气候变化下冰冻圈多相态水体转换及其对径流的影响-以塔里木河源区为例

A significant feature of cryosphere is phase transformation of water. Cryospheric water changing in different phase lead to related resources and environmental effect. Based on the glaciohydrological and glaciometeorological observations on Koxkar glacier located on the source region of Tarim river basin, combined with remote sensing data,a parametric method of glacier melt has been established. On the basis of the construction of glacier mass balance model coupled with the distributed hydrological model SWAT model, a cryospheric distributed hydrological model which is suitable for phase transformation of water has been constructed. By using a good dataset acquired in Tailan river basin and Kumlike river basin, the model has been optimized to make good choice of relevant parameters value and improve its simulating ability. Taking the climate scenario data as input, by means of the improved distributed hydrological model, the impact of climate change over the next 30 to 50 years on the runoff of Akesu river could be simulated. The runoff from snow and ice could be quantitative description and their impacts on the watershed runoff could be quantitative also.

冰冻圈的一个显著特征是多相态水体间的转换。冰冻圈水体在不同相态间的转换带来相关的资源和环境效应。以塔里木河源区的科其喀尔冰川流域为观测流域,通过对冰川消融、物质平衡、能量交换等过程以及流域径流的观测和分析,结合冰雪表面参数遥感反演建立冰川消融参数化方法。在此基础上构建冰川物质平衡模型并与流域分布式水文模型SWAT模型进行耦合,建立适合进行冰雪区多相态水转换与径流模拟的水文模型。利用有较好数据基础的台兰河和昆马力克河对模型进行优化改进，率定相关参数。以多气候情景数据为输入，以分布式水文模型为手段，模拟未来30-50年气候变化情景下的阿克苏河流域冰雪径流变化过程，定量描述流域冰雪区水体的转换过程及其对出山径流的影响。

以气温上升为主要特征的气候变化对我国西北冰雪流域径流过程产生了深刻影响。径流增加、融水洪水频发、冰川加剧退缩等变化已在我国西北多个山区流域出现。深刻认识山区冰冻圈的变化及其对径流过程的影响具有十分重要的科学意义和现实意义。. 项目主要开展了2个方面的研究工作。即典型冰雪流域的冰川积雪的分布及变化和冰雪流域径流过程及其对气候变化的响应。利用遥感数据获得了流域冰川和积雪时空变化特征的认识。结果显示阿克苏河流域冰川积雪时空变化明显。1990年-2010年阿克苏河流域冰川面积减少明显。1990-2010年间流域冰川面积减少了10.6%。 2000-2012年流域积雪呈现增加趋势，年平均积雪覆盖率倾向率为0.205%·a-1，但时空差异明显。流域冬季积雪增加更为明显，倾向率为0.345%·a-1；空间上，与其它高度带相比，3000-4000m高度带增加比较明显，其中秋季增加趋势最为显著，倾向率为0.602%·a-1。利用比较详细和全面的典型冰川观测数据，细致刻画了冰雪表面能量平衡过程及其对消融的影响。明晰了净辐射是冰雪消融的主要能量来源，占比超过80%。综合地面观测数据和遥感反演数据改进和完善了复杂地形条件下的冰川消融-径流模拟模型，应用改进后的模型量化了气温和降水对冰雪流域径流的影响过程。气温上升后，流域径流在5月份开始出现明显增加，并持续至9月份。同时，气温上升1℃，流域径流峰值提前约15天。而降水对流域径流的影响不明显。. 本项目的研究成果丰富了冰雪流域径流对气候变化响应过程的认识，改进的冰雪消融-径流模型结构简单且数据需求少，可在类似流域进行推广应用，为地区水资源合理开发利用及冰雪融水洪水的模拟和预测提供支撑。