新疆天山中段南北坡水储量变化对比分析

区域水储量变化同时受多个水文气象要素影响。采用2003年1月至2013年11月GRACE重力卫星的UTCSR-RL05 L-2月数据,对比分析了近11 a新疆天山中段南北坡水储量时空变化特征及影响因素,并用GLDAS模型模拟结果进行验证。研究结果表明：（1）每年5~9月是天山中段水储量的消耗期,11月至翌年3月是水储量的积累期,北坡水储量的变幅大于南坡。（2）近11 a南北坡水储量均呈现增加趋势,北坡水储量增加幅度较大,其年周期的起始时间也较南坡早14 d。（3）在影响南北坡水储量的众多因素中,冬季水储量受降水影响较大,夏季水储量受蒸发影响较大,而雪水当量变化则在冬春季节对水储量产生一定影响,但春季具有延迟性。（4）北坡水储量与降水蒸发差的一致性较好,而南坡相对较差。

新疆天山西部巩乃斯河谷积雪与森林/草地覆盖条件下季节冻土特征分析

不同的覆盖条件下,季节冻土的特征会存在差异。为了分析积雪与森林/草地覆盖条件下季节冻土的特征,在新疆天山西部巩乃斯河上游的中国科学院天山积雪雪崩研究站的实验场地监测了森林-积雪,草地-积雪,以及草地覆盖条件下季节冻土的冻结深度,并对有无积雪覆盖条件下季节冻土发育过程中的土壤温度和土壤含水量进行了跟踪测量。结果表明:森林-积雪覆盖条件下季节冻土的冻结深度最浅,草地-积雪覆盖条件下次之,草地覆盖条件下最深。积雪的存在可以改变季节冻土的冻结深度,还会影响土壤温度和土壤含水量变化。在季节冻土的发育阶段,积雪的隔热作用使得有积雪覆盖条件下土壤温度和土壤含水量较高;在积雪消融阶段,由于积雪融水的补给,土壤含水量也相应地增加,积雪消失后由于蒸发的存在导致土壤含水量减少。

气温变化条件下融雪速率和土壤水分变化的同步观测试验

气候变化可以改变积雪持续的时间、雪盖储水量及积雪开始融化的时间,从而影响土壤水分时空分配。利用TFACE(temperature free-air controlled enhancement)的增温装置,在中国科学院天山积雪与雪崩研究站的融雪季节进行为期一个月的室外增温试验。试验包括3种处理:自然状态、增温Ⅰ和增温Ⅱ。结果表明:气温的升高和增温区内局部空气热对流加入的黑色粉尘物质加速了积雪的消融;在增温Ⅰ和增温Ⅱ条件下,积雪将提前19 d和25 d消融,相应的各土层土壤水分也出现不同程度的增加。与此同时,土壤水分最大值也提前13 d和22 d。土壤水分极值的提前预示着以融雪水为重要来源、以超渗产流模式为主的河流洪峰的提前,或者超渗产流模式向蓄满产流模式的转变。这将给区域内水资源的时空分布和管理分配带来影响。

天山巩乃斯河谷积雪深度及季节冻土温度对气温变化的响应

气候变化影响着积雪的时空变化和季节冻土的水热变化,同时积雪变化对季节冻土的水热状态也有着重要的影响。为了分析积雪和气温对季节冻土热状况的影响,本文使用基于TFACE原理的试验装置在天山积雪与雪崩研究站进行了野外空气增温控制试验。野外试验设置了三种处理:自然状态、增温Ⅰ和增温Ⅱ。自然状态为无人为干扰的纯自然状态,增温Ⅰ为距积雪或土壤表层10cm气温增温约2℃,增温Ⅱ为距积雪或土壤表层10cm气温增温约4℃。结果表明:气温增加对积雪消融有显著的影响。在初始雪深为128cm条件下,增温I和增温II处理下的积雪消融时间比自然状态下分别提前19天和25天。在融雪期,气温、最大雪深和最大雪深发生的日期是影响季节冻土温度的重要因子。积雪覆盖条件下,季节冻土从深层开始解冻。而积雪的消失使土壤直接接受太阳辐射,土壤温度则迅速升高,从而使增温I和增温II处理下的季节冻土提前解冻。积雪消失后,季节冻土解冻的方向是从表层开始逐渐到深层。若积雪深度超过100cm时,积雪和土壤交界面的热交换基本达到平衡,此时土壤热通量损失达到最小值。融雪水对土壤温度特别是深层未冻结土壤有制冷作用。停止增温后,三个室外试验处理下的土壤温度随着时间逐渐趋于一致,并且土壤温度随着气温的波动而显著变化。

气温与降水形态关系研究--以开都河流域为例

基于开都河流域4个气象站点的日平均气温与不同降水形态数据的统计分析,结合海拔高程探讨不同降水形态下的降水频次和降水量与气温的分布规律,以及不同降水形态的降水频次与降水量发生在同一气温区间的比率变化。结果表明:流域内不同高程站点的降水频次和降水量与气温的分布关系基本呈单峰形态变化,各个站点95%的降雪频次和95%的降雨频次发生在不同的气温区间,95%的降雨量和95%的降雪量发生的气温区间分别小于95%的降雨频次和95%的降雪频次发生的气温区间。降雨形态下随着海拔的升高气温越低越容易降雨,且降雨量增多;降雪形态下随着海拔的升高气温越低越容易降雪,但是降雪量却随海拔的升高,温度越高降雪量越大。随着气温由低至高的变化,降水形态逐渐由降雪形态转变为降雨形态,并且在转变过程中4个站点具有各自不同的临界气温区间。

基于数字相机拍摄影像的山区积雪消融动态观测研究--以天山积雪站为例

在山区,基于卫星影像的积雪监测很难获得高时间和高空间分辨率的数据。而山区复杂地形也降低了传统外推方法对积雪深度外推的精度。本研究在2011年于中国科学院天山积雪与雪崩研究站,利用数字相机对阳坡积雪面积进行监测。并在30mDEM的基础上校正影像得到融雪期研究区域积雪的时空变化。同时,利用山坡预设的雪尺监测阳坡积雪深度,使用分类回归树算法外推得到研究区内的积雪深度。在此基础上,评估不同温度变量驱动下SRM模型的融雪模块精度。研究表明,在山区使用数字相机拍摄研究积雪的时空变化是可行的。相对于卫星影像,在时间和空间分辨率显著提高。但仍然存在一些不足。分类回归树外推得到的研究区域内的积雪深度精度较高,以日最高气温和日小时积温驱动下SRM可以基本识别在日平均气温低于0℃下的融雪过程。

春季融雪补给后巩乃斯河水物理化学性质空间分布特征研究

在春季融雪补给后对巩乃斯河19个采样点8个水物理化学指标进行了监测,运用聚类分析(CA)、判别分析(DA)和主成分分析(PCA)方法分析了巩乃斯河水物理化学性质的空间分布特征.聚类分析结果表明,按各采样点之间河水物理化学性质的相似性可将巩乃斯河大致分为3个河段,分别代表河流的上游、中游和下游;判别分析的结果证实了此种分类的可靠性,并表明DO、Cl-以及BOD5是影响这种分类的显著性指标;主成分分析共提取了3个主成分,对应特征值的累积方差贡献率达到86.90%,表明影响河水物理化学性质的主要指标为EC、ORP、NO-3-N、NH+4-N、Cl-和BOD5.对各采样点的主成分得分进行排序,结果显示DO主要影响上游水质,p H主要影响中游水质,其余指标则是影响下游水质的主要因素.主成分综合得分的排序则表明上游水质最优,其次为中游,而下游最差,恰好对应聚类分析所划分的3个河段.人类活动及污染物的沿河积累可能是造成这种空间差异的主要原因.

天山中段南北坡典型流域基流及其影响因素

采用滤波估算方法,对位于天山中段南北坡的开都河与玛纳斯河流域1958—2007年50 a的实测日径流资料进行基流分割,分析两流域基流变化特征。并利用两流域气象资料,分析气温和降水对两流域基流的影响。结果表明:两流域基流50 a来比较稳定,呈微弱的上升趋势。气温和降水在春季、夏季和秋季对两流域基流影响较为显著。气温对春季和秋季两流域基流影响均大于降水。气温和降水是开都河与玛纳斯河流域基流的重要影响因子,以雪冰融水为主要补给源的河流,气温是流域基流的决定性影响因素。

沙尘对天山积雪消融的影响

积雪是西北干旱区重要的水资源,春季融雪时期,沙尘天气频繁,沙尘沉降会减少积雪表面反射率,增加雪层的太阳辐射吸收,加速积雪的融化,影响干旱区年内的水资源分布。通过融雪期在天山积雪雪崩研究站开展模拟沙尘沉降试验,观测积雪物理特性参数变化,分析沙尘对积雪消融的影响。本研究设置2 g·m^-2、4 g·m^-2、8 g·m^-2、自然雪4个处理,3组重复,从3月4日开始,3月11日结束。结果表明：沙尘沉降对积雪消融具有明显影响。在2 g·m^-2、4 g·m^-2、8 g·m^-2沙尘沉降量下,随着融雪的进行,沙尘沉降量逐渐增大,致使积雪表面粒径增大,积雪反射率降低,雪表层温度差变大,2 g·m^-2、4 g·m^-2、8 g·m^-2导致积雪消融速率比自然状态下的快22.36%、46.05%和76.90%。通过野外试验获得了主要积雪物理参数对沙尘沉降的响应,量化了沙尘沉降对积雪消融的影响,其结果可为西北干旱区水资源管理提供参考。