天山南坡科其卡尔巴契冰川度日因子变化特征研究

度日模型是估算冰川消融的一种简单而有效的方法.根据科其卡尔巴契冰川2003年的观测资料,分析了该冰川度日因子的空间变化规律及其影响因素.研究表明:各高度上的度日因子,介于2.0～9.7mm·℃-1·d-1之间变化,平均值为5.7mm·℃-1·d-1,与青藏高原各冰川及其它地区冰川相比较小;随着海拔的增高,度日因子随之递增;随平均气温的升高而随之递减.由于冰面状况复杂,度日因子变化幅度较大,裸冰区的度日因子明显大于表碛覆盖区.人为测量误差、反照率、地形等对度日因子的影响也不容忽视.

乌鲁木齐河源1号冰川度日因子时空变化特征

度日模型是估算冰川消融的一种简单而有效的方法,度日因子是该模型的重要参数,反映了单位正积温产生的冰雪消融量,其时空变化特征对不同模型模拟冰雪消融过程的精度有较大影响.根据乌鲁木齐河源1号冰川22a的物质平衡花杆观测资料和大西沟气象站气象资料,分析了该冰川度日因子的时空变化规律及其影响因素.结果表明:时间尺度上,融雪度日因子年际变化不大,融冰度日因子随年际变化有增加趋势,且这种增加趋势在冰川中下部要比冰川上部明显;空间尺度上,随海拔升高,度日因子具有明显的下降趋势;2000-2004年与1983-1989年相比,1号冰川东、西支夏季物质平衡变化量分别为-240mm和-290mm,其中气候变化直接引起的变化量为-206mm和-175mm.

中国西部冰川度日因子的空间变化特征

在冰川与积雪消融研究中,度日模型应用较为广泛,该模型是基于冰雪消融与气温,尤其是正积温之间的线性关系建立的。度日因子是该模型的重要参数,反映了单位正积温产生的冰雪消融量,其空间变化特征对于不同模型模拟冰雪消融过程的精度有较大影响。本文根据中国西部不同地区数十条冰川的短期考察和观测资料,分析了西部冰川度日因子的空间变化特征,结果表明:由于青藏高原及其周围地区独特的气候和热量条件,西部冰川度日因子具有明显的区域特征。在同一冰川上,度日因子的空间变化较为明显。从冰川类型来看,与极大陆型及亚大陆型冰川相比,海洋型冰川的度日因子较大。总体看来,西部冰川的度日因子由西北向东南逐渐增大,这与中国西部冰川的气候环境变化趋势是一致的,即在干冷的气候条件下,度日因子较小;而在暖湿的气候条件下度日因子较大。

青藏高原纳木错流域扎当冰川度日因子特征及其应用

根据青藏高原念青唐古拉峰北坡纳木错流域扎当冰川2007和2008年消融期的物质平衡和气象观测资料,计算了冰川冰和雪的度日因子值,分析了冰川度日因子的时空变化及影响因素.结果表明:扎当冰川雪的度日因子值为5.3mm·d-1·℃-1;不同海拔冰的度日因子在4.0～14.0mm·d-1·℃-1之间,平均为9.2mm·d-1·℃-1.扎当冰川冰的度日因子值随着海拔的升高有所下降,但季节变化规律不明显.利用度日模型对扎当冰川物质平衡进行了模拟,得到2006/2007年度和2007/2008年度该冰川的物质平衡值分别为-534mmw.e.和247mmw.e.,其中2007/2008年度的模拟值接近观测值.

科其喀尔冰川表碛区冰崖消融的度日因子研究

2007年7月9日-8月30日在科其喀尔巴西冰川的表碛区进行了冰崖消融试验,通过在不同海拔、坡向和坡度冰崖的裸露冰面上栽设消融杆的方法,获得了33个有效的冰崖消融观测数据,结合观测点附近的自动气象站所获取的同期气温资料,计算了各个冰崖的度日因子,并对其变化特征进行了分析.结果表明:表碛区内冰崖的度日因子变化较大,平均为4.81 mm.℃-1.d-1,小于青藏高原及其它地区冰川的度日因子.研究区度日因子较小与冰面消融对于温度变化的敏感性及平均气温较高相关,而且这些因素通过温度随海拔的梯度效应影响表碛区内冰崖度日因子.冰崖坡向的变化也对度日因子产生了影响,总体表现为NEE-SE方向及SW-W方向的度日因子较大,NWW-N-NE方向的较小,S方向的最小,这主要与该地区的辐射、气温等气象条件的变化特征有关.研究还表明,冰崖的坡度对度日因子的影响较小.

唐古拉山冬克玛底冰川雪冰度日因子研究

度日模型通过正积温将冰雪消融和气温有效的联系到一起,模型中的关键参数是度日因子,即为正积温对应时段内的消融量.根据唐古拉山冬克玛底冰川2008年的实测资料,计算得到夏季消融期内冰川上的度日因子,并分析其空间变化规律.雪度日因子平均值为8.5mm.℃-1.d-1,大冬克玛底冰川雪冰混融度日因子和冰度日因子从海拔5330～5520m分别为4.5～9.6mm.℃-1.d-1和8.7～11.6mm.℃-1.d-1;小冬克玛底雪冰混融度日因子和冰度日因子从海拔5460～5710m分别为4.4～14.6mm.℃-1.d-1和9.9～16.1mm.℃-1.d-1.度日因子随海拔升高而递增,可能是随海拔增加,温度降低而太阳辐射增强所致.局地气候,地形等其它因素也使得度日因子在空间上的分布存在差异.

喜马拉雅山珠穆朗玛峰北坡绒布冰川度日因子研究

根据喜马拉雅山珠穆朗玛峰绒布冰川消融资料和同期气温数据,分析了该冰川度日因子时空变化.研究结果显示:绒布冰川度日因子随海拔升高而增加,海拔5 260 m、5 350 m、5 450 m、5 500 m和5 750 m处冰川度日因子平均值分别为3.27 mm·℃-1·d-1、8.21 mm·℃-1·d-1、23.19 mm·℃-1·d-1、46.41 mm·℃-1·d-1和42.05 mm·℃-1·d-1;不同厚度表碛下的冰川度日因子有所差异;但对同一观测点来说,度日因子随时间变化较小;在喜马拉雅山南北坡海拔<5 350 m的地区,冰川度日因子普遍较小(<10.5 mm·℃-1·d-1);而在南北坡海拔>5 350 m的地区,度日因子普遍较大(大部分>15.8 mm·℃-1·d-1),相比南坡,喜马拉雅山北坡冰川度日因子更大.

雅鲁藏布江流域度日因子空间变化（英文）

度日模型以冰川/积雪消融与正积温的线性关系为基础,因其简单易用且性能卓越而被广泛应用于冰川与积雪径流研究。然而,度日因子,作为模型中最重要的参数,很难获取空间分布数据,尤其在海拔较高和地形极其复杂的雅鲁藏布江流域。随着分布式水文模型的发展,对度日因子的空间分布数据的需求已成为研究冰川消融领域的挑战性问题。本研究的目标是基于实际观测的冰川度日因子估算雅鲁藏布江流域内分布式度日因子数据。其中,在雅鲁藏布江流域内或周围已观测冰川的地形因子与度日因子高度相关性被充分考虑。最后,利用不同冰川朝向的雪线进行间接验证本研究得到的分布式度日因子。本工作表明,基于实际观测的度日因子,采用充分考虑地形因素的回归模型及改进的滤波算法可以很好地重建雅鲁藏布江流域空间分布的度日因子数据。结果表明,雅鲁藏布江流域下游的冰川度日因子比上游和中游低,可能是由于上游和中游受印度洋季风影响导致降雨较少以及太阳辐射较多。为了能更好地估算冰川融水径流和管理水资源,分布式的冰川度日因子重建及验证仍需进一步研究。

高亚洲冰川区度日因子空间分布数据集

基于冰雪消融与气温之间线性关系建立的度日模型是冰川研究中应用较为广泛的模型。度日因子是该模型的重要参数,反映了单位正积温产生的冰雪消融量,其空间变化对于该模型模拟冰雪消融过程的精度影响较大。然而,高亚洲地区有长期观测的冰川数量较少,无法为应用度日模型开展区域冰川消融模拟提供必要的参数。本研究基于高亚洲不同地区40余条冰川的考察和观测资料,构建了冰川冰与雪度日因子的转换公式,获取了高亚洲冰川区度日因子的空间分布格网数据集(GeoTIFF格式,32位浮点型),空间分辨率为0.5°,同时本数据精度已在典型区域的冰川物质平衡模拟应用中得到了验证。本数据集可为开展高亚洲区域冰川消融过程及其对水资源变化与相关灾害影响研究提供模型参数,为进一步分析高亚洲地区冰川变化与气候变化、水资源变化及其灾害效应提供必要的数据支撑。

印度河上游流域冰川度日因子变化及其影响因素

当前,基于正积温的度日模型广泛应用于冰川消融研究中,该模型的核心参数是度日因子。根据印度河上游Sachen、Gharko、Barpu冰川2014-2016年的物质平衡和气温实测资料,计算得到消融期内各冰川研究区的度日因子,并分析了度日因子的时空变化特征及影响因素。研究结果显示:Sachen、Gharko、Barpu冰川度日因子均值分别为2. 83 mm·d^-1·℃-1、3. 74 mm·d^-1·℃^-1、3. 91 mm·d^-1·℃^-1;各冰川度日因子皆随着海拔升高而递增,海拔递增率分别为0. 003 7 mm·d^-1·℃^-1·m^-1、0. 007 4 mm·d^-1·℃^-1·m^-1、0. 004 1 mm·d^-1·℃^-1·m^-1;对于同一观测点而言,度日因子不是一个常数,会随着时间的变化而改变,冰川度日因子随着年际变化呈增加的趋势;度日因子受表碛影响显著,度日因子整体上随着表碛厚度的增加而递减。然而表碛厚度低于2 cm时,表碛的覆盖作用促进了冰川的消融,表碛覆盖区冰川度日因子大于裸露区冰川;冰川朝向的变化对度日因子产生了一定的影响,面向阳坡的冰川度日因子随海拔递增率大于阴坡。

基于地形因子改进融雪径流的模拟及验证

该文基于传统的气温指标经验融雪径流模型,提出结合高程、坡向和坡度的流域分带及度日因子改进计算方法,定量描述流域地形特征对气温空间差异与融雪量产生的影响,由此建立基于地形因子改进的融雪径流(snowmelt runoff model,SRM)模型。通过乌鲁木齐河上游山区流域2005-2007年春夏季融雪日径流的模拟和验证,对比分析这传统模型和改进融雪径流模型在数据稀缺流域中的应用效果。结果表明,2种模型模拟2005-2007年春夏季融雪日径流均有较好的模拟效果。比较传统模型,基于地形因子改进的融雪径流模型具有更高的模拟精度,通过流域分带和度日因子数计算的改进,减少了模拟误差,3 a平均的拟合优度R^2值从0.77增加到0.80,均方根误差从5.7减少到5.35 m^3/s,模拟精度有所提高。可见,建立的基于坡向和坡度等地形因子改进的融雪径流模型在数据稀缺干旱流域融雪径流模拟中具有更好的适用性。

2000-2016年度日模型的主要研究进展及关键问题

积雪是冰冻圈重要的组成部分,基于积雪消融量与气温之间显著的正线性关系假定建立的度日模型是模拟积雪消融量的有效工具。从经典度日模型、度日模型的改进(例如辐射数据的引入)、分布式度日模型以及遥感数据在度日模型中的应用等方面总结了2000-2016年度日模型的主要研究进展。同时,考虑到影响度日模型的关键参数和变量,系统总结了降水状态判断的温度阈值、度日因子、辐射系数的最新研究进展及其在度日模型中的使用。在变化环境下开展度日模型与遥感、GIS技术相结合的协同研究,是目前度日模型研究的主要方向。

额尔齐斯河源区森林对春季融雪过程的影响评估

春季积雪融水是额尔齐斯河河源区最重要的水资源.为探索森林对春季融雪过程的影响,于2014年融雪期在额尔齐斯河河源区的卡依尔特斯河流域,选择草地、林中空地和林下三种不同地貌条件,分别观测积雪消融过程.结果显示:积雪消融过程中,积雪深度和雪水当量的变化并不是同步的;积雪深度的减小是持续发生的,是新雪密实化作用的结果;而雪水当量仅在日均空气温度高于0℃时才出现快速的下降.森林具有显著调节空气温度的功能,三种类型观测点1.5 m处的日平均空气温度表现为草地>林下>林中空地,其中,消融期内草地的平均空气温度(-2.5℃)远高于林下(-5.4℃)和林中空地(-6.1℃);森林的存在显著减小了空气温度的日较差.草地、林中空地和林下积雪消融持续期分别为20 d、43 d和35 d,消融期平均积雪消融速率分别为2.1 mm·d-1、1.5 mm·d-1和1.2 mm·d-1,即:草地>林中空地>林下.另外,单棵树对积雪的消融速率有极其重要的影响:树冠外一定距离内积雪的消融速率约为树冠下积雪消融速率的2倍以上;但由于树冠超过70%的降雪截留效应,树冠正下方的积雪消融结束时间仍提前树冠外侧约10 d.积雪的消融由空气温度和辐射强度共同决定:当日平均空气温度<0℃时,辐射强度对积雪消融影响较大,消融过程可由空气温度和辐射强度共同描述;当温度>0℃时,单独的空气温度可直接反映消融速率的变化.研究还发现,该流域内积雪的消融主要发生在每天的14:00-19:00,该时段内积雪消融量约占全天消融总量的50%以上,这对流域内积雪洪水预报和水资源利用及管理具有重要的指导意义.

塔里木河源区托什干河流域积雪动态及融雪径流模拟与预估

利用已被广泛使用的MODIS积雪数据,获得了塔里木河源区之一的托什干河流域积雪变化信息.结果表明：流域积雪覆盖率时空差异显著,在积雪丰富的年份,1月积雪覆盖率可达90%以上,但在积雪少的年份,则只有50%;2000年以来流域积雪呈现微弱增加的趋势,积雪变化趋势呈现明显的时空差异.相对于其他季节,流域冬季积雪增加更为明显;与其他高度带相比,作为主要积雪覆盖区的海拔3 000~4 000 m高度带积雪的增加趋势也更为明显.以流域所在的气象格网数据和积雪覆盖率变化曲线作为输入数据,应用融雪径流模型（SRM）模拟了流域春季融雪径流过程,率定了模型主要参数,获得了较好的结果.以CMIP5的3种RCP情景为驱动数据,应用模型预估了流域2021-2050年的融雪径流状况,结果显示4月之前径流变化不明显,之后径流峰值增大显著,不同气候情景对径流的影响不明显.

极端冰雪灾害条件下松散堆积体边坡演化分析

针对2008年初南方罕见的极端冰雪气候,为研究其与地质灾害的相关性,探讨了极端冰雪灾害条件下均质松散堆积体边坡的演化特征。比较了融雪与降雨触发滑坡的异同点,通过具体事例分析了融雪触发滑坡灾害的一般规律。引入度日因子与雪雨当量两个物理量,根据南方极端冰雪气候特征建立了简化的有效融雪模型,并从渗流场、稳定性及变形3个方面模拟计算在不同雨雪当量下均质松散堆积体坡体的演化特征。结果表明,一定的融雪速率与融雪量对松散堆积体边坡渗流场无影响。随着融雪的持续,非饱和区基质吸力逐渐减小,坡体整体稳定性逐渐降低。坡面上水平位移与竖向位移逐渐增大,表现为水平方向上前缘变形大于后缘,竖直方向上后缘下错与前缘隆起。在融雪持续一段时间后,坡体失稳破坏。

天山托木尔峰南坡科其喀尔冰川流域径流模拟

天山冰雪融水是塔里木河的重要补给水源。利用融雪径流模型(SRM)对天山南坡科其喀尔冰川流域冰雪径流进行模拟研究。基于流域的气象梯度观测,确定了不同高度带降水梯度和月气温直减率。基于2007和2008年的实测径流值优化确定了各月的积雪、裸冰以及表碛覆盖冰的度日因子值。模拟结果表明,融雪和融冰径流过程都得到了比较好的模拟。流域径流对气候变化的响应研究表明,气温是敏感因子。气温分别升高1℃、2℃和4℃时,以融雪径流为主的3—5月径流分别增加48%、155%和224%,以冰川径流为主的5—10月径流分别增加30%、77%和104%。气候变化也会影响流域径流过程,气温升高4℃、降水增加20%时,春季径流峰值出现时间由5月中旬提前到4月20日左右。流量由6 m3/s增大到17 m3/s。

天山乌鲁木齐河源区1号冰川径流模拟研究

采用HBV-ETH模型,利用1980—2006年实测水文气象数据对乌鲁木齐河源区1号冰川日径流进行模拟研究.在考虑度日因子和面积变化的基础上,模拟了1980—2006年流域的径流深和土壤蒸散发;依据水量平衡原理,得到了流域冰川物质平衡和冰川体积变化序列,同时对比验证了模型的模拟效果.研究表明:若将冰川面积视为常数进行模拟,将会使得模拟径流比实际偏大,过去26a平均高估7%左右.1980—2006年间,若不考虑面积变化,累积体积变化被高估3%左右.

冰川物质平衡模式及其对比研究——以祁连山黑河流域十一冰川研究为例

冰川物质平衡是冰川连结气候和水资源的纽带,对其的观测和模拟始终是冰川与气候变化研究领域的重点和前缘之一.以祁连山黑河流域十一冰川为参照冰川,结合实测物质平衡验证资料,建立了基于冰川表面能量平衡的冰川物质平衡模型(物理模型)和基于温度参数、温度-辐射参数和温度-辐射-水汽压参数的三种度日因子模型(统计模型),并对模拟结果进行了分析及评估.结果表明:净辐射是冰川表面最主要的能量来源,占能量收入的82.3%;其次为感热供热,占收入的17.7%.净长波辐射基本为负,吸收的热量主要通过融化和蒸发/升华方式消耗,分别占能量支出的84.7%和15.3%.加入净短波辐射和水汽压参数的度日因子-物质平衡模型的模拟效果提高显著,相对误差为7%,与能量平衡模型的模拟误差6.7%,相差不大.研究表明,能量-物质平衡模型的物理意义明确,模拟能力强大,尤其在日尺度上有绝对的优势;统计物质平衡模型在特定的地理条件和气候条件下表现出不佳,对于一些极端值的模拟能力欠缺,但是具有输入变量少,计算简单的优点.研究结果对黑河流域乃至整个祁连山地区的冰川物质平衡模拟方法的建立具有参考意义.

尼尔基水库上游融雪径流模拟及预报

准确可靠预报融雪径流对寒区洪旱灾害的监测及水资源管理具有重要意义。根据尼尔基水库上游季节性融雪产流特点,结合蓄满产流理论,考虑寒冷地区冻土的不透水、蓄水调节、蒸发抑制等作用及冻土融冻期水文特性,构建了耦合度-日融雪模型、径流系数法及新安江模型的分散式融雪径流预报模型,采用1979～1988年的水文气象资料对模型进行了率定,并根据2000～2003年相应资料验证了模型合理性。通过对5个不同时间尺度径流量的模拟与验证结果表明,模型具有较好精度,在研究区具有较强适用性,可为尼尔基水库春、夏两季入库径流预报提供参考。

融冰洪水演进的马斯京根模型

为解决参数率定过程复杂的问题,将河段内的融冰产生的流量视为河段下断面出流的一部分,构建出适用于文开河融冰时期洪水演进的马斯京根模型,并将优化算法应用到模型参数率定的过程中。以黄河宁蒙河段为例,采用试错法、非线性规划法和智能算法中的遗传算法这3种方法对所构建的模型参数进行率定。模拟结果表明:3种方法所模拟的出流过程线均合格;整体上,非线性规划法模拟的精度最高,其洪水的确定性系数D c为0.980,过程平均相对误差RE为4.840%;而试错法模拟的洪峰流量更为准确,且冰期模拟精度高于无冰期。本研究为融冰洪水演进的模拟提供了一种新方法。