青藏高原内流区积雪融水变化在湖泊近期扩张中的作用

Rapid lake expansions have been observed in the closed-basin of Tibetan Plateau (TP) in the past 20 years. Several studies demonstrate that precipitation-induced runoff is responsible for the lake expansion. Since the solid-precipitation is quite often in high-cold regions of TP, the key scientific problem of this proposal is: how the snow change impacts the lake expansion by altering the runoff generation process. Siling Co, a typical closed-basin in Tibetan Plateau, is selected to study the land surface hydrological processes. Based on the meteorological data、satellite data and reanalysis data, this study would firstly analyze the temporal and spatial variation of snowpack over Siling Co river basin with statistical analysis techniques. Since precipitation is an important input variable for hydrological process analyzing and different precipitation phase generates different hydrological responses, we will use the Hierarchical Bayesian.framework by incorporating multi-environmental parameters across Siling Co to detect the precipitation phase and build the consequent solid/liquid precipitation database. After carefully studying the classical runoff generation/concentration theories in the cold regions, the hydrological model will be adjusted by adding a snow-melt module to better represent the hydrological processes in cold area. Some field experiments will be conducted to determine the initial model parameters. In the end, the basin- scale hydrological modeling、water exchange observation system and inflow discharge measurements would be utilized to explore the contribution of snowmelt to the lake water storage change and identify the water resources of the recently rapid lake expansion in the Tibetan Plateau. In summary, this proposal will provide theoretical and methodological references for understanding hydrological mechanism of recent endorheic lake’s rapid expansion.

近20年来青藏高原内流区湖泊扩张显著。大量研究结果表明降水变化在湖泊扩张中的作用举足轻重。高海拔的地理条件决定了青藏高原积雪是水循环重要因子，积雪融水对湖泊变化的影响不容忽视。围绕积雪变化如何通过产流过程影响湖泊水量平衡这一关键科学问题，本项目选择具有代表性的色林错作为目标流域，利用地面观测手段，验证积雪遥感产品，分析积雪的时空变化特征；基于已有水文观测网络和积雪消融过程实验，改进水文模型积雪过程的参数化方案和产流结构，提高水文模型在青藏高原内流区的融雪径流模拟能力；引入分层贝叶斯框架，构建融合气象，地形等多环境因子驱动的降水相态识别方法，定量分析青藏高原内流区固态降水比率，建立流域尺度的固/液降水网格数据库，以此为基础，通过改进的HBV模型，研究融雪径流形成及变化规律，结合湖泊遥感/实测数据，定量描述积雪融水变化在湖泊扩张中的作用，为深入认识青藏高原内流区湖泊快速扩张的机理提供科学依据。

青藏高原内流区冰川积雪广布，湖泊众多。但关于流域内过水湖通过蒸发和滞留作用影响色林错湖泊蓄量的研究几乎空白。其次在气候变化和人类活动的影响下，印度河上游地区（UIB）陆地水循环及水文效应发生了显著变化，极大的影响了河流径流量变化以及水资源时空分布，进而对下游的水资源和水环境产生显著影响。然而受观测资料和研究技术手段的限制，UIB地区河流径流的演变规律、驱动机制和发展态势仍然没有得到准确理解，径流对气候变化的响应机理尚不清晰。基于这两个科学问题，开展了以下工作：在数据收集和野外观测基础上，根据色林错流域和UIB地区的产汇流特征，进一步改进了HBV模型，考虑了冰川消融过程，新增水库模块模拟分布在色林错流域河道上的过水湖的出流过程；利用改进的HBV模型模拟研究了水文过程，定量分析了过水湖对色林错湖扩张的影响；利用巴基斯坦水利局提供的降水再分析资料，研究了UIB六个典型子流域长系列的降雨、径流和冰川融水径流的变化趋势。主要结果如下：（1）改进后的HBV模型能较好地模拟青藏高原地区的水文过程，但缺乏对包括冻土、雪冰等水热过程的理解，还需要进一步的完善；（2）通过在有无过水湖和有无冰川的情景下的色林错湖泊蓄量的模拟，我们发现如果没有过水湖通过蒸发和滞留影响入流，色林错湖扩张幅度将会更大，过水湖的效应是冰川效应的两倍，因此，不能忽视高原地区过水湖对湖泊扩张的影响；（3）基于UIB的水文过程模拟结果，我们发现各个子流域由于其独特的地理位置，受西风和季风的影响不同，其同时期内的径流表现出明显不同的变化趋势。这些结果将有助于深入认识青藏高原地区区气候变化背景下的陆面水文过程，能够为高原地区水资源可持续管理研究提供可参考实例和科学依据。