黑河寒区水文过程小流域综合观测与模拟

寒区是全球/我国重要水源地并对气候变化极为敏感，变化环境下的寒区水循环规律研究是国际热点，但高海拔山区/我国相关研究却较为薄弱，干旱内陆河流域山区水循环过程更亟需；寒区水文机理研究需要长期、系统的监测资料，小流域尺度综合观测与模拟是追赶国际水平的捷径。本项目拟在中科院寒旱所黑河上游－生态水文试验研究站（祁连站）马粪沟试验小流域，在试验点、山坡/群落、子流域和小流域尺度，开展寒区水循环综合观测与模拟，探讨积雪/冰川消融过程及其融水和降雨在冻土中的迁移、转化和相变机理及其产汇流过程和能水平衡特征，构建经过各种监测资料验证的、小流域尺度的分布式物理水文模型，定量分析寒区典型下垫面冰川、高山寒漠、高山草甸、高山草原、森林和灌丛的生态水文功能及其对山区流域水资源的贡献，为黑河山区流域尺度水循环研究和分布式生态－水文模型构建提供机理支撑和简化参数化方法。

本项目是为“黑河流域生态-水文过程集成研究”重大研究计划的山区水文集成服务而设立的。项目布设了葫芦沟小流域气象-冰冻圈-水文观测网络，实现了高寒山区冰川、积雪、冻土、寒漠、森林、灌丛和草甸等下垫面的水文过程及水量平衡要素系统监测，在试验点、坡面、小流域等尺度上开展了寒区水文过程综合研究工作。项目率先出版了《寒区水文野外观测方法》，根据新观测的高山区降水数据，制作了黑河山区1960~2013年月降水数值产品并得到良好验证，获取的多年均降水量495mm，比过去提高了约110 mm，对黑河山区水量平衡估算以及认识高海拔山区降水分布规律具有重要意义。观测获取了高寒区水文过程研究和水文模型构建所需的大量关键参数和经验公式，提高了高寒区水文过程的认识和模拟能力。同步对比分析了寒漠、沼泽、草甸、灌丛草甸和草原等5种寒区典型下垫面的能水传输过程和平衡特征（2008~2014），发现了在冻结过程中下层土壤未冻水会向冻结锋面集结的现象，从而产生了复杂的产汇流过程。若气温升高2oC，高山区蒸散发量明显加大。开发了高寒区水文模型HULU，首次系统评估了冰冻圈在水文过程中的作用及其变化对黑河流域水文过程的影响。模拟结果得到多点、多层地温、土壤含水量和蒸散发观测数据的较好验证。结果表明，1960~2013年黑河冰川径流比例为3.5%并增加了约9.8%；积雪融水比例为25.4%并增加了约12.1%；冰川和积雪具有重要的调丰补枯作用但逐渐减弱。RCP4.5情景下，流域冻土退化、冰川逐步消失，降水、蒸散发稳定增加，径流微弱增加，2090年径流出现微弱减少拐点。若多年冻土消失，则峰值径流或丰水年份径流减少，枯水径流以及其他径流增加。率先定量评估了寒区典型下垫面的产流功能及其对黑河山区流域径流量的贡献率（%）：寒漠（60.5）>草甸（18.2）>草原（8.7）>冰川（3.5）>沼泽草甸（3.0）>灌丛（2.0）>云杉圆柏林（1.8）>山区荒漠（0.2）。这与葫芦沟试验点、坡面和小流域尺度观测结果较为吻合。据此提出了全球变暖植被带上移，山区流域蒸散发量/降水量比例变大、流域径流系数减小的论点。项目出版专著1部，发表和接受论文38篇，投稿论文多篇，培养“优青”1名，毕业博士后1名，博士4名，并在2014年全部得到基金委“青年基金”资助；派出1人出国学习、国外数10人次到野外基地考察；全面完成了研究计划