,分析了研究区未来降水、气温的变化趋势并探究了这些气候要素对格尔木河流域径流的影响。结果表明：(1)SWAT模型在格尔木河流域径流过程的模拟中具有较好的适用性,率定期R²和E_NS分别为0.84和0.73,验证期R²和E_NS分别为0.74和0.70;(2)径流预测不确定性较小;(3)未来流域降水呈现增加趋势而气温降低;(4)未来时段流域径流增加显著,且降水是控制流域径流的主要因素。     

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.     

天山南坡清水河流域径流过程对气候变化的响应

干旱区的高山寒区水文过程对气候变化特别敏感,冰川、积雪和冻土变化产生的水文效应对下游水资源供给具有重要影响.以天山南坡清水河流域为研究区域,通过分析水文站径流变化,结合流域上游山区巴伦台的气象资料,研究了高寒流域在气候变化背景下径流过程的响应特征.结果表明:降水变化决定着径流过程,但气温上升对径流产生额外影响;气温变化产生的径流变化对径流产生延迟效应,冬季径流明显增加.南疆天山地区冬季积雪较少,产生的春季融水径流不明显;夏季降水和径流同期出现,使得高寒山区水文过程对固体降水变化不敏感;冻土退化产生的水文效应使冬季径流增加明显.为应对气候变化对水文过程产生的影响,应加强山区水库建设,通过工程措施调节,保障持续的水资源供给和利用.     

基于HBV模型的太子河流域径流变化情景预估

以太子河流域为研究区域,采用HBV水文模型对流域的水文过程进行模拟,并选取RegCM4.4区域气候模式输出的平均气温和降水数据来驱动HBV水文模型,模拟逐日径流过程,分析RCP4.5排放情景下未来太子河流域径流的演变。结果表明,HBV水文模型在太子河流域模拟效果较好,率定期与验证期Nash效率系数与确定性系数均在0.60以上,模型基本模拟出了洪水对降水的响应过程。RCP4.5情景下,2021 2070年太子河流域年平均气温呈持续升温趋势,流域降水和年径流深度呈微弱减少趋势。相较于基准期,年径流深度将增多9.79%,夏季和秋季径流深度上升明显。径流分位数的变化表明,峰值极端径流和枯水极端径流均较基准期有不同程度的增多,未来太子河流域发生极端洪涝的可能性较高。     

1960-2010年黑河流域冰川变化的遥感监测

利用1960年地形图、 1990年、 2000年和2010年TM影像, 采用基于冰雪指数(NDSII)和原始波段的面向对象解译方法, 提取黑河流域4个时期的冰川分布, 结合30 m分辨率的DEM数据, 利用遥感、 地理信息系统技术对冰川的时空分布变化及原因和不确定性进行分析. 结果表明: 从1960-2010年50 a间黑河流域上游冰川持续退缩, 面积共减少138.90 km², 减少率为35.6%, 平均每年减少2.78 km², 祁连山中段冰川属于强烈退缩型. 祁连山中段黑河流域冰川主要分布在海拔4 200~5 300 m之间, 冰川分布下限为海拔4 000 m; 冰川退缩主要发生在低海拔地区, 冰川的退缩上限为海拔4 600 m.气温的显著上升是研究区冰川退缩的关键因素, 气候持续变暖将会导致冰川退缩加剧.     

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.     

近期新疆哈密代表性冰川变化及对水资源影响

新疆哈密是资源性缺水地区,冰川是该区主要的供给水源。为了对该区冰川和水文水资源的现状和未来变化做出合理评价和预估,以榆树沟6号冰川和庙尔沟冰帽为代表,结合野外实测资料以及近年来在冰川变化领域所取得的相关研究成果,综合分析了在气候变暖背景下新疆哈密地区冰川近年来的变化过程及对水资源的影响。结果表明,1972-2011年,榆树沟6号冰川厚度平均减薄20 m,减薄速率约为0.51 m/a,冰川末端退缩254 m,年均退缩约6.5 m。由于强烈消融,冰川表面径流发育明显,且在末端有冰碛湖形成。相比之下,庙尔沟冰帽消融速率相对较小,对气候变暖的敏感度较低,这与冰帽类型和所处海拔较高有直接关系。综合分析发现,流域有无冰川覆盖及覆盖的比率大小,直接造成哈密地区不同流域近期河川径流变化的差异。     

基于水化学特征的长江源区生态水文学研究进展

气候变暖背景下,冰雪、冻土剧烈消融引起的寒区径流成分改变对流域径流演变规律及水循环机制产生了深刻影响。对长江源区各水体水化学特征及其生态水文学研究进行归纳总结,主要进展包括：长江源区的大气降水的水汽来源主要受西风环流和季风环流的控制。冰雪融水的水化学特征受到消融强度、消融持续时间和新雪融水的影响,同时在冰雪融水、积雪以及冰川融水之间可能存在化学离子的交换。冻土层上水受到降水、冰雪融水、地下冰融水等的混合补给,造成水化学特征变化的随机波动。海拔在4 500 m的地区是冻土层上水水化学特征对研究区离子控制源较为敏感的区域。随着海拔高度的增加,降雨直接补给对河水中化学离子的稀释作用逐渐减弱,同时,海拔从4 500 m到5 000 m的降水对河水中离子浓度的稀释效果最大,而在海拔5 000 m以上河水主要受冰雪融水的补给,降水和消融期的变化对河水水化学的影响很小。研究结果为更系统地认知寒区下垫面变化所引起的水文效应提供科学依据,为流域水资源的合理开发利用提供决策依据。     

天山南坡高冰川覆盖率的木扎提河流域水文过程对气候变化的响应

木扎提河是天山南坡冰川面积覆盖率最大（48.2%）的河流, 流域径流过程对气候变化极为敏感, 为了合理管理和规划水资源, 确保水资源的可持续利用, 亟需定量评估气候变化对该流域水文过程的影响。以VIC-CAS分布式水文模型为计算平台, 利用实测的径流和两次冰川编目间的冰川面积变化数据开展了模型的多目标参数化校正和验证, 有效提高了模拟结果的“真实性”, 然后通过数值模拟结果结合观测数据定量解析了流域径流的组成、 变化特征及对气候变化的响应机理。结果表明： 木扎提河总径流集中在暖季（5 - 9月）, 占全年总径流量的77.9%, 冰川径流、 融雪径流和降雨径流分别占总径流量的66.6%、 26.4%和7.0%。1971 - 2010年木扎提河流域气温和降水呈显著增加趋势, 由于降水的增加, 降雨和融雪径流均呈增加趋势, 但冰川径流呈现明显减少趋势, 导致总径流呈现下降趋势。在RCP4.5情景下, 未来该流域气温呈现明显升高趋势, 降水表现为微弱下降趋势; 气候变暖后, 更多降水以降雨形式发生, 未来降雨径流将明显增加, 降雪和融雪径流已于20世纪90年代达到峰值, 随后明显减少; 冰川面积将持续萎缩, 冰川径流于21世纪10年代达到拐点, 随后明显减少, 导致河道总径流量也将明显减少。     

基于模块化建模方法的寒区水文过程模拟——在中国西北寒区的应用

中国西北高山、 高原广泛分布着冻土和积雪, 春季融雪和冻土融化是该地区重要的水文过程.基于模块化的寒区水文建模环境CRHM, 根据流域水文过程特征和观测数据约束, 选取描述不同寒区子水文过程的模块构建寒区水文模型, 并基于长期观测的两个典型寒区小流域来验证模块化的寒区水文模型.在冰沟流域, 主要模拟雪的积累/消融、 雪的升华、 融雪下渗和融雪径流过程. 结果显示: 冰沟流域积雪升华占降雪量(145.5 cm)的48%, 其中风吹雪引起的升华损失量(35 cm)占积雪升华(69 cm)的一半, 风速和辐射引起的积雪升华是该地区积雪物质平衡的重要组成; 构建的寒区水文模型可以再现春季积雪消融引起的径流过程.在左冒孔冻土流域, 主要模拟冻土下渗过程、 冻土坡面产流过程和土壤冻融对径流的影响. 结果显示: 构建的寒区水文模型可以捕捉到春季主要的冻土融化径流过程.两个流域的验证结果揭示: 模块化的建模方法在搭建模型结构的时候减少了模型的不确定性, 所以在未经率定的情况下, 具有在无资料和资料缺少地区模拟寒区水文要素和水文过程的能力.