山地冰川表面分布式能量—物质平衡模型研究

山地冰川物质平衡的变化是冰川学研究的主要内容之一，它是反映气候变化最敏感的指标之一，也是冰川融水径流的物质基础。目前我国在山地冰川表面能量、物质平衡的分布式模拟研究领域还存在很大的空白。本项目以祁连山"七一"冰川为例，在对冰川地区进行气象、水文、能量平衡、物质平衡、反照率等综合考察的基础上，借助地理信息系统，通过一系列参数化手段，逐步建立起山地冰川表面分布式能量-物质平衡模型。通过冰川物质平衡的观察和模型的模拟，从物理机理的角度，探讨冰川物质平衡对气候变化的响应以及冰川融水径流过程，了解冰川表面能量平衡各分量特征和冰川物质平衡平面分布特征和海拔高度结构特点及其影响因素，从方法上探索气候变化情景下冰川变化及其对冰川融水资源影响的新途径，这为进一步开展气候-冰川-融水径流系统研究具有重要意义。

本项目通过对七一冰川冰面能量平衡、物质平衡、冰川反照率和气象特征等的综合观测与模拟研究，旨在揭示该冰川能量通量组成和物质平衡空间分布特征的耦合关系，认识冰川物质平衡对气候变化响应的敏感性特征。通过研究，获得以下研究结果：1）建立了一套时间分辨率为1 h、空间分辨率为15 m的冰川表面分布式能量-物质平衡模型，提出了冰川表面反照率参数化公式，发现分布式能量-物质平衡模型对气温垂直递减率、降水梯度、降水固/液态划分指标等参数较敏感。利用该模型对2007年6月30日20:00～10月10日12:00时段七一冰川瞬时雪线变化、物质平衡演变、融水径流以及对气候变化的响应等过程进行了模拟研究，其模拟结果与同期观测结果具有较好的一致性，这对进一步开展气候-冰川-融水径流系统研究具有重要意义。2）得到了暖季七一冰川表面能量平衡各分量特点，净辐射是七一冰川表面的主要能量来源，其次为感热通量和少量的下层冰体热传导。消融耗热是主要的能量支出项，随着消融期的结束和冷季的到来，潜热耗热比重开始增加。3）物质平衡海拔高度结构主要受反照率海拔高度结构的影响，反照率大小直接影响冰川物质平衡水平。这是将来利用卫星遥感资料来反演冰川反照率，并进一步获取冰川物质平衡信息的重要基础。4）地形与冰川表面温度分布状况对冰川物质平衡空间分布变化存在重要影响。地形的影响主要是通过它对冰面不同位置的遮蔽度的影响来实现的。冰川表面温度因冰面状况不同而有较大的差异，其空间分布格局对冰川物质平衡的分布产生影响，表现为表面温度较高的区域，消融较大、物质平衡水平较低，反之亦然。5）气候敏感性试验表明, 物质平衡对气温变化非常敏感, 它对气温变化的响应呈非线性特征；而物质平衡对降水量变化敏感性相对较弱, 对降水量变化的响应是线性的。增温引起的冰川物质亏损量不能靠降低相同气温来得到弥补, 物质平衡变化对气候变暖具有不可逆效应。气温升高1℃, 即使降水量增加20%, “七一”冰川也会呈现较大的物质亏损状态。