冰川水文模型研究进展

定量评估冰川变化对干旱区流域/区域水资源管理、海平面上升以及冰川自然灾害预防等十分重要。从冰川产流(消融)和汇流两个水文物理过程出发,介绍了国内外冰川水文模型的研究进展,对目前应用最广的两类消融模型——基于气象因子的统计模型和基于物理机制的能量平衡模型进行了分析和讨论;从冰川表面、内部以及下部汇流3个方面阐述了冰川汇流模型所取得的成果。表明冰川产流(消融)模型已相对较为成熟,而冰川汇流过程目前仍处于探索阶段。构建适合不同规模和类型冰川的、包含冰川运动信息的分布式冰川水文物理模型是今后的研究重点。

喜马拉雅山中东段蒙达扛日冰川水文与物质平衡观测研究

2007年7—9月,在喜马拉雅山中东段蒙达扛日冰川进行了水文和物质平衡的同步观测.结果表明:观测期间,蒙达扛日冰川表现为物质负平衡,冰川消融集中在7月和8月中上旬.观测的70 d内,花杆区冰川物质平衡量为-435～-711 mm,日平均值为-6.2～-10.2 mm.d-1,冰川的总物质平衡量为-355 mm.蒙达扛日冰川径流波动总体受气温控制,在冰川末端及其下游所设立的两个水文断面流域径流深分别为617 mm和530 mm,流域径流模数分别为102 L.s-1.km-2和88 L.s-1.km-2.水量平衡分析表明,上、下游断面控制流域内由冰川消融所贡献的流域径流深度分别为501 mm和417mm,其中埋藏冰融水、释放的冰裂隙蓄水等水体所贡献的流域径流深度分别为173 mm和210 mm.

中国西部寒区流域冰川水文调节功能研究

冰川作为固体水库以“削峰填谷”的形式显著调节径流丰枯变化,冰川的水文调节功能对于中国西北干旱区至关重要。使用现有VIC-CAS模型模拟得到中国西部寒区2014—2100年径流预估数据,从趋势和波动变化相结合的视角,基于径流变差系数法,构建了冰川水文调节指数(GlacierR),分析了9个寒区流域冰川径流变化的稳定性,详细剖析了历史时期(1971—2010年)和未来到21世纪末这些流域冰川水文调节功能的强弱变化。结果表明:历史时期及RCP2.6和RCP4.5情景下,除长江流域外,青藏高原其余流域的冰川径流减小时间节点为2020s,西北内陆河流域则为2010s。历史时期及RCP2.6和RCP4.5情景下至21世纪末,尽管西部寒区大部分流域的冰川径流呈减少趋势,但波动幅度减小或无明显变化,冰川径流稳定性增强或无变化。总体上,西北内陆河流域的冰川水文调节功能较高,青藏高原流域的冰川水文调节功能较低。RCP2.6和RCP4.5情景下,至21世纪末,西部寒区各流域冰川水文调节功能均呈现减弱趋势,西北内陆河流域减弱更加显著,如RCP4.5情景下,木扎提河冰川水文调节功能降幅达25.4%,而青藏高原各流域的冰川水文调节功能一直处于较低水平。从年代际变化来看,1970s—2010s是寒区流域冰川水文调节功能较强的时期,1980s和2000s两个时段冰川水文调节功能尤强;RCP2.6和RCP4.5情景下,未来到21世纪末,冰川调节功能明显减弱。减弱的时间节点不同,最早为1970s,最晚为2020s。

冰川表面水文过程研究进展

冰面水文过程是冰川径流过程的重要组成部分,对于冰川运动与物质平衡具有重要影响.冰川表面在太阳辐射、冰川物理性质、冰面地形和成冰带空间分布等多种因素影响下消融,形成以冰面水系为主线,锅穴、冰裂隙、冰面湖等为端点的冰面融水输送与分配体系.深入理解冰面水文过程,掌握冰川表面融水的输送、存储与释放,对于研究短时间尺度的冰川融水径流过程、探索冰川动态响应机理具有重要意义.总结回顾了目前国内外冰面水文过程的研究现状,提出了该领域有待解决的主要科学问题.

水稳定同位素示踪的冰川流域水文模拟及不确定性研究——以乌鲁木齐河源1号冰川为例

水文模拟不确定性长期以来是制约寒区水文发展的瓶颈问题。水稳定同位素示踪为认识冰川流域径流过程提供了重要“指纹”信息,但仍缺乏有效模型将该信息与冰川水文模型耦合,而且同位素信息对冰川流域水文模型不确定性的约束效果也有待检验。将水稳定同位素信息(δ^(18)O)与冰川流域水文模型FLEXG相耦合,实现对冰川流域水稳定同位素和径流过程的耦合建模(FLEXG-iso),并在乌鲁木齐河源1号冰川流域进行模拟检验和径流分割。结果表明:模型不仅对2013—2016年径流过程有良好的模拟效果,还可以重现水稳定同位素、冰川物质平衡等重要过程。利用水稳定同位素这一辅助数据,提高了模型参数的识别能力,减少了模拟过程中各水源的相互妥协效应和不确定性范围。2013—2016年1号冰川断面径流32%~34%来自融雪,48%~51%来自融冰,0%~7%来自地下水,12%~15%来自降雨径流。水稳定同位素对雪和冰川相关中间过程有明显的约束能力,原有模型对融冰贡献的模拟偏高约7%。FLEXG-iso模型的建立有助于推动寒区水文学理论和方法的发展,以及寒区水资源、生态环境保护等相关决策制定。

基于分位数回归的天山1号冰川径流变化分析

为研究天山乌鲁木齐河源1号冰川的径流变化特点,利用1989~2017年1号冰川水文点以及大西沟气象站的径流和气象数据,使用分位数回归方法分析了冰川径流随时间的变化趋势以及与气候变化的响应关系.结果表明,1号冰川年径流量序列在不同分位数水平下保持一致性,随时间的迁移呈现出上升趋势;年径流量序列与气温有明显的响应关系,径流量随温度的升高而有所增加;随着降水量的增加,年径流量序列在低分位点处有上升趋势,在高分位点处则呈下降趋势;气温和降水对冰川径流的显著性并不一致,气温对冰川径流在绝大多数分位点下影响显著,相反,由于冰川区的降水主要以固态为主,降水对冰川径流的影响并不明显.

中国寒区水文学研究的新阶段——记我国杰出寒区水文学家叶柏生研究员的创新与贡献

我国杰出的寒区水文学家叶柏生研究员不幸因公殉职.选取了叶柏生研究员若干代表性研究成果,包括与他人的合作研究成果,重点从冰川水文、冻土水文和区域水文变化三方面总结了其对寒区水文学发展所做的创新与贡献.文章列出了每项研究成果的核心内容,并给予了简要评述.所选成果中,冰川水文方面研究涉及冰川对河川径流的调节作用、冰川径流对气候变化的响应机理等;冻土水文研究着重介绍了多年冻土变化对流域径流过程及其变化影响方面的系统性成果;区域水文变化研究方面,选取了降水观测误差修正、气候变化对区域径流的影响等方面的创新成果.这些研究成果极大地提高了我国在世界寒区水文学研究的地位,对认识寒区水文过程及气候变化对水资源的影响具有重要科学意义.

中国冰川资源估算及其对河流的作用

一、中国冰川基本特征我国是世界上中低纬度山岳冰川最多的国家之一。南起云南省玉龙雪山(27°N),北抵新疆北部的阿尔泰山(49°lO′N),纵横数千公里的西部高山,据初步查明现代冰川面积近56500平方公里(见图1),占全球冰川复盖面积16200000平方公里的3.5‰,为亚洲中部山岳冰川面积的一半左右。其中以昆仑山冰川复盖面积为最大,其次为喜马拉雅山,最小为阿尔泰山。分布于内陆河的冰川面积为33,600平方公里,约占全国冰川面积的60%;

1959-2017年天山乌鲁木齐河源1号冰川流域径流及其组分变化

冰川是气候变化的指示器,气候变化对冰川及其径流的影响研究是目前国内外关注的热点和前沿领域之一,目前的研究以模拟为主,实测资料十分有限且不确定性很大。以新疆天山乌鲁木齐河源1号冰川(简称"1号冰川")流域为例,基于中国科学院天山冰川观测试验站1959-2017年观测数据,研究了中国西部典型小型冰川流域径流及其组分长期变化以及对气候变化的响应,为冰川径流长期变化过程的认识提供重要参考。结果表明,1号冰川流域径流主要由冰川径流和非冰川区降水径流组成,分别占70%和30%。其中冰川径流又可分为冰川区降水径流和冰川融水径流,分别占44%和26%。59年间,冰川径流整体呈上升趋势,在1992年之后出现了一个阶梯式的上升,与气温升高和降水的增加有关,1997-2007年达到高峰,2008年以后出现波动下降趋势,其原因除了与该时段的降水有所减少有关之外,冰川面积减小的影响也不可忽视。另外,还利用实测径流和冰川物质平衡值,通过水量平衡模型,检验了模型使用的冰川区和非冰川区径流系数。

第三极地区冰川径流研究进展

青藏高原是地球上除南北极之外冰川面积最大的区域,被称为地球“第三极”。全球变暖导致该地区冰川普遍退缩,融水释放成为冰川径流,使得下游河川径流发生重大变化,给下游流域水资源利用与管理带来挑战。然而由于第三极地区特殊的地形和复杂的气候,加上冰川水文过程内在的复杂性,使得冰川径流的研究十分困难。本文总结了目前关于冰川径流研究的几类主要方法:直接观测法、遥感观测法、水量平衡法、水化学示踪法和冰川水文模型法,其中冰川水文模型法使用最为广泛。在第三极地区,前人利用这些方法对于冰川径流的研究结果表明,自20世纪90年代以来,冰川径流普遍呈现上升趋势,但是其对于总径流的贡献同时受气候条件和流域内冰储量的影响,存在显著的空间差异;总体来看,位于西风控制区的流域的冰川径流贡献普遍大于季风控制区的流域。未来变化方面,除部分冰储量较大的西风区流域(塔里木河、印度河)外,第三极地区大多数流域冰川径流将在本世纪中叶前达到峰值。但是目前由于观测不足、模型物理机制简化等制约,对于第三极地区冰川径流的研究存在很大的不确定性,未来需要开展更多观测、开发更先进的冰川水文模型以提高第三极地区冰川径流研究的准确性,进而为该地区水资源利用与管理和防洪减灾工作提供科学依据。

读《冰川物理学》

中国开展冰川学方面的研究,时间不长,只是近30年来才有所发展。全世界对冰川进行科学研究,也才100多年的历史。但是,研究冰川,很有科学价值。人们都知道,雪变化成冰,冰溶化成水,冰川水文学。

拯救“亚洲水塔” 中国和中亚邻国在行动

亚洲中部的高山山脉,分布着极地之外最大的冰川群,被称为＂亚洲水塔＂。这座＂水塔＂对干旱区居多的中亚和中国西部绿色发展至关重要。然而随着全球变暖,冰川消融退缩,不仅使这些地区的水资源状况恶化,而且给丝绸之路经济带交通通道带来重大影响。拯救＂亚洲水塔＂刻不容缓。近年来,中国科学家与中亚邻国积极合作,建立多个冰川监测站,开发冰川水文模型,

学术概览

喜马拉雅-喀喇昆仑山冰川水文学研究了解喜马拉雅-喀喇昆仑河流对气候变化的响应状况,对于依赖该区域水资源的10多亿人来说至关重要。为了实现水资源的可持续开发和管理,相关政策制定者需要对河流的现状和未来趋势进行评估。研究结果表明:冰川和融雪径流是喜马拉雅-喀喇昆仑河流的重要组成部分,会对印度河流域水文特性产生重要影响,且影响程度比恒河和雅鲁藏布江流域大。预计到21世纪50年代,河流径流、冰川融水和季节性流量均会增加,但仍存在例外情况和较大的不确定性。当前,由于缺乏关键数据和相关信息,不能有效模拟不同径流组成、未来径流量和季节性流量。因此,非常有必要开展实地观测、遥感观测和模型研究。

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。

长期冰川学观测引领大陆性和干旱区冰川变化与影响研究

中国是中纬度山地冰川大国,冰川科学研究十分重要。冰川还是我国西部干旱区重要的水资源——我国及周边国家大江大河的源头,由冰川变化引发的水文、水资源变化对于我国西北干旱区山盆地理结构的生态系统具有决定性意义。中国科学院天山冰川观测试验站(以下简称"天山冰川站")建立于中国冰川学开创之初的1959年,围绕乌鲁木齐河源1号冰川(以下简称"1号冰川")的研究,对中国冰川科学理论的形成和发展起着关键性作用,亦是对国际冰川学的重要发展和贡献。以乌鲁木齐河山区流域综合观测试验为基础的水文学研究,奠定了我国内陆河流域水文研究基础。60年来,作为中国冰川学观测、试验、研究和人才培养的基地,对外开放交流的平台,天山冰川站在冰川物理学、冰川对气候变化的响应、冰川水文、雪冰物理化学过程、第四纪冰川、冰缘植被与生态等研究方向取得系统性创新成果,为中国的冰川学事业作出了卓越贡献。世界冰川监测服务中心(WGMS)将1号冰川列为全球10条重点观测研究的参照冰川之一,即作为中国和中亚干旱区的参照冰川,其长期、系统的观测研究成为许多国家冰川学研究的参照和典范。

珠峰高度将被重新测定

珠穆朗玛峰具有独特的高海拔、高寒的自然地理条件，地质构造也相当复杂，一直是世界各国科学家关注的焦点。在近几十年全球变暖的大背景下，珠峰地区的环境变化成为急需研究的课题之一。2005年3月到6月，中国科学院、国家测绘局将对青藏高原珠穆朗玛峰地区进行综合科学考察，并同时开展对珠穆朗玛峰重新测高的活动。