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.     

粉尘颗粒物对祁连山老虎沟冰川融水理化性质的影响

基于2012年消融期6~9月在祁连山老虎沟12号冰川采集冰川融水径流样品,分析探讨冰川融水中粉尘颗粒物对融水理化性质的影响。结果表明,粉尘特征在消融期的变化很好地反映了冰川消融过程,融水中粉尘浓度和粒径众数在冰川强烈消融期的7月份表现为最高。粉尘体积粒径分布主要包括大气气溶胶超细颗粒(0~3.0μm,主要为PM 2.5),大气粉尘颗粒(3.0~20μm),以及局地源的粗颗粒(20~100μm);对雪冰消融释放的粉尘部分(3.0~20μm)粒径分布正态拟合结果说明,融水中粉尘颗粒物有很大部分来源于积雪中的粉尘运移所致。同时,融水中化学离子相对组成及其浓度消融期变化都与粉尘有较好的一致性,意味着粉尘对融水化学要素有重要影响。此外,pH值和电导率(EC)消融期的变化也反映了粉尘对融水物理指标的影响。在粉尘浓度较高时,融水pH值和电导率也表现出高值;融水径流中的悬移质颗粒物(SPM)浓度和溶解质固体(TDS)浓度具有较为一致的变化过程,反映了粉尘对于融水中溶解质含量也有较大影响。     

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。     

粉尘颗粒物对祁连山老虎沟冰川融水理化性质的影响

基于2012年消融期6~9月在祁连山老虎沟12号冰川采集冰川融水径流样品,分析探讨冰川融水中粉尘颗粒物对融水理化性质的影响。结果表明,粉尘特征在消融期的变化很好地反映了冰川消融过程,融水中粉尘浓度和粒径众数在冰川强烈消融期的7月份表现为最高。粉尘体积粒径分布主要包括大气气溶胶超细颗粒（0~3.0 μm,主要为PM 2.5）,大气粉尘颗粒（3.0~20 μm）,以及局地源的粗颗粒（20~100 μm）;对雪冰消融释放的粉尘部分（3.0~20 μm）粒径分布正态拟合结果说明,融水中粉尘颗粒物有很大部分来源于积雪中的粉尘运移所致。同时,融水中化学离子相对组成及其浓度消融期变化都与粉尘有较好的一致性,意味着粉尘对融水化学要素有重要影响。此外,pH值和电导率（EC）消融期的变化也反映了粉尘对融水物理指标的影响。在粉尘浓度较高时,融水pH值和电导率也表现出高值;融水径流中的悬移质颗粒物（SPM）浓度和溶解质固体（TDS）浓度具有较为一致的变化过程,反映了粉尘对于融水中溶解质含量也有较大影响。     

全球冰川径流中硅的研究进展

硅（Si）是硅藻等海洋生物必需的营养元素,在海洋生态系统和碳循环方面扮演着重要角色。在全球变暖背景下,冰川加速消融,融水径流量快速增加,流域硅酸盐风化作用逐渐增强,导致大量Si元素随着融水释放出来并进入下游,很可能影响陆地与海洋生态系统生产力、碳循环并反馈气候变化。当前与冰川消融有关的Si释放及其影响研究已成为国际热点科学问题之一。通过回顾冰川径流中Si浓度及其δ³⁰Si的最新研究成果,分析了Si浓度的空间变化特征,发现冰川径流的Si浓度受采样方法、径流量、基岩特征等因子的共同影响。在总结该领域现存问题的基础上,认为未来急需加强冰川径流Si的野外监测,综合利用多种同位素手段来厘清冰川径流Si的迁移转化过程和输移规律,评估因冰川消融而进入下游生态系统的Si通量,进而为冰川Si的生态及气候影响评估提供科学指导。     

天山乌乌木齐河源径流水文化学空间差异及其控制因素

天山乌鲁木齐河流暖季径流水化学特征受大气降水，冰川作用。积雪消融，冻土活动层状况以及水岩相互作用等因素综合影响。普遍存在的水岩相互作用和冰碛物岩矿离子组分的化学剥蚀作用导致径流中各项离子浓度远远高于大气降水中相应值的规律。其中黄铁矿氧化反应，钾长石水解和方解石水解反应为控制流域径流偏碱性的主要化学作用。冰川磨蚀对于岩矿溶解的增强作用和相对更强的积雪消融导致天山乌鲁木齐河源1号冰川径流的Ca^2 ,Mg^2 ,SO42-和K^ 离子浓度和离子脉冲峰值远高于空冰斗和总控水点，空冰斗融水径流受大气降水，季节性冻土活动层融水混入以及融雪水与土壤相互作用影响更大，表现出更显的Cl^-,Na^ 和NO3^-离子峰值现象。总控水点则大体上反映上述二水点的混合作用，化相对平缓，离子浓度峰值介于二之间。     

青藏高原及周边冰川区表碛影响研究进展北大核心CSCD

青藏高原及周边冰川区表碛分布十分广泛,其通过地-气-能-水交换、反照率变化等影响冰川消融及空间特征,导致表碛覆盖型冰川物质平衡响应机制、水文效应及其致灾过程不同于无表碛覆盖型冰川。本文在系统梳理青藏高原及周边冰川区表碛空间分布特征的基础上,综合分析了表碛对冰川区消融、物质平衡和水文过程的影响及其对气候的响应过程,并系统分析了表碛影响观测与模拟的研究进展。目前不同尺度冰川物质平衡和径流模型对表碛影响的考虑依然不足,导致应用现有模型开展表碛分布及动态变化和评估气候变化条件下表碛影响面临诸多挑战。展望未来,深入认识气候-冰川-表碛系统相互作用与反馈机制,发展考虑多物理过程的冰川-表碛系统协同演化的动态模型,预估气候变化驱动下的冰川区表碛动态影响及趋势,进而服务于区域社会经济发展和“绿色丝绸之路”建设。     

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。     

融水径流分割研究回顾及展望

全球气候变暖引起雪冰（积雪/冰川）消融、冻土退化,融水径流量显著增加。不同融水径流分割方法可以量化河流径流的融水比例,反映高寒区雪冰变化及其对气候变暖的响应。评述了不同径流分割方法的原理及其优缺点,并着重介绍了同位素/化学径流分割的计算方法及示踪剂选择。对比分析各研究流域融水径流分割结果,详细讨论影响融水径流变化的主要因素。针对同位素径流分割方法的理想化假设,提出了量化不确定性的的拓展研究。最后,阐述了随着高频采样技术的完善,同位素径流分割研究的发展前景。     

新疆山地冰川变化及影响研究进展

揭示新疆山地冰川变化及其影响,对新疆山地-绿洲-荒漠系统的健康和稳定发展意义重大。系统梳理新疆冰川物理变化、化学过程、生物资源、气候响应与生态效应等研究成果。结果表明：①新疆山地冰川总体上呈加速消融之势,且受地形、气候影响,冰川变化的区域性差异明显;②气溶胶解释了乌鲁木齐河源1号冰川表层物质的组成与来源,同位素定量了各流域径流中冰川融水的比例;③冰川变化对极端微生物生存条件、空间分布的影响研究较为成熟,但其与生物资源间的综合反馈机理尚不明晰;④冰川消融对水资源的影响随冰川融水拐点的到来而加剧,造成的生态服务缩减和冰雪产业损失日益凸显。制定统一的冰川提取标准、扩宽研究视角、全面系统观测冰川、提高模拟预测精度、加强灾害预警与制定对策是未来新疆山地冰川研究的关注点。     

新疆山地冰川变化及影响研究进展

揭示新疆山地冰川变化及其影响,对新疆山地-绿洲-荒漠系统的健康和稳定发展意义重大。系统梳理新疆冰川物理变化、化学过程、生物资源、气候响应与生态效应等研究成果。结果表明:①新疆山地冰川总体上呈加速消融之势,且受地形、气候影响,冰川变化的区域性差异明显;②气溶胶解释了乌鲁木齐河源1号冰川表层物质的组成与来源,同位素定量了各流域径流中冰川融水的比例;③冰川变化对极端微生物生存条件、空间分布的影响研究较为成熟,但其与生物资源间的综合反馈机理尚不明晰;④冰川消融对水资源的影响随冰川融水拐点的到来而加剧,造成的生态服务缩减和冰雪产业损失日益凸显。制定统一的冰川提取标准、扩宽研究视角、全面系统观测冰川、提高模拟预测精度、加强灾害预警与制定对策是未来新疆山地冰川研究的关注点。     

四川康定折多山末次冰盛期古冰川重建及其气候意义

折多山位于青藏高原东缘,地势上处于由高原面向高山峡谷的过渡区,古冰川遗迹保留较好。对折多山冰川地貌进行深入研究,对揭示青藏高原东缘地形演化与古气候变化的耦合机制具有重要意义。在野外考察的基础上,结合Google Earth遥感影像、《中国第二次冰川编目》和DEM等资料,对折多山冰川地貌及其特征参数进行了识别、提取和计算。研究共识别出189条古冰川,覆盖面积为497 km²。基于研究区已有年代学资料,本区冰川地貌主要为末次冰盛期（LGM）以来冰川作用遗存。恢复研究区LGM冰川平衡线高度（ELA）,在西坡和东坡分别为4 380 m和4 110 m,相差270 m,揭示出分水岭东侧更有利于冰川发育。广泛发育的冰蚀湖、冰蚀基岩面、羊背石等,以及深切的冰川槽谷（U形谷）指示海洋性冰川作用特征;冰川作用正差、冰川朝向、冰蚀地貌的差异,揭示积累区地形条件和水汽来源对研究区冰川发育具有重要的影响。     

青藏高原西部地质灾害分布特征及背景分析

青藏高原的快速隆起使其地质、地貌和气候发生了剧烈变化,导致崩塌、滑坡、泥石流、岩屑流和冰湖溃坝等地质灾害频发。利用遥感技术对青藏高原西部地质灾害的分布、形成条件进行了研究,对灾害形成的背景进行了探讨。崩塌、滑坡和泥石流主要发育于喜马拉雅山、冈底斯山、喀喇昆仑山及昆仑山的高山峡谷之中; 冰湖一般分布于雪线附近; 岩屑流发育在雪线之下基岩裸露区的陡坡上; 融冻泥流则位于海拔更低的多年冻土和季节性冻土的过渡地带。高原内部的造山带为灾害提供了地形条件; 冰川和大气降水为灾害提供了水源; 冰川作用和频繁的融冻作用为灾害提供了物源。青藏高原的快速隆升是地质灾害发育的内因,高海拔高寒气候是灾害发育的外因。     

冰川冰内及冰下水系研究综述

冰内及冰下水系的形成与演化具有时空变化性,对冰川汇水储水及径流过程产生影响,与之紧密联系的冰下水文过程(水力状况)与冰川运动、冰川侵蚀及冰川洪水形成等过程息息相关。冰内及冰下水系空间结构和形态复杂,且不同于一般喀斯特水文系统,具有明显的季节变化性,其空间分布和水力状况会因外界水体输入(降水和冰雪融水)的变化而改变。冰内及冰下水系的变化通过影响汇流对冰川融水的径流过程产生影响,冰川区一些溃决洪水事件的发生与冰内及冰下蓄水的突然释放有很大关系。冰川蓄排水还通过改变冰下水力条件来影响冰川运动,反之冰川运动不仅影响蓄排水过程的转换效率,且通过改变冰川消融强度(冰体向下游消融区输送速率的变化)影响冰川排水系统的空间分布范围。在气候变暖及冰川变化的背景下,研究冰内冰下水系演化的时空特征及其影响具有重要科学意义。综述了目前国内外针对冰川冰内及冰下水系相关研究的进展及主要成果,并对该领域的研究前景进行了展望。     

The application of artificial neural networks to simulate meltwater runoff of Keqikaer Glacier,south slope of Mt. Tuomuer,western China

Because glacial melting provides a significant amount of surface water resources, especially in cold arid regions, it is critical that effective methods be developed for predicting their behavior. Glacier runoff differs from other types of stream flows, being characterized by large diurnal fluctuations, with maximum discharge during the summer months. Moreover, the size and remoteness of glaciers makes them difficult to study directly. Hence, developing effective modeling techniques is our best hope for understanding and predicting glacial melting phenomena. In the past, physics-based models have been used with some success. In this study, conducted in 2003 and 2004 on the Keqikaer Glacier on the south slope of Mt. Tuomuer, however, we used the newer artificial neural networks (ANNs) modeling technique. As the input nerve cell, we used the hourly wind speed, precipitation, air temperature, radiation balance, and ground temperature; the output nerve cell was the diurnal runoff at the glacial terminus. We then analyzed the simulated results under different scenarios by varying the input-nerve-cell parameters. It was found that ANN can simulate the process of glacier meltwater runoff successfully when basic parameters such as air temperature, precipitation and radiation balance are few. The results indicate that ANN can simulate the process of glacial meltwater runoff quite well, and that meteorological variables could in fact be used successfully to simulate glacier meltwater runoff using the ANN method.     

青藏高原湖泊变化遥感监测及水量平衡定量估算研究进展

青藏高原湖泊是气候变化的重要指示器,20世纪90年代中期以来,在暖湿化环境下降水增多和冰川冻土加速融化导致的湖泊扩张是青藏高原最为突出的环境变化特征。值得注意的是,湖泊水位变化的空间分布特征和西风带及印度季风带影响区的降水量变化具有高度的空间一致性。严酷的自然环境导致对青藏高原内陆湖泊的实地观测变得难以企及,而遥感技术的发展正好可以克服以上局限,该技术已经成为青藏高原湖泊变化监测的主要研究手段。本文围绕遥感监测技术与方法,综述了青藏高原湖泊面积、水量、冰物候、水体参数以及水量平衡定量估算等方面的研究进展。部分研究以流域为尺度应用多源遥感与水文模型进行水量平衡定量评估,结果表明青藏高原内陆地区的湖泊水量增加的主要贡献因素是降水增多,而冰川融化、冻土消融及其他因素的贡献程度却相对较小。当前,学术界一般认为：大尺度的降水年代际变化是青藏高原湖泊近期变化的主要原因,而冰川冻土加速消融又进一步加速湖泊扩张或抑制了部分湖泊收缩。过去,关于青藏高原湖泊变化的气候响应机制研究大多停留在对降水、蒸发、温度、风速、冰冻圈融化等气候因素的定性描述上;现在,在湖泊水量平衡方面,越来越多的研究开始在定量化方面取得进展;将来,随着更多遥感数据的开放共享,以及更多水文与气象站点的投入使用,将为青藏高原湖泊的水量平衡定量研究提供更好的数据条件。     

Run-off analyses using isotopes and hydrochemistry in Yushugou River basin,eastern Tianshan Mountains

Yushugou River basin of East Tianshan Mountains receives water from melting glaciers. In recent years, the glaciers retreated strongly due to global warming which intensified the water cycle in the river basin. For this reason, the relation of water bodies based on hydrochemistry and isotope in the summer flood was carried out. Hydrochemistry research showed that there was frequent hydraulic interaction between river water and groundwater. Studying the isotopes and \(\hbox {Cl}^{-}\) of river water, glacier meltwater, groundwater and precipitation, indicated that Yushugou River was recharged by the glacier meltwater, groundwater and precipitation during the summer flood period. The analysis result based on the three-component mixing model showed that Yushugou River was recharged by 54.9% of glacier meltwater, 37.6% of the run-off came from groundwater, while less than 8% was contributed by precipitation. The study suggests that the role of glacier meltwater and groundwater, especially glacier meltwater, should be specially concerned in water resource protection and reasonable utilization, and the injection of glacier meltwater is the main reason for run-off variation in this alpine basin during the summer flood period.     

青藏高原冰川对气候变化的响应及趋势预测

青藏高原是世界上中低纬度地区最大的现代冰川分布区,这里冰川末端在近百年来总的进退变化趋势是退缩,但在本世纪初至20～30年代和70～80年代间多数冰川曾出现过稳定甚至前进。对比近百年来气候变化,冰川变化虽然滞后于温度变化,但它们之间存在着很好的对应关系,多数冰川对温度变化滞后时间在10～20年间。根据80年代以来平均物质净平衡值,大致将青藏高原划分为:内部为平衡或正平衡区;向外为负平衡区;边缘为强负平衡区。以冰川对气候响应滞后关系预测,在今后10～20年间,青藏高原边缘冰川末端仍继续处于后退,而高原内部冰川末端位置变化不大。